高深宽比MEMS悬空透气膜的制备方法及器件与流程

本发明涉及一种制备方法及器件，尤其是一种高深宽比mems悬空透气膜的制备方法及器件。

背景技术：

1、微机械系统(mems)加工是制造微结构、微传感器和系统的手段，其中，悬空的薄膜结构是微机电系统器件最常用的结构之一。

2、目前，对悬空结构的mems器件，一般采用热氧化工艺或者淀积工艺制备，具体工艺过程包括：在衬底上形成牺牲层；其次在牺牲层上形成悬空结构；最后通过选择性腐蚀去除牺牲层。

3、上述工艺中，若牺牲层较薄，无法满足高深宽比的需求；若牺牲层较厚，制备工艺的内应力会使悬空结构翘曲或下压，从而影响器件性能，难以满足实际的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高深宽比mems悬空透气膜的制备方法及器件，其能有效制备得到高深宽比透气孔的悬空透气膜，降低工艺的复杂度，提高悬空透气膜的性能。

2、按照本发明提供的技术方案，一种高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，所述制备方法包括：

3、提供支撑衬底以及制备于所述支撑衬底上的若干透气孔定位柱；

4、在上述支撑衬底上制备覆盖所述支撑衬底正面的透气膜层，其中，透气孔定位柱埋设于所述透气膜层内，且透气孔定位柱的上端部从透气膜层内露出；

5、对上述支撑衬底的背面进行背腔刻蚀工艺，以形成所需的背腔，其中，所形成的背腔与透气膜层内的透气孔定位柱正对应；

6、去除上述透气膜层内的透气孔定位柱，以在透气膜层内形成贯通所述透气膜层的透气孔，所述透气孔与背腔连通。

7、在支撑衬底的正面制备透气膜层时，包括：

8、提供用于制备透气膜层的透气膜基料，所述透气膜基料利用引发剂、流平剂、消泡剂以及有机成膜树脂混合配制形成；

9、将透气膜基料置于支撑衬底的正面，以在干燥固化后形成透气膜层；

10、对上述透气膜层进行减薄，以使得埋设于所述透气膜层内透气孔定位柱的上端部露出。

11、有机成膜树脂包括丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、pp、pet、pe、醋酸纤维素、聚醚砜或聚偏氟乙烯中的一种；

12、引发剂包括顺丁烯二酸酐、联苯胺或异佛尔酮二胺中的一种；

13、流平剂包括热固化流平剂或紫外固化流平剂的一种；

14、消泡剂包括氟碳消泡剂、丙烯酸树脂消泡剂或环氧树脂消泡剂的一种。

15、对配制形成的透气膜基料，有机成膜树脂采用非环氧树脂时，引发剂用量为有机成膜树脂重量的1％～3％，流平剂用量为有机成膜树脂重量的0.1％～1％，消泡剂用量为有机成膜树脂重量的0.1％～0.6％；

16、当有机成膜树脂采用环氧树脂，引发剂采用顺丁烯二酸酐时，引发剂的重量与环氧树脂之间的关系满足：w1＝ae*e1*k，其中，w1为每100g环氧树脂所需引发剂的含量，ae为顺丁烯二酸酐的摩尔质量，e1为环氧树脂的环氧量，k为环氧树脂内每摩尔环氧基所需的顺丁烯二酸酐质量；

17、当有机成膜树脂采用环氧树脂，引发剂采用联苯胺或异佛尔酮二胺时，引发剂的重量与环氧树脂之间的关系满足：w2＝(m/hn)*e2，其中，m为引发剂的分子量，hn是引发剂分子中胺基上的活泼氢的原子数；e2为环氧树脂的环氧量。

18、对制备于支持衬底上的透气孔定位柱，包括：

19、在支撑衬底的正面制备填充预配体，其中，填充预配体内包括若干具有高深宽比的填充预配槽，所述填充预配槽贯通填充预配体；

20、在上述填充预配槽内制备透气孔定位柱，并在制备所述透气孔定位柱后，将支撑衬底上的填充预配体去除，以在支撑衬底的正面形成若干透气孔定位柱。

21、对制备于支撑衬底正面上的填充预配体，所述填充预配体的材料包括正光刻胶或负性光刻胶su-8。

22、透气孔定位柱通过电镀填充于填充预配槽内，其中，

23、所述透气孔定位柱的材料包括ni或铜。

24、采用湿法腐蚀方法去除透气孔定位柱，其中，

25、当透气孔定位柱的材料为硅时，所述湿法腐蚀所采用的腐蚀液包括koh溶液、naoh溶液、或hf溶液与hno3溶液所混合形成的混合液；

26、当透气孔定位柱的材料为金属时，所述湿法腐蚀所采用的腐蚀液为与所述透气孔定位柱材料适配的金属腐蚀液。

27、所述支撑衬底包括硅衬底、soi衬底或光敏玻璃衬底；

28、填充预配槽的深宽比大于10。

29、一种高深宽比mems悬空透气膜器件，包括mems悬空透气膜，其中，

30、所述mems悬空透气膜采用上述所述的制备方法制备得到。

31、本发明的优点：利用透气膜基料在支撑衬底上制备透气膜层，对支撑衬底进行背腔刻蚀形成背腔后，对透气孔定位柱去除后，即可在透气膜层内形成透气孔，也即实现悬空透气膜的制备，基于透气膜基料的特性，悬空透气薄膜成膜材料无约束，透气膜层可依据要求图形化设计、透气孔的深度以及孔径可控，性能优异，成本较低可大批量生产，从而可提高mems悬空透气薄膜的应用领域。

技术特征：

1.一种高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，在支撑衬底的正面制备透气膜层时，包括：

3.根据权利要求2所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，有机成膜树脂包括丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、pp、pet、pe、醋酸纤维素、聚醚砜或聚偏氟乙烯中的一种；

4.根据权利要求3所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，对配制形成的透气膜基料，有机成膜树脂采用非环氧树脂时，引发剂用量为有机成膜树脂重量的1％～3％，流平剂用量为有机成膜树脂重量的0.1％～1％，消泡剂用量为有机成膜树脂重量的0.1％～0.6％；

5.根据权利要求1～4任一项所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，对制备于支持衬底上的透气孔定位柱，包括：

6.根据权利要求5所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，对制备于支撑衬底正面上的填充预配体，所述填充预配体的材料包括正光刻胶或负性光刻胶su-8。

7.根据权利要求5所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，透气孔定位柱通过电镀填充于填充预配槽内，其中，

8.根据权利要求7所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，采用湿法腐蚀方法去除透气孔定位柱，其中，

9.根据权利要求5所述的高深宽比mems悬空透气膜的制备方法，其特征是，所述支撑衬底包括硅衬底、soi衬底或光敏玻璃衬底；

10.一种高深宽比mems悬空透气膜器件，其特征是，包括mems悬空透气膜，其中，

技术总结本发明涉及一种高深宽比MEMS悬空透气膜的制备方法及器件。所述制备方法包括：提供支撑衬底以及制备于所述支撑衬底上的若干透气孔定位柱；在上述支撑衬底上制备覆盖所述支撑衬底正面的透气膜层，其中，透气孔定位柱埋设于所述透气膜层内，且透气孔定位柱的上端部从透气膜层内露出；对上述支撑衬底的背面进行背腔刻蚀工艺，以形成所需的背腔，其中，所形成的背腔与透气膜层内的透气孔定位柱正对应；去除上述透气膜层内的透气孔定位柱，以在透气膜层内形成贯通所述透气膜层的透气孔，所述透气孔与背腔连通。本发明能有效制备得到高深宽比透气孔的悬空透气膜，降低工艺的复杂度，提高悬空透气膜的性能。技术研发人员：王云翔,陈雅,李瑾受保护的技术使用者：苏州研材微纳科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13