[发明专利]一种基于电镀工艺的静电驱动式微型扭转器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型光学器件领域，特别是涉及一种基于电镀工艺的静电驱动式微型扭转器件及其制备方法。

背景技术

静电驱动式微型扭转器件具有驱动方式简单，频率响应好，工艺兼容性好等优点，广泛应用于光学微机电系统领域（MOEMS）。目前主流的静电驱动式微镜器件有两种，德州仪器（TI，Texas Instrument）公司的DMD（Digital Micro-mirror Device）和基于SOI硅片的梳齿式驱动微镜。这些器件各有利弊：前者为平板驱动式器件，电极之间的间距小，转角范围小，转角与驱动电压之间的线性度差，但在小角度转动下可做线性近似处理，其制造工艺为表面牺牲层工艺，对横向和纵向结构的尺度精度高，对工艺均匀性和设备的要求也比较高。后者为梳齿式驱动器件，改善了转角与驱动电压之间的线性度，其制造工艺为体硅工艺，需要使用SOI硅片进行制备，另外还需要有深刻蚀专用设备，工艺成本较高。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是简化静电驱动式微镜器件的制备工艺流程，降低工艺成本和对工艺设备的要求，同时使其能够完成足够大偏角的转动，符合光路系统的整体设计要求。

为实现上述发明目的，本申请提供了如下技术方案：

一种基于电镀工艺的静电驱动式微型扭转器件，所述微型扭转器件包括硅衬底1、由下至上依次生长于所述硅衬底1上的氧化硅层2、氮化硅层3、金属铝层4、金属Cr层5、金属Cu层6和金属Ni层7。

其中，所述氧化硅层2和氮化硅层3的复合层构成方形KOH腐蚀掩模。

其中，所述金属铝层4为释放微镜可动结构的牺牲层。

其中，所述金属Cr层5和金属Cu层6作为电镀工艺的种子层。

其中，所述金属Ni层7为微镜器件的主体结构。

其中，所述硅衬底1由KOH溶液进行湿法腐蚀，以释放微镜结构。

一种基于电镀工艺的静电驱动式微型扭转器件的制作方法，包括如下步骤：

第一步，衬底准备，硅衬底1；

第二步，在所述硅片衬底的上表面依次生长氧化硅层2和氮化硅层3，形成复合层；

第三步，对所述复合层进行图形化刻蚀，形成后续KOH深腐蚀工艺的掩模；

第四步，在所述硅片衬底及复合层表面淀积金属铝4，并对其进行图形化刻蚀，作为后续微镜结构释放的牺牲层；

第五步，在第四步所述硅片1和复合层以及图形化的金属铝4表面溅射金属Cr5，再溅射金属Cu6，形成后续电镀工艺的种子层；

第六步，在第五步所述金属种子层上用光刻定义电镀图形区域，电镀Ni7形成微镜器件的主体结构；

第七步，以第六步中的电镀Ni7图形为掩模，去除第五步中溅射的种子层Cu6和Cr5；

第八步，用湿法腐蚀的方法去除第四步中淀积的金属铝4；

第九步，采用KOH各向异性腐蚀的方法对第八步中露出的硅衬底1进行深腐蚀，释放微镜结构，完成静电驱动式微镜的制备

优选地，所述依次生长于硅衬底上的氧化硅层的厚度为100-400nm，最佳厚度为300nm，氮化硅层的厚度为100-200nm，最佳厚度为150nm。

优选地，所述金属铝层的厚度为200-600nm，最佳厚度为400nm。

优选地，所述金属Ni层的厚度为1-4μm，最佳厚度为2μm。

优选地，第一步中的衬底硅为（100）晶向的硅。

优选地，第三步骤中对复合层的图形化刻蚀，应使图形的外边缘与衬底硅的（110）晶向平行。

优选地，第九步中的腐蚀硅衬底的深度为250-350μm，最佳为300μm。

有益效果

在本发明中，我们提出一种基于电镀和湿法腐蚀工艺的静电驱动式微镜器件。采用电镀工艺制备微镜器件的主体结构，制备工艺简单，成本低廉；在条件受到限制，没有深刻蚀专用设备的情况下，采用KOH的湿法腐蚀工艺代替深刻蚀工艺，可谓物美价廉；该器件使用普通的硅片衬底就可制备，不用SOI基片，大大降低工艺成本；此外，该器件制备的工艺大部分为低温工艺，与CMOS工艺的兼容性好。总之，该制备方法对工艺设备的要求宽松，制备成本低廉，工艺兼容性好，适用于大规模工业生产，具有广泛的应用前景。