[發明專利]一種多晶硅懸臂梁陣列結構及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011224898.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112340695A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李新;吳沛珊;肖淼
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B3/00
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 李丹

本發明適用于微機電系統領域，提供了一種多晶硅懸臂梁陣列結構及其制備方法和應用，該多晶硅懸臂梁陣列結構的制備方法包括以下步驟：在硅片襯底上沉積一層的類金剛石薄膜；干法刻蝕所述類金剛石薄膜后，再在其表面生長二氧化硅層；利用CF₄和He的混合氣體干法刻蝕所述二氧化硅層后，再在其表面生長多晶硅層；利用Cl₂和He的混合氣體干法刻蝕所述多晶硅層后，再腐蝕去除所述二氧化硅層，形成多晶硅懸臂梁，并經清洗、烘干后，得到所述多晶硅懸臂梁陣列結構。本發明制得的多晶硅懸臂梁陣列結構的襯底的表面能得到了有效的減弱，懸臂梁構件發生負面彎曲的幾率大大減小，有效提高了多晶硅懸臂梁工作的可靠性。

技術領域

本發明屬于微機電系統領域，尤其涉及一種多晶硅懸臂梁陣列結構及其制備方法和應用。

背景技術

微機械系統致力于將能量傳遞、運動變換和控制調節集成為一體，微構件由此常被設計成具有多種功能的組合器件。例如，微構件常被要求將界面信號轉換為機械信號進而完成機械運動，這就需要其具備一定的彈性形變。而許多微機電系統如微型馬達、微型齒輪、微型開關等整體尺寸很小，微構件與襯底間的距離在幾納米甚至幾微米量級。由于尺寸效應，當微構件尺寸接近納米尺度時，它將表現出許多與宏觀尺寸構件截然不同的性質。隨著尺寸的減小，表面積與體積之比增大，表面效應增強，與構件表面積成比例的表面力(如靜電力、范德華力、流體中的粘性拖力等)會取代體積力(慣性力)而成為主導力。微構件的尺寸微小，且易發生彈性形變，這些特性都使其極易受到表面力的影響，彎向下面的襯底，因此，在微構件的制造生產和運行過程中，都可能由于粘著力過大，使微器件的性能受到嚴重影響，甚至動作失效。粘附問題是造成廢品的重要原因，并直接導致微機電系統(MEMS)的一次成品率低、成本隨即增加。

微構件間的粘附已然成為影響MEMS成品率和可靠性的主要原因之一。要克服粘附問題，人們首先想到在構件結構設計和制作工藝方面做些調整，但往往收效不大。從概念上分析，降低懸臂梁襯底表面的表面能應是最基本的措施，表面改性是一種降低表面能的有效方法。

因此，微構件表面改性被認為是降低懸臂梁襯底表面能，進一步解決MEMS中粘附問題，提高懸臂梁工作可靠性的一個有效手段。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種多晶硅懸臂梁陣列結構的制備方法，旨在解決背景技術中提出的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種多晶硅懸臂梁陣列結構的制備方法，其包括以下步驟：

在硅片襯底上沉積一層的類金剛石薄膜(DLC膜)；

干法刻蝕所述類金剛石薄膜后，再在其表面生長二氧化硅層；

利用CF₄和He的混合氣體干法刻蝕所述二氧化硅層后，再在其表面生長多晶硅層；

利用Cl₂和He的混合氣體干法刻蝕所述多晶硅層后，再腐蝕去除所述二氧化硅層，形成多晶硅懸臂梁，并經清洗、烘干后，得到所述多晶硅懸臂梁陣列結構。

作為本發明實施例的一個優選方案，所述類金剛石薄膜的厚度為50～150nm。

作為本發明實施例的另一個優選方案，所述硅片襯底為Si(100)。

作為本發明實施例的另一個優選方案，所述CF₄和He的混合氣體中，CF₄與He的體積比為(1～3):(5～7)。