[发明专利]用于制造包括多孔表面的微米和/或纳米机械结构的方法

说明书

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 gas chromatography 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 Conference 2011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US 2004/0195096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 for enhanced biosensing”,S.Stolyarova,S.Cherian,R.Raiteri,J.Zeravik,P.Skladal,Y.Nemirovsky,Sensors and Actuators B 131(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。