一种高均匀性的电热MEMS微镜/微镜阵列及制造方法技术

一种集成MEMS微镜阵列，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、器件层PAD2、底部PAD3、TSV通孔4、TSV基底5和电引线6，其中M、N为大于等于1的整数，该热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1‑1、驱动臂1‑2和镜框1‑3，镜面1‑1通过驱动臂1‑2连接在镜框1‑3上，驱动臂1‑2通过电引线6依次与器件层PAD2、TSV通孔4和底部PAD3电连接，驱动臂1‑2位于镜面1‑1的侧面。本申请通过键合带热驱动结构图形的SOI圆片和带腔TSV圆片，解决了热驱动MEMS微镜的释放均匀性、阵列结构的引线电阻分布不均和散热困难的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种集成MEMS微镜阵列及制造方法，特别是涉及电热式微镜阵列，属于微机电

技术介绍
基于热双层材料（bimorph）结构的电热MEMS微镜有很多其它驱动方式不可比拟的优势，比如同时获得大转角、大位移、高镜面填充率和低电压。Bimorph是薄膜结构，需要与硅衬底分离，即结构释放。目前Bimorph的释放主要依靠对薄膜下的硅进行Undercut，这个释放工艺已经取得了很多应用，但是这个Undercut工艺很容易造成过度侧向刻蚀、侧向刻蚀的非均匀甚至留下一些残余硅等结构非均匀性问题，进而导致芯片与芯片的响应特性差异，对于微镜阵列而言，就会导致单元与单元之间的差异。同时，现有热式MEMS微镜阵列器件（如CN 104020561 B）只能将所有引线都引到芯片边沿，可用来制作1×N阵列结构，或小阵列的M×N阵列结构。但需要制作较大的M×N阵列结构时，将中心单元的引线引导到芯片的边沿就变得十分困难，且会造成引线电阻分布不均和散热困难等技术问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：热驱动MEMS微镜的驱动臂释放均匀性、阵列结构的引线电阻分布不均和散热困难的技术问题。本专利技术的技术方案是：一种集成MEMS微镜阵列，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、器件层PAD2、底部PAD3、TSV通孔4、TSV基底5和电引线6，其中M、N为大于等于1的整数，该热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2和镜框1-3，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，驱动臂1-2通过电引线6依次与器件层PAD2、TSV通孔4和底部PAD3电连接，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。本专利技术的优点和技术效果：本申请通过键合带热驱动结构图形的SOI圆片和带腔TSV圆片，解决了热驱动MEMS微镜的释放均匀性、阵列结构的引线电阻分布不均和散热困难的技术问题。附图说明图1是集成MEMS微镜单元的三维示意图。图2是热驱动MEMS微镜单元的剖面图。图3是实施例2中选择SOI圆片作为微镜基底8的步骤示意图；图4是实施例2中在微镜基底8的顶硅层8-1的表面形成驱动臂1-2和上层PAD2-1的步骤示意图；图5是实施例2中选择带腔的TSV圆片作为TSV基底5，该TSV基底5的上表面有下层PAD2-2，下表面有底部PAD3的步骤示意图；图6是实施例2中将TSV基底5的下层PAD2-2与微镜基底8的上层PAD2-1键合，形成新圆片9的步骤示意图；图7是实施例2中去除新圆片9的底硅层8-3的步骤示意图；图8是实施例2中去除新圆片9的底硅层8-3和氧埋层8-2的步骤示意图；图9是实施例2中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1（结合图7）的步骤示意图；图10是实施例2中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1（结合图8）的步骤示意图；图11是实施例2中图形化顶硅层8-1的步骤示意图（结合图9）；图12是实施例2中图形化刻蚀氧埋层8-2和顶硅层8-3的步骤示意图（结合图10）；图13是实施例3中选择圆片作为微镜基底8的步骤示意图；图14是实施例3中在微镜基底8的表面形成驱动臂1-2和上层PAD2-1的步骤示意图；图15是实施例3中选择带腔的TSV圆片作为TSV基底5的步骤示意图；图16是实施例3中将TSV基底5的下层PAD2-2与微镜基底8的上层PAD2-1键合，形成新圆片9的步骤示意图；图17是实施例3中减薄新圆片9的下表面至设定厚度的步骤示意图；图18是实施例3中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1的步骤示意图；图19是实施例3中图形化新圆片9上表面，释放镜面1-1和驱动臂1-2的步骤示意图。图20是实施例4的MEMS微镜单元的三维示意图。图21是实施例4的MEMS微镜单元的剖面图。图22是实施例5中选择SOI圆片作为微镜基底8的步骤示意图；图23是实施例5在微镜基底8的顶硅层8-1的表面形成驱动臂1-2和上层PAD2-1的步骤示意图；图24是实施例5中释放驱动臂1-2的步骤示意图图25是实施例5中选择带腔的TSV圆片作为TSV基底5，该TSV基底5的上表面有下层PAD2-2，下表面有底部PAD3，空腔包含凸台结构的步骤示意图；图26是实施例5中将TSV基底5的下层PAD2-2与微镜基底8的上层PAD2-1键合，形成新圆片9的步骤示意图；图27是实施例5中去除新圆片9的底硅层8-3的步骤示意图；图28是实施例5中去除新圆片9的底硅层8-3和氧埋层8-2的步骤示意图；图29是实施例5中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1（结合图27）的步骤示意图；图30是实施例5中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1（结合图28）的步骤示意图；图31是实施例5中图形化顶硅层8-1的步骤示意图（结合图29）；图32是实施例5中图形化刻蚀氧埋层8-2和顶硅层8-3的步骤示意图（结合图30）；图33是实施例6中选择圆片作为微镜基底8的步骤示意图；图34是实施例6中在微镜基底8的表面形成驱动臂1-2和上层PAD2-1的步骤示意图；图35是实施例6释放驱动臂1-2的步骤示意图图36是实施例6中选择带腔的TSV圆片作为TSV基底5的步骤示意图；图37是实施例6中将TSV基底5的下层PAD2-2与微镜基底8的上层PAD2-1键合，形成新圆片9的步骤示意图；图38是实施例6中减薄新圆片9的下表面至设定厚度的步骤示意图；图39是实施例6中淀积金属层10并图形化，形成镜面1-1的步骤示意图；图40是实施例6中图形化新圆片9上表面，释放镜面1-1和驱动臂1-2的步骤示意图。图中，1是微镜阵列，2是器件层PAD，2-1是上层PAD，2-2是下层PAD，3是底部PAD，4是TSV通孔，5是TSV基底，6是热驱动MEMS微镜单元，6-1是镜面，6-1-1是反射层，6-2是驱动臂，6-3是镜框，7是电引线，8是微镜基底，8-1是顶硅层，8-2是氧埋层，8-3是底硅层，9是新圆片。具体实施方式一种集成MEMS微镜阵列，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、器件层PAD2、底部PAD3、TSV通孔4、TSV基底5和电引线6，其中M、N为大于等于1的整数，该热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2和镜框1-3，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，驱动臂1-2通过电引线6依次与器件层PAD2、TSV通孔4和底部PAD3电连接，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。所述器件层PAD2包括上层PAD2-1和下层PAD2-2，上层PAD2-1连接在镜框1-3下部，下层PAD2-2连接在引线基底5上部，上层PAD2-1和下层PAD2-2通过键合连接在一起。所述镜面1-1下方的TSV基底5开有空腔5-1。所述镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。所述驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线6电连接。所述驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的，也可以是不连续的。当M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。一种集成MEMS微镜阵列的制造方法，包括如下步骤：1）选择SOI圆片作为微镜基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元（1）、器件层PAD（2）、底部PAD（3）、TSV通孔（4）、TSV基底（5）和电引线（6），其中M、N为大于等于1的整数，该热驱动MEMS微镜单元（1）包括镜面（1‑1）、驱动臂（1‑2）和镜框（1‑3），镜面（1‑1）通过驱动臂（1‑2）连接在镜框（1‑3）上，驱动臂（1‑2）通过电引线（6）依次与器件层PAD（2）、TSV通孔（4）和底部PAD（3）电连接，驱动臂（1‑2）位于镜面（1‑1）的侧面。

【技术特征摘要】
1.一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元（1）、器件层PAD（2）、底部PAD（3）、TSV通孔（4）、TSV基底（5）和电引线（6），其中M、N为大于等于1的整数，该热驱动MEMS微镜单元（1）包括镜面（1-1）、驱动臂（1-2）和镜框（1-3），镜面（1-1）通过驱动臂（1-2）连接在镜框（1-3）上，驱动臂（1-2）通过电引线（6）依次与器件层PAD（2）、TSV通孔（4）和底部PAD（3）电连接，驱动臂（1-2）位于镜面（1-1）的侧面。2.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述驱动臂（1-2）位于镜面（1-1）的下方。3.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述器件层PAD（2）包括上层PAD（2-1）和下层PAD（2-2），上层PAD（2-1）连接在镜框（1-3）下部，下层PAD（2-2）连接在引线基底（5）上部，上层PAD（2-1）和下层PAD（2-2）通过键合连接在一起。4.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述镜面（1-1）下方的TSV基底（5）开有空腔（5-1）。5.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述镜面（1-1）为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂（1-2）在所述镜面（1-1）的4个边支撑。6.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述驱动臂（1-2）包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线（6）电连接。7.根据权利要求6所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂（1-2）中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂（1-2）的每一层可以是连续的。8.根据权利要求6所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂（1-2）中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂（1-2）的每一层可以是不连续的。9.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列，其特征在于所述M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。10.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列的制造方法，其特征在于包括如下步骤：1）选择SOI圆片作为微镜基底（8），该微镜基底（8）包括顶硅层（8-1）、氧埋层（8-2）和底硅层（8-3）；2）在微镜基底（8）的顶硅层（8-1）的表面淀积并图形化形成驱动臂（1-2）和上层PAD（2-1）；3）选择带腔的TSV圆片作为TSV基底（5），该TSV基底（5）的上表面有下层PAD（2-2），下表面有底部PAD（3），下层PAD（2-2）和底部PAD（3）通过TSV通孔（4）连接；4）将TSV基底（5）的下层PAD（2-2）与微镜基底（8）的上层PAD（2-1）键合，形成第一新圆片（9）；5）去除第一新圆片（9）的底硅层（8-3），或去除第一新圆片（9）的底硅层（8-3）和氧埋层（8-2）；6）淀积金属层并图形化，形成镜面（1-1）的反射层（1-1-1）；7）图形化顶硅层（8-1），或图形化刻蚀氧埋层（8-2）和顶硅层（8-1），释放镜面（1-1）和驱动臂（1-2），形成所述集成MEMS微镜阵列。11.根据权利要求10所述一种集成MEMS微镜阵列的制造方法，其特征在于所述驱动臂（1-2）中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。12.根据权利要求10所述一种集成MEMS微镜阵列的制造方法，其特征在于所述驱动臂（1-2）中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。13.根据权利要求1所述一种集成MEMS微镜阵列的制造方法，其特征在于包括如下步骤：1）选择圆片作为微镜基底（8）；2）在微镜基底（8）的表面淀积并图形化形成驱动臂（1-2）和上层PAD（2-1）；3）选择带腔的TSV圆片作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，丁金玲，陈巧，孙其梁，谢会开，
申请(专利权)人：无锡微奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32