[发明专利]用于使涂层沉积在装置上的改进的沉积技术

说明书

本发明涉及涂层沉积的领域。尤其，描述了一种用于在装置上产生薄膜或涂层的改进的沉积技术，所述改进的沉积技术具有用于使自组装单层（self assembled monolayer）（SAM）涂层沉积在微机电结构（micro electro-mechanical structure）（MEMS）上的特别应用。

用于MEMS的生产方法利用了出于各种目的被沉积在基材上的材料的层或涂层。在一些情况下，层被沉积在基材上且然后被随后除去，比如当层被用作图案化的掩蔽材料且然后在图案转移至下层之后被除去时。在其它情况下，层被沉积，以作为完成的制造装置的一部分执行预定义的功能。用于沉积这些薄膜层或涂层的许多方法是本领域的那些技术人员已知的，例如：溅射沉积，其中等离子体被用于使来自目标材料（通常为金属）的原子溅射，且所溅射的原子沉积在基材上；化学蒸气沉积，其中活化的（例如，通过等离子体、辐射或温度，或其组合）物质在气相中反应（随后反应的产物沉积在基材上）或在基材表面上反应以在基材上产生反应的产物；蒸发沉积，其中蒸发的材料冷凝在基材上，以形成层；及通常从涂层材料的溶剂溶液旋涂（spin-on）、喷涂（spray-on）或浸涂（dip-on）沉积，其中溶剂随后被蒸发，以将涂层材料留在基材上。

考虑到MEMS通常展示大的表面积与体积的比率，在它们的制造过程期间克服的最难的问题之一是静态阻力（stiction）的影响。静态阻力涉及在恢复力不能克服界面力比如毛细管引力、范德华引力及静电引力时产生的柔性的微结构表面的无意的粘连（adhesion）。为在最终的牺牲蚀刻之后表面MEMS与底下基材的粘连的释放静态阻力（release stiction）主要是由液体毛细管力造成的。

在历史上，已经开发了工程解决方案，以缓解静态阻力的问题。然而，在MEMS的正常操作期间，这些技术中的大部分不能防止粘连的发生。例如，在使用期间，归因于加速力或静电力，MEMS内的表面可以无意地变得接触。可选择地，在表面抵抗彼此冲击或剪切的应用中，一些表面可以无意地变得接触。然而，当粘连引力超过恢复力时，表面将永久地粘连到彼此上，因此造成装置故障。这种现象作为使用中的静态阻力（in-use stiction）是本领域已知的。

为了减小静态阻力的影响，因此需要控制接触表面的地形学和/或化学组成。一种已知的解决方案涉及自组装单层（SAM）涂层在MEMS上的沉积。根据它们预期执行的功能，已经采用了许多不同的化学组成来形成SAM涂层。例如，本领域已经采用了SAM涂层，以提供具有疏水、亲水或生物活性功能的MEMS的区域。当需要被采用以提供抗静态阻力涂层时，常规方法是提供具有很好地键合到硅和/或二氧化硅表面上的无机部分（例如，硅烷化合物）和为装置提供疏水功能的有机部分（例如，长链碳氟化合物）的前体材料。

在室温（20℃）和标准大气压力（760托）下，这样的前体材料趋向于处于液相中。因此，用于为MEMS沉积SAM抗静态阻力涂层的早期技术采用液体或湿法沉积技术。在Ashurst等的标题为“Dichlorodimethylsilane as an anti-stiction monolayer for MEMS:A comparison to the octadecyltrichlosilane self assembled monolayer”，Journal of Microelectromechanical Systems，第10卷，第1期，3月(2001)和“Alkene based monolayer films as anti-stiction coatings for polysilicon MEMS”，Proceedings of Solid-state Sensor&Actuator Workshop,Hilton Head2000,Hilton Head Island,SC,第320-323页(2000)的文章中提供了两种实例。这些文章中的第一篇提供了在用作MEMS上的抗静态阻力单层的二氯二甲基硅烷（DDMS）和十八烷基三氯硅烷（OTS）之间的比较，而这些文章中的第二篇提供了在1-十八烯、十八烷基三氯硅烷（OTS）和全氟癸基三氯硅烷（FDTS）之间的比较。