[发明专利]微机电系统装置及其梳状电极的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)装置及形成该MEMS装置的梳状电极的方法，更特别地，本发明涉及一种具有表现出线性输入-输出特性的改进的梳状电极结构的MEMS装置以及形成该MEMS装置的梳状电极的方法。

背景技术

在涉及显示装置、激光打印机、精确测量仪器、精加工装置等的各种技术领域中，人们正进行很多的研究以开发使用微加工技术制造的小尺寸的MEMS装置。例如，在显示装置中，MEMS装置用作光扫描器以反射或偏转扫描光束到屏幕上。

用作显示装置的光扫描器的MEMS装置具有配置有互锁的梳状电极的驱动结构。图1A到图1E是用于说明形成梳状电极的传统方法的视图。参考图1A，制备了绝缘体上硅(SOI)衬底。该SOI衬底包括结合到氧化层20两侧的第一硅衬底30和第二硅衬底10。参考图1B和图1C，使用具有预定图案的蚀刻掩模31选择性地蚀刻第一硅衬底30以形成多个驱动梳状电极35。参考图1C和1D，通过使用驱动梳状电极35以将蚀刻掩模11对齐，从而将蚀刻掩模11形成在第二硅衬底10上，从而形成多个固定梳状电极15。参考图1E，去除形成在驱动梳状电极35和固定梳状电极15之间的氧化层20，由此完成驱动梳状电极35和固定梳状电极15的形成。在通过传统方法形成的梳状电极结构中，驱动梳状电极35和固定梳状电极15在垂直方向上彼此分开等于或大于氧化层20的厚度的间隙(g)。如果第一硅衬底30和第二硅衬底10在蚀刻环境中时间太长，则可能在梳状电极15和35的边缘上形成凹口。这些凹口增加了梳状电极15和35之间的间隙。

图2示出了通过图1A到图1E图示的方法形成的梳状电极结构。当在相邻的梳状电极15和35之间施加驱动电压时，下面的固定梳状电极15静电吸引驱动梳状电极35，因此平台(未示出)旋转。这里，由于梳状电极15和35之间的垂直间隙(g)，施加到梳状电极15和35的驱动电压并非与平台的旋转角度线性相关。

图3是示出了用作光扫描器的传统MEMS装置中光扫描角度(输出)和驱动电压(输入)之间的关系的图。参考图3，在第一间隔S1(低电压间隔)中，在光扫描角度和驱动电压之间基本保持了线性关系(该曲线具有大致固定的斜率)。但是，在大约50V的驱动电压，曲线的斜率突变。然后，在高于50V的第二间隔S2中，该关系以不同倾斜的曲线线性保持。这里，曲线的斜率突变的点对应于第一间隔S1和第二间隔S2之间的边界点。在该边界点，驱动梳状电极15被固定梳状电极15吸引，因此开始与固定梳状电极15啮合。第一间隔S1对应于在驱动梳状电极35和固定梳状电极15之间施加低的驱动电压但是梳状电极35和15尚未相互啮合的间隔。第二间隔S2对应于梳状电极35和15由于施加到其上的高驱动电压而彼此啮合的间隔。在光扫描角度和驱动电压之间的理想线性关系如图3中的虚线所示。在传统的非线性梳状电极结构中，需要较高的驱动电压来获得与理想线性相同的光扫描角度。

图4是在使用传统MEMS装置作为光扫描器的屏幕上显示的图像。由于光扫描角度和驱动电压之间的非线性关系，在图像上出现了褶皱和失真。

发明内容

本发明提供了一种具有改进的梳状电极布置的微机电系统(MEMS)装置从而使驱动电压(输入)和平台的旋转角度(输出)之间的关系线性化，以及本发明提供了一种形成该MEMS装置的梳状电极的方法。

根据本发明的一个方面提供了一种制备微机电系统装置的梳状电极的方法，包括：在第一硅衬底的一侧以规则的间隔形成多个平行的沟槽，从而在第一硅衬底的一侧上交替界定高度不同的第一区域和第二区域；氧化第一硅衬底以在高度不同的第一区域和第二区域中形成氧化层；在氧化层上形成多晶硅层以至少填满沟槽从而使具有不同高度的氧化层平化；将第二衬底结合到多晶硅层的顶表面上；使用第一掩模选择性地蚀刻第二硅衬底和多晶硅层，从而形成与第一区域垂直对齐的上梳状电极；使用第二掩模选择性地蚀刻第一硅衬底以形成与第二区域垂直对齐的下梳状电极；以及去除在上梳状电极和下梳状电极之间夹置的氧化层。

根据本发明的一个方面提供了一种微机电系统装置，包括：以振动模式工作的平台；设置在平台周围以支撑平台并允许平台旋转的框架；从平台向框架彼此平行地延伸的多个驱动梳状电极；以及从框架延伸并与驱动梳状电极啮合的多个固定梳状电极；其中，驱动梳状电极和固定梳状电极以不同的高度设置并且在垂直方向上彼此重叠预定长度。

附图说明

参考附图，通过详细地说明本发明的示范性实施例，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中：