[发明专利]一种微反射镜结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工技术领域，涉及一种在硅和玻璃衬底上通过圆片键合工艺、扩散工艺与刻蚀工艺制造的微反射镜结构及其制造方法。

背景技术

信息技术、光纤通信技术的发展，使得微光电机械系统(MOEMS)成为当前研究的热点。MOEMS应用遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。随着光纤到户及全光网的发展，对具有损耗小、隔离度高的MOEMS器件的需求快速增长，目前主要的产品包括：光波导、MEMS光开关、MEMS可调光衰减器(VOA)、MEMS波长选择开关(WSS)。随着全光网络的普及以及我国三网融合战略的实施，MOEMS器件的市场将得到快速增长。

在MOEMS中，改变“光线”方向的核心元件是反射镜。微反射镜及其阵列是构成MEMS光开关、光衰减器、波长选择开关以及显示器的基础与核心组成部分，因此微反射镜及其阵列具有广阔的应用前景，目前国内仅光衰减器的市场每年都超过1.4亿人民币，尤其随着光纤通信向光纤到户(FTTH)以及全光通信的发展，具有全光特性的MEMS反射镜将会发挥更重要作用。

从微反射镜的动作方式可分为平动、垂直动以及扭动，目前扭动微镜是一种比较普遍形式。扭镜又可分为一维(1D)、二维(2D)以及多维扭镜。微反射镜的加工工艺主要包括精密机械加工与MEMS加工，而MEMS加工技术是主流的优势加工技术。MEMS加工又分为体硅加工与表面加工，如美国Ti公司DMD(数字微镜)投影仪采用了表面MEMS加工技术，而国内则多采用体硅MEMS加工技术。微反射镜的驱动方式形式主要包括静电驱动与磁驱动，其中静电驱动由于驱动的可控性好、功耗低等优点使其更具优势。另外，高反射率(低损耗)、小功耗、低制造成本是微反射镜的几个主要指标，在制造中需要首先考虑。利用MEMS技术制造的新型光器件，具有插入损耗小、光路间相互串扰极低、对光的波长和偏振不敏感的特点，并且由于通常采用硅为主要材料，从而使器件的光学、机械以及电气性能优良。

通常在扭动微反射镜的设计与加工中，将硅片与玻璃通过阳极键合粘贴在一起，其中玻璃作为衬底片，并作为静电驱动下电极。硅片材料的厚度一般在200um左右，在硅片的上表面形成反射镜面，在硅片的下表面形成扭梁结构和与玻璃衬底键合的键合锚点，其中，扭梁结构与键合锚点分离，而扭梁结构与反射镜面一体连接。由于是在整个硅片上加工微反射镜，因此，扭梁结构的厚度与硅片材料的厚度相同。驱动微反射镜的电压与扭梁的厚度密切相关，为了达到低驱动电压目的，需从硅片的非键合面减薄来降低反射镜的扭梁厚度，但是经过减薄抛光或腐蚀后的硅片表面很难恢复到硅片原始抛光面的平整度与光洁度，因此将引入光反射损耗；另外还可采用SOI硅片转移的加工技术来同时满足薄梁结构和硅原始抛光面作为镜面，但这种技术具有较高的加工成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种能够直接使用硅片的原始抛光面作为反射镜面同时具有低驱动电压的微反射镜结构。

同时，本发明还提供一种加工工艺简单、成本更低，且成品能够直接使用硅片的原始抛光面为反射镜面而同时具有低驱动电压的微反射镜制造方法。

一种微反射镜结构，包括玻璃衬底和硅片，所述硅片具有平行的上平面层和下平面层，一镜面支撑柱设置在上下平面层中心并与其一体连接；所述上平面层形成反射镜面，所述下平面层形成硅驱动极板、键合锚点以及扭梁，所述扭梁的一端与硅驱动极板连接，另一端与键合锚点连接；所述硅片与玻璃衬底通过所述键合锚点键合。

所述微反射镜结构还包括一通孔，其贯穿所述镜面支撑柱。

具体的，所述硅驱动极板沿其所在的平面层的横向轴对称分布，并在中间部分连接；所述扭梁为细长条形，沿着该平面层的纵向中心轴线对称设置在两端，扭梁的一端与硅驱动极板中间连接部分相连，其余边与驱动极板分离；键合锚点与硅驱动极板相分离，并分别与扭梁的另一端连接。

进一步，所述玻璃衬底与硅片键合的表面上具有一槽体，使得玻璃衬底与硅片之间形成一定的间隙，作为所述扭梁的扭转空间。

进一步，玻璃衬底上还具有静电驱动电极，其与硅片上的硅驱动极板的位置正对。

进一步，所述扭梁厚度为10um。

一种微反射镜制造方法，包括如下步骤：

步骤1：在硅片上形成通孔；

步骤2：对硅片进行浓硼浅扩散，在硅片的各表面以及通孔内壁表面上形成一定厚度的异性湿法腐蚀自停止层；