[发明专利]一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法

说明书

本申请公开了一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法，包括：制作铌酸锂薄膜；清洗上述铌酸锂薄膜；在上述铌酸锂薄膜表面涂覆光刻胶或溅射金属薄膜，使用紫外光刻技术得到刻蚀用掩膜层；使用丙酮浸泡铌酸锂薄膜，剥离薄膜表面光刻胶；使用离子束刻蚀机对铌酸锂薄膜刻蚀；将刻蚀后薄膜进行标准清洗清除表面光刻胶残留获得铌酸锂薄膜图形化结构。本申请实现了离子束刻蚀的方法完成了铌酸锂单晶图形化刻蚀，获得了低粗糙度、高深宽比、高可靠性的铌酸锂图形化结构，通过不同的工艺流程优化，实现了铌酸锂的高质量长时间连续刻蚀，进而极大地提高了样品的成品率，为力学传感器的后继工艺提供了理论技术支持。

技术领域

本申请属于材料结构工艺制备领域，特别涉及一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法，可应用于MEMS微传感器、微执行器的制造等。

背景技术

随着现代电子通信技术的高速发展，MEMS传感器拥有了越来越广泛的应用市场，同时，MEMS传感器正在朝着小型化、高度集成化、高可靠性、低延迟和低功耗的方向发展。传统的硅基MEMS器件受生产工艺、发热、量子隧穿效应等因素的影响，集成度、反应速度等性能难以进一步提高。铌酸锂(Lithium Niobate,LN)晶体居里温度高，压电效应的温度系数小，机电耦合系数高，介电损耗低，晶体物化性能稳定，加工性能良好，又易于制备大尺寸高质量晶体，是一种优良的铁电单晶材料。与常用的压电晶体石英相比，铌酸锂晶体声速高，可以制备高频器件，因此铌酸锂晶体可用于谐振器、换能器、延迟线、滤波器等，应用于移动通信、卫星通信、数字信号处理、电视机、广播、雷达、遥感遥测等民用领域以及电子对抗、引信、制导等军事领域。

铌酸锂晶体的结构可以理解为一系列氧八面体以共三角氧平面的形式堆垛，公共面与氧八面体的三重对称轴垂直，然后不同的堆垛再以八面体共棱的形式连接。顺电相铌酸锂晶体中的铌离子处于氧八面体中心，然后连接两个中间无铌离子氧八面体，这两个氧八面体的公共三角氧平面中间是锂离子。在居里温度以下晶体处于铁电相时，锂离子沿着三重对称轴方向发生位移，偏移到氧八面体内部靠近公共氧平面的位置，从而形成沿着三重对称轴方向的自发极化，这样铌酸锂晶体的堆垛结构，也可以看做氧八面体共面连接，然后沿+c方向以“…-Li-Nb-□-Li-Nb-□-…”的顺序填充阳离子，其中“□”表示空位。由于铌酸锂的特殊晶格结构，导致铌酸锂成为了一种相对难以刻蚀的晶体，对比传统硅的湿法刻蚀工艺，铌酸锂湿法刻蚀工艺具有刻蚀速率低，各向异性差，钻蚀严重等问题，而传统的铌酸锂刻蚀方法电感耦合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasmas-ReactiveIon Etching，ICP-RIE)在刻蚀的过程中氟基刻蚀气体会与铌酸锂反应生成氟化锂，而氟化锂的熔点高达848℃，所以氟化锂会沉积在铌酸锂表面，阻止铌酸锂的进一步刻蚀，降低了铌酸锂的刻蚀效率，难以实现铌酸锂的长时间连续刻蚀；同时，由于铌酸锂表面氟化锂的沉积，会导致铌酸锂刻蚀面起伏严重，影响铌酸锂的平整度与侧壁陡直度。使用Ar+的离子束刻蚀(Ion Beam Etching，IBE)是一种物理刻蚀方法，使用离子束刻蚀可以解决刻蚀过程中反应产物沉积的问题，从而实现铌酸锂的长时间刻蚀，获得侧壁陡直、刻蚀面低粗糙度的铌酸锂表面图形结构。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法，可以克服电感耦合等离子体反应离子刻蚀中遇到的氟基刻蚀气体与铌酸锂反应生成的氟化锂沉积导致的刻蚀速率慢，无法连续刻蚀，表面粗糙度高等问题，制造出高深宽比，高成品率，低粗糙度的铌酸锂表面图形结构。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：

制作铌酸锂薄膜；

清洗上述铌酸锂薄膜；

在上述铌酸锂薄膜表面涂覆光刻胶或溅射金属薄膜，使用紫外光刻技术得到刻蚀用掩膜层；