MEMS扭转式静电驱动器的制作方法技术

一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，以基于绝缘体的硅晶片为基片，通过对第一硅层、埋氧化层和第二硅层的图形化，在第一硅层形成上极板，在第二硅层形成下极板，埋氧化层用作上下极板之间的绝缘层和牺牲层材料，上极板和下极板大概重合40％～60％的面积。当在上接触电极和下接触电极施加电压时，上极板与下极板对应的部分受到的静电力大于与背腔对应部分受到的静电力，导致悬臂梁发生扭曲和上极板发生扭转运动，这就是MEMS扭转式静电驱动器，其相对于平板电容驱动器有更大的驱动力和动态范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法。
技术介绍
MEMS微驱动器(actuator)，也称为执行器或致动器，是在控制信号的作用下将能量转换为可控运动和功率输出的器件。微驱动器是一种重要的MEMS器件，在光学、通信、生物医学、微流体等领域有着广泛的应用。微驱动器的核心包括把电能转换为机械能的换能器，以及执行能量输出的微结构。根据能量的来源，执行器可以分为电、磁、热、光、机械、声，以及化学和生物执行器，常用的驱动方式包括静电、电磁、电热、压电、记忆合金、电致伸缩、磁致伸缩等。静电驱动器利用带电导体之间的静电引力实现驱动。静电驱动在小尺寸(1-10微米)时效率很高，并且容易实现、控制精确、不需要特殊材料，是应用最广泛的驱动方式。静电驱动器包括平板电容结构、梳状叉指结构、旋转静电马达，以及线形长距离执行器等，分别利用到垂直和平行方向的静电力。平板电容驱动器是常用的静电驱动器，电容的下极板固定，上极板在弹性结构的支撑下可以移动，当上下极板间施加驱动电压时，极板间的静电引力驱动上极板整体垂直运动，实现输出。平板电容驱动器制造简单，控制和使用容易，但是驱动距离较小，输出力也较小。输出的驱动力与电容为非线性关系，并且在电压控制时容易产生下拉现象，限制了有效驱动距离。另外，在动态时平板电容压膜阻尼较大，限制了动态范围。而扭转式静电驱动器利用扭曲的悬臂梁和静电力使电容的上极板扭转实现输出，扭转式静电驱动器具有较好的性能，这是因为扭转运动比垂直运动可以输出更大的驱动力。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，该MEMS扭转式静电驱动器的制作方法可以制作出拥有较大输出力的MEMS扭转式静电驱动器。一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，包括步骤：提供基片，所述基片包括依次层叠的第一硅层、埋氧化层和第二硅层；将第一硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成与周边区域相互间隔的矩形的上极板，所述上极板与所述周边区域仅通过悬臂梁连接，同时还在所述周边区域上形成暴露埋氧化层的凹部；将第二硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成背腔，所述背腔位于第二硅层上与所述上极板对应的区域，并覆盖所述与上极板对应区域40％～60％的面积，所述背腔靠近所述悬臂梁的一端；去除所述凹部暴露出来的埋氧化层以暴露第二硅层，去除部分埋氧化层以悬空所述上极板和悬臂梁；在所述周边区域上和所述凹部暴露出来的第二硅层上分别形成上接触电极和下接触电极。在其中一个实施例中，所述第一硅层、第二硅层的电阻率为0.001Ω·cm～0.01Ω·cm。在其中一个实施例中，所述第一硅层、第二硅层的材质为单晶硅。在其中一个实施例中，所述第一硅层厚5微米～50微米。在其中一个实施例中，所述埋氧化层厚0.5微米～2微米。在其中一个实施例中，所述第二硅层厚400微米～600微米。在其中一个实施例中，所述悬臂梁数量为两条，所述背腔靠近任一悬臂梁的内侧端。在其中一个实施例中，利用氢氟酸去除所述凹部暴露出来的埋氧化层以暴露第二硅层，利用氢氟酸去除部分埋氧化层以悬空所述上极板和悬臂梁。在其中一个实施例中，所述背腔位于第二硅层上与所述上极板对应的区域，并覆盖所述与上极板对应区域50％的面积。在其中一个实施例中，在所述周边区域上和所述凹部暴露出来的第二硅层上通过淀积金属层并图形化分别形成上接触电极和下接触电极。上述MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，以基于绝缘体的硅晶片(SOI，SilicononInsulator)为基片，通过对第一硅层、埋氧化层和第二硅层的图形化，在第一硅层形成上极板，在第二硅层形成下极板(背腔并没有覆盖的位于第二硅层与所述上极板对应的区域)，埋氧化层用作上下极板之间的绝缘层和牺牲层材料，上极板和下极板大概重合40％～60％的面积。当在上接触电极和下接触电极施加电压时，由于静电力的作用，上极板会发生运动。因为上极板和下极板不完全对应重合(相差40％～60％)，所以上极板受到的力不均匀。上极板与下极板对应的部分受到的静电力大于与背腔对应部分受到的静电力，导致悬臂梁发生扭曲和上极板发生扭转运动，这就是MEMS扭转式静电驱动器，也叫MEMS扭转电容驱动器。MEMS扭转式静电驱动器利用扭曲的悬臂梁和静电力使上极板扭转实现输出较大的驱动力和更大的动态范围。而且，SOI具有较大的厚度、较好的一致性和较低的残余应力，因而制作过程相对较易控制，制作出来的MEMS扭转式静电驱动器也因为较低的残余应力而拥有更好的性能。附图说明图1是一实施例MEMS扭转式静电驱动器的制作方法的流程图；图2是基片的结构示意图；图3是将第一硅层图形化后的结构示意图；图4是将第一硅层图形化后的俯视示意图；图5是去除部分埋氧化层以悬空上极板和悬臂梁后的结构示意图；图6是制作上接触电极和下接触电极后的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。MEMS扭转式静电驱动器，也叫MEMS扭转电容驱动器，包括不动的下极板和可动的上极板，利用上极板受到的不均匀静电力而发生扭转实现驱动力的输出。MEMS扭转式静电驱动器具有较好的性能，这是因为扭转运动比垂直运动可以输出更大的驱动力和动态范围。图1是一实施例MEMS扭转式静电驱动器的制作方法的流程图。一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，包括步骤：步骤S100：提供基片10，基片10包括依次层叠的第一硅层100、埋氧化层200和第二硅层300。请一并参阅图2。基片10可以是基于绝缘体的硅晶片(SOI，SilicononInsulator)，SOI具有较大的厚度、较好的一致性和较低的残余应力。第一硅层100、第二硅层300的电阻率应该是比较低的，可以直接用作导电...

【技术保护点】
一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，其特征在于，包括步骤：提供基片，所述基片包括依次层叠的第一硅层、埋氧化层和第二硅层；将第一硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成与周边区域相互间隔的矩形的上极板，所述上极板与所述周边区域仅通过悬臂梁连接，同时还在所述周边区域上形成暴露埋氧化层的凹部；将第二硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成背腔，所述背腔位于第二硅层上与所述上极板对应的区域，并覆盖所述与上极板对应区域40％～60％的面积，所述背腔靠近所述悬臂梁的一端；去除所述凹部暴露出来的埋氧化层以暴露第二硅层，去除部分埋氧化层以悬空所述上极板和悬臂梁；在所述周边区域上和所述凹部暴露出来的第二硅层上分别形成上接触电极和下接触电极。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供基片，所述基片包括依次层叠的第一硅层、埋氧化层和第二硅层；
将第一硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成与周边区域相互间隔的矩形
的上极板，所述上极板与所述周边区域仅通过悬臂梁连接，同时还在所述周边
区域上形成暴露埋氧化层的凹部；
将第二硅层图形化并暴露所述埋氧化层以形成背腔，所述背腔位于第二硅
层上与所述上极板对应的区域，并覆盖所述与上极板对应区域40％～60％的面积，
所述背腔靠近所述悬臂梁的一端；
去除所述凹部暴露出来的埋氧化层以暴露第二硅层，去除部分埋氧化层以
悬空所述上极板和悬臂梁；
在所述周边区域上和所述凹部暴露出来的第二硅层上分别形成上接触电极
和下接触电极。
2.根据权利要求1所述的MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，其特征在
于，所述第一硅层、第二硅层的电阻率为0.001Ω·cm～0.01Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的MEMS扭转式静电驱动器的制作方法，其特征在
于，所述第一硅层、第二硅层的材质为单晶硅。
4.根据权利要求1所述的MEMS扭转式静电驱动器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆二荣，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32