CN108163803B - 一种mems三维隧道结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种MEMS三维隧道结构，包括硅基底，二氧化硅氧化层和隧道结构层，所述二氧化硅氧化层在硅基底表面上，所述隧道结构层在二氧化硅氧化层上方，所述隧道结构层是由三块矩形二氧化硅薄膜组成。本发明还公开了一种MEMS三维隧道结构的制备方法。本发明的MEMS三维隧道结构制作简单，成本低廉，可用于制作微流体管道，其硅基底可使用普通的(100)硅片，便于优化器件性能。

Description

一种MEMS三维隧道结构
技术领域
本发明涉及微机电系统(MEMS)器件领域，尤其涉及一种微机电系统的三维隧道结构的制备方法。
技术背景
微电子机械系统(MEMS)是一项多学科交叉的高新技术，为各学科的发展开辟了新的领域。MEMS可以应用在许多不同的领域，例如通信、生物、光学能源等。其中流体是MEMS领域重要的基础科学和应用方向，包括气体传感器，流体传感器等。
为了满足MEMS发展的需求，依据Si的各向异性腐蚀特性所发展起来的湿法腐蚀工艺在制作MEMS器件的过程中发挥了巨大的作用。与干法刻蚀相比较，湿法刻蚀技术的加工成本更为低廉，且工艺制作过程也相对简单。
硅基MEMS加工技术主要包括体硅MEMS加工技术和表面MEMS加工技术。体硅MEMS加工技术主要是对硅衬底的深刻蚀，可以得到较大纵向尺寸的微结构。表面MEMS加工技术主要是在硅衬底表面氧化硅，氮化硅，多晶硅等薄膜结构来完成MEMS结构。
微流体管道是微流体系统的重要部件之一是隧道结构的典型应用之一。硅工艺制作微流体管道主要采用刻蚀和键合工艺，步骤繁琐且得到的微管道结构和形貌有一定的限制。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种应用于微流体管道不需要键合工艺的MEMS三维隧道结构。
为了实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种MEMS三维隧道结构，包括硅基底，二氧化硅氧化层和隧道结构层，所述二氧化硅氧化层在硅基底表面上，所述隧道结构层在二氧化硅氧化层上方。
所述隧道结构层是由三块矩形二氧化硅薄膜组成，所述三块矩形二氧化硅薄膜为第一斜二氧化硅薄膜(31)，第二斜二氧化硅薄膜(32)，矩形二氧化硅薄膜(40)。
所述第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)在二氧化硅氧化层(20)的上方，二氧化硅氧化层(20)左侧与第一斜二氧化硅薄膜(31)连接，第一斜二氧化硅薄膜(31)与二氧化硅氧化层(20)呈54.7度夹角。
所述二氧化硅氧化层(20)右侧与第二斜二氧化硅薄膜(32)连接，第二斜二氧化硅薄膜(32)与二氧化硅氧化层(20)呈54.7度夹角。
所述第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)，其特征是80μm长10μm宽的矩形，第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)在二氧化硅氧化层(20)上相距50μm，方向是硅基底(10)的(111)晶向。
所述矩形二氧化硅薄膜(40)在第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)的上方，矩形二氧化硅薄膜(40)的左端连接在第一斜二氧化硅薄膜(31)边沿中间，距离两侧边界20μm，矩形二氧化硅薄膜(40)的右端连接在第二斜二氧化硅薄膜(32)边沿中间，距离两侧边界20μm。
所述矩形二氧化硅薄膜(40)，其特征是20μm宽，40μm长的矩形。
所述隧道横截面呈正梯形结构。
本发明还提供了一种MEMS三维隧道结构的制作方法，包括：
在硅基底上制作二氧化硅氧化层；
在二氧化硅氧化层上进行光刻处理，以在二氧化硅氧化层上形成2个相距40μm，80μm长25μm宽的矩形图案，方向是硅基底(111)晶向；
对二氧化硅氧化层用腐蚀液进行腐蚀，以得到与硅基底呈54.7度夹角的侧壁；
对腐蚀后的二氧化硅氧化层重新氧化，以得到斜二氧化硅薄膜和斜二氧化硅薄膜，矩形二氧化硅薄膜；
对重新氧化后的二氧化硅氧化层进行光刻处理，在矩形二氧化硅两端形成2个40μm长20μm宽的矩形；
对矩形二氧化硅两端的矩形用腐蚀液进行腐蚀，以腐蚀掉二氧化硅下方的硅基底，得到一个正梯形隧道；
MEMS三维隧道结构的制作方法还包括腐蚀液为25％的四甲基氢氧化铵水溶液；
MEMS三维隧道结构的制作方法还包括硅片有各向异性腐蚀特效，使用四甲基氢氧化铵溶液进行腐蚀时，会使(111)晶向的硅向下形成与底面呈54.7度夹角的侧壁。
本发明中的MEMS三维隧道结构成本较低，步骤简单，可用于制作微流体管道，其硅基底可使用普通的(100)硅片，便于优化器件性能。
附图说明
下面结合附图为本发明做进一步说明。
图1是该MEMS三维隧道结构的剖面图。
图2是该MEMS三维隧道结构的俯视图。
图3至图8是该MEMS三维隧道结构的制备流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步进行说明。
如图3所示，在硅基底上制作一层二氧化硅氧化层。
在二氧化硅层上进行光刻处理，以在二氧化硅氧化层上形成2个相距40μm，80μm长25μm宽的矩形图案，方向是硅基底(111)晶向，如图4所示。
如图5所示，对二氧化硅氧化层用腐蚀液进行腐蚀，以得到与硅基底呈54.7度夹角的侧壁。
如图6所示，对硅基底进行图形优化、重新氧化后，以得到斜二氧化硅薄膜和斜二氧化硅薄膜，矩形二氧化硅薄膜。
如图7所示，对重新氧化后的二氧化硅氧化层进行光刻处理，在矩形二氧化硅两端形成2个40μm长20μm宽的矩形。
对矩形二氧化硅两端的矩形用腐蚀液进行腐蚀，以腐蚀掉二氧化硅下方的硅基底，得到如图8所示的隧道结构。

Claims (7)

1.一种MEMS三维隧道结构，其特征在于，包括一块硅基底(10)，一层二氧化硅氧化层(20)，一块矩形的第一斜二氧化硅薄膜(31)，一块矩形的第二斜二氧化硅薄膜(32)，一块矩形二氧化硅薄膜(40)，二氧化硅氧化层(20)在硅基底(10)的表面上，第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)在二氧化硅氧化层(20)的上方，第一斜二氧化硅薄膜(31)连接在二氧化硅氧化层(20)的左侧，第一斜二氧化硅薄膜(31)与二氧化硅氧化层(20)呈54.7度夹角，第二斜二氧化硅薄膜(32)连接在二氧化硅氧化层(20)的右侧，第二斜二氧化硅薄膜(32)与二氧化硅氧化层(20)呈54.7度夹角，矩形二氧化硅薄膜(40)在第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)的上方，矩形二氧化硅薄膜(40)的左端连接在第一斜二氧化硅薄膜(31)边沿中间，距离两侧边界20μm，矩形二氧化硅薄膜(40)的右端连接在第二斜二氧化硅薄膜(32)边沿中间，距离两侧边界20μm，隧道横截面呈正梯形。
2.根据权利要求1中所述的一种MEMS三维隧道结构，其特征在于：第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)是80μm长10μm宽的矩形，第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)在二氧化硅氧化层(20)上相距50μm，方向是硅基底(10)的(111)晶向。
3.根据权利要求1中所述的一种MEMS三维隧道结构，其特征在于：矩形二氧化硅薄膜(40)是20μm宽，40μm长的矩形。
4.一种MEMS三维隧道结构的制作方法，其特征在于，包括：
在硅基底(10)上制作二氧化硅氧化层(20)；
在二氧化硅氧化层(20)上进行光刻处理，以在二氧化硅氧化层(20)上形成2个相距40μm，80μm长25μm宽的矩形图案，方向是硅基底(111)晶向；
对二氧化硅氧化层(20)用腐蚀液进行腐蚀，以得到与硅基底(10)呈54.7度夹角的侧壁；
对腐蚀后的二氧化硅氧化层(20)重新氧化，以得到第一斜二氧化硅薄膜(31)和第二斜二氧化硅薄膜(32)，矩形二氧化硅薄膜(40)；
对重新氧化后的二氧化硅氧化层(20)进行光刻处理，在矩形二氧化硅薄膜(40)两端形成2个40μm长20μm宽的矩形；
对矩形二氧化硅薄膜(40)两端的矩形用腐蚀液进行腐蚀，以腐蚀掉矩形二氧化硅薄膜(40)下方的硅基底，得到一个正梯形隧道。
5.根据权利要求4中所述的MEMS三维隧道结构的制作方法，其特征在于腐蚀液为25％的四甲基氢氧化铵水溶液。
6.根据权利要求4中所述的MEMS三维隧道结构的制作方法，其特征在于对腐蚀后的二氧化硅氧化层(20)重新氧化之前需要进行图像优化处理，保留所需要的侧壁。
7.根据权利要求5中所述的MEMS三维隧道结构的制作方法，其特征在于硅片有各向异性腐蚀特性，使用四甲基氢氧化铵溶液进行腐蚀时，会使(111)晶向的硅向下形成与底面呈54.7度夹角的侧壁。
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