[發明專利]用于制造包括多孔表面的微米和/或納米機械結構的方法

有效

• 申請號: 201410056864.5
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103991838B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 埃里克·奧利耶
• 申請（專利權）人: 法國原子能及替代能源委員會
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,張英

技術領域

本發明涉及用于制造微米機械結構和/或納米機械結構，尤其是包括多孔材料層的懸掛MEMS和/或NEMS類型的微米機械結構和/或納米機械結構的方法，所述結構特別適合用于制造傳感器。

背景技術

目前微米電機械系統(MEMS)用于當代日常生活的許多產品中。由于出現了具有由于機械結構的尺寸減少帶來的許多優點的納米電機械系統(NEMS)，還特別地出現新的應用。感興趣的一個領域涉及使用以下事實的濕度傳感器、化學傳感器或生物傳感器，即多孔材料的層有助于傳感器和外部介質之間的相互作用，例如通過改善分子的吸收。

例如，文獻“VLSI silicon multi-gas analyzer coupling gas chromatography and NEMS detectors”A.Niel,V.Gouttenoire,M.Petitjean,N.David,R.Barattin,M.Matheron,F.Ricoul,T.Bordy,H.Blanc,J.Ruellan,D.Mercier,N.Pereira-Rodrigues,G.Costa,V.Agache,S.Hentz,J.C.Gabriel,F.Baleras,C.Marcoux,T.Ernst,L.Duraffourg,E.Colinet,P.Andreucci,E.Ollier,P.Puget and J.Arcamone,IEDM Conference 2011描述了形成重力傳感器的示例性NEMS結構。NEMS結構包括在吸收氣體分子的表面上的振動結構，所述表面具有改變其質量的作用，并且因此改變其共振頻率。通過壓阻量表來測量該改變并且因此可以通過監測該結構的共振頻率來監測氣體濃度的變化。

針對氣體傳感器或生物傳感器應用在該文獻中所述的MEMS/NEMS系統的問題涉及外部介質和敏感結構之間的界面。已經嘗試優化該相互作用并且具體地是有助于分子吸收在該結構中或該結構上，同時保持該機械結構的良好機械性能。

可以使用多孔材料來更好地吸收分子。多孔硅非常令人感興趣，因為它可以具有不同的孔隙率。它可以是孔徑小于2nm的微孔，孔徑在2nm至50nm之間的中孔，或孔徑大于50nm的大孔。

文獻US 2004/0195096公開了使用完全多孔硅表面技術來制造包括懸臂梁型結構或嵌入-嵌入梁型結構的氣體傳感器的方法。因此，在其整個厚度上機械結構由多孔材料構成。整個結構由多孔材料制造的事實可能更難以獲得高質量的機械特性，例如用于共振結構。

文獻US2011/0221013公開了通過多孔材料封裝MEMS結構。但是不可能局部化多孔層，因為多孔層形成在前面形成的機械結構上。

標題為"Composite porous silicon-crystalline silicon cantilevers for enhanced biosensing”,S.Stolyarova,S.Cherian,R.Raiteri,J.Zeravik,P.Skladal,Y.Nemirovsky,Sensors and Actuators B 131(2008)509–515的文獻描述了在以前由SOI基底(襯底，基板)形成的由單晶硅制造的移動機械結構的下表面上形成多孔硅層。形成的多孔硅可以固定可顯著地改善靈敏度的廣泛多樣的化學物質和/或生物物質。

多孔層并未局部化(localise)在剝離的機械結構處。因為在形成機械結構的步驟之后形成多孔硅，因此可以看到硅的所有這種結構被多孔硅覆蓋。然而，對于其中致動部件和/或檢測部件也是部分移動結構的許多MEMS/NEMS結構以及對于具有共振部件的結構而言，這不是期望的。用于電容型致動裝置和/或檢測裝置的電極被多孔硅覆蓋；對于壓阻檢測而言，應變量表可以被多孔硅覆蓋或甚至由多孔硅形成，并且表面還可以被多孔硅覆蓋(用于共振結構)。由于多孔表面造成的能量損失，可能降低質量因素。

所有這些部件優選通過蝕刻單晶硅材料來得到具有非常良好表面情況的單晶硅，從而實現良好的性能，或更一般地這些部件應當由具有比多孔材料良好的表面情況的單晶材料或多晶材料制成。

發明內容

因此，本發明的一個目的是公開了一種用于制造微米機械結構和/或納米機械結構，并且更具體地具有非常良好的機械性能以及具體地可以吸附或吸收感興趣的物質的多孔材料的較大表面積的微米電機械結構和/或納米電機械結構(MEMS和/或NEMS)的方法。