二维静电扫描微镜及其制作方法技术

本发明专利技术公开的一种二维静电扫描微镜及其制作方法，属于微光机电技术领域。本发明专利技术公开的一种二维静电扫描微镜，包括器件层、绝缘层、衬底层。器件层上包括聚合物填充电隔离沟道和开放电隔离沟道。二维静电扫描微镜基于聚合物填充沟道，实现高深宽比沟道的填充，采用与具有电绝缘和机械连接性的聚合物填充沟道，实现对沟道两侧电极的电绝缘和固化机械稳定连接，进而实现二维静电扫描微镜驱动电极间的高电压驱动；此外，采用聚合物一次填充方式实现沟道的无缝隙填充，提高沟道填充效率和成品率，降低二维静电扫描微镜制作成本。利用聚合物具有超低杨氏模量的特性，有效消除沟道内填充物与沟道结构之间的应力失配，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。微镜工作稳定性。微镜工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】
二维静电扫描微镜及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种二维静电扫描微镜及其实现方法，属于微光机电(MOEMS)


技术介绍

[0002]MEMS扫描微镜是一种基于微纳加工技术制造的光学扫描器件，可以实现光束的控制，拥有广泛的应用，包括条形码阅读器、共聚焦显微镜、微型投影仪、AR显示以及激光雷达和车载抬头显示。对于二维静电扫描微镜来说，电隔离沟道的形成是其中的关键工艺，现有的工艺主要是通过在器件层表面刻蚀深槽，并热氧生长SiO2用于电绝缘，再通过填充多晶硅形成机械连接。这种工艺复杂并且成品率低，填充多晶硅的过程中会形成空隙影响其机械强度，从而导致微镜失效。同时，由于只有一层1μm左右的SiO2当做绝缘层，其绝缘性能较差，无法承受高电压。最后，基于多晶硅填充的电隔离沟道无法实现高深宽比沟道的填充，大大限制了静电扫描微镜的性能。为此，需要开发一种工艺简单、可靠性高、绝缘性能好且高深宽比的电隔离沟道，实现高性能二维静电扫描微镜的可靠运行。

技术实现思路

[0003]为了克服二维静电扫描微镜的电隔离沟道工艺复杂、成品率低和绝缘性能差的缺点，本专利技术的目的在于提供一种二维静电扫描微镜及其制作方法，所述二维静电扫描微镜基于聚合物填充沟道，实现高深宽比沟道的填充，采用与具有电绝缘和机械连接性的聚合物填充沟道，实现对沟道两侧电极的电绝缘和固化机械稳定连接，进而实现二维静电扫描微镜驱动电极间的高电压驱动；此外，采用聚合物一次填充方式实现沟道的无缝隙填充，提高沟道填充效率和成品率，降低二维静电扫描微镜制作成本。利用聚合物具有超低杨氏模量的特性，有效消除沟道内填充物与沟道结构之间的应力失配，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]本专利技术公开的一种二维静电扫描微镜，包括器件层、绝缘层、衬底层。器件层上包括内轴梳齿驱动器、外轴梳齿驱动器、内轴扭转梁、外轴扭转梁、镜板、动框架、支撑结构、聚合物填充电隔离沟道和开放电隔离沟道。内轴动梳齿与镜面和内轴扭转梁连接一起。聚合物填充电隔离沟道将内轴动梳齿与动框架隔离开，通过与外轴扭转梁连接的金属焊盘对内轴动梳齿施加驱动电压。所述聚合物选用具有电绝缘和机械连接性的聚合物。通过在深槽中填充聚合物实现对沟道两侧结构的电绝缘和固化机械稳定连接，进而实现二维静电扫描微镜驱动电极间的高电压驱动；此外，采用聚合物一次填充方式实现沟道的无缝隙填充，提高沟道填充效率和成品率，降低二维静电扫描微镜制作成本。利用聚合物具有超低杨氏模量的特性，有效消除沟道内填充物与沟道结构之间的应力失配，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。绝缘层起到器件层与衬底层电绝缘的作用。衬底层提供镜面和框架活动的空腔。
[0006]所述高深宽比指深宽比在30:1以上。
[0007]所述高电压驱动指驱动电压在200V以上。
[0008]所述超低杨氏模量指超低杨氏模量在20Gpa以下。
[0009]为了实现沟道两侧结构的机械连接和电绝缘的作用，作为优选，所述聚合物选用PI、BCB、SOG、LCP或上述聚合物材料的组合。作为进一步优选，PI与BCB配比为2:1。
[0010]作为优选，通过调节聚合物选用PI、BCB、SOG、LCP材料之间的配比，调节复合聚合物的杨氏模量，调节沟道内填充物与沟道结构之间的应力，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。
[0011]所述聚合物电隔离沟道的形状不限于直线沟道、弯曲沟道和燕尾互锁型沟道，为了增加聚合物填充沟道的机械连接性和电绝缘性，作为优选，所述聚合物电隔离沟道的形状选用燕尾互锁型沟道，提升电绝缘性能和固化机械稳定连接性。
[0012]作为优选，在动框架上布置与聚合物填充电隔离沟道对称的假沟道，所述假沟道指通过采用相同的聚合物填充沟道实现机械固定连接，但假沟道不与驱动电极形成电源回路，通过所述假沟道用于对动框架质量对称的作用，并没有绝缘功能。
[0013]为了避免后续工艺对于沟道内聚合物的损伤，可以在聚合物填充完沟道后在表面沉积一层具有绝缘性的薄膜当做钝化层，作为优选，选用具有绝缘性的薄膜SiO2、Si3N4。
[0014]本专利技术还公开一种利用聚合物沟道填充的二维电扫描微镜制作方法，用于制作所述一种二维静电扫描微镜，包括以下步骤：
[0015]步骤一：二维静电扫描微镜采用SOI晶圆制作，每个SOI晶圆由器件层、绝缘层和衬底层组成。
[0016]步骤二：在SOI晶圆器件层表面涂覆光刻胶并进行电隔离沟道的图形化，然后采用深硅刻蚀工艺刻蚀SOI器件层至SOI绝缘层，形成用于填充聚合物的深槽。
[0017]步骤三：使用氧等离子体处理SOI晶圆表面氧离子清洗硅片表面，将SOI晶圆正面朝上，在SOI器件层表面涂覆聚合物，使其聚合物填满深槽，再匀胶将使晶圆表面的聚合物平坦化，然后放入烘箱将聚合物进行完全固化；
[0018]步骤四：采用磨片工艺将表面多余的聚合物去除。
[0019]步骤五：在SOI器件层表面形成金属电极和镜面。金属电极和镜面采用金属层剥离工艺或金属刻蚀工艺实现。对于采用金属层剥离工艺形成金属电极和镜面实现方法如下：在SOI器件层表面旋涂光刻胶并图形化，通过电子束蒸发或溅射沉积薄层的金属，剥离金属层，形成金属电极和镜面；对于采用金属刻蚀工艺形成金属电极和镜面实现方法如下：在SOI器件层表面通过电子束蒸发或溅射沉积薄层的金属，再旋涂光刻胶并图形化，刻蚀金属层，形成金属电极和镜面。
[0020]金属电极和镜面形成方式包括同步形成或分开形成。镜面薄膜是金属薄膜层加介电质层，或是一层或多层介电质层。
[0021]步骤六：SOI器件层表面涂胶并图形化，深硅刻蚀至绝缘层，形成微镜器件结构。
[0022]步骤七：SOI衬底层表面涂覆光刻胶并图形化，深硅刻蚀至绝缘层，形成用于提供镜面和框架活动的空腔。
[0023]步骤八：采用干法或湿法去除SOI绝缘层，形成利用聚合物沟道填充的二维静电扫描微镜。通过聚合物填充电隔离沟道将内轴动梳齿与动框架隔离开，通过与外轴扭转梁连接的金属焊盘对内轴动梳齿施加驱动电压。通过在深槽中填充聚合物实现对沟道两侧电极
的电绝缘和固化机械稳定连接，进而实现二维静电扫描微镜驱动电极间的高电压驱动；此外，采用聚合物一次填充方式实现沟道的无缝隙填充，提高沟道填充效率和成品率，降低二维静电扫描微镜制作成本。利用聚合物具有超低杨氏模量的特性，有效消除沟道内填充物与沟道结构之间的应力失配，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。
[0024]为了实现金属电极和镜面，作为优选，所述金属铝、或金。
[0025]为了避免后续工艺对于沟道内聚合物的损伤，作为优选，在聚合物填充完沟道后在表面沉积钝化层，所述钝化层为具有绝缘性的薄膜，所述具有绝缘性的薄膜材料选用SiO2或Si3N4。
[0026]有益效果：
[0027]1、本专利技术公开的一种聚合物沟道填充二维静电扫描微镜及其制作方法，所述二维静电扫描微镜基于MEM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维静电扫描微镜，其特征在于：包括器件层、绝缘层、衬底层；器件层上包括内轴梳齿驱动器、外轴梳齿驱动器、内轴扭转梁、外轴扭转梁、镜板、动框架、支撑结构、聚合物填充电隔离沟道和开放电隔离沟道；内轴动梳齿与镜面和内轴扭转梁连接一起；聚合物填充电隔离沟道将内轴动梳齿与动框架隔离开，通过与外轴扭转梁连接的金属焊盘对内轴动梳齿施加驱动电压；所述聚合物选用具有电绝缘和机械连接性的聚合物；通过在深槽中填充聚合物实现对沟道两侧结构的电绝缘和固化机械稳定连接，进而实现二维静电扫描微镜驱动电极间的高电压驱动；此外，采用聚合物一次填充方式实现沟道的无缝隙填充；绝缘层起到器件层与衬底层电绝缘的作用；衬底层提供镜面和框架活动的空腔。2.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：所述高深宽比指深宽比在30:1以上；所述高电压驱动指驱动电压在200V以上；所述超低杨氏模量指超低杨氏模量在20Gpa以下。3.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：所述聚合物选用PI、BCB、SOG、LCP或上述聚合物材料的组合；4.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：通过调节聚合物选用PI、BCB、SOG、LCP材料之间的配比，调节复合聚合物的杨氏模量，调节沟道内填充物与沟道结构之间的应力，提高二维静电扫描微镜工作稳定性。5.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：所述聚合物电隔离沟道的形状选用燕尾互锁型沟道。6.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：在动框架上布置与聚合物填充电隔离沟道对称的假沟道，所述假沟道指通过采用相同的聚合物填充沟道实现机械固定连接，但假沟道不与驱动电极形成电源回路，通过所述假沟道用于对动框架质量对称的作用，并没有绝缘功能。7.如权利要求1所述的一种二维静电扫描微镜，其特征在于：在聚合物填充完沟道后在表面沉积一层具有绝缘性的薄膜当做钝化层，钝化层选用具有绝缘性的薄膜SiO2、Si3N4。8.一种利用聚合物沟道填充的二维电扫描微镜制作方法，用于制作如权利要求1、2、3、5、6或7所述的二维电扫描微镜，其特征在于：包括以下步骤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹英超，谢会开，丁英涛，严阳阳，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆微电子研究院，
类型：发明
国别省市：