一种光MEMS器件结构及其制备方法与流程

本发明涉及属于微光机电，具体涉及一种静电驱动的光mems器件结构及其制备方法。

背景技术：

1、光mems器件是集成制造的微型光学元件和mems执行器，通过mems执行器控制微型光学元件运动可以实现光束扫描、指向等。由于光mems器件具有体积小、成本低、集成度高及易于批量化生产等优点，在激光雷达、光通信、投影显示、医疗成像等应用中具有巨大市场前景。

2、在某些应用方面，需要将光mems器件的镜面尺寸和偏转角度做的越大越好，同时需集成角度反馈传感器用于微光学镜面的精确驱动控制和角度解算。目前，集成角度传感器的光mems器件通常采用电磁驱动方式，但其需要组装磁铁形成外部磁场，封装后器件体积较大，限制了其使用范围。而静电驱动光mems器件封装方式简单，具有明显的成本优势。因此，如何集成制造角度传感器与静电驱动的大镜面尺寸光mems器件是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种光mems器件结构及其制备方法，可以实现集成角度反馈传感器的大镜面尺寸静电驱动光mems器件的制备，在光mems器件设计加工中具有很强的实用价值。

2、它采用了如下技术方案：

3、一种光mems器件结构，包括由下到上依次叠设键合的衬底结构层、梳齿结构层以及镜面结构层；

4、所述衬底结构层上设有与梳齿结构层键合连接的第一金属键合区，在第一金属键合区内侧设有可增加运动范围的深腔；

5、所述梳齿结构层包括与镜面结构层键合连接的第二金属键合区、第三金属键合区，以及梳齿结构和与梳齿结构连接的金属焊点，在梳齿结构表面设有压敏电阻结构；

6、所述镜面结构层包括镜面框和位于镜面框内侧的镜面结构，镜面框通过第二金属键合区与梳齿结构层连接，镜面结构下端面连接支撑柱，支撑柱通过第三金属键合区与梳齿结构层连接；梳齿结构驱动带动镜面结构偏转。

7、本发明还提供一种光mems器件结构的制备方法，包括以下步骤：

8、（1）制备衬底结构层：取双抛硅片a，在其上制备第一键合金属层，并制备深腔，第一键合金属层作为第一金属键合区；

9、（2）制备镜面结构层：取双抛硅片b和soi硅片c，将双抛硅片b与soi硅片c顶层硅键合在一起，并在其中一层硅衬底上制备键合支柱结构；

10、（3）制备梳齿结构层并分别与衬底结构层、镜面结构层键合；

11、（4）机械减薄、tmah腐蚀去除镜面结构层的衬底层和埋氧层，露出镜面硅层；

12、（5）在镜面硅层上制备镜面金属层并刻蚀、释放镜面结构，露出金属焊点。

13、进一步地，所述梳齿结构包括第一梳齿结构；

14、制备所述梳齿结构层包括以下步骤：

15、1）取soi硅片d，在其顶层硅上通过光刻、离子注入制备压敏电阻结构（204）；

16、2）在顶层硅面生长氧化层，通过光刻、刻蚀工艺制备引线孔、金属引线层、金属焊点和第二、第三键合金属层；

17、3）当梳齿结构层与镜面结构层进行金硅共晶键合后，械减薄、tmah腐蚀去除soi硅片d的衬底层和埋氧层，露出顶层硅；

18、4）通过光刻、深硅刻蚀制备第一梳齿结构。

19、进一步地，所述梳齿结构还包括第二梳齿结构，第二梳齿结构位于第一梳齿结构的下侧；

20、制备所述梳齿结构包括以下步骤：

21、1）取soi硅片e，在其顶层硅上生长热氧化层，然后与soi硅片f顶层硅键合在一起；

22、2）通过机械减薄、tmah腐蚀去除soi硅片f的衬底层和埋氧层；

23、3）soi硅片f顶层硅上制备压敏电阻结构、金属引线层和第二、第三键合金属层以及金属焊点，并制备第一梳齿结构；

24、4）当将梳齿结构层与镜面结构层进行键合后，机械减薄、tmah腐蚀去除soi硅片e的衬底层和埋氧层，并制备第二梳齿结构。

25、本发明相比现有技术具的有益效果：

26、本发明通过设置支撑柱与镜面结构的连接结构，组成了顶伞式镜面结构，顶伞式镜面结构可以提高镜面占空比，缩小芯片面积，实现光mems器件的大尺寸镜面的设置；并且通过集成制作压敏电阻结构，可以实现微光学镜面的精确驱动控制和角度解算。

技术特征：

1.一种光mems器件结构，其特征在于：包括由下到上依次叠设键合的衬底结构层（100）、梳齿结构层（200）以及镜面结构层（300）；

2.用于权利要求1所述的一种光mems器件结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种光mems器件结构的制备方法，其特征在于：所述梳齿结构（210）包括第一梳齿结构（211）；

4.根据权利要求2所述的一种光mems器件结构的制备方法，其特征在于：所述梳齿结构（210）还包括第二梳齿结构（212），第二梳齿结构（212）位于第一梳齿结构（211）的下侧；

技术总结本发明涉及一种光MEMS器件结构及其制备方法，它包括由下到上依次叠设键合的衬底结构层、梳齿结构层以及镜面结构层；衬底结构层上设有第一金属键合区，在第一金属键合区内侧设有深腔；梳齿结构层包括与镜面结构层键合连接的第二金属键合区、第三金属键合区，以及梳齿结构和与梳齿结构连接的金属焊点，在梳齿结构表面设有压敏电阻结构；镜面结构层包括镜面框和位于镜面框内侧的镜面结构，镜面框通过第二金属键合区与梳齿结构层连接，镜面结构下端面连接支撑柱，支撑柱通过第三金属键合区与梳齿结构层连接。本发明的顶伞式镜面结构可以提高镜面占空比，缩小芯片面积，并且通过集成制作压敏电阻结构，可以实现微光学镜面的精确驱动控制和角度解算。技术研发人员：陈博,何凯旋,喻磊,王文婧,郭立建,高园园受保护的技术使用者：华东光电集成器件研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15