光学微机电元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种制造光学微机电元件的方法，其包含提供一基质；沉积一氧化物层于该基质上；于该基质上进行多次蚀刻，以形成多种深度的沟槽（ｔｒｅｎｃｈ）；沉积第一多晶硅层，以回填该沟槽；沉积第一氮化物层与第二多晶硅层于该被回填的沟槽上；移除该第一多晶硅层；沉积第二氮化物层；以及进行一体蚀刻（ｂｕｌｋ　　ｅｔｃｈｉｎｇ）。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种，特别是关于整合薄膜制作工艺、体型微加工技术以及深反应离子蚀刻，用以制造光学微机电元件的方法。
技术介绍
微机电系统(Microelectromechanical system，简称MEMS)技术是结合半导体制作工艺，及其他微机械加工(micromachining)的方法，来制造与整合光、机、电等元件于芯片上。光学微机电技术(Optical MEMS)则是MEMS领域内的一项重点发展范畴，其中又以多晶硅MUMP制作工艺为光学微机电元件中最重要的平台技术之一。然而，表面受微机械加工的元件，其应用往往受限于薄膜的刚性(stiffness)以及所残留于其上的应力(stress)，例如现有的薄膜制作工艺所用的多晶硅薄膜，在光学装置的应用中容易变形。相对地，由于单晶硅所具有的应力较低且表面平滑，所以一般是使用单晶硅作为微光学装置中的薄膜材质。此外，现有的微光学装置缺少隔离层，因此电连接的控制成为关键。2001年6月H.-Y.Lin等人于Transducer′01发表「具高解析度的微机械加工扫瞄镜(Highresolution micromachined scanning mirror)」，其中是使用富含硅的氮化物与机械设计，以改进光学微机电元件。然而，由于SixNy为介电质，所以所得的光学微机电元件仍具有电路问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造光学微机电元件的方法，其是以整合深反应离子蚀刻与面型/体型微加工技术，用以改善现有的薄膜制作工艺。根据本专利技术一方面提供一种制造光学微机电元件的方法，包含提供一基质，沉积一氧化物层于该基质上，于该基质上进行多次蚀刻，以形成多种深度的沟槽(trench)，沉积第一多晶硅层，以回填该沟槽，沉积第一氮化物层与第二多晶硅层于该被回填的沟槽上，移除该第一多晶硅层，沉积第二氮化物层，以及进行一体蚀刻(bulk etching)。根据上述构想，该基质较佳是为硅基质。根据上述构想，该多次蚀刻较佳是为深反应离子蚀刻(Deep Reactive IonEtching，DRIE)。根据上述构想，该多次蚀刻较佳是为两次蚀刻。根据上述构想，较佳是于沉积该第一氮化物层与该第二多晶硅层之后，还包含将该第一氮化物层与该第二多晶硅层图案化，以形成电连接。根据上述构想，该第一氮化物层较佳是为SixNy层。根据上述构想，该第一多晶硅层较佳是借由深反应离子蚀刻(DeepReactive Ion Etching，DRIE)而加以移除。根据上述构想，该第二氮化物层较佳是作为该体蚀刻(bulk etching)的一蚀刻掩膜。根据上述构想，该体蚀刻较佳是借由一氢氧化四甲基铵(TMAH)溶液而进行。根据上述构想，该氧化物层与第二氮化物层较佳是作为钝化层(passivation layer)。根据上述构想，该第二氮化物较佳是为SixNy层。根据上述构想，较佳是于沉积该第一氮化物层与该第二多晶硅层之后，还包含移除该氧化物层与该第二氮化物层。根据上述构想，较佳是借由氢氟酸(HF)移除该氧化物层与该第二氮化物层。根据本专利技术另一方面提供一种制造光学微机电元件的方法，该方法是包含提供一基质，沉积一氧化物层于该基质上，蚀刻该基质以形成沟槽，沉积一多晶硅层，以回填该沟槽，沉积一氮化物层于该被回填的沟槽上；以及进行一体蚀刻(bulk etching)。根据本专利技术又一方面的一种光学微机电元件，其是由本专利技术方法所制造而得，该光学微机电元件包含多晶硅薄膜基，扭转元件，可用以降低驱动电压，多个垂直梳状电极，其具有多种深度，以及肋补强结构，以强化该光学微机电元件。根据上述构想，该光学微机电元件可为一扫描镜。本专利技术是整合深反应离子蚀刻、多晶硅微机电制作工艺(MUMP)以及体型(bulk)硅蚀刻的制作工艺，可用以制造不易变形却又兼具薄膜特性的多晶硅薄膜，作为光学微机电元件。附图说明图1A至图1H是根据本专利技术的实施例，说明本专利技术的整合制作工艺。图2是说明借由本专利技术实施例的整合制作工艺，所制造而得的单轴光学扫描器。图3是说明借由本专利技术实施例的整合制作工艺，所制造而得的双轴光学扫描器。图4A与图4B是为放大图，其是说明本专利技术实施例的该扫描镜。图5A与图5B是为电显图，其是说明本专利技术实施例中垂直梳状电极的横切面。图6A与图6B是为电显图，其是说明本专利技术实施例中垂直梳状电极的自行对位效果。图7是根据本专利技术的实施例，所测得该单轴光学扫描器的角运动(angularmotion)。图8是根据本专利技术的实施例，所测得该单轴光学扫描器的角位移与驱动电压的关系图。图9是根据本专利技术的实施例，说明由垂直梳状电极所驱动的单轴扫描镜的频率反应。图10是根据本专利技术的实施例，说明由一PZT致动器所驱动的双轴扫描镜的动态反应。具体实施例方式本专利技术的整合制作工艺是以薄膜硅为基质11，使用氧化物(oxide)12与光阻13作为自行对位(self-align)的蚀刻掩膜(如图1A所示)。借由两次深反应离子蚀刻(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)，制造两种不同深度的沟槽14(trench)(如图1B所示)，以作为垂直梳状电极。而后进行热氧化作用(thermal oxidation)形成热氧化物层15，以及沉积第一多晶硅层16(1stploly-Si deposition)回填上述所产生的沟槽(如图1C所示)，形成肋补强结构(rib reinforced structure)，因而大幅提高薄膜结构的刚性。而后，如图1D中所示，沉积第一氮化物(SixNy)层17与第二多晶硅(2nd poly-Si)层18，且将其图案化，以形成电连接。接着进行第三次深反应离子蚀刻(Deep ReactiveIon Etching，DRIE)，以移除该第一多晶硅层16(如图1E中所示)，用以调整梳状电极的深度。而后沉积低应力的第二氮化物(SixNy)层19，且将其图案化而成为体型硅蚀刻(bulk silicon etching)的蚀刻掩膜，且在蚀刻区域上开口化，如图1G至图1F中所示。而后将该基质浸泡于一氢氧化四甲基铵(TMAH)溶液中，以进行体型硅蚀刻(bulk silicon etching)。在体型硅蚀刻(bulksilicon etching)的过程中，该热氧化物层15与该第二氮化物(SixNy)层19是作为该多晶硅结构的钝化层(passivation layer)，而后以氢氟酸(HF)移除该钝化层，得到如图1H所示的结构，其中110为肋补强结构的镜板，120为扭转元件，130为梳状电极。在本专利技术的方法中，回填步骤是为最关键的步骤。其设计的重点在于薄膜沉积前，先于芯片表面蚀刻出一深沟槽，当薄膜沉积后，便会沿此沟槽覆盖进一步形成U型结构，称之为沟槽回填技术，因此便可以在不增加结构厚度的前提下，改变了结构形状，而元件的结构刚性因此获得增加，根据模拟结果发现，相同厚度相同尺寸的两薄膜元件，有设计肋补强结构的元件，其结构刚性将提高100倍以上，而越深的沟槽，其刚性补强效果越好，因此将可解决薄膜面镜刚性不足的问题。请参阅图2与图3，其分别是利用本专利技术方法所制造而得的单轴光学扫描镜(1-axis optical scanning mirror)与双轴光学扫描镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光学微机电元件的方法，其包含：提供一基质；沉积一氧化物层于该基质上；　于该基质上进行多次蚀刻，以形成多种深度的沟槽；沉积第一多晶硅层，以回填该沟槽；沉积第一氮化物层与第二多晶硅层于该被回填的沟 槽上；移除该第一多晶硅层；沉积第二氮化物层；以及进行一体蚀刻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴名清，林弘毅，方维伦，
申请(专利权)人：华新丽华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]