盲专网 - 一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2016-06-06

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2016-11-09

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2018-10-12

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2036-06-06

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201610390923.1	申请日	2016-06-06
公开/公告号	CN106006542B	公开/公告日	2018-10-12
授权日	2018-10-12	预估到期日	2036-06-06
申请年	2016年	公开/公告年	2018年
缴费截止日
分类号	B81B7/02 、B81C1/00	主分类号	B81B7/02
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	2
权利要求数量	3	非专利引证数量	0
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利		被引证专利
专利权维持	6	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、授权、权利转移

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	嘉兴华吉环保科技有限公司
发明人	张俐楠、郑伟、陈超、吴立群、王洪成	第一发明人	张俐楠
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	5
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州千克知识产权代理有限公司

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

周希良

摘要

本发明公开了控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，按如下步骤进行：(1)进行温热处理硅基微结构成形研究的材料在一定温度环境中处理一段时间，使其变软；(2)利用离子刻蚀机制造出U型圆柱孔状的样本；(3)将上述过程得到的U型圆柱孔在一定温度下环境中进行热处理一段时间，得到硅基微结构空腔位置。本发明温热处理下硅基微结构空腔位置变化规律研究方法，主要操作：在一定的温度环境下，对不同初始结构参数的硅材料进行热处理15min，探究硅基微结构空腔位置变化规律，从而达到控制硅基微结构空腔位置。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3
说明书附图：图4
说明书附图：图5
说明书附图：图6

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2020-12-15	专利权的转移	登记生效日: 2020.12.03 专利权人由杭州追猎科技有限公司变更为嘉兴华吉环保科技有限公司地址由310012 浙江省杭州市西湖区三墩镇西园八路2号8幢2603室变更为314051 浙江省嘉兴市南湖区大桥镇广益路3333号8幢1004-3室
2	2018-10-12	授权
3	2016-11-09	实质审查的生效	IPC(主分类): B81B 7/02 专利申请号: 201610390923.1 申请日: 2016.06.06
4	2016-10-12	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，按如下步骤进行：
（1）进行温热处理硅基微结构成形研究的材料在一定温度环境中处理一段时间，使其变软；
（2）利用离子刻蚀机制造出U型圆柱孔状的样本；
（3）将上述过程得到的U型圆柱孔在一定温度下环境中进行热处理一段时间，得到硅基微结构空腔位置; 所述的温度是1150℃；所述的时间为15min；
其特征是：利用硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式分别控制硅基微结构内部空腔形成位置，位置分别是：1）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处；2）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处；3）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处;该硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式： 4/3(tI-bottom-tF-bottom)式中，tI-bottom表示硅基微结构热处理前内部空腔距离基底的位置；tF-bottom表示硅基微结构热处理15min后内部空腔距离基底的位置；tTop表示硅基微结构热处理15min后内部空腔距离基顶的位置；
1）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处：
硅基微结构内部空腔形成位置居于中间，tF-bottom=tTop，利用此关系式，将关系式（1）推导为
1/4tTop < tI-bottom <1/2 tTo（p 2）
通过满足关系式（2）来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置；
2）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处：
硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置，tF-bottom=2tTop，利用此关系式，将关系式（1）推导为
5/4tTop < tI-bottom <3/2 tTo（p 3）
通过满足关系式（3）来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置；
3）控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处：
硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置，2tF-bottom=tTop，利用此关系式，将关系式（1）推导为
tTop < tI-bottom <5/4 tTo（p 4）
通过满足关系式（4）来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置。

2.如权利要求1所述控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，其特征是：步骤（1），进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片。

3.如权利要求2所述控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，其特征是：步骤（2），将抛光6-in(100)n型硅晶片采用离子刻蚀机制造出不同初始结构参数的样本。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于微纳米制造技术领域，具体涉及一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法。

背景技术

[0002] 微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,简称MEMS)是近年来伴随着微机械结构加工技术发展而诞生的前沿性技术领域。MEMS技术的发展直接孕育了各种微传感器仪表的诞生，而且使得微机器人、微医疗器械、微飞行器等以往人类难以想象的高级微系统成为可能。它在军事和民用两大领域的重要应用价值和广阔市场前景已获得世界许多国家的广泛共识。

[0003] 硅材料是MEMS制造的主要材料之一，在硅片上制作出尺寸在微米级的三维结构，实现对外界信息的感知和控制，可构成一个多功能的微型系统。近年来，各个学科领域坚持不懈的尝试着各种新的科学技术，尝试用各种方法来设计制造硅基微结构Silicon on nothing(SON)应用于各种机械装置中，例如：传感器，半导体晶体管。SON结构很早以前就应用在小型半导体中用来提高器件的绝缘性能,并且较多应用在微机电械系统(MEMS)例如压力传感器,以及医用微创手术钳夹。至今为止，如何控制SON结构的制备,使其应用在不同内部结构要求谐振器上的研究仍然是一片空白。在其他学者的研究过程当中,他们倾向于利用具有固定表面结构的硅材料来制造特定结构的硅基微结构SON。这些成果依然无法揭示加工形态变化的规律，因而对加工过程优化没有任何指导意义。

发明内容

[0004] 基于上述现状，本发明提供了一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法。

[0005] 本发明采取如下技术方案：一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，按如下步骤进行：

[0006] (1)进行温热处理硅基微结构成形研究的材料在一定温度环境中处理一段时间，使其变软；

[0007] (2)利用离子刻蚀机制造出U型圆柱孔状的样本；

[0008] (3)将上述过程得到的U型圆柱孔在一定温度下环境中进行热处理一段时间，得到硅基微结构空腔位置。

[0009] 利用硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式分别控制硅基微结构内部空腔形成位置，位置分别是：1)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处；2)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处；3)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处。

[0010] 利用硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式

[0011] 4/3(tI-bottom-tF-bottom)

[0012] 所述控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，1)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处：

[0013] 硅基微结构内部空腔形成位置居于中间，tF-bottom＝tTop，利用此关系式，将关系式(1)推导为

[0014] 1/4tTop

[0015] 通过满足关系式(2)来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置。

[0016] 所述控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，2)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处：

[0017] 硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置，tF-bottom＝2tTop，利用此关系式，将关系式(1)推导为

[0018] 5/4tTop

[0019] 通过满足关系式(3)来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置。

[0020] 所述控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，3)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处：

[0021] 硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置，2tF-bottom＝tTop，利用此关系式，将关系式(1)推导为

[0022] tTop

[0023] 通过满足关系式(4)来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置。

[0024] 利用硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式来分别控制硅基微结构内部空腔形成位置，通过控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处；(2)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处；(3)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处三种特殊位置来说明本发明。

[0025] 优选的，步骤(1)，进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片。

[0026] 优选的，步骤(2)，将抛光6-in(100)n型硅晶片采用离子刻蚀机制造出不同初始结构参数的样本。

[0027] 优选的，步骤(3)，所述的温度是1150℃。

[0028] 优选的，步骤(3)，所述的时间为15min。

[0029] 本发明一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的研究方法，主要操作：在一定的温度环境下，根据硅基微结构初始参数以及形成位置的关系式来对不同初始结构参数的硅材料进行热处理15min，控制形成不同内部空腔位置的硅基微结构。

[0030] 本发明揭示了一种控制硅基微结构内部空腔形成位置的方法，因而对加工过程优化具有指导意义。

实施方案

[0037] 下面对本发明优选实施例作详细说明。

[0038] 利用硅基微结构样本初始结构与形成位置的关系式

[0039] 4/3(tI-bottom-tF-bottom)

[0040] 来控制形成不同位置的硅基微结构内部空腔。式中，tI-bottom表示的硅基微结构热处理前内部空腔距离基底的位置，如图1所示；tF-bottom表示的是硅基微结构热处理15min后内部空腔距离基底的位置，ttop表示的是硅基微结构热处理15min后内部空腔距离基顶的位置，如图2所示。

[0041] 本实施例进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片；在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出如图3所示的U型圆柱孔(样本)。

[0042] 将上述过程得到的U型圆柱孔在1150℃环境中进行热处理，得到如图4所示的硅基微结构形态变化示意图。

[0043] (1)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于中间位置处：

[0044] 硅基微结构内部空腔形成位置居于中间，tF-bottom＝tTop，利用此关系式，(1)推导为[0045] 1/4tTop

[0046] 实施例通过满足关系式(2)来改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置，如图5所示，令圆柱孔的深度H，圆柱孔底部离基底距离为tI-bottom，圆柱孔的直径D，孔径间的距离Ds，定义tanθ＝(D+Ds)/H，α＝Ds/D。

[0047] 实施例一：将抛光6-in(100)n型硅晶片放在在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出初始结构参数α＝Ds/D为1.0，tanθ＝(D+Ds)/H为0.25的样本；将上述过程得到的样本放在1150℃的环境中进行热处理15min，得到的硅基微结构空腔位置tF-bottom＝2.35μm。

[0048] 实施例二：将抛光6-in(100)n型硅晶片放在在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出初始结构参数α＝Ds/D为1.0，tanθ＝(D+Ds)/H为0.30的样本；将上述过程得到的样本放在1150℃的环境中进行热处理15min，得到的硅基微结构空腔位置tF-bottom＝2.0μm。

[0049] 实施例三：将抛光6-in(100)n型硅晶片放在在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出初始结构参数α＝Ds/D为0.62，tanθ＝(D+Ds)/H为0.33的样本；将上述过程得到的样本放在1150℃的环境中进行热处理15min，得到的硅基微结构空腔位置tF-bottom＝2.50μm。

[0050] 实施例四：将抛光6-in(100)n型硅晶片放在在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出初始结构参数α＝Ds/D为0.6，tanθ＝(D+Ds)/H为0.36的样本；将上述过程得到的样本放在1150℃的环境中进行热处理15min，得到的硅基微结构空腔位置tF-bottom＝2.10μm。

[0051] 实施例五：将抛光6-in(100)n型硅晶片放在在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出初始结构参数α＝Ds/D为0.63，tanθ＝(D+Ds)/H为0.37的样本；将上述过程得到的样本放在1150℃的环境中进行热处理15min，得到的硅基微结构空腔位置tF-bottom＝2.0μm。

[0052] (2)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置处:

[0053] 硅基微结构内部空腔形成位置居于1/3位置，tF-bottom＝2tTop，利用此关系式，(1)推导为

[0054] 5/4tTop

[0055] 本实施例进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片；在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出如图3所示的U型圆柱孔(样本)。

[0056] 将上述过程得到的U型圆柱孔在1150℃环境中进行热处理，得到如图4所示的硅基微结构形态变化示意图。

[0057] 实施例通过满足关系式(3)来改变硅基微结构的初始参数，在相同热处理温度和时间改变硅基微结构的初始参数，在相同热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置。具体操作同实施例一。

[0058] (3)控制硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置处:

[0059] 硅基微结构内部空腔形成位置居于2/3位置，2tF-bottom＝ttop，利用此关系式，(1)推导为

[0060] ttop

[0061] 本实施例进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片；在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出如图3所示的U型圆柱孔(样本)。

[0062] 将上述过程得到的U型圆柱孔在1150℃环境中进行热处理，得到如图4所示的硅基微结构形态变化示意图。

[0063] 实施例通过满足关系式(4)来改变硅基微结构的初始参数，在相同热处理温度和时间改变硅基微结构的初始参数，在相同热处理温度和时间处理下，控制硅基微结构内部空腔位置，具体操作同实施例一。

[0064] 离子刻蚀机属于现有技术，本文不予详述。

[0065] 以上列举仅为本发明的优选实施例。本发明并不限于以上实施例，从本发明公开内容直接导出或联想变形所得的制备方法，均应认为是本发明的保护范围。

附图说明

[0031] 图1是硅基微结构材料热处理前内部结构示意(正视)图。

[0032] 图2是对硅基微结构材料热处理15min后的内部空腔位置示意(正视)图。

[0033] 图3是利用离子刻蚀机制造出的U型圆柱孔示意图。

[0034] 图4是在1150℃环境中对图1的样本热处理后得到的硅基微结构成形变化示意图。

[0035] 图5是U型圆柱孔的微结构初始结构参数示意图。

[0036] 图6是U型圆柱孔热处理后形成不同位置的SON空腔示意(正视)图。

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