[发明专利]MEMS垂直梳齿微镜面驱动器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种应用于光通信器件、激光显示和光束扫描等领域的MEMS垂直梳齿微镜面驱动器的制作方法。

背景技术

随着光纤通信的迅速发展，智能全光网络(Automatic Switched Optical Network，ASON)成为光通信网络的发展趋势。在ASON系统中，为了实现智能全光信号的交换控制，必须对网络中传输的光信号直接进行动态控制与监测。而实现对光信号的直接动态控制的核心器件就是各种微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)微镜面驱动器。由于MEMS微镜面驱动器具有低成本、高可靠性、小型化、易于维护等优势，正得到越来越多的研究和重视。MEMS微镜面驱动器广泛应用于光开关(Optical Switch)、光衰减器(Optical Attenuator)、可调滤波器(Tunable Optical Filter)及波长选择开关(Wavelength Selective Switch)等核心光网络器件，因此MEMS微镜面驱动器在ASON的发展中将发挥关键作用。同时，MEMS微镜面驱动器在光学扫描、光学显示、激光偏转也具有巨大的应用前景。

基于MEMS技术制作的微镜面驱动器有很多驱动方式，例如静电驱动方式、压电驱动方式等。其中，采用静电驱动方式的MEMS微镜面驱动器由于具有结构简单、与微电子制作工艺兼容性好、可大批量制造、体积小等优点而受到广泛关注。静电驱动的微镜面驱动器通常有平板驱动(Parallel-plate Driver)结构和梳齿驱动(Comb Driver)结构。在平板驱动结构中，微镜面需要较高的驱动电压才能产生较大的扭转角度或者微镜运动量；而在梳齿驱动结构中，微镜面可以在较小的驱动电压下获得较大的扭转角度或者微镜运动量；因此，在应用中，相对平板驱动结构，梳齿驱动结构具有更大的优势，但其结构相对更为复杂，且制作难度也更大。

在梳齿驱动结构中，按照梳齿驱动结构的运动方式可以分为平面内运动(称为平面内梳齿驱动结构)和平面外运动(称为垂直梳齿驱动结构)两种。平面内梳齿驱动结构在平面内运动，通常指梳齿驱动结构的可动梳齿和固定梳齿在同一个平面内(如图1所示)，可动梳齿12和固定梳齿10之间的运动也在同一个平面内，可动梳齿12相对固定梳齿10产生平面内的平移运动(如图1中的双向箭头A)。而垂直梳齿驱动结构在平面外运动，通常指角度扭转垂直梳齿驱动结构，即可动梳齿和固定梳齿不在同一个平面，具有一定的高度差(如图2所示)，可动梳齿22相对固定梳齿20作一定角度的旋转(如图2中的双向箭头B)，利用可动梳齿22的扭转运动实现微镜的扭转运动。因此，通过垂直梳齿驱动结构参数设计可以实现MEMS微镜面驱动器的大角度、快速的扭转运动，同时降低驱动电压。

现有的MEMS垂直梳齿微镜面驱动器通常有采用表面微机械技术的和体硅微机械技术制作。在表面微机械技术中(如文献D.Hah等JMEMS 2004)，由于需要对薄膜结构的应力进行精确控制，因此导致微镜面驱动器的微镜面尺寸较小，通常直径仅为几十微米到300微米左右，不能实现大光斑的光信号控制。同时，薄膜生长的厚度有限(通常为数微米)，因此驱动器的梳齿的厚度较薄，难以实现大角度扭转。相应地，体硅微机械技术制作的微镜面驱动器采用单晶硅材料，由于不需要进行材料生长的应力控制，可以很容易制作直径几百微米至至数微米左右的微镜面，实现大光斑光信号控制。体硅微机械技术可以制作梳齿的厚度为数十至上百微米的垂直梳齿微镜面驱动器，可以实现几度至几十度的大角度扭转。但是，体硅微机械技术在制作垂直梳齿微镜面驱动器时，由于需要制作高低交错、间隙准确的立体垂直梳齿驱动结构，因此较难控制上下垂直梳齿的光刻对准，并且在释放上下垂直梳齿时工艺制作难度大，成品率低。有鉴于此，本发明提出了一种制作垂直梳齿驱动器的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS垂直梳齿微镜面驱动器的制作方法，用于解决体硅微机械技术在制作垂直梳齿微镜面驱动器时上下垂直梳齿对准困难、释放工艺制作难度大、成品率低等问题。