[发明专利]一种微机械结构牺牲层及微机械结构制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械结构牺牲层及微机械结构制作方法。

背景技术

牺牲层工艺是微机械结构制作的关键技术之一。在微机械结构的制作过程中保留或填充牺牲材料，以保证后续工艺步骤的可行性。当所有结构制作完成后，通过选择性的去除牺牲层材料，能够释放得到悬浮结构，或者空腔结构。该工艺最早由美国加州大学伯克利分校开发，结构材料采用多晶硅，牺牲材料为二氧化硅。随着微机械技术的发展，对牺牲层材料提出了更高的要求，包括更大的厚度、更低的成本、更容易实现选择性去除的难度等。

经过多年的发展，已找到多种可用于微机械结构制作的牺牲层材料。从材料类别上看，可分为有机物牺牲材料和无机牺牲材料两类。

有机物牺牲材料包括聚酰亚胺、光刻胶等，一般使用旋涂或喷涂的涂覆方式。但涂覆的厚度受到限制，通常小于100微米。少数光刻胶厚度能够达到100微米以上，但随着厚度的增加容易导致图形化工艺困难、应力增大以及在较为封闭的结构中难以去除。另外，如结构中出现多种有机物，面临有机物之间的兼容性问题，如多种光刻胶在制作过程中的互溶、有机物材料选择性去除问题。

无机牺牲材料包括硅、二氧化硅以及一些金属材料（如Al、Ti、Zn等）。中国专利CN102060260A公开了一种以低熔点为牺牲层的微机械结构器件制备方法，采用真空热蒸发或磁控溅射的方法沉积低熔点牺牲层。这些方法均采用物理沉积或化学沉积的方法，同样难以形成数百微米的牺牲层材料，而且工艺周期长、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种牺牲层厚度能达到数百微米的微机械结构牺牲层制作方法。

本发明采用的技术方案如下：一种微机械结构牺牲层制作方法，其特征在于：采用低熔点合金作为材料制作牺牲层；所述低熔点合金是指合金熔点在300摄氏度以下的合金材料。 

作为优选，所述低熔点合金牺牲层的制作方法步骤为：

一、     将形成低熔点合金的金属混合物材料涂覆在基底结构上；

二、     对所述金属混合物材料进行加热合金化形成低熔点合金的填充；

所述金属混合物材料涂覆的量要保证加热合金化后形成的低熔点合金高度大于等于有效结构的高度。

作为优选，所述方法还包括，制作低熔点合金牺牲层前，先设置使低熔点合金分布均匀的辅助结构。

作为优选，所述辅助结构高度与有效结构高度一致。

作为优选，所述辅助结构密度根据有效结构高度而定，高度越大，密度越大。

作为优选，所述方法还包括，制作低熔点合金牺牲层前，在低熔点合金与基片、辅助结构和有效结构接触表面设置过渡金属层。

一种微机械结构制作方法，其特征在于：具体方法步骤为：

1、制作微机械结构的基底结构，包括基片及有效结构；

2、将形成低熔点合金的金属混合物材料涂覆在基底结构上；

3、对所述金属混合物材料进行加热合金化形成低熔点合金的填充；

4、对填充后的表面进行平坦化，并露出有效结构的上表面；

5、在平坦化后的牺牲层表面制作需要的各种结构，与步骤1中的基底结构形成悬置或封闭的腔体；

6、选择性的去除低熔点合金牺牲层；

所述低熔点合金是指合金熔点在300摄氏度以下的合金材料。

作为优选，所述方法还包括：在步骤1和步骤2之间的步骤还包括：设置使低熔点合金分布均匀的辅助结构。

作为优选，所述方法还包括：在步骤1和步骤2之间的步骤还包括：在低熔点合金与基片、辅助结构和有效结构接触表面设置过渡金属层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用低熔点合金作为牺牲层的制作方法，能够使微机械结构牺牲层达到数百微米，可快速有效的去除，并与有机物兼容。

采用涂覆金属混合物材料后加热合金化的低熔点合金牺牲层制作方法，牺牲层制作与传统的需要几个小时的时间相比，只要几分钟就能完成，制作工艺周期短，成本低。

附图说明

图1所示为待填充基底结构示意图，包括基片1、有效结构2和辅助结构3；

图2所示为在基底结构上沉积过渡层金属4结构示意图；

图3所示为低熔点金属混合物5填充结构示意图；

图4所示为低熔点金属混合物加热合金化形成低熔点合金6填充结构示意图；

图5所示为表面平坦化，露出有效结构表面7结构示意图；

图6所示在牺牲层上制作微机械结构8结构示意图；