[发明专利]一种动态形变可控微镜镜面梳齿结构及其加工方法

说明书

本发明提供一种动态形变可控微镜镜面梳齿结构及其加工方法，包括如下步骤：步骤一，准备晶圆；步骤二，形成微镜镜面、静梳齿和动梳齿的平面排布区；步骤三，覆盖所述步骤二中形成的缝隙；步骤四，露出包含动梳齿、微镜镜面和联通所述动梳齿的焊盘区域的第一区域；步骤五，刻蚀掉所述第一区域下的第一单晶硅器件层和第一绝缘层；步骤六，在晶圆表面选择性沉积金属层；步骤七，反转晶圆，在衬底层底面形成掩膜，深度刻蚀以蚀穿所述衬底层。本发明使用双硅器件层的SOI晶圆加工垂直梳齿，无需采用晶圆键合工艺，降低加工难度，提高了成品率。动静梳齿对的定义只需一次光刻，避免了分步光刻时的对位误差问题，使加工形貌尽可能地逼近设计样式。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS:Micro-electromechanical Systems)技术领域，具体涉及一种垂直梳齿结构及其加工方法。

背景技术

微镜是基于半导体微加工技术的光束偏转装置。由于具有体积小、扫描频率高和能耗低的特点，微镜在激光雷达、激光扫描投影、内窥镜和光开关等领域，拥有广泛的应用前景。在不同的应用场景中，需要微镜作谐振式、准静态扫描，或者数字式跳跃。谐振式扫描是指微镜在本征共振频率附近按固有模态进行振动，而准静态扫描的频率通常远低于本征共振频率。例如在条形码扫描应用中，只需微镜扫描出激光线，谐振式扫描即可实现；在利用逐行扫描原理的激光投影设备中，微镜需要在至少一个方向上执行准静态扫描。而在光交叉连接器等设备中，需要微镜在特定的角度间切换并保持静止，属于数字式扫描。

微镜的驱动手段分为多种，其中静电驱动微镜工艺简单、结构紧凑，具有最广阔的应用前景。然而在常见的平面梳齿微镜中，静电力引起的力矩与转轴回复力的力矩方向相同，无法使镜面保持受力平衡状态。要实现准静态或数字式扫描，必须采用垂直梳齿结构。

现有的垂直梳齿加工方案主要是利用硅片键合工艺实现。首先在一个SOI晶圆上制作出一组梳齿结构，与另一SOI晶圆键合后，再加工出第二组梳齿，并且与第一组梳齿处于不同平面内。然而键合的工艺较为困难，必然带来成本的上升，并且两组梳齿之间会产生对位误差，大大降低了器件的成品率。发明专利CN 103086316A中提出了使用双层掩膜制作高低梳齿的方案，但双层掩膜的形成本身就需要两次光刻和干刻；在完成键合以后，还需要在背面选择性刻蚀其中一组梳齿以形成垂直错位结构。该工艺方法虽然能够制作所需的结构，但是工艺过程非常复杂，成品率的控制十分困难。有鉴于此，一些不使用键合工艺的加工方案也被提出。发明专利CN101907769A提出了一种只需两张掩膜版的、无需键合的加工方案。虽然该方案流程较为简单，但背腔刻蚀的速度很快，刻蚀深度控制非常困难。而且该方案将导致微镜镜面和动梳齿也为双层结构；若要保证足够大的梳齿面积，则微镜双层的总厚度势必较大，从而增大质量减小驱动效率；若要收紧微镜双层的总厚度，则错位梳齿对的相对面积将会减小，需要更大的电压进行驱动。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种具有垂直梳齿结构的微镜并阐述其加工方法，旨在以简单可行的工艺流程实现多工作模式的微镜器件，

本发明的第一方面，提供一种动态形变可控微镜镜面梳齿结构的加工方法，其具体技术方案如下：

步骤一，准备晶圆，所述晶圆包括五层结构，依次为:第一单晶硅器件层，第一绝缘层、第二单晶硅器件层、第二绝缘层和衬底层；

步骤二，形成微镜镜面、静梳齿和动梳齿的平面排布区；

步骤三，覆盖所述步骤二中形成的缝隙；

步骤四，露出包含动梳齿、微镜镜面和联通所述动梳齿的焊盘区域的第一区域；

步骤五，刻蚀掉所述第一区域下的第一单晶硅器件层和第一绝缘层；

步骤六，在晶圆表面选择性沉积金属层；