[发明专利]内嵌通道微悬臂梁的一种并联结构及加工方法

说明书

本发明公开了内嵌通道微悬臂梁的一种并联结构及加工方法，属于MEMS领域。本发明是在微悬臂梁的内部形成微通道，将微流控芯片集成于微悬臂梁传感器内，并且两个及以上微悬臂梁的自由度相连。此种微悬臂梁的并联结构是采用一种基于SON结构的加工方法来制造的，可以同时形成微通道和盖板。同时与微流控芯片技术结合起来，可以实现微纳粒子、细胞等的分离、监测与检测。微悬臂梁总体结构包括：微悬臂梁的固定端、内嵌通道、内嵌通道的衬底和盖板，以及内嵌通道的入口和出口。本发明是一种新型的微悬臂梁结构，加工方法更加简洁，将微流控芯片技术与微悬臂梁传感器技术相结合，应用领域大大增加，同时检测精度也极大地提高。

技术领域

本发明主要涉及到集成电路中MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)领域，特指一种新型的内嵌通道式的微悬臂梁装置、加工方法。

背景技术

随着微纳米技术的快速发展，一种新型的交叉学科微机电系统技术-MEMS技术得到了飞速的发展。到1990年代，以微压力传感器和微加速度传感器为代表的微机电传感器凭借低成本、小体积、高性能的优势，成为精密传感器发展的主流。较成功的微机电传感器，如谐振式压力传感器和力平衡式电容微加速度传感器都采用了微悬臂梁结构。微悬臂梁装置作为一种最简单的MEMS器件之一，也是构建其他复杂MEMS器件的基本单元，一切的MEMS技术的优点都在它身上得以体现，对微悬臂梁的研究也在更加的深入。

传统的微悬臂梁传感器主要为矩形状，在单晶硅的微悬臂梁骨架上键合一层特异性的吸附层，利用分子的特异吸附性将被测分子吸附到吸附层，从而达到检测分子的目的。但这种微悬臂梁的不足之处在于无法对液相的检测物进行检测，且无法工作在液体环境中。微流控芯片的目标是把整个化验室的功能,包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上，是当前微全分析系统领域发展的重点，但其缺少传感的特性。

申请号为2016104117634的专利文献中公开了“一种称量DNA分子质量的微悬臂梁装置”，所提出的微悬臂梁装置上层有所需要称重DNA的吸附层，自由端上下侧各有一个微位移传感器，通过DNA吸附层吸附所称量的DNA分子，从而使微悬臂梁自由端发生弯曲形变，再由微位移传感器检测出形变量。但是，这种微悬臂梁装置在DNA分子吸附层上的加工过于繁琐，且DNA分子吸附层吸附DNA分子容易出现误差，微位移传感器的检测精度不够高，容易产生较大的误差。

发明内容

为了将微流控芯片的功能与微悬臂梁传感特性合二为一，发明了一种新型的内嵌通道式硅微悬臂梁。包括：微悬臂梁的固定端102、内嵌通道105、内嵌通道的衬底和盖板103，以及内嵌通道的微流体入口101和微流体出口100。其中内嵌通道和盖板为一体结构。该微梁可以阵列加工，分别用作测试梁和参考梁。该梁可为等截面梁。该微悬臂梁可以实现微流体的分离、检测；微纳粒子的质量检测；生物细胞的质量检测及生长状况的监测等，也可以液体环境中进行检测。

本发明的另一个目的在于提供了一种内嵌通道式微悬臂梁的加工方法。采用SOI(Silicon On Insulator)晶圆来加工内嵌通道式微悬臂梁，主要包括光刻、刻蚀、退火加工处理、释放结构层等步骤。

本发明的一种内嵌通道式的微悬臂梁的技术方案为：包括相连接的固定端(102)和梁，所述梁至少为两个，所述梁均有固定端(102)，梁可以互连也可单独配置；各梁的自由端连接在一起；各梁的内部通道在梁的自由端处相交；所述梁的底部是衬底，梁的上端面是盖板(103)，衬底和盖板(103)之间为内嵌通道(105)，内嵌通道(105)至少带有内嵌通道微流体入口(101)，所述衬底、盖板(103)和固定端(102)为一体结构。

进一步，整个内嵌通道(105)根据需要成一字型，或者矩形通道，或者环形通道，或者蛇形通道，或者树状型通道，或者十字分叉通道。

进一步，所述梁为等截面梁或者变截面梁。