專利名稱：Mems垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于光通信器件、激光顯示和光束掃描等領(lǐng)域的MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信的迅速發(fā)展，智能全光網(wǎng)絡(luò)(Automatic Switched OpticalNetwork, AS0N)成為光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。在ASON系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)智能全光信號(hào)的交換控制，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)直接進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制與監(jiān)測(cè)。而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的直接動(dòng)態(tài)控制的核心器件就是各種微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)微鏡面驅(qū)動(dòng)器。由于MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器具有低成本、高可靠性、小型化、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，正得到越來(lái)越多的研究和重視。MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)(Optical Switch),光衰減器(Optical Attenuator)、可調(diào)濾波器(Tunable Optical Filter)及波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)(Wavelength Selective Switch)等核心光網(wǎng)絡(luò)器件，因此MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器在ASON的發(fā)展中將發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí),MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器在光學(xué)掃描、光學(xué)顯不、激光偏轉(zhuǎn)也具有巨大的應(yīng)用前景?；贛EMS技術(shù)制作的微鏡面驅(qū)動(dòng)器有很多驅(qū)動(dòng)方式，例如靜電驅(qū)動(dòng)方式、壓電驅(qū)動(dòng)方式等。其中，采用靜電驅(qū)動(dòng)方式的MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、與微電子制作工藝兼容性好、可大批量制造、體積小等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。靜電驅(qū)動(dòng)的微鏡面驅(qū)動(dòng)器通常有平板驅(qū)動(dòng)(Parallel-plate Driver)結(jié)構(gòu)和梳齒驅(qū)動(dòng)(Comb Driver)結(jié)構(gòu)。在平板驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，微鏡面需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓才能產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)角度或者微鏡運(yùn)動(dòng)量；而在梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，微鏡面可以在較小的驅(qū)動(dòng)電壓下獲得較大的扭轉(zhuǎn)角度或者微鏡運(yùn)動(dòng)量；因此，在應(yīng)用中，相對(duì)平板驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)具有更大的優(yōu)勢(shì)，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)更為復(fù)雜，且制作難度也更大。在梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，按照梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式可以分為平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)(稱為平面內(nèi)梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu))和平面外運(yùn)動(dòng)(稱為垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu))兩種。平面內(nèi)梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，通常指梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的可動(dòng)梳齒和固定梳齒在同一個(gè)平面內(nèi)(如圖1所示)，可動(dòng)梳齒12和固定梳齒10之間的運(yùn)動(dòng)也在同一個(gè)平面內(nèi)，可動(dòng)梳齒12相對(duì)固定梳齒10產(chǎn)生平面內(nèi)的平移運(yùn)動(dòng)(如圖1中的雙向箭頭A)。而垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在平面外運(yùn)動(dòng)，通常指角度扭轉(zhuǎn)垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，即可動(dòng)梳齒和固定梳齒不在同一個(gè)平面，具有一定的高度差(如圖2所示)，可動(dòng)梳齒22相對(duì)固定梳齒20作一定角度的旋轉(zhuǎn)(如圖2中的雙向箭頭B)，利用可動(dòng)梳齒22的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)微鏡的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，通過(guò)垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)MEMS微鏡面驅(qū)動(dòng)器的大角度、快速的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電壓。現(xiàn)有的MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器通常有采用表面微機(jī)械技術(shù)的和體硅微機(jī)械技術(shù)制作。在表面微機(jī)械技術(shù)中(如文獻(xiàn)D.Hah等JMEMS 2004)，由于需要對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行精確控制，因此導(dǎo)致微鏡面驅(qū)動(dòng)器的微鏡面尺寸較小，通常直徑僅為幾十微米到300微米左右，不能實(shí)現(xiàn)大光斑的光信號(hào)控制。同時(shí)，薄膜生長(zhǎng)的厚度有限(通常為數(shù)微米)，因此驅(qū)動(dòng)器的梳齒的厚度較薄，難以實(shí)現(xiàn)大角度扭轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，體硅微機(jī)械技術(shù)制作的微鏡面驅(qū)動(dòng)器采用單晶硅材料，由于不需要進(jìn)行材料生長(zhǎng)的應(yīng)力控制，可以很容易制作直徑幾百微米至至數(shù)微米左右的微鏡面，實(shí)現(xiàn)大光斑光信號(hào)控制。體硅微機(jī)械技術(shù)可以制作梳齒的厚度為數(shù)十至上百微米的垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)幾度至幾十度的大角度扭轉(zhuǎn)。但是，體硅微機(jī)械技術(shù)在制作垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器時(shí)，由于需要制作高低交錯(cuò)、間隙準(zhǔn)確的立體垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此較難控制上下垂直梳齒的光刻對(duì)準(zhǔn)，并且在釋放上下垂直梳齒時(shí)工藝制作難度大，成品率低。有鑒于此，本發(fā)明提出了一種制作垂直梳齒驅(qū)動(dòng)器的工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法，用于解決體硅微機(jī)械技術(shù)在制作垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器時(shí)上下垂直梳齒對(duì)準(zhǔn)困難、釋放工藝制作難度大、成品率低等問(wèn)題。本發(fā)明提供一種MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法，包括:提供具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，包括第一襯底層、第一埋層氧化層、第一硅器件層、中間絕緣層、第二硅器件層、第二埋層氧化層、以及第二襯底層；在所述第一襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第一劃片圖形；去除所述第二襯底層直至顯露出所述第二埋層氧化層；在所述第二埋層氧化層上制作包括所述第二埋層氧化層在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜，圖形化所述雙層掩膜顯露出第二硅器件層；利用所述雙層掩膜，采用刻蝕工藝制作出高梳齒結(jié)構(gòu)、低梳齒結(jié)構(gòu)以及微鏡面結(jié)構(gòu)；提供具有第三襯底層的雙拋硅片，將所述雙拋硅片與所述SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合，所述雙拋硅片的鍵合面具有作為垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放空間；在所述雙拋硅片的遠(yuǎn)離所述鍵合面的第三襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第二劃片圖形；去除所述SOI硅結(jié)構(gòu)上的所述第一襯底層并顯露出所述第一埋層氧化層；圖形化所述第一埋層氧化層；以圖形化后的所述第一埋層氧化層作為掩膜，刻蝕顯露出的所述第一硅器件層并顯露出位于所述第一硅器件層之下的所述中間絕緣層，釋放可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)、可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)，并顯露出固定梳齒結(jié)構(gòu)的引線區(qū)域；去除所述第一埋層氧化層和顯露的所述引線區(qū)域處的中間絕緣層；在所述微鏡面區(qū)域和所述引線區(qū)域形成薄膜金屬層?？蛇x地，所述SOI硅結(jié)構(gòu)是采用具有雙層硅器件層的三層硅結(jié)構(gòu)的單個(gè)SOI硅片制作的。可選地，所述SOI硅結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)SOI硅片經(jīng)硅硅鍵合而成的，每一個(gè)SOI硅片包括襯底層、埋層氧化層、以及硅器件層，所述兩個(gè)SOI硅片經(jīng)硅硅鍵合的鍵合面上包括位于兩個(gè)所述硅器件層之間的中間絕緣層?？蛇x地，所述兩個(gè)SOI硅片分別用于制作可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)，它們構(gòu)成垂直梳齒結(jié)構(gòu)的高、低梳齒?？蛇x地，所述可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和所述固定梳齒結(jié)構(gòu)的厚度為幾微米到上百微米?？蛇x地，在所述第二埋層氧化層上制作包括所述第二埋層氧化層在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜包括:在所述第二埋層氧化層上進(jìn)行第一次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法刻蝕掉部分厚度的所述第二埋層氧化層；在所述第二埋層氧化層上進(jìn)行第二次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法刻蝕掉顯露出的所述第二埋層氧化層直至顯露出所述第二硅器件層。
可選地，所述刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕方法。可選地，所述可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)中微鏡面驅(qū)動(dòng)器的直徑為幾十微米到數(shù)千微米?？蛇x地，所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為梳齒深度高低的全齒梳齒結(jié)構(gòu)，包括全齒固定梳齒結(jié)構(gòu)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和與所述半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)相連的微鏡面結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為梳齒深度高低的半齒梳齒結(jié)構(gòu)，包括半齒固定梳齒結(jié)構(gòu)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和與所述半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)相連的微鏡面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明技術(shù)方案相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，可以很容易地制作出具有自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的高低梳齒結(jié)構(gòu)，同時(shí)制作難度小，成品率高。另外，本發(fā)明技術(shù)方案優(yōu)選地采用了具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，可以精確地控制上下垂直梳齒的厚度。


圖1為平面內(nèi)梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的示意圖；圖2為垂直梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在平面外運(yùn)動(dòng)的示意圖；圖3為本發(fā)明MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法在一個(gè)實(shí)施方式中的流程示意圖；圖4至圖14為按照?qǐng)D3所示的流程制作MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有技術(shù)中，體硅微機(jī)械技術(shù)在制作垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器時(shí)，由于需要制作高低交錯(cuò)的立體垂直梳齒結(jié)構(gòu)，因此較難控制上下垂直梳齒的光刻對(duì)準(zhǔn)，并且在釋放上下垂直梳齒時(shí)工藝制作難度大，成品率低。因此，為防止上述缺陷的產(chǎn)生，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新型的MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法，主要是利用具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，并利用雙層掩膜，制作出自對(duì)準(zhǔn)的高低交錯(cuò)的垂直梳齒結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用雙拋硅片和SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合簡(jiǎn)化垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放工藝。以下將通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。下面結(jié)合圖示更完整的描述本發(fā)明，本發(fā)明提供的優(yōu)選實(shí)施例，但不應(yīng)被認(rèn)為僅限于在此闡述的實(shí)施例中。在圖中，為了更清楚的反應(yīng)器件結(jié)構(gòu)，適當(dāng)放大了層和區(qū)域的厚度，但作為示意圖不應(yīng)該被認(rèn)為嚴(yán)格反映了幾何尺寸的比例關(guān)系。參考圖是本發(fā)明的示意圖，圖中的表示只是示意性質(zhì)的，不應(yīng)該被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。圖3為本發(fā)明MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法在一個(gè)實(shí)施方式中的流程示意圖。如圖3所示，所述制備方法包括如下步驟:步驟S101，提供具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，包括第一襯底層、第一埋層氧化層、第一硅器件層、中間絕緣層、第二硅器件層、第二埋層氧化層、以及第二襯底層；步驟S103，在所述SOI硅結(jié)構(gòu)的第一襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第一劃片圖形；去除所述第二襯底層直至顯露出所述第二埋層氧化層；步驟S105，在所述第二埋層氧化層上制作包括所述第二埋層氧化層在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜，圖形化所述雙層掩膜顯露出第二硅器件層；
步驟S107，利用所述雙層掩膜，采用刻蝕工藝制作出高梳齒結(jié)構(gòu)、低梳齒結(jié)構(gòu)以及微鏡面結(jié)構(gòu)；步驟S109，提供具有第三襯底層的雙拋硅片，將所述雙拋硅片與所述SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合；所述雙拋硅片的鍵合面具有作為垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放空間；在所述雙拋硅片的遠(yuǎn)離所述鍵合面的第三襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第二劃片圖形；步驟S111，去除所述SOI硅結(jié)構(gòu)上的所述第一襯底層并顯露出所述第一埋層氧化層；步驟S113，圖形化所述第一埋層氧化層；步驟S115，以圖形化后的所述第一埋層氧化層作為掩膜，刻蝕顯露出的所述第一硅器件層并顯露出位于所述第一硅器件層之下的所述中間絕緣層，釋放可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)、可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)，并顯露出固定梳齒結(jié)構(gòu)的引線區(qū)域；步驟S117，去除所述第一埋層氧化層和顯露的所述引線區(qū)域處的中間絕緣層；步驟S119，在所述微鏡面區(qū)域和所述引線區(qū)域形成薄膜金屬層。以下對(duì)上述各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先執(zhí)行步驟S101，提供具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，包括第一襯底層101、第一埋層氧化層103、第一硅器件層105、中間絕緣層301、第二硅器件層205、第二埋層氧化層203、以及第二襯底層201，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。其中，第一、第二埋層氧化層103、203的制作材料為氧化硅(SiO2)。中間絕緣層301的制作材料為氧化硅(SiO2)或氧化硅的混合物。對(duì)于上述具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)兩個(gè)SOI娃片進(jìn)行娃娃鍵合后構(gòu)成，對(duì)于由兩個(gè)SOI娃片進(jìn)行娃娃鍵合后構(gòu)成SOI娃結(jié)構(gòu),其具體包括:首先，提供兩個(gè)SOI硅片，每一個(gè)SOI硅片包括襯底層、埋層氧化層以及硅器件層；之后，將兩個(gè)SOI娃片以娃器件層相對(duì)的方式進(jìn)行娃娃鍵合構(gòu)成具有雙層娃器件層的SOI娃結(jié)構(gòu)，其中，兩個(gè)硅器件層之間還包括中間絕緣層。而，在另一個(gè)實(shí)施例中，也可以直接采用單個(gè)具有雙層硅器件層的SOI硅片實(shí)現(xiàn)。再有，上述的SOI硅結(jié)構(gòu)并不以此為限，如果不考慮后續(xù)制作的可動(dòng)梳齒和固定梳齒的厚度的精確控制，在其他實(shí)施例中，還可以直接采用具有單層器件層的SOI硅片。步驟S103，在SOI硅結(jié)構(gòu)的第一襯底層101的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記109的第一劃片圖形107 ;去除第二襯底層201直至顯露出第二埋層氧化層203，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中,在第一襯底層101的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記109的第一劃片圖形107采用的是光刻掩膜版工藝。去除第二襯底層201是通過(guò)腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)的，具體來(lái)講，就是將硅結(jié)構(gòu)置于強(qiáng)堿KOH溶液中，通過(guò)KOH溶液和第二襯底層201發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直至完全腐蝕掉第二襯底層201并顯露出位于第二襯底層201之下的第二埋層氧化層203。步驟S105，在第二埋層氧化層203上制作包括第二埋層氧化層203在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。上述制作雙層掩膜具體包括:在第二埋層氧化層203上進(jìn)行第一次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法，例如反應(yīng)離子刻蝕(Reactive 1n Etching, RIE),刻蝕掉部分厚度的第二埋層氧化層203 ;在第二埋層氧化層203上進(jìn)行第二次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法刻蝕掉顯露出的第二埋層氧化層203直至露出位于第二埋層氧化層203之下的第二硅器件層205。如此，即可制作出厚度不等的雙層掩膜(如圖6所示，氧化層較厚的掩膜區(qū)域標(biāo)記為207，而氧化層較薄的掩膜區(qū)域標(biāo)記為209)。舉例來(lái)講，假設(shè)第二埋層氧化層203的厚度為2微米，則在第一次光刻掩膜版工藝中刻蝕掉I微米的第二埋層氧化層203，而在第二次光刻掩膜版工藝中刻蝕掉2微米的第二埋層氧化層203，從而使得厚度差達(dá)I微米的雙層掩膜。當(dāng)然，在這里，雙層掩膜的厚度差僅為示例性說(shuō)明，并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，在其他實(shí)施例中，第二埋層氧化層203的厚度，雙層掩膜的厚度差仍可選取其他數(shù)值范圍。步驟S107，利用雙層掩膜，采用刻蝕工藝制作出高梳齒結(jié)構(gòu)401、低梳齒結(jié)構(gòu)403以及微鏡面結(jié)構(gòu)405，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，制作出高梳齒結(jié)構(gòu)401、低梳齒結(jié)構(gòu)403以及微鏡面結(jié)構(gòu)405是利用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep Reactive 1n Etching, DRIE)工藝刻蝕第二娃器件層205以及第一硅器件層105而實(shí)現(xiàn)的。由圖7所形成的高梳齒結(jié)構(gòu)401、低梳齒結(jié)構(gòu)403以及微鏡面結(jié)構(gòu)405可知，利用第二埋層氧化層203的雙層掩模，可以制作出自對(duì)準(zhǔn)的高低交錯(cuò)的垂直梳齒結(jié)構(gòu)，使得所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)具有很好的對(duì)稱性，不會(huì)產(chǎn)生由于梳齒偏差而造成的影響。步驟S109，提供具有第三襯底層501的雙拋硅片，將雙拋硅片與SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合；在雙拋硅片的遠(yuǎn)離鍵合面的第三襯底層501的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記505的第二劃片圖形503 ;形成如圖8所不的結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明技術(shù)方案米用了雙拋娃片和SOI娃結(jié)構(gòu)片再次進(jìn)行硅硅鍵合，從而可以簡(jiǎn)化垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放工藝。本實(shí)施方式中，雙拋硅片的鍵合面具有作為垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放空間507。在這里，釋放空間507可以通過(guò)KOH溶液腐蝕掉部分的雙拋硅片實(shí)現(xiàn)，釋放空間507的厚度可以根據(jù)產(chǎn)品要求而定。在本實(shí)施方式中，在第三襯底層501的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記505的第二劃片圖形503采用的是光刻掩膜版工藝。步驟S111，去除SOI硅結(jié)構(gòu)上的第一襯底層101并顯露出第一埋層氧化層103，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)。與上述步驟103相類似，去除第一襯底層101是通過(guò)腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)的，具體來(lái)講，就是將硅結(jié)構(gòu)置于強(qiáng)堿KOH溶液中，通過(guò)KOH溶液和第二襯底層101發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直至完全腐蝕掉第一襯底層101并顯露出第一埋層氧化層103。步驟S113，圖形化第一埋層氧化層103，并將第一埋層氧化層103作為掩膜，形成如圖10所示的結(jié)構(gòu)。步驟S115，以第一埋層氧化層103作為掩膜，刻蝕掉顯露出的第一硅器件層105以顯露出位于第一硅器件層105之下的中間絕緣層301，釋放固定梳齒結(jié)構(gòu)411、可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)413和可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)415，并顯露出固定梳齒結(jié)構(gòu)411的引線區(qū)域417，形成如圖11所示的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，若SOI結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)SOI娃片經(jīng)過(guò)娃娃鍵合而形成的,那么，其中一個(gè)SOI娃片用于制作可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu),而另一個(gè)SOI娃片用于制作固定梳齒結(jié)構(gòu)。經(jīng)步驟S115釋放形成的垂直梳齒結(jié)構(gòu)，既可以是全齒梳齒結(jié)構(gòu)，也可以是半齒梳齒結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖12a所示,所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為梳齒深度高低的全齒梳齒結(jié)構(gòu)，包括全齒固定梳齒結(jié)構(gòu)411a(由第一娃器件層105和第二娃器件層205制成)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)413a (由第一娃器件層105制成)和與半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)413a相連的微鏡面結(jié)構(gòu)415a。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖12b所示,所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為半齒梳齒結(jié)構(gòu),包括半齒固定梳齒結(jié)構(gòu)411b (由第二娃器件層205制成)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)413b (由第一娃器件層105制成)和與半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)413b相連的微鏡面結(jié)構(gòu)415b。其實(shí)，步驟S115中圖11顯示的即為半齒梳齒結(jié)構(gòu)。步驟S117，去除第一埋層氧化層103和顯露的引線區(qū)域417處的中間絕緣層301，形成如圖13所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，去除第一埋層氧化層103和顯露的中間絕緣層301是利用例如反應(yīng)離子刻蝕RIE的刻蝕方法實(shí)現(xiàn)的。步驟S119，在微鏡面區(qū)域和引線區(qū)域形成薄膜金屬層，形成如圖14所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，形成薄膜金屬層是通過(guò)金屬濺射工藝完成的，其制作材料優(yōu)選地為鈦鎢金。如圖14所示，薄膜金屬層601為可動(dòng)梳齒413的金屬引線電極區(qū)域，薄膜金屬層605為可動(dòng)微鏡面415的金屬反射區(qū)域,薄膜金屬層603為固定梳齒411的金屬引線區(qū)域。綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明在制作垂直梳齒時(shí)，創(chuàng)造性地提供了厚度不等的雙層掩膜，可以很容易地制作出具有自對(duì)準(zhǔn)高低梳齒結(jié)構(gòu)的垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)制作難度小，成品率高。2、本發(fā)明技術(shù)方案優(yōu)選地采用了具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)，可以精確地控制上下垂直梳齒的厚度。3、本發(fā)明技術(shù)方案采用了雙拋硅片和SOI硅結(jié)構(gòu)片再次進(jìn)行硅硅鍵合以簡(jiǎn)化垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放工藝。上述實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法,其特征在于,包括: 提供具有雙層娃器件層的SOI娃結(jié)構(gòu),包括第一襯底層、第一埋層氧化層、第一娃器件層、中間絕緣層、第二硅器件層、第二埋層氧化層、以及第二襯底層； 在所述第一襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第一劃片圖形；去除所述第二襯底層直至顯露出所述第二埋層氧化層； 在所述第二埋層氧化層上制作包括所述第二埋層氧化層在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜，圖形化所述雙層掩膜顯露出第二硅器件層； 利用所述雙層掩膜，采用刻蝕工藝制作出高梳齒結(jié)構(gòu)、低梳齒結(jié)構(gòu)以及微鏡面結(jié)構(gòu)；提供具有第三襯底層的雙拋硅片，將所述雙拋硅片與所述SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合，所述雙拋硅片的鍵合面具有作為垂直梳齒結(jié)構(gòu)的釋放空間；在所述雙拋硅片的遠(yuǎn)離所述鍵合面的第三襯底層的表面制作具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的第二劃片圖形； 去除所述SOI硅結(jié)構(gòu)上的所述第一襯底層并顯露出所述第一埋層氧化層； 圖形化所述第一埋層氧化層； 以圖形化后的所述第一埋層氧化層作為掩膜，刻蝕顯露出的所述第一硅器件層并顯露出位于所述第一硅器件層之下的所述中間絕緣層，釋放可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)、可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)，并顯露出固定梳齒結(jié)構(gòu)的引線區(qū)域； 去除所述第一埋層氧化層和顯露的所述引線區(qū)域處的中間絕緣層； 在所述微鏡面區(qū)域和所述引線區(qū)域形成薄膜金屬層。
2.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述SOI硅結(jié)構(gòu)是采用具有雙層硅器件層的三層硅結(jié)構(gòu)的單個(gè)SOI硅片制作的。
3.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述SOI硅結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)SOI硅片經(jīng)硅硅鍵合而成的，每一個(gè)SOI硅片包括襯底層、埋層氧化層、以及硅器件層，所述兩個(gè)SOI硅片經(jīng)硅硅鍵合的鍵合面上包括位于兩個(gè)所述硅器件層之間的中間絕緣層。
4.按權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述兩個(gè)SOI硅片中的兩個(gè)硅器件層分別用于制作可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)，它們構(gòu)成垂直梳齒結(jié)構(gòu)的高、低梳齒。
5.按權(quán)利要求1或4所述的制作方法，其特征在于，所述可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和所述固定梳齒結(jié)構(gòu)的厚度為幾微米到上百微米、寬度為幾微米到數(shù)十微米、梳齒間隙為幾微米到數(shù)十微米。
6.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述第二埋層氧化層上制作包括所述第二埋層氧化層在內(nèi)、厚度不等的雙層掩膜包括: 在所述第二埋層氧化層上進(jìn)行第一次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法刻蝕掉部分厚度的所述第二埋層氧化層； 在所述第二埋層氧化層上進(jìn)行第二次光刻掩膜版工藝，利用刻蝕方法刻蝕掉顯露出的所述第二埋層氧化層直至顯露出所述第二硅器件層。
7.按權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕方法。
8.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)中微鏡面驅(qū)動(dòng)器的直徑為幾十微米到數(shù)千微米。
9.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為梳齒深度高低的全齒梳齒結(jié)構(gòu)，包括全齒固定梳齒結(jié)構(gòu)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和與所述半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)相連的微鏡面結(jié)構(gòu)。
10.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述垂直梳齒結(jié)構(gòu)為半齒梳齒結(jié)構(gòu)，包括半齒固定梳 齒結(jié)構(gòu)、半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)和與所述半齒可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)相連的微鏡面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MEMS垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器的制作方法，包括提供具有雙層硅器件層的SOI硅結(jié)構(gòu)；在第一襯底層的表面制作第一劃片圖形；去除第二襯底層；在第二埋層氧化層上制作雙層掩膜；利用雙層掩膜，制作出高梳齒結(jié)構(gòu)、低梳齒結(jié)構(gòu)以及微鏡面結(jié)構(gòu)；將雙拋硅片與SOI硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合；在雙拋硅片的表面制作第二劃片圖形；去除第一襯底層并顯露出第一埋層氧化層；以第一埋層氧化層作為掩膜，刻蝕第一硅器件層，釋放可動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)、可動(dòng)微鏡面結(jié)構(gòu)和固定梳齒結(jié)構(gòu)；去除第一埋層氧化層；在微鏡面區(qū)域和引線區(qū)域形成薄膜金屬層。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案能制作出具有自對(duì)準(zhǔn)高低梳齒結(jié)構(gòu)的垂直梳齒微鏡面驅(qū)動(dòng)器，具有制作簡(jiǎn)單和成品率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103086316SQ20111033546
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者李四華, 吳亞明, 徐靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所