CN103991838A - 用于制造包括多孔表面的微米和/或纳米机械结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制造包括多孔表面的微米和/或纳米机械结构的方法。该方法包括由包含支撑基板和牺牲层的元件开始的以下步骤：a）形成第一层，所述第一层的至少一部分是多孔的，b）在所述第一层上形成提供结构的机械特性的由一种（或多种）材料制成的层，称为中间层，c）在所述中间层上形成第二层，所述第二层的至少一部分是多孔的，d）在由所述第一层、中间层和第二层构成的堆叠中形成所述结构，e）通过至少部分地去除所述牺牲层来剥离所述结构。

Description

用于制造包括多孔表面的微米和/或纳米机械结构的方法
技术领域
本发明涉及用于制造微米机械结构和/或纳米机械结构，尤其是包括多孔材料层的悬挂MEMS和/或NEMS类型的微米机械结构和/或纳米机械结构的方法，所述结构特别适合用于制造传感器。
背景技术
目前微米电机械系统（MEMS）用于当代日常生活的许多产品中。由于出现了具有由于机械结构的尺寸减少带来的许多优点的纳米电机械系统（NEMS），还特别地出现新的应用。感兴趣的一个领域涉及使用以下事实的湿度传感器、化学传感器或生物传感器，即多孔材料的层有助于传感器和外部介质之间的相互作用，例如通过改善分子的吸收。
例如，文献“VLSI silicon multi-gas analyzer coupling gaschromatography and NEMS detectors”A.Niel,V.Gouttenoire,M.Petitjean,N.David,R.Barattin,M.Matheron,F.Ricoul,T.Bordy,H.Blanc,J.Ruellan,D.Mercier,N.Pereira-Rodrigues,G.Costa,V.Agache,S.Hentz,J.C.Gabriel,F.Baleras,C.Marcoux,T.Ernst,L.Duraffourg,E.Colinet,P.Andreucci,E.Ollier,P.Puget and J.Arcamone,IEDM Conference2011描述了形成重力传感器的示例性NEMS结构。NEMS结构包括在吸收气体分子的表面上的振动结构，所述表面具有改变其质量的作用，并且因此改变其共振频率。通过压阻量表来测量该改变并且因此可以通过监测该结构的共振频率来监测气体浓度的变化。
针对气体传感器或生物传感器应用在该文献中所述的MEMS/NEMS系统的问题涉及外部介质和敏感结构之间的界面。已经尝试优化该相互作用并且具体地是有助于分子吸收在该结构中或该结构上，同时保持该机械结构的良好机械性能。
可以使用多孔材料来更好地吸收分子。多孔硅非常令人感兴趣，因为它可以具有不同的孔隙率。它可以是孔径小于2nm的微孔，孔径在2nm至50nm之间的中孔，或孔径大于50nm的大孔。
文献US2004/0195096公开了使用完全多孔硅表面技术来制造包括悬臂梁型结构或嵌入-嵌入梁型结构的气体传感器的方法。因此，在其整个厚度上机械结构由多孔材料构成。整个结构由多孔材料制造的事实可能更难以获得高质量的机械特性，例如用于共振结构。
文献US2011/0221013公开了通过多孔材料封装MEMS结构。但是不可能局部化多孔层，因为多孔层形成在前面形成的机械结构上。
标题为"Composite porous silicon-crystalline silicon cantilevers forenhanced biosensing”,S.Stolyarova,S.Cherian,R.Raiteri,J.Zeravik,P.Skladal,Y.Nemirovsky,Sensors and Actuators B131(2008)509–515的文献描述了在以前由SOI基底（衬底，基板）形成的由单晶硅制造的移动机械结构的下表面上形成多孔硅层。形成的多孔硅可以固定可显著地改善灵敏度的广泛多样的化学物质和/或生物物质。
多孔层并未局部化（localise）在剥离的机械结构处。因为在形成机械结构的步骤之后形成多孔硅，因此可以看到硅的所有这种结构被多孔硅覆盖。然而，对于其中致动部件和/或检测部件也是部分移动结构的许多MEMS/NEMS结构以及对于具有共振部件的结构而言，这不是期望的。用于电容型致动装置和/或检测装置的电极被多孔硅覆盖；对于压阻检测而言，应变量表可以被多孔硅覆盖或甚至由多孔硅形成，并且表面还可以被多孔硅覆盖（用于共振结构）。由于多孔表面造成的能量损失，可能降低质量因素。
所有这些部件优选通过蚀刻单晶硅材料来得到具有非常良好表面情况的单晶硅，从而实现良好的性能，或更一般地这些部件应当由具有比多孔材料良好的表面情况的单晶材料或多晶材料制成。
发明内容
因此，本发明的一个目的是公开了一种用于制造微米机械结构和/或纳米机械结构，并且更具体地具有非常良好的机械性能以及具体地可以吸附或吸收感兴趣的物质的多孔材料的较大表面积的微米电机械结构和/或纳米电机械结构（MEMS和/或NEMS）的方法。
通过制造包括在由具有比中间材料的孔隙率更高孔隙率的材料制成的两层之间的中间材料的机械结构的方法来实现上述目的，所述中间材料具有多种机械特性，并且多孔材料的层旨在用于吸附或吸收感兴趣的物质。
多孔层的其他特性，例如电绝缘特性和/或热绝缘特性，使本发明具有吸引力。具体地，这些特性可以将该结构用于吸附或吸收感兴趣物质以外的应用。
为了实现这个目的，所述方法包括在具有牺牲层的基底（衬底，基板）上进行的以下步骤：
-在所述牺牲层上形成第一层，所述第一层的至少一部分由多孔材料制成，
-形成由具有针对该结构所希望的机械特性的一种或多种材料制成的层，
-在由具有针对所述结构所需要的机械特性的一种或多种材料制成的层上形成第二层，所述第二层的至少一部分由多孔材料制成，
-在上述层中形成机械结构并且通过至少部分去除所述牺牲层来剥离（释放）所述机械结构。
使用这种方法，机械结构的下表面和上表面的至少一部分可以被多孔材料覆盖，因此增加了吸收表面积并且保证了机械特性，因为形成机械结构的层不受影响。
非常有利地是，在基底上形成并且局部化第一层和第二层的多孔区域，使得在该方法结束时，仅悬挂的机械结构或该结构的一部分包括由多孔材料制成的区域。为了实现这个目的，使用掩模来制造形成或蚀刻的第一层和第二层从而在局部化区域中保持多孔材料。因此，致动装置和/或检测装置可以不存在多孔物质，并且它们的性能并未由于多孔材料的存在而降低。
在一个非常有利的实例中，第一多孔层和第二多孔层由多孔硅制成并且提供机械特性的层由单晶硅制成。
于是本发明的主题是一种用于制造微米机械结构和/或纳米机械结构的方法，包括由包含支撑基底（支撑衬底）和牺牲层的元件（要素，element）开始的以下步骤：
a）形成第一层，所述第一层的至少一部分是多孔的
b）在所述第一层上形成提供该结构的机械特性的层，称为中间层，
c）在中间层上形成第二层，所述第二层的至少一部分是多孔的，
d）在由所述第一层、所述中间层和所述第二层构成的堆叠（堆叠体，堆垛，stack）中形成所述结构，
e）通过至少部分地去除所述牺牲层来剥离（释放）所述结构。
在本申请中，层是指材料的均质层或由多种材料构成的异质层。此外，所谓的中间层优选是无孔的并且具有低于第一层和第二层的孔隙率的孔隙率，但是如果它执行其机械功能，则它可能是多孔的。
在一个有利的实例中，所述第一层的多孔部分可以至少部分地放置在所述第二层的多孔部分上。例如，第一多孔层和第二多孔层可以彼此不同地局部化。作为变体，两个层中仅一个可以被局部化。
有利地，所述第一层的多孔部分和/或所述第二层的多孔部分可以具有开放类型的孔隙率，即，其中这些孔彼此连通以便能够在一个或多个多孔层中循环气体物质，在一些应用中例如气体或湿度传感器应用中。
优选地，所述第一多孔层和/或第二多孔层中的材料独立地选自半导体、电介质以及特别地低介电常数的电介质。
所述第一层和第二层可以具有亲水特性或疏水特性。为了实现这个目的，可以对它们进行处理例如等离子体处理以改变其表面的深度化学特性。
例如，步骤a）和/或步骤c）包括用于将层沉积、生长或转移到所述牺牲层和/或中间层上的步骤。
有利地，将所述第一层和/或第二层的多孔部分局部化，例如通过局部化地沉积、生长、转移或局部化地蚀刻来实现局部化。
应当理解的是该层的孔隙率对于该层是内在的（固有的）。
步骤a）和/或步骤c）可以包括用于多孔化所述层的至少一部分的步骤。例如，在进行多孔化步骤之前在所述层上制造掩模，从而局部化待多孔化的材料的至少一个区域。掩模可以是硬的氮化硅掩模。可以通过电化学方式（阳极氧化）或通过染色蚀刻来实现多孔化。
制造所述第一层和/或第二层的材料可以是P-掺杂的并且优选P+掺杂的半导体。
制造所述中间层的材料有利地是单晶材料。
步骤b）可以包括用于在第一层上外延生长中间层的步骤。
在由第一层、中间层和第二层构成的堆叠中形成所述结构的步骤d）可以包括所述堆叠的光刻和各向异性蚀刻步骤。
可以通过各向同性蚀刻所述牺牲层来剥离该结构。
优选地选择牺牲层的材料以与第一层、第二层和中间层的材料不同。
例如，可以处理牺牲层中的材料，例如通过掺杂。
在一个示例性实施方式中，所述第一层和第二层由多孔硅制成而中间层由单晶硅制成。
在另一示例性实施方式中，所述第一层和第二层由多孔SiGe制成，而中间层由非多孔SiGe制成。
在另一实例中，所述第一层和第二层由多孔SiC制成而中间层由非多孔SiC制成。
优选地，所述结构包括固定部分和在支撑物上的悬挂部分（suspendedpart）以及用于致动所述悬挂部分的装置和用于检测所述悬挂部分位移的装置，在面向所述支撑物的其第一面以及在相对于所述第一面的其第二面上，所述悬挂部分设置有在步骤a）和c）期间形成的至少一个多孔区域。
所述致动装置可以例如是静电型并且包括位于固定部分和悬挂部分侧翼的电极，而没有任何多孔区域。
在一个示例性实施方式中，所述检测装置是电容型并且包括位于固定部分和悬挂部分侧翼的电极，而没有任何多孔区域。在另一示例性实施方式中，所述检测装置包括在固定部分和悬挂部分之间延伸的压阻量表，所述量表并未设置有多孔区域。
在悬挂部分和/或固定部分的侧翼上可以形成一个或多个多孔侧向层（lateral layer）。
这样获得的微米机械结构和/或纳米机械结构可以用于制造化学传感器和/或生物传感器，和/或湿度传感器，所述多孔区域被设计成吸附感兴趣的分子。
附图说明
参考附图在阅读以下描述之后可以更好地理解本发明，其中：
-图1A至图1H是根据本发明在用于制造MEMS和/或NEMS机械结构的方法的实例中不同步骤的示意图，包括在其下表面上及其上表面上的多孔材料的至少一个层，
-图2A和图2B分别是使用根据本发明的方法获得的示例性结构的顶视图和截面视图，多孔材料的层覆盖所述结构的内表面和上表面的整个表面，
-图2C和图2D分别是图2A和图2B中的结构的变体的顶视图和截面视图，
-图3A和图3B分别是使用根据本发明方法获得的示例性结构的顶视图和截面视图，由多孔材料制造的区域被局部化在该结构的内表面和上表面上，
-图4A和图4B、图5A和图5B以及图6A和图6B分别是使用根据本发明方法获得的其他示例性结构的顶视图和截面视图，多孔材料的区域被局部化在该结构的内表面和上表面上。
具体实施方式
图1A至图1H显示了用于制造MEMS和/或NEMS类型机械结构的示例性方法中的步骤，所述结构包括在其上表面和下表面上的多孔材料层。
在本申请中，所述结构的下表面（下面，底面）是面对在其上制造所述结构的基底的结构的表面（面），而结构的上表面（顶面）被定向朝向所述结构的外部并且与下表面相对。
出于简化的原因，在制造方法的描述中，多孔材料的层由多孔硅制成而该结构由单晶硅制成。下面将详细描述用于这些层的材料的其他实例。
由包括例如由硅制造的基底2，例如由在基底4上形成的氧化硅4例如BOX（埋置的氧化物（Buried Oxide））制造的牺牲层4以及在所述牺牲层4上形成的硅层6的元件（要素）I开始。元件I可以是SOI（“绝缘体上硅结构”（Silicon On Insulator））晶片。硅层6的厚度可以例如在数十nm至数百nm之间。
这种元件I示于图1A中。
在层6中制造由多孔材料制成的第一层。优选地，所述硅是P+掺杂的，这有利于多孔硅的电化学形成（阳极氧化）。它还可以是P型掺杂，其中电化学蚀刻过程还可以优选地说明背面以便能够将载体循环朝向待多孔化的区域。作为变体，根据使用的多孔化过程可以进行其他类型的掺杂，甚至是N掺杂。
在下一步骤中，通过在层6上形成的掩模，例如硬掩模来限定其中需要制造多孔部分的层6的区域。选择掩模材料以便抵抗多孔化技术。例如，可以由在氢氟酸存在下抵抗阳极溶解的氮化硅来制造掩模。
作为变体，根据使用的多孔化技术，可以使用其他层作为硬掩模，即Si3N4、SiO2、SiGe、SiC、多晶硅以及它们的组合。作为变体，还可以使用离子注入技术来制造抵抗多孔化技术的掩模材料。
通过将由上述材料的一种或多种组合制造的层8沉积在硅层6的整个表面上并且使用常规光刻技术进行蚀刻来制造掩模从而开放提供进入硅层6的通道的区域10。
图1B显示了这样形成的元件。
下一步骤由多孔化硅层6的区域10构成。然后使用多孔化技术。例如，可以使用电化学多孔化（阳极氧化），其中通过在氢氟酸存在下的阳极溶解来实现多孔化。这种技术具有以下优点，其可以用于根据制造多孔的该层的掺杂以及根据处理条件来获得多种厚度以及孔隙率。
厚度可以从数十纳米至数十微米变化。孔径大小可以从数纳米至数微米变化，给出可以称为微孔、中孔或大孔硅。形成孔隙率的层（在这种情况下为层6）的阳极氧化条件，例如氢氟酸的浓度，电流密度，持续时间以及掺杂，即无掺杂、N掺杂或P掺杂以及掺杂剂的浓度，控制该多孔层的特性。
优选地在层6的整个厚度上进行多孔化。因此，区域10从牺牲层延伸至层6的自由表面。
可以使用其他多孔化技术，例如在文献"Vapor-etching-based poroussilicon formation”,M.Saadoun,N.Mliki,H.Kaabi,K.Daoubi,B.Bessais,H.Ezzaouia,R.Bennaceur,Vapour-etching-based porous silicon:a new approach,Thin Solid Films405(2002)29–34中描述的染色蚀刻技术。这种技术也称为反应性诱导蒸汽相染色蚀刻（RIVPSE），由将待多孔化的层暴露于通过在HF:HNO3:CH3COOH混合物中硅蚀刻生产的蒸汽构成。这种技术的一个优点是以下事实，即不需要在基底的前面和后面之间产生电接触也无需将元件浸入到液体溶液中，因为对于电化学技术而言情况就是如此，并且在任何类型的基底上（例如SOI基底）更容易形成多孔硅。通常使用基于氢氟酸和硝酸的电解质的化学蚀刻具有的优点是简单和经济的技术。
这样形成的元件显示在图1C中。
在下个步骤中，可以例如通过蚀刻来去除掩模。
这样形成的元件显示在图1D中。
在下个步骤期间，在设置有多孔区域10的层6上形成单晶硅12的层，在多孔区域10内部制造所述机械结构。
例如，通过在设置有多孔区域10的层6上外延生长来形成层12。例如，层12的厚度为数十nm至数百纳米。例如在文献EP2364953中公开了这种外延生长。使用针对硅的外延生长技术来获得这种生长，这是本领域普通技术人员熟知的。在这种生长发生之前（例如通过真空热处理），多孔Si的形状是相当稳定的。
这样形成的元件显示在图1E中。
在下个步骤期间，例如与第一多孔硅区域10垂直排列，在层12中制造第二多孔硅区域14。通过使用与用于形成第一区域10相同的步骤来完成这个目的，即在层12上制造掩模，以及将可得到的层12多孔化。与生产区域10不同，贯穿硅层12的厚度并未产生区域14，而是在其厚度的一部分上产生区域14。区域14的厚度可以与区域10的厚度相同或不同。例如可以随时间流逝来连续地检查层14的厚度。
多孔区域10和14可以彼此垂直排列或不垂直排列。例如，如果需要将多孔表面最大化，则感兴趣的是通过增加上部多孔表面积来部分地覆盖检测装置例如压阻量表，同时避免这些结构的下部多孔层，从而在这些结构上获得最佳的晶体质量。以这种方式，将形成这些结构的材料可以由单晶Si而不是由多孔Si产生，在单晶Si层上制造下部多孔层的情况下，其可以为这些结构提供更好的晶体质量。
然后通过蚀刻来去除掩模。
这样形成的元件显示在图1F中。
然后得到的结果是在单晶硅区域16的每个侧面上在一些堆叠区域中设置有两个多孔硅区域10、14的单晶硅层。这种区域可以称为中间层16。
可以包括平面化步骤，例如机械-化学步骤以确保组件的良好平坦性。
作为变体，还可以通过制造第一完全多孔层和/或第二完全多孔层，然后蚀刻所述第一多孔层和/或第二多孔层来限定多孔区域从而将多孔区域仅保持在所需的位置处。例如蚀刻可以通过光刻步骤进行限定。
可以通过生长来制造中间层16，并且在这种情况下在牺牲氧化物层上进行生长，则硅是多晶型（通过沉积或通过转移）。如果使用转移，在转移中间层之前进行用于填充在多孔区域（例如具有氧化物）之间的步骤，以及平面化步骤。于是中间层可以是单晶Si或多晶Si。
对于上层12而言，多孔区域的位置是特别令人感兴趣的。
在下个步骤期间，在层的堆叠中制造NEMS和/或MEMS结构。
通过在树脂中光刻通过限定结构图案来实现这个目的，然后通过各向异性蚀刻来限定堆叠中的图案。
当制造NEMS和/或MEMS结构时，一些图案由单晶硅制成而其他图案由多孔区域12、14和中间层12的堆叠制成，这可以给出其中一些部分仅由单晶硅制成而其他部分由在其下表面和上表面上覆盖有多孔硅的单晶硅制成的结构。
应当理解的是可以在多孔材料区域的内部或边缘（周边）处进行蚀刻以限定所述机械结构。
这样形成的元件显示在图1G中。
在显示的实例中并且有利地，包括多孔区域的蚀刻元件包括在其整个边缘周围的单晶硅。用于限定机械结构的蚀刻优选在均质材料中进行（即对于所有结构元件都为单晶硅），因此蚀刻速率是恒定的。然而，还可以在多孔硅中在一些位置进行这种蚀刻以将通过多孔材料覆盖所述机械结构的表面最大化，并且在这种情况下，可以考虑在单晶Si部分和多孔Si部分之间蚀刻速率的任何差异。
在下个步骤期间，如果需要电接触，则在层12的表面上制造接触连接以及金属连接线，例如由AlSi制成（AlSi是具有抵抗氢氟酸蚀刻以剥离所述机械结构的优点的金属）。
在随后的步骤中剥离机械结构，例如通过随着时间流逝各向同性地蚀刻牺牲层，例如使用氢氟酸。
这样形成的元件显示在图1H中。所述结构包括在其下表面和上表面上被多孔硅覆盖的部分（部件）以及仅由单晶硅制成的部分（部件）。
悬挂的机械机构可以是可移动的或并不在本申请中，并且如何它是可移动的，则在基底的平面上或垂直于基底的平面或沿着任何其他方向可以发生位移。
因此，使用根据本发明的方法，制造机械结构，包括最大化的表面积，例如设计成用于吸收感兴趣的物质，通过在单晶硅层的两个表面上的两个多孔区域形成，以及由于仅由单晶硅制造的部分而保持该结构的机械特性。
根据本方法的一个变体，省略了用于局部化多孔区域的步骤，即用于在牺牲层上形成的单晶硅层6上以及在单晶硅层12上制造掩模的步骤。然后，分别在层6和12的整个表面上制造多孔区域110、114。于是这样形成的机械结构仅包括被单晶硅的层分开的两个多孔层的一个堆叠。优选地，通过适合用于蚀刻多孔硅的反应性离子蚀刻（RIE）来蚀刻该机械结构的图案。
根据另一变体实施方式，单晶硅层被多晶硅层212替换。例如，该层可以通过在其上放置多孔硅区域10的层上外延来形成。与单晶硅的生长不同，不需要特别注意在多孔区域10上硅的生长。用于制造掩模以限定（局部化）和非限定（未局部化）所述多孔区域的步骤可以执行或可以省略（如在上述变体中）。
可以限定（局部化）两个多孔硅层的仅一个，例如仅在下层中。当需要通过多孔材料使机械结构的覆盖最大化时，同时通过提供具有优异的机械特性的结构，这具有优点。然后通过多孔材料覆盖所述机械结构的整个上表面，同时并不将多孔硅添加在所述机械结构的一些重要部分下面的下表面上（例如，锚定件、压阻量表等）。
多孔区域10和14可以由不同材料制成并且可以具有不同厚度和/或不同形状。
根据另一变体，所述机械结构的除了下表面和上表面之外的表面覆盖有多孔材料，例如侧向表面，以便进一步将多孔表面积最大化，或以便从已经被制成多孔的表面的抗静摩擦特性中获益。
可以使用与上述相同的技术来制造这些多孔侧向区域，例如在其形成之后通过将蒸汽施加至上述结构从而使暴露的硅表面多孔。下面将描述这样的结构。
使用除了硅以外的材料来制造所述机械结构。作为非限制性实例，所述机械结构可以由SiGe制成，多孔区域10和14可以由多孔SiGe制成，而中间层由非多孔SiGe或SiC制成，多孔区域10和14可以由多孔SiC制造而中间层由非多孔SiC制成。然而，SiC具有晶粒边界和无定型结构，如果通过阳极氧化过程来形成孔隙率，则可能更难以控制电流。
如果使用硅，则其可以是单晶型或多晶型。
在上述实例中的初始元件是SOI基底，但是在任何情况下这并不是限制性的。使用根据本发明的方法，初始元件包括用作支撑物的至少一个基底以及能够形成牺牲层的材料层。制造牺牲层的材料特性优选与多孔层和层12的材料特性不同，以便在剥离机械结构的步骤期间实现非常良好的选择性。例如，用于牺牲层的材料可以是用于硅机械结构的SiO2，或用于硅机械机构的SiGe。
作为变体，所述牺牲层可以由与用于机械结构的材料具有相同特性的材料制造，例如它可以是对其施加特定处理以便与所述结构的其他材料相比改变其蚀刻速率的硅，这种处理例如可以是特定的硅掺杂。
需要注意的是所述牺牲层并不必须覆盖所述基底的整个表面，它可以仅覆盖对应于将剥离所述机械结构的区域的一部分。
现在我们将描述根据本发明方法的另一实例，其中所述初始元件不是SOI基底。
在该实例中，所述初始元件是由半导体材料制造的基底（衬底，基板），在所述半导体材料上形成由牺牲材料制造的层，例如通过氧化所述基底或通过沉积。
在下个步骤期间，例如通过沉积在所述牺牲层上形成半导体材料例如硅的层。这种层还可以通过外延法形成或它可以使用层转移技术，例如分子或阳极结合或以其他方式添加，如在本领域现有技术中已知的（如下面针对中间层说明的）。然后将该层制成多孔的。在所述实例中所述多孔区域并未局部化。但是在如上所述的多孔化步骤之前可以通过使用掩模来获得这种局部化。还如上所述进行多孔化。
在下个步骤期间，通过沉积例如多晶硅或通过外延法来制造中间层，例如如果上述层由单晶材料制造，并且需要保持其特性。但是还可以使用层转移技术例如晶片-晶片结合，例如通过使用分子结合或阳极结合等；以及用于去除“处理”晶片的研磨技术（在用于转移层所需要的处理操作期间其提供机械支撑）。临时处理技术还可以用于这些层转移，如在用于转移晶片和层的领域的现有技术中已知的。
在下个步骤期间制造新的多孔层。通过在其厚度的一部分上使中间层多孔可以获得该层（通过在中间层上直接形成多孔层，或通过形成随后制成多孔的层，或通过添加在多孔层上），或可以使用上述晶片-晶片结合技术制成多孔。如上所述，在本方法的该实例中，多孔区域并不局部化。但是它们可以使用在多孔化之前形成的掩模来限定（局部化）。这个步骤可以用于在所述牺牲层上形成第一层。
在下个步骤期间，以与上述相同的方式在堆叠中制造所述机械结构。
在下个步骤期间，通过去除所有或一些牺牲层来剥离所述机械结构，例如在氧化物层的情况下使用氢氟酸。
应当理解的是，形成上述多孔区域的步骤还可以应用于参考图1A至图1H所述的方法。
现在我们将描述使用根据本发明方法获得的机械结构。
图2A和图2B显示了无嵌入束类型的结构，包括固定部分302，处于通过离开固定部分的纵向末端悬挂的束（beam）形式的移动部分304，通过由面向束304的侧面侧翼的固定部分支撑的电极形成的静电类型的致动装置。然后在平面内激活束但是具体地根据激活的共振模式它可以在其他方向上移动。所述结构还包括用于检测所述束位移的检测装置，由两个压阻量表306形成，区别地安装。在该实例中，该结构的整个下表面和整个上表面被多孔层310、314覆盖。在制造期间多孔区域并未局部化。在这种示例性实施方式中在它们的侧翼上致动装置保持不含有多孔材料。
图2C和图2D显示图2A和图2B中的结构变体，其中移动部分304的侧向表面以及面向固定部分302的表面（面）各自包含多孔层310’。
图3A和图3B显示与图2A和图2B中所示相同的结构，然而该结构的不同之处在于多孔区域限定（局部化）在移动部分上。致动部分和测量部分没有被多孔材料覆盖。
图4A和图4B显示以下结构，其中所述自由部分在其两个纵向端具有嵌入-嵌入束类型，并且测量装置包括两对压阻量表306，每对量表定位在束的纵向端。在该实例中，多孔区域410、414限定（局部化）在移动部分304上。致动部分和测量部分没有被多孔材料覆盖。
图5A和图5B显示了以下结构，其中自由部分504在固定部分502的两个纵向端的每一个上具有嵌入-嵌入束，例如所述束由NEMS类型纳米丝形成。致动装置可以例如为静电类型例如针对图2A和图2B中的结构所述的那些，而检测装置具有电容类型（还使用侧向电极）。作为变体，所述检测装置可以为压阻类型（在其侧向移动期间直接地使用纳米丝的延长和收缩作用，这引起内部应力改变纳米丝的电阻）。在该实例中，将多孔区域限定（局部化）在纳米丝处。
图6A和图6B显示“方板”类型本体波共振结构的实例，其中由通过束在其四个角悬挂固定部分的平行六边体形状的板形成移动部分604。
致动装置618为例如静电类型而检测装置620为例如电容类型，电极定位在侧向边缘处。在该实例中，将多孔区域610、614限定在悬挂板604的下表面和上表面上。
在由单晶硅制造的中间层以及由硅制造的多孔层的情况下，根据本发明的方法可以用于使结构结合单晶硅作为用作机械结构材料的优点以及多孔结构用作与周围环境的界面材料的优点。单晶体具有高的杨氏模量，用于共振结构的高质量因素并且它不具有内部应力也不具有疲劳现象。在MEMS中还显示了它的可靠性。关于使用多孔层，它可以增加吸收表面积，例如使用气体介质。此外，多孔硅并未引入任何显著的残余应力，从而使得它可以容易地应用在剥离的机械结构上，而不会引起任何不希望的变形。
在其中致动装置和/或检测装置是电容型的结构的情况下，电极还可以定位在面向移动部分的下表面的基底上，并且使用根据本发明的方法，下表面不必覆盖有多孔材料，因为所述多孔材料可以不同地限定在下表面和上表面上。
使用本发明，与本领域现有技术相比较，将由多孔层形成的吸附表面积最大化，因为根据本发明的方法能够在所有或一些机械结构的下表面和上表面上制造这些层，因此增强敏感性，例如用于湿度传感器、化学传感器或生物传感器等，同时保持单晶硅的机械特性。
此外，根据本发明的方法能够将多孔区域仅限定在可用部分上的机械结构上，并且因此并未在致动装置上形成多孔，例如在静电致动的情况下邻近的侧向表面，如使用图2A至图6B中结构实例说明的，或在转换装置处，例如压阻量表（图2A至图4B）。硅的多孔化改变了其特性（杨氏模量的降低，热绝缘的增加，电导率的降低等），对于许多机械结构而言这通常不是令人希望的。类似地，可以优选避免在变形表面上形成多孔区域以防止消耗现象的增加，其可以将共振结构的质量因素恶化。此外，使用根据本发明的方法，可以将多孔区域不同地限定在上表面和下表面上，这具有上述优点：在一些区域中优化中间材料的晶体质量，或在移动结构下在电极上避免具有多孔表面，同时使该结构的表面上的多孔区域最大化以便与外部介质更强地相互作用。
最后，通过在该结构的两个面上制造多孔区域，在多孔硅的层中存在的任何残留的应力之间建立平衡，如果这些面中仅一个是多孔的，这可以引起移动结构的附加曲率（寄生曲率）。
应当理解的是，上述优点还存在于包括中间材料的每次侧面上的两个多孔层的堆叠的机械结构中，两个层之一、这些层中的两个或该三个层不必基于硅。然而选择制造中间层的材料以便具有良好的机械特性。
根据本发明的制造方法可以用于制造MEMS和/或NEMS类型装置，用于任何类型的应用，具体地是设计成吸收感兴趣的物质的任何类型的传感器，例如湿度传感器、化学传感器、生物传感器，或使用NEMS的质谱系统。这种方法还可以用在任何类型的结构上，针对其吸收特性而且还针对其特别的热特性和/或电特性在其上使用多孔层。
根据本发明的制造方法可以用于制造结合MEMS的气相色谱柱。

Claims (26)

1.一种用于制造微米机械结构和/或纳米机械结构的方法，包括由包含支撑基底和牺牲层的元件开始的以下步骤：
a）形成第一层，所述第一层的至少一部分是多孔的，
b）在所述第一层上形成提供所述结构的机械性能的层，称为中间层，
c）在所述中间层上形成第二层，所述第二层的至少一部分是多孔的，
d）以由所述第一层、所述中间层和所述第二层构成的堆叠来形成所述结构，
e）通过至少部分地去除所述牺牲层来剥离所述结构。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一层的多孔部分至少部分地叠置在所述第二层的多孔部分上。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述第一层和/或所述第二层具有开放型孔隙率。
4.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，第一多孔层和/或第二多孔层的材料独立地选自半导体、电介质。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，所述第一多孔层和/或第二多孔层的材料是低介电常数的电介质。
6.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，步骤a）和/或步骤c）包括用于将层沉积、生长或转移到所述牺牲层和/或所述中间层上的步骤。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述第一层和/或所述第二层的多孔部分是局部化的。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，通过局部化沉积、生长、转移或局部化蚀刻来实现局部化。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其中，步骤a）和/或步骤c）包括多孔化所述层的至少一部分的步骤。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在进行所述多孔化步骤之前在所述层上制造掩模，从而局部化待制成多孔的材料的至少一个区域。
11.根据权利要求9所述的制造方法，其中，可以通过电化学方式或通过染色蚀刻来实现多孔化。
12.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，制造所述第一层和/或第二层的材料是P-掺杂剂。
13.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，制造所述中间层的材料是单晶材料。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，步骤b）包括用于在所述第一层上外延生长所述中间层的步骤。
15.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，在由所述第一层、所述中间层和所述第二层构成的堆叠中形成所述结构的步骤d）包括所述堆叠的光刻和各向异性蚀刻步骤。
16.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，通过各向同性蚀刻所述牺牲层来剥离所述结构。
17.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述牺牲层的材料与所述第一层、所述第二层以及所述中间层的材料不同。
18.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述第一层和所述第二层由多孔硅制成并且所述中间层由单晶硅制成。
19.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述第一层和所述第二层由多孔SiGe制成并且所述中间层由非多孔SiGe制成。
20.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述第一层和所述第二层由多孔SiC制成并且所述中间层由非多孔SiC制成。
21.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述结构包括固定部分和在支撑物上的悬挂部分以及致动所述悬挂部分的装置和检测所述悬挂部分的位移的装置，所述悬挂部分在其面向所述支撑物的第一面上以及在与所述第一面相对的其第二面上设置有在步骤a）和c）期间形成的至少一个多孔区域。
22.根据权利要求21所述的制造方法，其中，所述致动装置是静电型的并且包括位于所述固定部分和所述悬挂部分的侧翼上的电极，而没有任何多孔区域。
23.根据权利要求21所述的制造方法，其中，所述检测装置是电容型的并且包括位于所述固定部分和所述悬挂部分的侧翼上的电极，而没有任何多孔区域。
24.根据权利要求21所述的制造方法，其中，所述检测装置包括在所述固定部分和所述悬挂部分之间延伸的压阻量表，所述量表没有设置多孔区域。
25.根据权利要求21所述的制造方法，其中，在所述悬挂部分和/或所述固定部分的侧翼上还形成一个或多个多孔侧向层。
26.根据权利要求1或2之一所述的制造方法，其中，所述微米机械结构和/或纳米机械结构用于制造化学传感器和/或生物传感器、和/或湿度传感器，所述多孔区域被设计成吸收所关注的分子。
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