一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法

一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法

一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法专利名称:一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法技术领域:本创造涉及一种微机电系统的驱动器制作方法,尤其涉及到一种微机械大角度扭转微镜面驱动器制作方法。

属于光电子通信器件领域。

背景技术:微机电系统是基于微细加工技术进展起来的集机械、电子等多学科交叉的一门新兴科学技术,随着微机电系统技术的不断快速进展,基于微机电系统技术制作的光学器件也得到广泛的应用,在光通信、光显示等领域广泛使用微反射镜面以掌握光信号的传输与显示,例如光开关、光衰减器、光扫描器、显示器等,其中微镜面驱动器是其核心部件。

现有微镜面驱动器按运动方式主要分为平动微镜面驱动器和转动微镜面驱动器。

在平动微镜面驱动器中,微镜面运动方式采纳平移方式,运动过程中微镜的法线方向不变,由于平动微镜面通常垂直于芯片平面,因而通常采纳硅深刻蚀制作工艺,导致镜面粗糙度大,同时器件的响应时间也较长。

平动微镜面驱动器的结构和微镜尺寸打算了输入输出光纤与平动微镜驱动器需要在同平面进行光学器件封装,最终导致封装结构大而且对准耦合困难,器件光学性能差图13。

转动微镜面驱动器通常采纳静电扭转微镜面运动,微镜的法线在空间发生转动,简单与微光学系统耦合实现输入输出光纤的通道切换。

扭转微镜驱动器的制作主要利用表面微机械加工工艺和体微机械加工工艺,其中表面微机械加工工艺要求高,工艺简单,成本昂扬,如应用于光显示的数字微镜器件。

体微机械加工工艺制作的扭转微镜由于限制于驱动电压不能太高导致扭转角度较低,通常只有零点几度,无法在一些需要大角度扭转角度几度至十几度的状况应用如光开关,通过提高驱动电压的方法来获得大扭转角度而最终导致驱动电压过高,大大增加驱动电路的难度和成本。

针对现有的基于制作的微镜面驱动器存在的问题,同时考虑光通信中需要应用大扭转角度的微镜面驱动器,因此本创造提出了一种响应时间短、驱动电压低、制作工艺简洁可行的大角度扭转微镜面驱动的制作方法。

创造内容本创造的目的在于提出一种在较低电压驱动的条件下,可以产生大角度变化的扭转微镜面驱动器制作方法。

本创造所述的一种大角度扭转镜面驱动器的制作方法主要包括首先在斜晶向硅片1上利用氢氧化钾腐蚀溶液制作出具有肯定倾斜角度的倾斜硅表面2和倾斜硅表面3,然后在倾斜硅表面2上制作驱动器的下电极4。

接着在另一块硅片表面5制作出扭转镜面驱动器的上电极与下电极的隔离空间6,保证扭转镜面驱动器的扭转空间。

然后让两块硅片进行圆片级的键合工艺,得到完整的键合片。

将键合片对表面7进行整体减薄,得到最终的器件层8。

最终在器件层8上制作出扭转镜面驱动器的两端固定的支撑梁9、驱动器的上电极11和扭转微镜面12,同时在微镜面上制作金膜或铝膜13,以提高光信号的反射率。

对整个硅片进行划片后得到单个大角度扭转镜面驱动器,在驱动器的下电极4和上电极11施加肯定的电压,微镜面将扭转相应的角度。

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、显影和二氧化硅腐蚀工艺暴露出需要制作倾斜电极的区域。

,把硅片放入氢氧化钾溶液中进行硅各向异性腐蚀,获得具有肯定倾斜角度的倾斜硅表面。

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、显影和铝腐蚀工艺在金属薄膜上腐蚀出所需的下电极图形。

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、显影和二氧化硅腐蚀工艺暴露出需要制作的上电极和下电极隔离空间的区域。

,把硅片放入氢氧化钾溶液中进行硅各向异性腐蚀,获得几个微米到几个个微米的上电极和下电极隔离空间。

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,使得斜晶向的硅片上保留几十微米左右器件层。

,采纳光刻、金腐蚀工艺制作出镜面的金反射层。

、显影制作出所需扭转镜面驱动器、上电极和两端的固定细梁图形。

再利用等离子体硅深刻蚀工艺刻蚀穿通硅片器件层,得到分别开的扭转微镜面、上电极和两端固定的细梁结构。

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所述的采纳斜晶向的硅片,其经过0溶液腐蚀后可以得到具有肯定倾斜角度的两个晶向面,其中一个倾斜面可以削减器件的驱动电压,一个倾斜面可以防止驱动电压过载,所需的倾斜角度可以由硅片切割的方法不同而得到;所述的在倾斜硅表面上制作驱动器的下电极,可以是制作金属电极,如铝或金电极,也可以在硅片上掺杂制作集中电极;所述的另一块硅片包括一般硅片或绝缘层上的硅硅片;所述的硅片利用一层二氧化硅薄膜作为腐蚀的掩膜层,利用技术中的光刻工艺在二氧化硅薄膜上制作出所需图形,然后使得硅片背面在氢氧化钾溶液中腐蚀出肯定深度,保证静电驱动的上电极和下电极有肯定间隔空间;也可以用氮化硅薄膜作为腐蚀掩膜,腐蚀溶液也可以使用等可以腐蚀硅的各向异性腐蚀液;腐蚀出的上电极和下电极间隔空间可以为几个微米到几十个微米;所述的两块硅片进行圆片级的键合工艺,使两块硅片成为一体的键合片;然后对键合片上的一侧进行整体减薄,斜晶向硅片一侧采纳二氧化硅或者氮化硅薄膜进行爱护,而不被腐蚀;减薄方法可优先选用氢氧化钾腐蚀的方法,也可以采纳等离子体硅刻蚀的方法或者化学机械抛光的方法进行硅片减薄;键合片经过硅材料减薄后,依据硅表面状况可以使用化学机械抛光对减薄后的硅表面进行表面抛光处理;在减薄后的硅片器件层上,利用光刻工艺制作出扭转镜面驱动器需要的扭转梁位置、驱动器的上电极位置和扭转微镜面位置,然后利用等离子体硅深刻蚀工艺把硅片器件层刻蚀穿通,得到所需的扭转微镜面,驱动器的上电极和固定上电极和扭转微镜面的两根细梁。

在利用工艺刻蚀得到所需扭转微镜面驱动器之前,可以利用光刻,溅射工艺在硅片器件层上的扭转镜面驱动器部分溅射上一层增加光反射效率的金薄膜,也可以是其它金属反射薄膜如铝薄膜。

然后再利用工艺刻蚀出所需的扭转微镜面,驱动器上电极和两根扭转梁;对硅片进行划片后,得到单个的静电驱动器;需要在驱动器的上电极和下电极施加电压,扭转微镜面驱动器的微镜面扭转到与所加电压对应的肯定角度,施加的电压在几伏特到几百伏特连续可调。

所扭转的角度可在度至十几度范围内可调。

本创造供应的一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法,利用中的光刻、腐蚀、键合、溅射和等离子硅深刻蚀技术制作一种工艺简洁可行,利用静电精密驱动,驱动电压低、扭转角度大的微镜面驱动器。

所制作的驱动器由于采纳了倾斜电极,可以在削减驱动电压的状况下,实现大角度微镜面的扭转,且扭转的角度连续可调。

图1为现有掌握挡光片运动的挡光型光开关芯片示意图,图中31为可动微镜面,32为光信号输入与输出的光纤。

图2为现有梳齿驱动掌握挡光片运动的挡光型光开关芯片示意图,图中33为驱动微镜面的梳齿驱动器,34为为可动微镜面,35为放置光纤的刻蚀槽。

图3为现有倾斜结构制作的挡光型光开关示意图,图中36为支撑镜面的微悬臂梁,37为放置光纤的刻蚀槽,38为竖直微反射镜面。

图4为本创造供应的大角度微镜面驱动器侧视图,图中1为斜晶向硅片,2为倾斜硅表面,3为倾斜硅表面,4为下电极,6为上电极与下电极的隔离空间,8为器件层,9为支撑扭转梁,11为上电极,12为微反射镜面,13为金反射薄膜,14为绝缘的二氧化硅层。

图5为图4所示的驱动器的制作过程示意图。

其中,为选定斜晶向硅片,为在斜晶向硅片表面生长的02薄膜,为溶液腐蚀出来的倾斜硅表面,为在倾斜硅表面上制作驱动器的下电极,为选定的另一块硅片,为在另一块硅片两个表面生长02薄膜,为在另一硅片下表面腐蚀出上电极和下电极隔离空间区域,为步骤和步骤的两硅片键合,为步骤键合后另一块硅片减薄后剩余器件层,为在器件层上制作驱动器上电极和金膜,为在器件层上制作驱动器的扭转镜面以及二氧化硅绝缘层。

详细实施例方式结合时间5,通过下面详细实施例的描述,以进一步阐述本创造的实质性特点和显著的进步,但本创造绝非仅限于实施例的描述。

所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的制作方法,详细步骤是对于在晶向偏离晶向肯定角度的斜晶向硅片1上利用氢氧化钾腐蚀溶液制作出与原硅片表面具有肯定倾斜角度的硅表面2和硅表面3,其详细特征为①首先在斜晶向的硅片5上氧化一层厚度为几千埃的二氧化硅02层作为爱护层5,然后利用光刻工艺暴露出02需要腐蚀的区域,接着用02的腐蚀液去除暴露的02,最终将硅片放入溶液中进行各向异性腐蚀,得到倾斜硅表面2和倾斜硅表面35,其中倾斜硅表面2可用于削减驱动电压,倾斜硅表面3可用于防止驱动电压过载。

在倾斜硅表面2上制作驱动器的下电极45,详细特征为利用溅射设备将铝或金金属溅射到具有倾斜表面的整个斜晶向硅片上,然后用光刻工艺定义出需要有电极的区域,并用光刻胶作为爱护层,将硅片放入该种金属腐蚀液,腐蚀多余区域的金属,最终去除表面光刻胶即得到所需的下电极区域。

对于在另一块硅片表面5制作出扭转镜面驱动器的上电极与下电极的隔离空间65,详细特征为另一块硅片上先氧化一层厚度为几千埃的二氧化硅薄膜作为硅腐蚀的掩膜层,利用技术中的光刻工艺在二氧化硅薄8膜上制作出所需图形,然后进行02层的腐蚀,暴露出需要腐蚀的硅表面,将硅片放入氢氧化钾溶液中腐蚀肯定深度,保证静电驱动的上电极和下电极有肯定间隔空间,将上述步骤、和步骤所述的两块硅片进行圆片级的键合工艺,得到完整的键合片。

其进一步的特征为利用键合机让两块硅片上的图像上下对准后进行圆片级的键合5;步骤键合片的表面75进行整体减薄,得到最终的器件层851,详细特征为将斜晶向硅片的一侧用02层或者氮化硅薄膜进行爱护,使键合片的表面7的一侧暴露出来,然后将键合硅片放入溶液中进行减薄处理。

减薄到器件所需要的厚度后将硅片取出。

硅减薄方法可优先选用氢氧化钾腐蚀的方法,也可以采纳等离子体硅刻蚀的方法,或者化学机械抛光的方法进行硅片减薄;硅片经过氢氧化钾腐蚀减薄或者等离子体硅刻蚀,或者化学机械抛光的方法减薄后,可以使用化学机械抛光对所剩的硅片器件层进行表面抛光,以制作出较好的硅器件层表面。

对于在器件层8上制作出扭转镜面驱动器的两端固定的支撑梁9图中未标出、驱动器的上电极11和扭转微镜面12,同时在微镜面上制作金膜135和5,以提高光信号的反射率。

详细特征为在减薄后的硅片器件层8上,利用光刻工艺制作出扭转镜面驱动器需要的扭转梁位置、驱动器的上电极位置和扭转微镜面位置,然后利用等离子体硅深刻蚀工艺把硅片器件层刻蚀穿通,得到所需的扭转微镜面,驱动器的上电极和固定上电极以及扭转微镜面的两根扭转梁。

在利用工艺刻蚀得到所需扭转镜面驱动器,驱动器上电极和扭转梁之前,可以利用光刻,溅射工艺在硅片器件层上的扭转镜面驱动器部分溅射上一层增加光反射效率的金薄膜或铝薄膜,最终再利用工艺刻蚀出所需的扭转微镜面,驱动器上电极和两根扭转梁;对于硅片进行划片后得到单个的静电驱动的用于光开关的扭转微镜面驱动器,详细特征是需要对硅片进行划片后,才可得到单个的静电驱动器。

对于在驱动器的下电极4和上电极11施加肯定的电压,微镜面将扭转相应的角度,详细特征为需要在驱动器的上电极和下电极施加电压,扭转微9镜面驱动器的微镜面才会扭转肯定的角度,施加的电压是可调的,可以在几伏特到几百伏特。

需要强调的是以上一般描述和本创造的实施例具体描述都仅是,试图供应概述或框架用于理解本创造如权利要求所述的特性和特征。

所包括的附图均用于供应对本创造进一步的理解,并组成说明书的一部分。

了本创造的各种特征和实施例,它和描述一起用于解释本创造的制作新方法和实施例。

权利要求1、一种大角度扭转镜面驱动器的制作方法,其特征在于①首先在斜晶向硅片1上利用氢氧化钾腐蚀溶液制作出具有肯定倾斜角度的倾斜硅表面2和倾斜硅表面3;②然后在倾斜硅表面2上制作驱动器的下电极;③接着在另一块硅片的表面制作出扭转镜面驱动器的上电极与下电极的隔离空间;④两块硅片进行圆片级的键合工艺,得到完整的键合片,再对键合片的表面进行整体减薄,得到最终的器件层;⑤最终在减薄后的器件层上制作出扭转镜面驱动器的两端固定的支撑梁、驱动器的上电极和扭转微镜面;⑥对整个硅片进行划片后得到单个大角度扭转镜面驱动器。

2、按权利要求1所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的制作方法,其特征在于所述的肯定倾斜角度的两个晶向面中的一个倾斜硅表面削减器件的驱动电压,另一个倾斜硅表面防止驱动电压过载;所述的倾斜角度由硅片切割的方法不同而得到。

3、按权利要求1所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的制作方法,其特征在于在倾斜硅表面上制作的驱动器下电极为铝或金金属电极,或为在硅片上掺杂制作的集中电极。

4、按权利要求1所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的制作方法,其特征在于所述的另一块硅片为一般硅片和绝缘层上的硅片。

5、按权利要求1或4所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的制作方法,其特征在于所述的另一块硅片利用二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜作为腐蚀的掩膜层,利用技术中的光刻工艺在二氧化硅薄膜上制作出所需图形,然后使得硅片背面在氢氧化钾溶液中或各向异性的腐蚀液中腐蚀出肯定深度,保证静电驱动的上电极和下电极有肯定间隔空间;且所述的上电极和下电极间隔空间可以为几个微米到几十个微米。

6、按权利要求1所述的一种大角度扭转微镜面驱动器的