[发明专利]一种基于MEMS工艺的可调FP光学滤波器的制作方法

权利要求书

1.一种基于MEMS技术的可调谐FP腔光学滤波器的制造方法，其特征在于包括5个工艺操作步骤：腔体隔离体及可动微镜支撑结构的制作；玻璃衬底上及可动微镜上光学高反膜及增透膜的制备；FP腔体的装配；电极的制作；FP滤波器的划片与光纤耦合封装；采用两次光刻制作出所有图形的刻蚀窗口；采用一次等离子体硅刻蚀完成中间FP空气腔体及可动硅反射镜面结构的制作；采用一次硅-硅键合、等离子体干法刻蚀、HF酸腐蚀二氧化硅层释放工艺制造硅膜可动反射镜；采用硬模板选择蒸镀的方法制作FP腔内两反射镜的高反膜及增透膜；采用一次硅-玻璃键合形成最终的FP腔滤波器。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的可调FP腔光学滤波器的制造方法，其进一步的特征在于：

A腔体隔离体及可动微镜支撑结构的制作，

(a)采用低阻SOI₁硅片作为加工材料主体。在SOI₁硅片的顶层硅上正面与背面生长二氧化硅薄膜层(4)和(5)，作为图形刻蚀掩膜；

(b)利用MEMS技术中的双面对准光刻、显影、和二氧化硅腐蚀的工艺在正面二氧化硅薄膜上制作出镜面及悬臂梁结构图形；在背面二氧化硅薄膜上制作光学通孔腐蚀窗口图形及可动镜面驱动电极腐蚀窗口图形；

(c)将上述步骤(b)制作好图形的SOI₁硅片的顶层硅与另一片未加工的8OI₂硅片(包括顶层硅(10)、中间二氧化硅层(11)和底层硅(12))进行硅-硅键合，键合面为两片SOI的顶层硅表面；

(d)将上述步骤(c)硅-硅键合片在氢氧化钾或TMAH硅腐蚀液中进行硅各向异性腐蚀，腐蚀进行至硅片SOI₂到达中间二氧化硅层(11)、SOI₁上图形到达中间二氧化硅层(2)、光学通孔(13)穿通及镜面电极底部(14)露出，镜面及悬臂梁支撑体15形成；

(e)在SOI₂硅片的二氧化硅层(11)上利用光刻、显影和二氧化硅腐蚀工艺做出腔体图形窗口(16)；

(f)用等离子体硅干法深刻蚀工艺刻蚀至硅-硅键合面，制作出FP空气腔(17)，接着继续干法刻蚀至SOI₁的中间层(2)，制作出硅膜可动镜面及对称分布的支撑悬臂梁，完成FP腔结构主体(18)的制作；

(g)将整个键合片放入二氧化硅的HF酸腐蚀溶液中，控制HF酸腐蚀时间，以去除硅膜裸露的二氧化硅薄膜、释放硅膜可动镜面与悬臂梁，并保留二氧化硅薄膜(19)保持器件的可靠连接，得到底部悬空的硅膜镜面及悬臂梁可动结构(18)，构成驱动硅膜镜面的静电驱动器；

(h)采用蒸镀的方法在硅片镜面区域正面蒸镀高反膜介质层(20)，背面蒸镀增透膜介质层(21)；

B实现玻璃衬底上高反膜及增透膜的制备：用硬模板选择蒸镀的方法首先在超平玻璃基底(22)的一面蒸镀高反膜(23)；然后在另一面采用硬模板选择蒸镀的方法蒸镀增透膜(24)；

C实现FP腔体的装配：采用硅-玻璃阳极键合工艺进行整体键合，使得硅片结构与玻璃结构成为一体，形成FP腔(25)。FP腔的上高反膜24和下高反膜20在Z轴方向的间距由SOI₂硅片的顶层硅高度决定；

D完成电极的制作：用硬模板选择溅射的方法在整个键合片硅面溅射Ti/W/Au薄膜或其它的用于电极制作的金属薄膜，形成镜面电极26与衬底电极27，完成电极的制作；

E完成FP滤波器的划片与光纤耦合封装：将整个键合片划片得到单个FP腔滤波器芯片，然后与一对单模光纤准直器耦合封装，得到单模光纤输入/输出的FP滤波器。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其进一步的特征是制作的FP腔长由该顶层硅厚度准确控制，并保证FP腔两腔镜良好的平行度。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其进一步的特征是制作FP腔静止反射镜24的玻璃衬底22仅是其中可选衬底材料之一，能透工作波段的光且能与硅键合的体材料均可选用。

5.根据权利要求2所述的制造方法，其进一步的特征是SOI₁和SOI₂的中间二氧化硅层(2)和(11)作为操作步骤1中硅湿法腐蚀的腐蚀自停止层，降低对硅湿法腐蚀速率和时间的控制要求，保护硅膜可动镜面的表面光洁度。