[发明专利]一种多晶硅悬臂梁阵列结构及其制备方法和应用

说明书

本发明适用于微机电系统领域，提供了一种多晶硅悬臂梁阵列结构及其制备方法和应用，该多晶硅悬臂梁阵列结构的制备方法包括以下步骤：在硅片衬底上沉积一层的类金刚石薄膜；干法刻蚀所述类金刚石薄膜后，再在其表面生长二氧化硅层；利用CF₄和He的混合气体干法刻蚀所述二氧化硅层后，再在其表面生长多晶硅层；利用Cl₂和He的混合气体干法刻蚀所述多晶硅层后，再腐蚀去除所述二氧化硅层，形成多晶硅悬臂梁，并经清洗、烘干后，得到所述多晶硅悬臂梁阵列结构。本发明制得的多晶硅悬臂梁阵列结构的衬底的表面能得到了有效的减弱，悬臂梁构件发生负面弯曲的几率大大减小，有效提高了多晶硅悬臂梁工作的可靠性。

技术领域

本发明属于微机电系统领域，尤其涉及一种多晶硅悬臂梁阵列结构及其制备方法和应用。

背景技术

微机械系统致力于将能量传递、运动变换和控制调节集成为一体，微构件由此常被设计成具有多种功能的组合器件。例如，微构件常被要求将界面信号转换为机械信号进而完成机械运动，这就需要其具备一定的弹性形变。而许多微机电系统如微型马达、微型齿轮、微型开关等整体尺寸很小，微构件与衬底间的距离在几纳米甚至几微米量级。由于尺寸效应，当微构件尺寸接近纳米尺度时，它将表现出许多与宏观尺寸构件截然不同的性质。随着尺寸的减小，表面积与体积之比增大，表面效应增强，与构件表面积成比例的表面力(如静电力、范德华力、流体中的粘性拖力等)会取代体积力(惯性力)而成为主导力。微构件的尺寸微小，且易发生弹性形变，这些特性都使其极易受到表面力的影响，弯向下面的衬底，因此，在微构件的制造生产和运行过程中，都可能由于粘着力过大，使微器件的性能受到严重影响，甚至动作失效。粘附问题是造成废品的重要原因，并直接导致微机电系统(MEMS)的一次成品率低、成本随即增加。

微构件间的粘附已然成为影响MEMS成品率和可靠性的主要原因之一。要克服粘附问题，人们首先想到在构件结构设计和制作工艺方面做些调整，但往往收效不大。从概念上分析，降低悬臂梁衬底表面的表面能应是最基本的措施，表面改性是一种降低表面能的有效方法。

因此，微构件表面改性被认为是降低悬臂梁衬底表面能，进一步解决MEMS中粘附问题，提高悬臂梁工作可靠性的一个有效手段。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种多晶硅悬臂梁阵列结构的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种多晶硅悬臂梁阵列结构的制备方法，其包括以下步骤：

在硅片衬底上沉积一层的类金刚石薄膜(DLC膜)；

干法刻蚀所述类金刚石薄膜后，再在其表面生长二氧化硅层；

利用CF₄和He的混合气体干法刻蚀所述二氧化硅层后，再在其表面生长多晶硅层；

利用Cl₂和He的混合气体干法刻蚀所述多晶硅层后，再腐蚀去除所述二氧化硅层，形成多晶硅悬臂梁，并经清洗、烘干后，得到所述多晶硅悬臂梁阵列结构。

作为本发明实施例的一个优选方案，所述类金刚石薄膜的厚度为50～150nm。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述硅片衬底为Si(100)。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述CF₄和He的混合气体中，CF₄与He的体积比为(1～3):(5～7)。