專利名稱：一種雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微型執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一 種雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的制作方法。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外利用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制作而成的微型執(zhí)行器，由于原理的不同 而種類繁多，包括熱執(zhí)行器、靜電執(zhí)行器、電磁執(zhí)行器、透磁合金執(zhí)行器、 人工合成射流執(zhí)行器、硅橡膠氣球執(zhí)行器等。
要制作出對(duì)流體千擾能力強(qiáng)的微執(zhí)行器，關(guān)鍵要增加對(duì)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng) 力。各種微執(zhí)行器中，利用熱、靜電原理的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力小，使執(zhí)行器產(chǎn) 生的偏移不能對(duì)流體造成顯著影響，并且有些靜電磁執(zhí)行器由于應(yīng)力和熱 效應(yīng)的原因，本身就產(chǎn)生了很大的形變，而人工射流、氣球執(zhí)行器工藝復(fù) 雜，難于實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁 執(zhí)行器的制作方法，以簡(jiǎn)化制作工藝，克服用于流體控制的微執(zhí)行器驅(qū)動(dòng) 力小的問(wèn)題。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行 器的制作方法，該方法包括
A、 在硅晶片背面淀積氮化硅薄膜;
B、 保護(hù)正面，背面光刻，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口；
C、 在硅晶片正面淀積一層PSG薄膜，在PSG層上再淀積一層多晶硅
薄膜；
D、 在多晶硅薄膜上再淀積一層PSG，退火，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行磷摻
雜；
E、 去掉PSG，光刻，刻蝕形成執(zhí)行器圖形；
F、 正面淀積一層氮化硅薄膜，光刻，刻蝕形成接觸孔；
G、 正面光刻，打底膠，電子束蒸發(fā)Cr/Au，剝離形成金屬線圈以及 電極；
H、 腐蝕背面體硅，直到PSG層；
I、 在HF溶液中腐蝕PSG層，釋放執(zhí)行器。
上述方案中，步驟A中所述硅晶片為雙表面拋光的晶向?yàn)?100)的 n型硅片，所述淀積采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法進(jìn)行，所述氮化 硅薄膜的厚度為1.5pm。
上述方案中，步驟B中所述保護(hù)正面采用光刻膠來(lái)保護(hù)正面，背面光 刻采用等離子體干法進(jìn)行，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口的尺寸為 1100,x900iam。
上述方案中，步驟C中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜的 厚度為2jiim，多晶硅薄膜的厚度為6000義，其中PSG中磷含量為6。/。。
上述方案中，步驟D中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜厚 度為5000義，退火溫度為950。C，時(shí)間為1小時(shí)。
上述方案中，所述步驟E包括采用HF溶液去掉表面PSG，并采用 光刻膠做掩蔽干法刻蝕多晶硅形成執(zhí)行器圖形。
上述方案中，步驟F中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，氮化硅薄膜 厚度為3000義，采用光刻膠做掩蔽干法刻蝕氮化硅形成接觸孔。
上述方案中，步驟G中所述電子束蒸發(fā)的Cr的厚度為100i， Au的 厚度為4000^，剝離形成的金屬線圈的寬度為lO)am，線圈的間隔為5pm。
上述方案中，步驟H中所述腐蝕背面體硅采用在質(zhì)量比為30%的 KOH溶液中各向異性腐蝕。
上述方案中，該微磁執(zhí)行器尺寸為300(imX30(^m，由位于一側(cè)的2 個(gè)懸臂梁支撐，懸臂梁尺寸為200(imX24pm，多晶硅與金屬線圈共同組 成電流回路，將通電的執(zhí)行器放置在外部磁場(chǎng)中，執(zhí)行器在磁場(chǎng)的作用下
將產(chǎn)生向外的偏移振動(dòng)。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果-
1、 本發(fā)明制作的微型磁執(zhí)行器，采用雙層結(jié)構(gòu)，由摻雜的多晶硅和 氮化硅組成，金屬線圈位于執(zhí)行器的平面上，執(zhí)行器由位于一側(cè)的2個(gè)懸臂 梁支撐，多晶硅與金屬線圈共同組成電流回路。
2、 本發(fā)明利用磁力為推動(dòng)力，大大增強(qiáng)了執(zhí)行器偏移振動(dòng)能力，能 夠?qū)α黧w施加顯著影響，工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
3、 將本發(fā)明制作的雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器通電后放置在外部 磁場(chǎng)中，執(zhí)行器在磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生向外的偏移振動(dòng)，從而對(duì)流體施加 一定的作用來(lái)達(dá)到改變流體動(dòng)力特性的目的。


圖1為本發(fā)明提供的制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的方法流程
圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的工藝 流程圖；其中，l為硅，2為氮化硅，3為氧化硅，4為金屬，5為光刻膠;
圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例制作的雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的俯 視圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提供的這種雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器，采用雙層結(jié)構(gòu)， 由摻雜的多晶硅和氮化硅組成,金屬線圈位于執(zhí)行器的平面上，執(zhí)行器由位 于一側(cè)的2個(gè)懸臂梁支撐，多晶硅與金屬線圈共同組成電流回路。將本發(fā) 明制作的雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器通電后放置在外部磁場(chǎng)中，執(zhí)行 器在磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生向外的偏移振動(dòng)，從而對(duì)流體施加一定的作用來(lái) 達(dá)到改變流體動(dòng)力特性的目的。
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如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行
器的方法流程圖，該方法包括以下步驟
步驟101:在硅晶片背面淀積氮化硅薄膜；
步驟102:保護(hù)正面，背面光刻，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口； 步驟103:在硅晶片正面淀積一層PSG薄膜，在PSG層上再淀積一 層多晶硅薄膜；
步驟104:在多晶硅薄膜上再淀積一層PSG，退火，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn) 行磷摻雜；
步驟105:去掉PSG，光刻，刻蝕形成執(zhí)行器圖形；
步驟106:正面淀積一層氮化硅薄膜，光刻，刻蝕形成接觸孔；
步驟107:正面光刻，打底膠，電子束蒸發(fā)Cr/Au，剝離形成金屬線 圈以及電極；
步驟108:腐蝕背面體硅，直到PSG層；
步驟109:在HF溶液中腐蝕PSG層，釋放執(zhí)行器。
上述步驟101中所述步驟A中所述硅晶片為雙表面拋光的晶向?yàn)?(100)的n型硅片，所述淀積采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法進(jìn)行， 所述氮化硅薄膜的厚度為1.5pm。
上述步驟102中所述保護(hù)正面釆用光刻膠來(lái)保護(hù)正面，背面光刻采用 等離子體干法進(jìn)行，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口的尺寸為1100^imx900)Lim。
上述步驟103中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜的厚度為 2)imi，多晶硅薄膜的厚度為6000義，其中PSG中磷含量為6。/。。
上述步驟104中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜厚度為 5000義，退火溫度為950。C，時(shí)間為1小時(shí)。
上述步驟105包括采用HF溶液去掉表面PSG，并采用光刻膠做掩 蔽干法刻蝕多晶硅形成執(zhí)行器圖形。
上述步驟106中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，氮化硅薄膜厚度為 3000^ ，采用光刻膠做掩蔽干法刻蝕氮化硅形成接觸孔。
上述步驟107中所述電子束蒸發(fā)的Cr的厚度為IOO義，Au的厚度為 4000義，剝離形成的金屬線圈的寬度為10fim，線圈的間隔為5pm。
上述步驟108中所述腐蝕背面體硅采用在質(zhì)量比為30X的KOH溶液
中各向異性腐蝕。
該微磁執(zhí)行器尺寸為300|imX300|am，由位于一側(cè)的2個(gè)懸臂梁支撐， 懸臂梁尺寸為200pmX24|^m，多晶硅與金屬線圈共同組成電流回路，將 通電的執(zhí)行器放置在外部磁場(chǎng)中，執(zhí)行器在磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生向外的偏 移振動(dòng)。
基于圖1所述的制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的方法流程圖， 以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的方 法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例
如圖2所示，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例制作雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁 執(zhí)行器的工藝流程圖。
步驟201:在雙拋光n-type (100)硅晶片的下表面上采用低壓化學(xué)氣 相沉積(LPCVD)方法淀積厚度為1.5|am的氮化硅薄膜；與本對(duì)應(yīng)的工 藝流程圖如圖2-l所示。
步驟202:采用光刻膠保護(hù)硅晶片的正面，采用等離子體干法對(duì)硅晶 片的背面進(jìn)行光刻，刻蝕形成尺寸為1100^imx90(^m的氮化硅薄膜窗口； 與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-2所示。
步驟203:在硅晶片的正面采用LPCVD方法淀積厚度為2pm的PSG 薄膜，然后在PSG薄膜上采用LPCVD方法淀積厚度為6000義的多晶硅薄 膜；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-3所示。
步驟204:在多晶硅薄膜上采用LPCVD方法淀積厚度為5000義的PSG 薄膜；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-4所示。
步驟205:退火，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行磷摻雜；退火溫度為950°C，時(shí) 間為1小時(shí)；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-5所示。
步驟206:采用HF溶液去掉表面PSG，并采用光刻膠做掩蔽干法刻 蝕多晶硅形成執(zhí)行器圖形；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-6所示。
步驟207:在硅晶片的正面采用LPCVD方法淀積厚度為3000丄的氮 化硅薄膜；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-7所示。
步驟208:采用光刻膠做掩蔽干發(fā)刻蝕氮化硅薄膜形成接觸孔；與本
對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-8所示。
步驟209:正面光刻，打底膠,電子束蒸發(fā)Cr/Au，其中Cr的厚度為 100義，Au的厚度為4000義，剝離形成金屬線圈以及電極，金屬線圈的寬 度為10pm，線圈的間隔為5jum;與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖2-9所示。
步驟210:采用crystalbond509膠保護(hù)正面，在質(zhì)量比為30%的KOH 溶液中各向異性腐蝕背面體硅，直到PSG層；與本對(duì)應(yīng)的工藝流程圖如圖 2-10所示。
步驟211:在HF溶液中腐蝕PSG層，釋放執(zhí)行器；與本對(duì)應(yīng)的工藝 流程圖如圖2-ll所示。
采用上述步驟制作的雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器尺寸為300pmX 300pm，由位于一側(cè)的2個(gè)懸臂梁支撐，懸臂梁尺寸為200pmX24)Lim，多 晶硅與金屬線圈共同組成電流回路，將通電的執(zhí)行器放置在外部磁場(chǎng)中， 執(zhí)行器在磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生向外的偏移振動(dòng)。如圖3所示，圖3為依照 本發(fā)明實(shí)施例制作的雙層結(jié)構(gòu)的MEMS微磁執(zhí)行器的俯視圖。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作方法，其特征在于，該方法包括A、在硅晶片背面淀積氮化硅薄膜；B、保護(hù)正面，背面光刻，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口；C、在硅晶片正面淀積一層PSG薄膜，在PSG層上再淀積一層多晶硅薄膜；D、在多晶硅薄膜上再淀積一層PSG，退火，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行磷摻雜；E、去掉PSG，光刻，刻蝕形成執(zhí)行器圖形；F、正面淀積一層氮化硅薄膜，光刻，刻蝕形成接觸孔；G、正面光刻，打底膠，電子束蒸發(fā)Cr/Au，剝離形成金屬線圈以及電極；H、腐蝕背面體硅，直到PSG層；I、在HF溶液中腐蝕PSG層，釋放執(zhí)行器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟A中所述硅晶片為雙表面拋光的晶向?yàn)?100) 的n型硅片，所述淀積采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法進(jìn)行，所述氮 化硅薄膜的厚度為1.5pm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟B中所述保護(hù)正面采用光刻膠來(lái)保護(hù)正面，背面 光刻采用等離子體干法進(jìn)行，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口的尺寸為 1100拜x900pm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟C中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜 的厚度為2^m，多晶硅薄膜的厚度為6000義，其中PSG中磷含量為6%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟D中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，PSG薄膜 厚度為5000義，退火溫度為950°C，時(shí)間為1小時(shí)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，所述步驟E包括采用HF溶液去掉表面PSG，并采用光刻膠做掩蔽干法刻蝕多晶硅形成執(zhí)行器圖形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟F中所述淀積采用LPCVD方法進(jìn)行，氮化硅薄 膜厚度為3000義，采用光刻膠做掩蔽干法刻蝕氮化硅形成接觸孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟G中所述電子束蒸發(fā)的Cr的厚度為100義，An 的厚度為4000義，剝離形成的金屬線圈的寬度為10pm，線圈的間隔為
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，步驟H中所述腐蝕背面體硅采用在質(zhì)量比為30%的 KOH溶液中各向異性腐蝕。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作 方法，其特征在于，該微磁執(zhí)行器尺寸為300(imX30(Him，由位于一側(cè)的 2個(gè)懸臂梁支撐，懸臂梁尺寸為20(^mX24^im，多晶硅與金屬線圈共同組 成電流回路，將通電的執(zhí)行器放置在外部磁場(chǎng)中，執(zhí)行器在磁場(chǎng)的作用下 將產(chǎn)生向外的偏移振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)微型執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種雙層結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)微磁執(zhí)行器的制作方法，該方法包括A.在硅晶片背面淀積氮化硅薄膜；B.保護(hù)正面，背面光刻，刻蝕形成氮化硅薄膜窗口；C.在硅晶片正面淀積一層PSG薄膜，在PSG層上再淀積一層多晶硅薄膜；D.在多晶硅薄膜上再淀積一層PSG，退火，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行磷摻雜；E.去掉PSG，光刻，刻蝕形成執(zhí)行器圖形；F.正面淀積一層氮化硅薄膜，光刻，刻蝕形成接觸孔；G.正面光刻，打底膠，電子束蒸發(fā)Cr/Au，剝離形成金屬線圈以及電極；H.腐蝕背面體硅，直到PSG層；I.在HF溶液中腐蝕PSG層，釋放執(zhí)行器。本發(fā)明簡(jiǎn)化了制作工藝，克服了用于流體控制的微執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力小的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101376491SQ20071012107
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者葉甜春, 亮 易, 景玉鵬, 毅 歐, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所