一种扫描微镜芯片的制备方法及扫描微镜芯片

本申请涉及微型光学器件，具体而言，涉及一种扫描微镜芯片的制备方法及扫描微镜芯片。

背景技术：

1、扫描微镜是近年来随着mems(微电机系统)技术的发展而逐渐得到广泛应用的一种微型光学器件，在自动驾驶、投影显示、vr等方面有着十分广泛的应用。扫描微镜通常是用机械性能良好的硅晶片作结构材料，集微机械、微电子和微光学三种技术相互交叉融合得到的微光机电系统，可以获得相对高的工作频率和较大的扫描角度。

2、在扫描微镜中，微镜芯片是保证其正常工作的关键。传统的微镜芯片制备多以soi(绝缘衬底上的硅)基底，利用不同的刻蚀方法对基底进行刻蚀处理得到扭转梁。通过soi晶片生产的微镜芯片整体结构控制容易，且通过体微加工技术成形的扭转梁结构呈规则矩形，有利于微镜的长期使用可靠性。然而，由于soi基片原材料的价格以及加工技术的限制，soi晶片的成本价格昂；而且，现有加工方法极其容易引入表面缺陷，这使得大扭转角和高强度两大关键性能无法同时满足。

技术实现思路

1、经过研究发现，当采用裸硅为基础制作微镜扭转梁时，虽然能够节省加工成本，但强度和扭转角仍然无法得到同时保证。而进一步的，在刻蚀后的裸硅表面全包覆含碳保护层，能够屏蔽刻蚀后的裸硅的表面缺陷，能够增强微结构的韧性，能够提高扭转梁的扭转角和强度。

2、基于此，本申请的目的在于提供一种扫描微镜芯片的制备方法及扫描微镜芯片，能够降低材料成本，且能够提高扭转梁兼的扭转角和强度。

3、本申请的实施例是这样实现的：

4、本申请实施例提供一种扫描微镜芯片的制备方法，包括：

5、对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构；在梁结构表面全包覆含碳保护层得到扭转梁。

6、在一些实施方案中，对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构的阶段包括以下步骤：

7、在硅晶片的第一表面刻蚀出梁结构；去除硅晶片中位于梁结构远离硅晶片的第一表面的一侧的硅晶，得到待碳包覆结构。

8、在一些实施方案中，通过各向同性刻蚀的方式刻蚀出梁结构。

9、在一些实施方案中，对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构的阶段包括以下步骤：

10、在硅晶片的第一表面涂覆光刻胶，以形成第一光刻胶层，得到第一中间加工结构；

11、在第一掩模板的掩盖下对第一光刻胶层进行光照，以形成图案，然后用电感耦合等离子体进行深反应离子蚀刻，以在硅晶片的第一表面形成图案化刻蚀部位，得到第二中间加工结构；

12、在图案化刻蚀部位进行各向同性刻蚀，以在第二中间加工结构的表面刻蚀出覆有光刻胶的梁，得到第三中间加工结构；

13、去除第三中间加工结构表面的非硅晶结构，得到主体为硅晶且表面具有梁结构的第四中间加工结构；

14、在第四中间加工结构具有梁结构的表面生长氧化膜，得到第五中间加工结构；

15、在第五中间加工结构远离梁结构的表面涂覆光刻胶，以形成第二光刻胶层，得到第六中间加工结构；

16、在第二掩模板的掩盖下对第二光刻胶层进行光照，以形成图案，然后用电感耦合等离子体进行深反应离子蚀刻，以去除第六中间加工结构中位于梁结构靠近第二光刻胶层的一侧的硅晶，得到第七中间加工结构；

17、去除七中间加工结构表面的非硅晶结构，得到待碳包覆结构。

18、在一些实施方案中，在图案化刻蚀部位进行各向同性刻蚀的步骤包括：

19、使用氢气清洗图案化刻蚀部位；

20、在图案化刻蚀部位的侧向边壁上沉积抗刻蚀层，然后通过刻蚀气体在深度上进行刻蚀，刻蚀一定深度后重复在侧向的边壁上沉积抗刻蚀层，然后继续在深度上进行刻蚀，在侧向的边壁上形成抗刻蚀层和在深度上进行刻蚀的操作如此交替循环；

21、刻蚀深度达到目标深度后，不再在侧向的边壁上抗刻蚀层，提高刻蚀气体的流量继续刻蚀，使得相邻的两个图案化刻蚀部位的底部导通，以在第二中间加工结构的表面刻蚀出覆有光刻胶的梁。

22、在一些实施方案中，在梁结构表面全包覆含碳保护层得到扭转梁的阶段包括以下步骤：

23、在梁结构的表面生长碳化硅层，然后在碳化硅层的表面生长碳层。

24、在一些实施方案中，碳化硅层的厚度为10nm～50nm。

25、在一些实施方案中，碳层的厚度为50nm～500nm。

26、在一些实施方案中，碳层中含有氢化非晶体碳。

27、本申请实施例提供一种扫描微镜芯片，扫描微镜芯片的扭转梁包括梁结构和全包覆在梁结构表面的含碳保护层；

28、扭转梁满足以下条件(a)和(b)；

29、(a)扭转梁的强度为1.8gpa～4gpa，可选的为2gpa～4gpa；

30、(b)扭转梁的扭转角度≥-20°～20°，可选的≥-30°～30°。

31、本申请实施例提供的扫描微镜芯片的制备方法及扫描微镜芯片，至少具备以下有益效果：

32、1、直接采用硅晶片作为基片，和采用soi基片相比，大幅降低了制造成本。

33、2、刻蚀后的裸硅表面全包覆含碳保护层，通过屏蔽刻蚀后的裸硅的表面缺陷，能够增强微结构的韧性，能够提高扭转梁的强度和扭转角，有利于扭转梁兼具大扭转角和高强度。

34、3、整个制备过程采用刻蚀和全包覆工艺结合，设备要求简单，操作方便、可控性好、耗时少，整体方案可行性强，能够较好地应用于扫描微镜芯片的阵列开发。

技术特征：

1.一种扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构的阶段包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，通过各向同性刻蚀的方式刻蚀出所述梁结构。

4.根据权利要求2所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构的阶段包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述图案化刻蚀部位进行各向同性刻蚀的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述梁结构表面全包覆含碳保护层得到扭转梁的阶段包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述碳化硅层的厚度为10nm～50nm。

8.根据权利要求6或7所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述碳层的厚度为50nm～500nm。

9.根据权利要求6或7所述的扫描微镜芯片的制备方法，其特征在于，所述碳层中含有氢化非晶体碳。

10.一种扫描微镜芯片，其特征在于，所述扫描微镜芯片的扭转梁包括梁结构和全包覆在所述梁结构表面的含碳保护层；

技术总结一种扫描微镜芯片的制备方法及扫描微镜芯片，属于微型光学器件领域。扫描微镜芯片的制备方法包括：对硅晶片进行图案化刻蚀得到梁结构；在梁结构表面全包覆含碳保护层得到扭转梁。扫描微镜芯片能够通过上述的制备方法制得，该扫描微镜芯片的扭转梁包括梁结构和全包覆在梁结构表面的含碳保护层；扭转梁满足以下条件(a)和(b)；(a)扭转梁的强度为1.8～4GPa，可选为2GPa～4GPa；(b)扭转梁的扭转角度≥‑20°～20°，可选≥‑30°～30°。该扫描微镜芯片的制备方法，采用硅晶片作为基片，大幅降低了制造成本；刻蚀后的裸硅表面全包覆含碳保护层，通过屏蔽刻蚀后的裸硅的表面缺陷，能够提高扭转梁的强度和扭转角。技术研发人员：夏园林,夏银锋,张林,夏操,王竹卿受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/3/11