[发明专利]一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料，其特征在于，以厚度500 μm的双面抛光硅片为载体，首先利用光刻技术将掩膜版上的周期性金属凹槽图案复制到光刻胶薄膜上，形成硅刻蚀掩蔽层，而后通过深硅刻蚀工艺在硅片上形成槽深≥30 μm的凹槽阵列表面，最后利用磁控溅射工艺对凹槽结构表面进行金属化，均匀地镀上一层厚度为600 nm金薄膜，使之形成能够在太赫兹频段支持表面等离子体共振的超材料。

2.基于权利要求1所述的一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在酸碱化学清洗台上，基于RCA清洗工艺进行硅片的清洗，先将硅片放入清洗液中，在120-150℃的条件下加热15分钟，去除硅片表面可能存在包括颗粒、有机物和金属离子的沾污，接着利用去离子水冲洗干净后，烘干备用；

（2）将步骤（1）的硅片放置于SCS G3-8旋胶机的吸盘上，利用滴管取出适量光刻胶滴在硅片中间，在均匀的转速下进行匀胶；接着将旋涂好光刻胶的硅片样品转移至BP-2B烘胶机进行软烘，增加光刻胶在硅片上的粘附性，并在硅片上形成一层厚度为2 μm的薄膜；而后，通过MA6/BA6光刻机将金属槽SPS掩膜版上的刻蚀图案投影到晶圆的光刻胶膜上，紫外光照剂量为1000 mJ/cm2；曝光后转移至烘胶机上进行后烘，实现转移图像形貌的精确控制；曝光部分的光刻胶膜发生降解反应变得可溶于显影液，在显影液中进行显影，将掩膜版上的图形复制到光刻胶薄膜上；经过显影清洗后，再进行烘烤坚膜，进一步促进光刻胶与硅片之间的粘附性，并形成深硅刻蚀加工所需的光刻胶掩蔽层；

（3）将步骤（2）中表面覆盖有光刻胶掩蔽层即刻蚀图案的硅片置于Alcatel深硅刻蚀系统中进行刻蚀；基于Bosch刻蚀工艺，在反应腔室中循环交替通入钝化气体C4F8和刻蚀气体SF6与硅片循环往复进行钝化—刻蚀的化学反应，使得刻蚀持续在垂直方向进行刻蚀，将光刻胶薄膜上的图形转移到基片上，最终在同一硅片上形成3个具有一定槽深的凹槽阵列结构化硅表面单元；

（4）利用HW1601型砂轮划片机将步骤（3）刻蚀好的硅片进行切割，形成3片尺寸均为37mm×22 mm的待金属化凹槽硅样片单元；

（5）切割完以后，利用3号液对步骤（4）的凹槽阵列硅样片进行清洗，去除未被刻蚀的光刻胶薄膜以及深硅刻蚀和砂轮划片加工过程中残留的杂质；

（6）将步骤（5）洗净的待金属化凹槽硅片单元，置于Explorer-14磁控溅射镀膜系统中，选择金属作为溅射材料，进行溅射；在低压真空反应室中，通入的氩气中的Ar原子与高速运动的电子发生发生碰撞，电离产生出新的电子和Ar正离子；Ar正离子在电场作用下持续轰击靶材表面，使靶材发生溅射，而后沉积在样片的表面形成一层厚度均匀的薄膜，完成凹槽阵列硅样片表面金属化，最终使之形成能够在太赫兹频段支持表面等离子体共振的超材料。

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的硅片选用4英寸、厚度500 μm的双面抛光硅片作为基底材料。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的光刻胶为正性光刻胶AZ 5214E。

5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的旋胶机转速为2000rpm，匀胶时间为30秒；步骤（2）中所述的显影液为AZ 400K显影液，显影时间为60秒。

6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的烘胶机软烘温度为100℃，软烘时间为60秒；步骤（2）中所述的曝光后烘胶温度为120℃，软烘时间为120秒；步骤（2）中所述的烘烤坚膜温度为135℃，烘烤时间为10分钟。

7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的硅片刻蚀宽度为30 μm，深度分别为30 μm，60 μm和90 μm，射频电源频率13.56 MHz，气体流量450 sccm，室压10mTorr。