[发明专利]微小型结构及其制造方法

说明书

本发明涉及微加工和微制造技术，具体涉及其基础不同于常规薄膜多晶硅制造技术的集成化微小型结构的构造。

微技术包罗了多种源自应用于半导体和集成电路制造过程的集成化微加工技术。这些技术包括化学蚀刻、反应离子蚀刻、氧化蚀刻、干式等离子体蚀刻、金属化、金属淀积、光刻、热扩散、离子注入和化学汽相淀积。近年来，微加工和微制造技术有利于大量地和低成本地用来提供各种有源和无源的微结构。在推荐的许多结构中，有致动器和传感器、微电机和各种其它器件，包括可动铰接、杠杆、齿轮、滑动器、弹簧及其它。

传统上，表面加工的微结构是以多晶硅为基础的。这些结构通常是用化学汽相淀积的多晶硅薄膜来制造的，薄膜被蚀刻以产生出1—2微米厚度数量级的各结构层。这类极小的厚度表现了以多晶硅为基础的结构的固有界限，它限制了它们在某些应用中的有效性。例如，已经生产出一些多晶硅微致动器，它们能产生出亚微牛顿量级的恒定力和亚毫微牛顿一米量级的力矩。这些器件可用来在兆赫的频率上移动微小物体。另一方面，有时希望移动具有1立方毫米尺寸的物体，或者还希望加速度值高达100G。为此，便需要有毫牛顿量级的力。在这种水平上生产微结构需要一种可提供出足够垂直或不共面的刚性的设计，而在加速度方向有非常低的机械刚度，使得用以移动一个物体的可用能量为最大。

美国专利U.S.Patent No.5025346中提出了在一个保护系统中应用多晶硅薄膜技术的侧向驱动共振微致动器结构的构造。其加工是基于一种四掩模过程，其中，在一个磷硅玻璃(PSG)的保护层上用低压化学汽相淀积法(LPCVD)淀积上一个2微米厚了多晶硅层。经适当刻成图案之后，该保护层被溶解掉而产生出一个独立式的致动器结构和悬挂系统。这悬挂系统包含有许多多晶硅支梁，它们对致动器在结构平面内的高频侧向移动给以支持。然而，在仅为2微米的垂直厚度下，悬挂支梁只有很小的垂直刚度，即垂直于所希望的加速方向的刚度。这样低的垂直刚度会导致不希望有的大的垂直移动。幸而，随着给定方向上厚度的增加，在该方向上机械刚度的增加为厚度的三次方的函数。另一方面，在正交方向上刚度的增加则只是按线性变化的。

因此，在微结构的应用中，特别是在具有独立式结构的应用中，将希望增加垂直结构的厚度。这便需要有这样的制造方法，它们能克服常规薄膜淀积技术上的厚度限制。而且，由于在加速方向上结构厚度方面的制约，因此，需要有一些能制造出具有大的纵横比(即垂直与侧向厚度之比)结构的技术。尽管已经提出的各种各样的X射线技术来产生具有100微米量级厚度的结构，但这类厚度比所需的要大得多。确切些说，希望提供出这样的微结构，在纵横比约为10∶1下具有10微米量级的垂直厚度。

为此，本发明的一个基本目的和优点在于提供出一种用以制造出独立式的极小化结构的方法，该结构在约10∶1的纵横比下具有10微米量级(大约在10微米之间)的垂直厚度，因而不存在多晶硅薄膜技术中所固有的厚度约束。做到这一点是通过应用了另一种材料和一种先进的光刻与电镀技术，它容许厚结构的微加工，不需要牺牲最小共平面特性而可增加结构的厚度。在本发明的优选实施例中，采用了一种以保护系统为基础的方法，它包括选择衬底材料的步骤，在该衬底材料上沉积一层保护材料，并将保护层刻成图案，来规定一种形状。在保护层上淀积一层光敏抗蚀材料，并用反差增强的光刻法制作图案来形成一光敏抗蚀剂型模。在此型模上，电镀上一层金属材料。这电镀结构与光敏抗蚀层轮廓相一致，其厚度可以为多晶硅结构厚度的许多倍。然后，用蚀刻剂使光敏抗蚀刻型模和保护层溶去，以形成一个独立式的金属结构。

图1是依照本发明制造的一个微致动器结构的概略平面图。

图2A—2M示出图1的微致动器结构构成中的各个步骤。

图3是沿图1中3—3线所得到的一个剖面图。

图4是磁和/或光存储器件中用的一种滑动器跟踪系统的一个概略端视图。

图5是磁和/或光数据存储系统中用的一种磁头跟踪系统的一个概略侧视图。

图6是以本发明为基础构成的一个全面积有用的、多电极微致动系统的一个概略平面图。

图7是图6中全面积有用的微致动器一部分的一个细节图。

现在，结合一个优选的实施例来说明依照本发明用于制造微小型结构的一种方法，本实施例本质上是示范性的，不应理解为是对本发明的范畴的限制，本发明的范畴在所附的权利要求书中完全作出限定。