本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(mems)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電(mems)包括多個(gè)功能單元，涉及學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，對其做一個(gè)系統(tǒng)的分類是比較困難的。根據(jù)組成單元的功能不同，mems大體可以分為微傳感器、微執(zhí)行器、微結(jié)構(gòu)以及包括多個(gè)單元的集成系統(tǒng)。根據(jù)加工的材料分類，mems加工技術(shù)主要包括硅基和非硅基兩種加工技術(shù)?，F(xiàn)在微機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了“機(jī)”和“電”的概念，將處理熱、光、磁、化學(xué)、生物等結(jié)構(gòu)和器件通過微納加工工藝制造在芯片上，并通過與電路的集成甚至相互間的集成來構(gòu)筑復(fù)雜微型系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，將mems應(yīng)用于通信、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域，就分別產(chǎn)生了rfmems，opticalmems，biomems和powermems等。其中流體是mems領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用方向，包括氣體傳感器、生物芯片、流體傳感器等。

硅基mems加工技術(shù)主要包括體硅mems加工技術(shù)和表面mems加工技術(shù)。體硅mems加工技術(shù)的主要特點(diǎn)是對硅襯底材料的深刻蝕，可得到較大縱向尺寸可動(dòng)微結(jié)構(gòu)。表面mems加工技術(shù)主要通過在硅片上生長氧化硅、氮化硅、多晶硅等多層薄膜來完成mems器件的制作。利用表面工藝得到的可動(dòng)微結(jié)構(gòu)的縱向尺寸較小，但與ic工藝的兼容性更好，易與電路實(shí)現(xiàn)單片集成。目前主要的體硅工藝包括濕法sog(玻璃上硅)工藝、干法sog工藝、正面體硅工藝、soi(絕緣體上硅)工藝。與其他工藝相比，soi工藝采用全硅結(jié)構(gòu)，通過硅—硅鍵合技術(shù)將硅與硅片粘接在一起，由于是全硅結(jié)構(gòu)，因此不存在由于熱膨脹系數(shù)帶來的應(yīng)力影響，結(jié)構(gòu)層厚度可達(dá)80μm，并具有較高的加工精度，易于電路單片集成。soi工藝具有與ic工藝更好兼容性的特點(diǎn)，適用于更多的mems器件的制造，可用于制作mems慣性器件(包括陀螺、加速度計(jì)、振動(dòng)傳感器等)、mems光學(xué)器件(包括光開關(guān)、衰減器等)、生物mems、流體mems等多種mems器件，具有更廣的適用性，可實(shí)現(xiàn)批量加工需求，是目前的一個(gè)主流加工工藝和發(fā)展趨勢。

但是soi工藝有如下幾個(gè)缺點(diǎn)：1、成本高，soi硅片的成本高于普通硅片；2、工藝控制難，隨著工藝步驟的增加，工藝難度會(huì)隨之增大，對于器件的成品率、性能等都會(huì)造成影響；3、兼容性較差，對于集成多個(gè)器件或者形成陣列的器件，其工藝兼容性差；具有局限性，只能針對全硅材料進(jìn)行加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于流體的mems器件和一種低成本、工藝簡單的制備mems器件的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種微機(jī)電系統(tǒng)器件，包括襯底和功能薄膜層，所述襯底包括第一表面、第二表面和背通孔，所述第一表面和所述第二表面相對，所述功能薄膜層設(shè)置在所述第一表面上，所述背通孔貫穿所述第一表面和所述第二表面，所述功能薄膜層具有多個(gè)第一通孔，所述第一通孔與所述背通孔連通。

優(yōu)選地，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件還包括電極層，所述電極層設(shè)置在所述功能薄膜層上，所述電極層具有多個(gè)第二通孔，所述第二通孔與所述第一通孔一一對應(yīng)正對。

優(yōu)選地，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件還包括錨點(diǎn)材料層，所述錨點(diǎn)材料層設(shè)置在所述電極層上，所述錨點(diǎn)材料層具有多個(gè)第三通孔，所述第三通孔與所述第二通孔一一對應(yīng)正對。

優(yōu)選地，所述錨點(diǎn)材料層貫穿所述電極層和所述功能薄膜層，以與所述襯底接觸。

本發(fā)明還提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法，包括：

提供一襯底，所述襯底包括相對的第一表面和第二表面；

在所述襯底上制作形成功能薄膜層；

對所述功能薄膜層進(jìn)行圖案化處理，以在所述功能薄膜層中形成多個(gè)第一通孔；

沿著從所述第一表面到所述第二表面的方向?qū)λ鲆r底進(jìn)行刻蝕，以形成與所述多個(gè)第一通孔連通的背通孔。

優(yōu)選地，在對所述功能薄膜層進(jìn)行圖案化處理之前，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：

在所述功能薄膜層上制作形成電極層；

對所述電極層進(jìn)行圖案化處理，以在所述電極層中形成多個(gè)第二通孔，所述第二通孔與所述第一通孔一一對應(yīng)正對。

優(yōu)選地，在所述襯底上制作形成功能薄膜層之前，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：在所述襯底上制作形成緩沖介質(zhì)層。

優(yōu)選地，在對所述電極層進(jìn)行圖案化處理之后，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：在所述電極層上制作形成錨點(diǎn)材料層，所述錨點(diǎn)材料層延伸至所述第二通孔和所述第一通孔中，以與所述緩沖介質(zhì)層接觸；

在沿著從所述第二表面到所述第一表面的方向?qū)λ鲆r底進(jìn)行刻蝕之后，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：將所述第一通孔的底部的所述錨點(diǎn)材料層和所述緩沖介質(zhì)層刻蝕去除。

優(yōu)選地，在對所述功能薄膜層進(jìn)行圖案化處理，以在所述功能薄膜層中形成多個(gè)第一通孔的同時(shí)，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：在所述功能薄膜層中形成第一錨點(diǎn)通孔；

對所述電極層進(jìn)行圖案化處理，以在所述電極層中形成多個(gè)第二通孔的同時(shí)，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：在所述電極層中形成與所述第一錨點(diǎn)通孔正對的第二錨點(diǎn)通孔；

在所述電極層上制作形成錨點(diǎn)材料層的同時(shí)，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件的制作方法還包括：所述錨點(diǎn)材料層延伸至所述第一錨點(diǎn)通孔和所述第二錨點(diǎn)通孔中，以與所述緩沖介質(zhì)層接觸。

本發(fā)明中的微機(jī)電系統(tǒng)器件成本低，可用于制作流體傳感器和生物分子篩等器件，其襯底采用普通硅片即可，制備工藝步驟少，便于優(yōu)化器件性能，達(dá)到較高的良率，均采用干法工藝進(jìn)行刻蝕，具有較好的兼容性。

附圖說明

圖1至圖6為本發(fā)明實(shí)施例一的微機(jī)電系統(tǒng)器件制備方法流程圖。

圖7至圖12為本發(fā)明實(shí)施例二的微機(jī)電系統(tǒng)器件制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例一提供的微機(jī)電系統(tǒng)器件，其包括襯底10、功能薄膜層20，襯底10包括第一表面10a、第二表面10b和背通孔11，第一表面10a和第二表面10b相對設(shè)置，背通孔11貫穿第一表面10a和第二表面10b，功能薄膜層20覆蓋在背通孔11上部分開設(shè)有第一通孔21，第一通孔21和第四通孔61正對，形成了流體路徑。

為了防止功能薄膜層20脫落，功能薄膜層20位于第一表面10a上的部分開設(shè)有第一錨點(diǎn)通孔22，第一錨點(diǎn)通孔22內(nèi)及其周圍的部分功能薄膜層20上設(shè)置有錨點(diǎn)材料層40，錨點(diǎn)材料層40將功能薄膜層20進(jìn)一步固定于襯底10上。本實(shí)施例一的微機(jī)電系統(tǒng)器件可用作細(xì)胞分子篩芯片，這時(shí)功能薄膜層20的制作材料優(yōu)選為具有生物相容性的薄膜材料。

圖1至圖6依次示出了本實(shí)施例1的微機(jī)電系統(tǒng)器件的制備方法的工藝流程，該制備方法具體包括如下步驟：

步驟s01、提供一襯底10，在襯底10上制作形成功能薄膜層20

具體地，襯底10采用普通的半導(dǎo)體裸硅片，具有相對設(shè)置的第一表面10a和第二表面10b。如圖1所述為了保護(hù)功能薄膜層20在后續(xù)制備過程中不被破壞，在形成功能薄膜層20前，在第一表面10a上生長介質(zhì)材料，形成緩沖介質(zhì)層50。如圖2所示，接著在緩沖介質(zhì)層50上制作形成功能薄膜層20，薄膜材料為具有特定功能的材料，例如具有生物相容性的薄膜材料，功能薄膜層20的厚度為2μm～50μm。

步驟s02、對功能薄膜層20進(jìn)行圖形化處理，以在功能薄膜層20上形成多個(gè)第一通孔21。

具體地，采用干法刻蝕工藝對功能薄膜層20圖形化處理，根據(jù)微機(jī)電系統(tǒng)器件的不同用途，形成結(jié)構(gòu)不同的圖形化薄膜結(jié)構(gòu)，具體是在功能薄膜層20加一層具有特定圖形的掩膜板，使得第一通孔21呈圖形分布，以實(shí)現(xiàn)不同功能。

在功能薄膜層20上形成多個(gè)第一通孔21的同時(shí)，在功能薄膜層20上形成第一錨點(diǎn)通孔22，在第一錨點(diǎn)通孔22及其周圍的部分功能薄膜層20上生長錨點(diǎn)材料，形成錨點(diǎn)材料層40，以將功能薄膜層20固定在緩沖介質(zhì)層50上。

步驟s03、沿著從第二表面10b到所述第一表面10a的方向?qū)σr底10進(jìn)行刻蝕，以形成與多個(gè)第一通孔21連通的背通孔11。

具體地，在襯底10的第二面10b加上相應(yīng)的掩膜板，利用干法刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕形成背通孔11，背通孔11的深度為襯底10的厚度。在形成背通孔11后，接著去除緩沖介質(zhì)層50上與第一通孔21正對的部分，使得多個(gè)第一通孔21連通的背通孔11，這樣便形成了流體路徑。

本實(shí)施例一中的微機(jī)電系統(tǒng)器件成本低，采用普通硅片用作襯底即可，制備工藝步驟少，更容易優(yōu)化器件性能，達(dá)到較高的良率，均采用干法工藝進(jìn)行刻蝕，具有較好的兼容性。

實(shí)施例二

如圖12所示，與實(shí)施例一不同的是本實(shí)施例二的微機(jī)電系統(tǒng)器件還包括電極層30，電極層30設(shè)于功能薄膜層20和錨點(diǎn)材料層40之間，電極層30上覆蓋第一通孔21的部分開設(shè)有第二通孔31，錨點(diǎn)材料層40上覆蓋第一通孔21的部分開設(shè)有第三通孔41，第一通孔21、第二通孔31、第三通孔41和背通孔11構(gòu)成了流體路徑。本實(shí)施例二的微機(jī)電系統(tǒng)器件主要用于流體傳感器，比如氣體流量傳感器，氣體與電極層30接觸且通孔流體路徑，電極層30與外部電路電連接，氣體流量變化時(shí)，電極層30的產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)傳遞到外部電路中進(jìn)行探測。

圖7至圖12依次示出了本實(shí)施例2的微機(jī)電系統(tǒng)器件的制備方法的工藝流程，該制備方法具體包括如下步驟：

步驟s01、本步驟與實(shí)施例一中的步驟s01相同，在此不再贅述。

步驟s02、在功能薄膜層20上形成電極層30。

具體地，如圖9和圖10所示，在功能薄膜層20上形成電極層30后，利用第一掩膜版對電極層30進(jìn)行圖形化處理，使得電極層30上形成多個(gè)第二通孔31。電極層30上形成多個(gè)第二通孔21后，利用第二掩膜版對功能薄膜層20進(jìn)行處理，使得功能薄膜層20形成多個(gè)第一通孔21，第一通孔21與第二通孔31一一正對。

進(jìn)一步地，在電極層30上形成多個(gè)第二通孔31的同時(shí)形成第二錨點(diǎn)通孔32，在使得功能薄膜層20形成多個(gè)第一通孔21的同時(shí)形成第一錨點(diǎn)通孔22，第一錨點(diǎn)通孔22與第二錨點(diǎn)通孔正對。

步驟s03、在電極層30上制作形成錨點(diǎn)材料層40。

具體地，如圖11所示，在電極層30上生長錨點(diǎn)材料形成錨點(diǎn)材料層40，錨點(diǎn)材料層40延伸至第二通孔31和第一通孔21中，以與緩沖介質(zhì)層50接觸，將電極材料包裹住，起到保護(hù)作用。

進(jìn)一步地，錨點(diǎn)材料層40延伸第一錨點(diǎn)通孔22與第二錨點(diǎn)通孔32中，錨點(diǎn)材料層40接觸緩沖介質(zhì)層50，使得功能薄膜層20和電極層30固定于緩沖介質(zhì)層50上。

步驟s04、沿著從第二表面10b到第一表面10a的方向?qū)λ鲆r底10進(jìn)行刻蝕，以形成與所述多個(gè)第一通孔21連通的背通孔11。

具體地，如圖12所示在襯底10的第二面10b加上相應(yīng)的掩膜板，利用干法刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕形成背通孔11，背通孔11的深度為襯底10的厚度。進(jìn)一步地，在形成背通孔11后，接著去除緩沖介質(zhì)層50和錨點(diǎn)材料層40上與第一通孔21正對的部分，使得多個(gè)第一通孔21、第二通孔31連通背通孔11，這樣便形成了流體路徑。

以上所述僅是本申請的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯拢€可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。