[發明專利]MEMS電磁力驅動器及其制備方法

有效

• 申請號: 201610383420.1
• 申請日: 2016-06-02
• 公開（公告）號: CN105858590B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 沈嬌艷;陳立軍;程新利;王耀東
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 馬明渡,王健

1.一種MEMS電磁力驅動器，其特征在于：包括一端為固定端另一端為懸空端的長方形線圈狀懸臂梁（8）、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極，所述外電路輸入電極、外電路輸出電極位于襯底上表面一端，所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極位于襯底上表面另一端，一絕緣墊高層覆蓋于所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極上表面，所述絕緣墊高層具有輸入通孔、輸出通孔，位于所述線圈狀懸臂梁（8）固定端的輸入端通過位于輸入通孔內的導電柱（10）與懸臂梁輸入電極電連接，位于所述線圈狀懸臂梁（8）固定端的輸出端通過位于輸出通孔內的導電柱（10）與懸臂梁輸出電極電連接，所述線圈狀懸臂梁（8）下表面、輸入通孔側表面、輸出通孔側表面均覆有Si₃N₄絕緣層（7），所述線圈狀懸臂梁（8）上表面覆有Si₃N₄保護膜，位于所述線圈狀懸臂梁（8）懸空端的Si₃N₄保護膜（9）下表面具有一金屬接觸電極，此金屬接觸電極與外電路輸入電極、外電路輸出電極在豎直方向留有間隙，并位于外電路輸入電極、外電路輸出電極上方；

當電壓或電流信號從懸臂梁輸入電極（2a）引入，自下而上流過位于輸入通孔內的導電柱（10），從固定端的線圈狀懸臂梁（8）的輸入端流進，從線圈狀懸臂梁（8）的輸出端流出，然后自上而下流過位于輸出通孔內的導電柱（10），最后從懸臂梁輸出電極（2b）導出，形成懸臂梁的工作回路，且外加一個水平方向的磁場時，線圈狀懸臂梁（8）的懸空端在電磁力和靜電力的共同作用下，下移動或者上移動，從而實現金屬接觸電極（6）的兩端與外電路輸入電極（3a）和外電路輸出電極（3b）導通或者斷開。

2.根據權利要求1所述的MEMS電磁力驅動器，其特征在于：所述襯底為絕緣Si襯底。

3.根據權利要求1所述的MEMS電磁力驅動器，其特征在于：所述線圈狀懸臂梁（8）、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極材料為金屬、摻雜多晶硅或者摻雜砷化鎵。

4.一種用于制備權利要求1所述的MEMS電磁力驅動器的制造工藝，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、在一個表面氧化的絕緣Si襯底（1）上面濺射一層Au薄膜，厚度為1 μm，涂光刻膠，經曝光、顯影、刻蝕形成懸臂梁電極（2）和外電路電極（3）；懸臂梁電極（2）包括懸臂梁輸入電極（2a），懸臂梁輸出電極（2b）， 外電路電極（3）包括外電路輸入電極（3a），外電路輸出電極（3b），輸入電極和輸出電極可互換；

步驟二、采用CVD方法生長一層SiO₂，從絕緣Si襯底（1）上表面到SiO₂上表面厚度為2～3 μm，絕緣Si襯底（1）上表面到懸臂梁電極（2）或外電路電極（3）的厚度為1～2 μm，涂光刻膠，經曝光、顯影、刻蝕形成絕緣墊高層（4）起到保護懸臂梁和懸臂梁電極（2）導通的作用；

步驟三、在步驟二得到的凹凸不平的表面上填充一層PSG犧牲層（5），并經過回流平坦化工藝使上表面平整，其中PSG犧牲層（5）的上表面到絕緣Si襯底（1）的厚度為5～6 μm，到懸臂梁電極（2）或外電路電極（3）的厚度為4～5 μm，在PSG犧牲層（5）上刻蝕窗口，其中，在懸臂梁電極（2）位置，刻蝕至露出懸臂梁電極（2）；而外電路電極（3）位置處刻蝕出金屬接觸電極（6）的長方形小孔，刻蝕深度約1μm，使得該位置繼續保留3～4μm的PSG犧牲層；

步驟四、在PSG犧牲層（5）的上表面，濺射生長厚度約1μm的Au薄膜，涂光刻膠，經曝光、顯影、刻蝕將其余部分去除，僅保留步驟三中“金屬接觸電極（6）的長方形小孔”處的Au薄膜，小孔的深度約1μm，Au薄膜的厚度也為1μm，因此Au薄膜剛好將此小孔填平，形成金屬接觸電極（6），而且該金屬接觸電極（6）與外電路電極（3）之間保留3～4μm的PSG犧牲層，因此并未導通；

步驟五、在步驟四得到的凹凸不平的表面上外延生長一層等厚的Si₃N₄絕緣層（7），厚度為1.0 μm，并在懸臂梁電極（2）位置，刻蝕至露出襯底上的懸臂梁電極（2），其余部分保留，該Si₃N₄絕緣層（7）的作用是使得懸臂梁的工作回路和外電路的工作回路相互絕緣；

步驟六、在步驟五形成的上表面，濺射一層Au薄膜，厚度約2.0 μm，涂光刻膠，經曝光、顯影、刻蝕，形成線圈狀懸臂梁（8）；

步驟七、在線圈狀懸臂梁（8）的上表面，CVD方法生長一層Si₃N₄，厚度約0.1 μm，涂光刻膠，經曝光、顯影、刻蝕，在線圈狀懸臂梁（8）的上表面形成一層Si₃N₄保護膜（9）；

步驟八、溶解去除步驟三中的PSG犧牲層（5）。