CN115178314A - 一种微机电系统微流体装置及其制作方法 - Google Patents
一种微机电系统微流体装置及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115178314A CN115178314A CN202210946135.1A CN202210946135A CN115178314A CN 115178314 A CN115178314 A CN 115178314A CN 202210946135 A CN202210946135 A CN 202210946135A CN 115178314 A CN115178314 A CN 115178314A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manufacturing
- layer
- cavity
- hole
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title abstract description 11
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 68
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 16
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 15
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001476 gene delivery Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005486 microgravity Effects 0.000 description 1
- -1 mixing Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
- B81C1/00523—Etching material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/05—Microfluidics
Abstract
本发明属于微流体装置技术领域，尤其涉及一种微机电系统微流体装置及其制作方法，该制作方法包括以下步骤：提供衬底，在衬底上制作谐振器；在谐振器上制作第一光刻胶层，在第一光刻胶层的表面上制作腔壁；在腔壁的表面上制作第二光刻胶层，第二光刻胶层上加工有第一通孔，通过第一通孔在腔壁上制作出喷嘴，去除第一光刻胶层和第二光刻胶层，第一光刻胶层去除后形成一第一空腔，喷嘴连通至第一空腔，制作得到微机电系统微流体装置。本发明采用半导体工艺制作微机电系统微流体装置，衬底可以使用大尺寸的硅晶圆，利于大规模生产，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于微流体装置技术领域，尤其涉及一种微机电系统微流体装置及其制作方法。
背景技术
微流体技术与装置应用广泛，例如，在石油和天然气工业领域研究原油和盐水通过多孔介质的行为和在国际空间站的微重力检查。目前，微流体技术与装置在生物与医学领域正得到越来越广泛的应用，从药物研究到药物输送，从抗体研究到抗原检测，从器官芯片到生命检测，从基因测序到基因传递，从单细胞裂解到人工器官的3D打印等等。
微流体系统通过使用微机电(MEMS)器件工作。不同类型泵以1μL/分钟至10,000μL/分钟的速度精确移动器件内的液体。在器件内部，有微流体通道可以处理液体，例如混合、化学或物理反应。液体可能携带微小颗粒，例如细胞或纳米颗粒。该微流体装置使得这些颗粒的处理，例如，捕获和癌细胞的集合从血液中的正常细胞。
基于MEMS技术的微流体装置，其长度或宽度从1厘米(0.5英寸)到10厘米(4英寸)。芯片厚度范围从大约0.5毫米(1/64英寸)到5毫米(1/4英寸)。微流控器件内部有细如发丝的微通道，这些微通道通过芯片上称为入口/出口端口的孔与外部相连。MEMS器件有压电或由热塑性塑料制成，例如石英、压电陶瓷、丙烯酸、玻璃、或PDMS等。3D打印可用于生产微流控芯片，尽管它在最小特征尺寸、表面粗糙度、光学透明度或材料选择方面存在严重限制。
现有的微流体装置为传统的MEMS工艺，存在工艺稳定性、可靠性、一致性差、制造成本高、体积大、重量大等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微机电系统微流体装置及其制作方法，旨在解决现有技术中的微流体装置为传统的MEMS工艺的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种微机电系统微流体装置的制作方法，包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上制作谐振器；
在所述谐振器上制作第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层的表面上制作腔壁；
在所述腔壁的表面上制作第二光刻胶层，所述第二光刻胶层上加工有第一通孔，通过所述第一通孔在所述腔壁上制作出喷嘴，去除所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层，所述第一光刻胶层去除后形成一第一空腔，所述喷嘴连通至所述第一空腔，制作得到所述微机电系统微流体装置。
可选地，在所述衬底上制作所述谐振器的步骤中包括：
在所述衬底上制作第二空腔，在所述第二空腔上制作所述下电极，在所述下电极上制作所述压电层，在所述压电层上制作所述上电极，在所述压电层上制作第二通孔，从所述第二通孔中引出所述第一导电层，所述第一导电层电连接所述下电极，沿所述上电极的外延方向制作出所述第二导电层，所述第二导电层电连接所述上电极。
可选地，在所述衬底上制作所述第二空腔包括以下步骤：薄膜生长、光刻和刻蚀；所述下电极和/或所述上电极的制作工艺选自金属蒸镀工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、CVD工艺、金属剥离工艺或金属刻蚀工艺中的任意一种；所述第一导电层和/或所述第二导电层的制作工艺选自CVD工艺、PVD工艺、溅射工艺、蒸镀工艺或电镀工艺中的任意一种；在所述压电层上制作所述第二通孔包括以下步骤：光刻工艺、刻蚀所述压电层和光刻胶去除。
可选地，该微机电系统微流体装置的制作方法还包括以下步骤：在所述第一导电层和第二导电层的上方制作得到第三通孔和第四通孔；所述第三通孔和所述第四通孔均依次通过光刻工艺和通孔刻蚀工艺制作得到；所述第三通孔和所述第四通孔分别贯穿所述腔壁直至所述第一导电层和第二导电层表面，分别在所述第三通孔和所述第四通孔中制作金属层而得到第一焊盘和第二焊盘。
可选地，在所述谐振器的表面上覆盖钝化层，所述第一光刻胶层制作在所述钝化层上。
可选地，在所述腔壁上制作出所述喷嘴包括以下步骤：通过光刻工艺在所述第二光刻胶层上制作出所述第一通孔，通过所述第一通孔在腔壁上刻蚀出所述喷嘴。
可选地，形成所述第一空腔包括以下步骤：通过光刻工艺在所述谐振器上制作所述第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上制作薄膜以形成所述腔壁，通过所述喷嘴去除所述第一光刻胶层以在所述腔壁内形成所述空腔。
可选地，所述衬底为晶圆，所述晶圆上制作有至少一个芯片，所述芯片上制作有多个所述微机电系统微流体装置。
本发明实施例提供的微机电系统微流体装置的制作方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：1)采用半导体工艺制作微机电系统微流体装置，衬底可以使用大尺寸的硅晶圆，利于大规模生产，降低成本；2)可以采用以CMOS兼容的工艺技术，进一步提高良率、减小制造成本；3)可以制作与其它器件的多功能的集成器件，提升性能和集成度。
为实现上述目的，本发明实施例提供的微机电系统微流体装置，包括衬底、谐振器、第一空腔以及喷嘴。所述谐振器设置在所述衬底上；所述第一空腔具有一腔壁，所述腔壁设置在所述谐振器上并与所述谐振器围合成所述第一空腔；所述喷嘴设置在所述腔壁上并连通至所述第一空腔。
可选地，该微机电系统微流体装置还包括钝化层、第一焊盘和第二焊盘，所述谐振器包括第二空腔、下电极、压电层、上电极、第一导电层和第二导电层，所述第二空腔设置在所述衬底上，所述下电极设置在所述第二空腔上，所述压电层设置在所述下电极上，所述上电极设置在所述压电层上，所述第一导电层和所述第二导电层分别电连接所述下电极和所述上电极；所述钝化层覆盖在所述谐振器的表面上，所述第一空腔形成在所述腔壁和所述钝化层之间，所述第一焊盘和所述第二焊盘穿过所述腔壁和所述钝化层并分别电连接至所述第一导电层和所述第二导电层。
本发明实施例提供的微机电系统微流体装置中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该微机电系统微流体装置可以通过半导体工艺制作得到，从而提高工艺稳定性、可靠性和一致性，具有制造成本低、体积小以及重量小的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的谐振器的制作示意图。
图2为本发明实施例提供的钝化层的制作示意图。
图3为本发明实施例提供的第一光刻胶层和腔壁的制作示意图。
图4为本发明实施例提供的第二光刻胶层的制作示意图。
图5为本发明实施例提供的第一空腔和第一空腔的制作示意图。
图6为本发明实施例提供的微机电系统微流体装置的工作示意图。
附图标记说明：
1、衬底；2、谐振器；21、第二空腔；22、下电极；23、压电层；24、上电极；25、第一导电层；26、第二导电层；3、第一光刻胶层；4、腔壁；41、喷嘴；42、第一空腔；5、第二光刻胶层；51、第一通孔；6、钝化层；7、第一焊盘；8、第二焊盘；9、外部电源。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，若本发明实施例中有涉及方向性指示，例如上、下、左、右、前、后、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，若有“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明的实施例中，如图1-图5所示，提供一种微机电系统微流体装置的制作方法，包括以下步骤：
提供衬底1，在衬底1上制作谐振器2；
在谐振器2上制作第一光刻胶层3，在第一光刻胶层3的表面上制作腔壁4；
在腔壁4的表面上制作第二光刻胶层5，第二光刻胶层5上加工有第一通孔51，通过第一通孔51在腔壁4上制作出喷嘴41，去除第一光刻胶层3和第二光刻胶层5，第一光刻胶层3去除后形成一第一空腔42，喷嘴41连通至第一空腔42，制作得到微机电系统微流体装置。
进一步地，该微机电系统微流体装置的制作方法还包括以下步骤：钝化层6的制作以及第一焊盘7和第二焊盘8的制作。
在本发明中的衬底1，可以是硅，蓝宝石，玻璃等；尺寸为3-12寸(75mm-300mm)，厚度为100um-1000um。本发明的微流体装置制作在晶圆上，对于硅衬底1，晶圆尺寸可以是4-12寸(100-300mm)。制作完成后的晶圆，晶圆呈网格状，每一格为一个芯片，即包含一个或多个芯片，芯片可以是正方形或长方形，边长范围在200um-5mm之间。每颗芯片上的器件数目从几十到几百、甚至几万。本发明采用半导体工艺制作微流体装置，提升了芯片的集成度、可靠性、一致性、均匀性，并简化了制作工艺、降低成本、利于大规模生产与应用。
如图1所示，在衬底1上制作谐振器2的步骤中包括：在衬底1上制作第二空腔21，在第二空腔21上制作下电极22，在下电极22上制作压电层23，在压电层23上制作上电极24，在压电层23上制作第二通孔，从第二通孔中引出第一导电层25，第一导电层25电连接下电极22，沿上电极24的外延方向制作出第二导电层26，第二导电层26电连接上电极24。
在本发明实施例中，下电极22和上电极24的制作方法具体如下：电极材料优选是Mo,Au,Ti,Al，W，Pt，Cu，Ta等。电极的制作工艺有多种，优选是金属蒸镀、溅射、原子层沉积、CVD等。
下电极22和上电极24的制作工艺优选为两种：金属剥离工艺(Metal Lift-off)和金属刻蚀工艺(Metal Etch)，具体如下：
1)金属剥离工艺(Metal Lift-off)，制作步骤如下：a)光刻，包括涂胶，对准、曝光、显影；b)金属沉积；c)金属剥离；d)光刻胶去除；e)晶圆清洗。
2)金属刻蚀工艺(Metal Etch)，制作步骤如下：a)晶圆表面处理；b)金属沉积；c)光刻，包括涂胶，对准、曝光、显影；d)金属刻蚀，包括干法刻蚀或湿法刻蚀；e)光刻胶去除；f)晶圆清洗。
在下电极22上制作压电层23的制作方法具体如下：压电材料可以是Al N，GaN，PZT，ZnO，钽酸锂和铌酸锂等，可以是单晶的或多晶的，掺杂或非惨杂的。压电材料的厚度为10nm-5um之间，由器件工作频率决定。
在本发明的实施例中，为了引出下电极22，需要刻蚀通孔(via)穿过压电层23，在所述压电层23上制作第二通孔包括以下步骤：
a)光刻，包括涂胶、对准、曝光、显影；
b)刻蚀压电层23，对于不同的材料，选用不同的刻蚀方法。例如，如果采用氮化铝作为压电材料，可以采用干法刻蚀，即等离子体的刻蚀方法，采用的气体可以是Cl2和BCl3的混合气体；
c)光刻胶去除，可以是干法或湿法；
d)晶圆清洗。
第一导电层25和第二导电层26的制作方法具体如下：优选用Al，W，Cu，Au等金属。制作工艺优选用CVD，PVD，溅射，蒸镀，电镀等工艺。厚度优选0.2um-5um之间。
为了保护谐振器2，制作钝化层6。如图2所示，在谐振器2上制作钝化层6的制作方法具体如下：钝化层6可以是多种材料，优选是氧化硅、氮化硅或氮化铝，也可以是其中两种或两种以上材料的叠层。钝化层6的制作方法有PECVD，SACVD，LPCVD，MOCVD，PVD和ALD。钝化层6的厚度优选是10nm-2um。
如图3-图5所示，形成第一空腔42的步骤中包括：
a)光刻工艺，包括涂胶、对准、曝光和显影等，以形成第一光刻胶层3；第一光刻胶层3的作用是限定出第一空腔42的尺寸、形状等特征；
b)制作一层薄膜，形成腔壁4，薄膜优选是金属、氮化物、氧化物等；第一光刻胶层3包裹在腔壁4内。在后续工序中，去除第一光刻胶层3后，在腔壁4内部形成第一空腔42。
如图4和图5所示，在腔壁4上制作出喷嘴41包括以下步骤：
a)光刻工艺，包括涂胶、对准、曝光和显影等，以形成第二光刻胶层5，并在第二光刻胶层5上加工有第一通孔51；
b)喷嘴41刻蚀、去胶(去除第二光刻胶层5)、清洗等；通过第一通孔51在腔壁4上刻蚀出喷嘴41；
c)通过喷嘴41将腔壁4内第一光刻胶层3的去除，形成第一空腔42，喷嘴41连通第一空腔42。
优选地，喷嘴41的直径在1-100um之间。
为了引出上电极24和下电极22，制作焊盘。如图4所示，在第一导电层25和第二导电层26的上方分别制作第一焊盘7和第二焊盘8包括以下步骤：
a)在第一导电层25和第二导电层26的上方制作得到第三通孔和第四通孔；第三通孔和第四通孔均依次通过光刻工艺和通孔刻蚀工艺制作得到。光刻工艺步骤如下：涂胶、对准、曝光显影。第三通孔和第四通孔均穿过腔壁4和钝化层6并分别停止在第一导电层25和第二导电层26的表面。
b)第三通孔和第四通孔分别贯穿腔壁4直至第一导电层25和第二导电层26表面，分别在第三通孔和第四通孔中制作金属层而得到第一焊盘7和第二焊盘8。金属层优选是Au，Al，Cu等，优选采用蒸镀、溅射、电镀的方法制作。
综上所述，本发明的制作方法采用半导体工艺制作MEMS微流体器件，衬底11可以使用大尺寸的硅晶圆，利于大规模生产，降低成本。该制作方法可以采用以CMOS兼容的工艺技术，进一步提高良率、减小制造成本。该制作方法可以制作与其它器件的多功能的集成器件，提升性能和集成度。
根据上述制作方法制得的微机电系统微流体装置，如图5所示，包括衬底1、谐振器2、第一空腔42以及喷嘴41。谐振器2设置在衬底1上。第一空腔42具有一腔壁4，腔壁4设置在谐振器2上并与谐振器2围合成第一空腔42。喷嘴41设置在腔壁4上并连通至第一空腔42。
进一步地，该微机电系统微流体装置还包括还包括钝化层6、第一焊盘7和第二焊盘8，谐振器2包括第二空腔21、下电极22、压电层23、上电极24、第一导电层25和第二导电层26，第二空腔21设置在衬底1上，下电极22设置在第二空腔21上，压电层23设置在下电极22上，上电极24设置在压电层23上，第一导电层25和第二导电层26分别电连接下电极22和上电极24；钝化层6覆盖在谐振器2的表面上，第一空腔42形成在腔壁4和钝化层6之间，第一焊盘7和第二焊盘8穿过腔壁4和钝化层6并分别电连接至第一导电层25和第二导电层26。
如图6所示，在该微机电系统微流体装置应用时，第一空腔42用于储存液体。当装置接通外部电源9对器件施加电压，由于压电材料的压电效应，将电能转化为机械能，导致谐振器2的上下震动。谐振器2的震动将第一空腔42里的液体经由喷嘴41喷出。液滴的大小由喷嘴41决定，喷射的频率由电源频率控制。通过改变喷嘴41的大小和电源的频率，可以得到不同的液体体积和喷射频率，实现各种微流体和微流控应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上制作谐振器；
在所述谐振器上制作第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层的表面上制作腔壁；
在所述腔壁的表面上制作第二光刻胶层，所述第二光刻胶层上加工有第一通孔，通过所述第一通孔在所述腔壁上制作出喷嘴，去除所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层，所述第一光刻胶层去除后形成一第一空腔，所述喷嘴连通至所述第一空腔，制作得到所述微机电系统微流体装置。
2.根据权利要求1所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，在所述衬底上制作所述谐振器的步骤中包括：
在所述衬底上制作第二空腔，在所述第二空腔上制作所述下电极，在所述下电极上制作所述压电层，在所述压电层上制作所述上电极，在所述压电层上制作第二通孔，从所述第二通孔中引出所述第一导电层，所述第一导电层电连接所述下电极，沿所述上电极的外延方向制作出所述第二导电层，所述第二导电层电连接所述上电极。
3.根据权利要求2所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，在所述衬底上制作所述第二空腔包括以下步骤：薄膜生长、光刻和刻蚀；所述下电极和/或所述上电极的制作工艺选自金属蒸镀工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、CVD工艺、金属剥离工艺或金属刻蚀工艺中的任意一种；所述第一导电层和/或所述第二导电层的制作工艺选自CVD工艺、PVD工艺、溅射工艺、蒸镀工艺或电镀工艺中的任意一种；在所述压电层上制作所述第二通孔包括以下步骤：光刻工艺、刻蚀所述压电层和光刻胶去除。
4.根据权利要求1所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述第一导电层和第二导电层的上方制作得到第三通孔和第四通孔；所述第三通孔和所述第四通孔均依次通过光刻工艺和通孔刻蚀工艺制作得到；所述第三通孔和所述第四通孔分别贯穿所述腔壁直至所述第一导电层和第二导电层表面，分别在所述第三通孔和所述第四通孔中制作金属层而得到第一焊盘和第二焊盘。
5.根据权利要求1所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，在所述谐振器的表面上覆盖钝化层，所述第一光刻胶层制作在所述钝化层上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，在所述腔壁上制作出所述喷嘴包括以下步骤：通过光刻工艺在所述第二光刻胶层上制作出所述第一通孔，通过所述第一通孔在腔壁上刻蚀出所述喷嘴。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，形成所述第一空腔包括以下步骤：通过光刻工艺在所述谐振器上制作所述第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上制作薄膜以形成所述腔壁，通过所述喷嘴去除所述第一光刻胶层以在所述腔壁内形成所述空腔。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的微机电系统微流体装置的制作方法，其特征在于，所述衬底为晶圆，所述晶圆上制作有至少一个芯片，所述芯片上制作有多个所述微机电系统微流体装置。
9.微机电系统微流体装置，其特征在于，包括：
衬底；
谐振器，所述谐振器设置在所述衬底上；
第一空腔，所述第一空腔具有一腔壁，所述腔壁设置在所述谐振器上并与所述谐振器围合成所述第一空腔；以及
喷嘴，所述喷嘴设置在所述腔壁上并连通至所述第一空腔。
10.根据权利要求9所述的微机电系统微流体装置，其特征在于，还包括钝化层、第一焊盘和第二焊盘，所述谐振器包括第二空腔、下电极、压电层、上电极、第一导电层和第二导电层，所述第二空腔设置在所述衬底上，所述下电极设置在所述第二空腔上，所述压电层设置在所述下电极上，所述上电极设置在所述压电层上，所述第一导电层和所述第二导电层分别电连接所述下电极和所述上电极；所述钝化层覆盖在所述谐振器的表面上，所述第一空腔形成在所述腔壁和所述钝化层之间，所述第一焊盘和所述第二焊盘穿过所述腔壁和所述钝化层并分别电连接至所述第一导电层和所述第二导电层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210946135.1A CN115178314A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 一种微机电系统微流体装置及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210946135.1A CN115178314A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 一种微机电系统微流体装置及其制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115178314A true CN115178314A (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=83523858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210946135.1A Pending CN115178314A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 一种微机电系统微流体装置及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115178314A (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355498B1 (en) * | 2000-08-11 | 2002-03-12 | Agere Systems Guartian Corp. | Thin film resonators fabricated on membranes created by front side releasing |
| US20040211052A1 (en) * | 2002-04-30 | 2004-10-28 | Kubena Randall L. | Quartz-based nanoresonators and method of fabricating same |
| US20050017313A1 (en) * | 2002-08-07 | 2005-01-27 | Chang-Feng Wan | System and method of fabricating micro cavities |
| US20050140247A1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | Lee Joo H. | Film bulk acoustic wave resonator device and manufacturing method thereof |
| CN107528561A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-29 | 电子科技大学 | 一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN109835870A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-06-04 | 厦门大学 | 一种mems器件与asic处理电路ic的集成封装方法和结构 |
| CN110729238A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 成都中电熊猫显示科技有限公司 | 阵列基板的制作方法及阵列基板 |
| CN111786636A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-16 | 苏州汉天下电子有限公司 | 可调式谐振器及其制造方法 |
| CN112039455A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 体声波谐振器的封装方法及封装结构 |
| CN112039459A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 体声波谐振器的封装方法及封装结构 |
| CN112532195A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 海宁波恩斯坦生物科技有限公司 | 一种无源空腔型单晶薄膜体声波谐振器结构及制备方法 |
| WO2021227208A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 杭州见闻录科技有限公司 | 用于mems器件的空腔加工工艺、体声波谐振器及其制造工艺 |
| CN114368222A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-19 | 武汉敏捷微电子有限公司 | 一种微流体器件及其制作方法 |
-
2022
- 2022-08-08 CN CN202210946135.1A patent/CN115178314A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355498B1 (en) * | 2000-08-11 | 2002-03-12 | Agere Systems Guartian Corp. | Thin film resonators fabricated on membranes created by front side releasing |
| US20040211052A1 (en) * | 2002-04-30 | 2004-10-28 | Kubena Randall L. | Quartz-based nanoresonators and method of fabricating same |
| US20050017313A1 (en) * | 2002-08-07 | 2005-01-27 | Chang-Feng Wan | System and method of fabricating micro cavities |
| US20050140247A1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | Lee Joo H. | Film bulk acoustic wave resonator device and manufacturing method thereof |
| CN107528561A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-29 | 电子科技大学 | 一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN109835870A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-06-04 | 厦门大学 | 一种mems器件与asic处理电路ic的集成封装方法和结构 |
| CN112039459A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 体声波谐振器的封装方法及封装结构 |
| CN112039455A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 体声波谐振器的封装方法及封装结构 |
| CN110729238A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 成都中电熊猫显示科技有限公司 | 阵列基板的制作方法及阵列基板 |
| WO2021227208A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 杭州见闻录科技有限公司 | 用于mems器件的空腔加工工艺、体声波谐振器及其制造工艺 |
| CN111786636A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-16 | 苏州汉天下电子有限公司 | 可调式谐振器及其制造方法 |
| CN112532195A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 海宁波恩斯坦生物科技有限公司 | 一种无源空腔型单晶薄膜体声波谐振器结构及制备方法 |
| CN114368222A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-19 | 武汉敏捷微电子有限公司 | 一种微流体器件及其制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8176607B1 (en) | Method of fabricating quartz resonators | |
| CN107511318B (zh) | 压电超声换能器及其制备方法 | |
| CN106807568B (zh) | 具有限制通道的流体喷射设备及其制造方法 | |
| CN107812691B (zh) | 压电超声换能器及其制备方法 | |
| US9449787B2 (en) | Liquid flow cells having graphene on nitride for microscopy | |
| US7716986B2 (en) | Acoustic wave sensing device integrated with micro-channels and method for the same | |
| CN103840075B (zh) | 微型压电振动能量收集器及其制造方法 | |
| JP6525163B2 (ja) | マイクロチャネル壁と同じ面高さの電極を有するマイクロ流体チップの作製方法 | |
| WO2009133961A1 (en) | Methods of manufacturing capacitive electromechanical transducer and capacitive electromechanical transducers | |
| CN111889341B (zh) | 一种超薄柔性硅基电容式微机械超声波换能器及加工方法 | |
| CN107511317B (zh) | 压电超声换能器及其制备方法 | |
| CN109590037B (zh) | 亚微米流道微流控芯片的制作方法 | |
| CN115178314A (zh) | 一种微机电系统微流体装置及其制作方法 | |
| EP1167280B1 (en) | Production of diaphragms | |
| US8004021B2 (en) | Microfabricated devices and method for fabricating microfabricated devices | |
| JP2011245845A (ja) | マイクロエジェクター及びその製造方法 | |
| CN115321470A (zh) | 一种mems微流体装置及其制作方法 | |
| CN1292249C (zh) | 用于测定生物样品产生的电信号的测定装置和测定方法 | |
| CN109759154A (zh) | 一种基于聚吡咯电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法 | |
| TWI696580B (zh) | 微機電泵浦的製造方法 | |
| CN110905786B (zh) | 微机电泵的制造方法 | |
| KR101208303B1 (ko) | 미세 토출기 및 이의 제조방법 | |
| CN217561264U (zh) | Mems感测设备和电子系统 | |
| JP2011254281A (ja) | 容量型電気機械変換装置の作製方法、及び容量型電気機械変換装置 | |
| CN108483391A (zh) | 一种基于硅基透镜的钪掺杂AlN高频超声换能器的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |