[發(fā)明專利]一種基于SOI晶圓雙掩膜刻蝕的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡及其制作方法

無效

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• 申請日: 2010-07-01
• 公開（公告）號: CN101907769A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 喬大勇;孫瑞康;靳倩;李曉瑩;燕彬
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;B81C1/00;G03F7/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于SOI晶圓雙掩膜刻蝕的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡及其制作方法，屬于微機電系統(tǒng)領域及微細加工領域，特別涉及到微扭轉(zhuǎn)鏡的制作工藝。

背景技術

垂直梳齒驅(qū)動的微扭轉(zhuǎn)鏡由于其驅(qū)動電壓低、轉(zhuǎn)角范圍大、掃描頻率高等優(yōu)點被廣泛應用于空間光通信、投影顯示及光譜掃描等領域。該類型器件多采用空間錯位梳齒結(jié)構(gòu)，可動梳齒可以布置在鏡面邊緣、鏡面兩側(cè)或扭轉(zhuǎn)梁上，固定梳齒分布在錨點上。通過給可動梳齒與固定梳齒上施加電壓信號，產(chǎn)生靜電力矩，驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動。

近年來，國際上很多公司和研究院校的科研人員紛紛報道了各種形式的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡及制作的工藝方法。

美國加州大學伯克利分校Robert?A.Conant等人在2000年報道了基于雙硅片鍵合結(jié)合干法刻蝕工藝制作垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡，該垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡采用單邊梳齒驅(qū)動，鏡面、可動梳齒、扭轉(zhuǎn)梁均為單層結(jié)構(gòu)，工藝中用到三層掩膜，且需用到HF釋放結(jié)構(gòu)(A?flat?high-frequency?scanning?micromirror，Hilton?head?solid-state?sensor?and?actuator?workshop，pp：6-9，2000)。但是鍵合工藝成本較高，且用該工藝制作微扭轉(zhuǎn)鏡存在上下梳齒的對準誤差問題，往往會造成器件成品率低下；隨著SOI晶圓在半導體領域的規(guī)模化應用，出現(xiàn)了很多基于SOI晶圓的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡制作方法。

2002年日本Osamu?Tsubo等人采用單片SOI硅片結(jié)合三層掩膜高深寬比刻蝕的工藝方法，制作了一種垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡(Arotational?comb-driven?micromirror?with?a?large?deflection?angle?and?low?drive?voltage，Proceedings?of?IEEE?MEMS，pp：532-535，2002)，該垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡采用雙邊梳齒驅(qū)動形式，鏡面、可動梳齒及扭轉(zhuǎn)梁均位于器件層，可動梳齒分布在鏡面的兩側(cè)，扭轉(zhuǎn)梁采用V型雙梁結(jié)構(gòu)通過錨點將鏡面支撐，固定梳齒位于基底層上；相對于單邊梳齒驅(qū)動的微扭轉(zhuǎn)鏡，該雙邊驅(qū)動結(jié)構(gòu)能有效降低驅(qū)動電壓，但是其制作方法存在雙面的梳齒對準問題，并且由于常規(guī)SOI硅片的基底層較厚，背面深刻蝕梳齒難度很高，該方法只適用于基底層減薄的SOI硅片，同時該方法中要對中間氧化層進行濕法腐蝕，易造成相鄰梳齒間的粘附；德國Fraunhofer中心Harald?Schenk等人在專利US.695055B1(Micromechanical?component?comprising?an?oscillating?body)中報道了一種共面梳齒驅(qū)動的扭轉(zhuǎn)諧振器件，可用于微扭轉(zhuǎn)鏡。在文獻(A?Novel?Electrostatically?Driven?Torsional?Actuator，Proceedings?ofMOEMS，pp：3-10，1999)中，Harald?Schenk給出了該扭轉(zhuǎn)器件的制作方法：在單片SOI硅片上淀積薄膜并刻蝕形成啟動電極，然后進行背腔的濕法腐蝕和正面的干法刻蝕，最終HF釋放完成結(jié)構(gòu)的制作。上面方法中，由于驅(qū)動器采用平面梳齒結(jié)構(gòu)，不存在上下梳齒的對準問題，相對于其他工藝具有很大的優(yōu)勢，但是由于啟動電極的制作要多次淀積薄膜，又給器件的加工增加了成本和難度，而且該方法制作的扭轉(zhuǎn)鏡不能工作在靜態(tài)驅(qū)動方式。2005年，臺灣逢甲大學C?Tsou等人(Anovel?self-aligned?vertical?electrostatic?combdrives?actuator?for?scanning?micromirrors，J.Micromech.Microeng，vol.15，pp：855-860，2005)采用與上面類似的方法，在SOI硅片表面淀積氮化硅作為絕緣層，淀積多晶硅薄膜作為上梳齒層，然后進行正面干法刻蝕形成扭轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，背面濕法腐蝕形成背腔，最終HF腐蝕中間二氧化硅釋放。其中多晶硅形成的上梳齒作為扭轉(zhuǎn)鏡的啟動電極，SOI硅片的器件層作為下梳齒層。由于這種方法中上下梳齒采用單掩膜刻蝕實現(xiàn)，所以不存在梳齒的對準問題，但是薄膜的淀積會很大程度上引入殘余應力，同時考慮到背腔的濕法腐蝕工藝，多晶硅要進行濃硼摻雜，這也增加了工藝的風險和成本。

綜上所述，現(xiàn)有的垂直梳齒驅(qū)動的微扭轉(zhuǎn)鏡制作方法，存在工藝復雜程度高、工藝可重復性較差、工藝成本較高、成品率低等問題，難以滿足日益增長的市場的需求。

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