具有旋转屏蔽结构的微机电光学快门和相关制造工艺制造技术

提供具有旋转屏蔽结构的微机电光学快门和相关制造工艺。MEMS快门包括：由主要孔径穿过的半导体材料的衬底，和形成固定到衬底的支撑结构的第一半导体层和第二半导体层；多个可变形结构；多个致动器；以及多个屏蔽结构，多个屏蔽结构中的每个屏蔽结构由第一半导体层与第二半导体层之间的至少一者的对应部分形成，屏蔽结构被布置为成角度地围绕底层主要孔径以便提供对主要孔径的屏蔽，每个屏蔽结构经由对应可变形结构进一步耦合到支撑结构。每个致动器可以被控制以便引起对应屏蔽结构在相应第一位置与相应第二位置之间的旋转，从而改变对主要孔径的屏蔽。屏蔽结构的第一和第二位置使得在MEMS快门的至少一种操作条件下相邻屏蔽结构对至少部分地彼此重叠。蔽结构对至少部分地彼此重叠。蔽结构对至少部分地彼此重叠。

【技术实现步骤摘要】
具有旋转屏蔽结构的微机电光学快门和相关制造工艺


[0001]本公开涉及包括平移屏蔽结构的MEMS(微机电系统)光学快门，以及相关的制造工艺。

技术介绍

[0002]如已知的，如今配备有改进的相机模块的可移动电话是可用的，该改进的相机模块保证了到目前为止与专业相机的性能水平相当的性能水平。这样的模块包括越来越大且具有越来越高的性能的传感器；然而，已知只有少数解决方案可以实现专业相机的典型特性：可变光学孔径。
[0003]比如，US 2019/0377174描述了一种MEMS光学快门，其包括针孔、叶片和被设计为使叶片相对于针孔侧向地移动的致动器。然而，所述解决方案只有少量的自由度可用于调整光学孔径；特别地，光学孔径的调整限于光学孔径的周长的一部分。

技术实现思路

[0004]根据本公开，提供了一种MEMS光学快门和相关的制造工艺。本公开涉及一种MEMS快门，其具有衬底、穿过衬底的主要孔径、在衬底上的第一半导体层和在第一半导体层上的第二半导体层。快门包括固定到衬底的支撑结构以及多个可变形结构，该支撑结构包括第一半导体层和第二半导体层。多个致动器与多个屏蔽结构一起被包括，该多个屏蔽结构成角度地围绕主要孔径，每个屏蔽结构经由对应的可变形结构耦合到支撑结构。每个致动器是电可控的以使对应的屏蔽结构在相应的第一位置与相应的第二位置之间旋转，并且在至少一种操作条件下，屏蔽结构的第一位置和第二位置中的相邻位置至少部分地彼此重叠。
附图说明
[0005]为了更好地理解本公开，纯粹通过非限制性示例的方式，参考附图，现在描述本公开的实施例，其中：
[0006]图1是沿着在图2中表示的截面线I
‑
I获取的MEMS快门的示意性剖视图；
[0007]图2是图1中图示的MEMS快门的去除了部分的示意性顶部平面视图；
[0008]图3是在静息条件下图1中图示的MEMS快门的一部分的示意性透视图；
[0009]图4是图3中图示的MEMS快门的一部分的示意性顶部平面视图；
[0010]图5A和图5B是分别沿着截面线V
‑
A
‑
V
‑
A和V
‑
B
‑
V
‑
B获取的图4中图示的MEMS快门的部分的示意性剖视图；
[0011]图6是在静息条件下图1中图示的MEMS快门的另一部分的示意性透视图；
[0012]图7是在致动条件下图3中图示的MEMS快门的部分的示意性透视图；
[0013]图8是本MEMS快门的一个变型的去除了部分的示意性顶部平面视图；
[0014]图9是本MEMS快门的另一变型的一部分的去除了部分的示意性顶部平面视图；
[0015]图10和图13是本MEMS快门的变型的去除了部分的示意性顶部平面视图；
[0016]图11A和图12A是图10中图示MEMS快门的部分的示意性顶部平面视图；
[0017]图11B和图12B是分别沿着分别在图11A和图12A中表示的截面线XIB
‑
XIB和XIIB
‑
XIIB获取的、图10中图示的MEMS快门的部分的示意性剖视图；
[0018]图14A是图13中图示的MEMS快门的一部分的示意性顶部平面视图；
[0019]图14B是沿着在图14A中表示的截面线XIVB
‑
XIVB获取的图13中图示的MEMS快门的一部分的示意性剖视图；
[0020]图15至图29是在制造工艺中的连续步骤期间半导体晶片的示意性剖视图；以及
[0021]图30是MEMS快门的一个变型的示意性剖视图。
具体实施方式
[0022]图1示出了MEMS快门1，MEMS快门1包括半导体材料(例如硅)的衬底2和第一介电区域4，第一介电区域4被布置在衬底2上并且由热氧化物形成。
[0023]特别地，衬底2由顶部表面S
a
和底部表面S
b
界定，顶部表面S
a
和底部表面S
b
平行于正交参考系XYZ的平面XY。第一介电区域4在顶部表面Sa上延伸并侧向地界定窗口W，该窗口W使顶部表面S
a
的中心部分暴露；换句话说，第一介电区域4在顶部表面S
a
的外围部分上延伸。
[0024]MEMS快门1还包括第二介电区域6，第二介电区域6由例如铝氧化物(氧化铝)制成，并在第一介电区域4的外围部分上延伸，使第一介电区域4的内部部分暴露，该第一介电区域4的内部部分侧向地界定上述窗口W。
[0025]主要孔径9从底部表面S
b
开始并且伸出到顶部表面S
a
的中心部分上而延伸穿过衬底2。在接下来的内容中，为了描述的简单性并且在这不暗示对一般性的任何丧失的情况下，假设主要孔径9具有与MEMS快门1的对称轴H重合、平行于Z轴的其对称轴。此外，大致上，主要孔径9具有例如截头锥形形状或截头金字塔形形状，该截头锥形形状或截头金字塔形形状具有多边形底，其中较小的底位于底部表面S
b
的平面中。
[0026]窗口W与底层主要孔径9连通并且在底部由壁P界定，壁P由衬底2的侧向地界定主要孔径9的顶部部分并且具有平面和中空形状的部分形成。壁P位于顶部表面S
a
的平面中。
[0027]MEMS快门1还包括导电层7，该导电层7在顶部平面视图中具有闭合形状(例如，多边形或圆形)，以便包围主要孔径9。
[0028]特别地，导电层7具有大致U形横截面，以便界定沟槽T。
[0029]导电层7的外部部分侧向地并在顶部涂覆第一介电区域4的上述内部部分，并在顶部还涂覆第二介电区域6的面向对称轴H的部分。导电层7的底部部分涂覆壁P的外部部分；导电层7的内部部分以悬臂方式从底部部分延伸，以便在一定距离处覆盖壁P的内部部分的部分。
[0030]MEMS快门1还包括多个锚固区域(其中的两个锚固区域在图1中图示并由8指定)，该多个锚固区域由多晶硅制成并在第二介电区域6上延伸。特别地，锚固区域8被布置在与导电层7相距侧向距离处，并被布置在导电层7的外侧上。
[0031]MEMS快门1还包括第一半导体层14和第二半导体层16，第一半导体层14和第二半导体层16由多晶硅制成，并且如图2所示，形成多个第一屏蔽结构33和多个第二屏蔽结构35。结合图2，其中示出的主要孔径9的形状仅仅是定性的，并且为了表示的简单性，与图1中
图示的形状不一致。
[0032]第一屏蔽结构33和第二屏蔽结构35中的每一个屏蔽结构与对应的径向方向(一个对应的径向方向被图示在图3中，其中它由R指定)相关联，该对应的径向方向平行于平面XY并且是指当对应的屏蔽结构在静息条件下时对应的屏蔽结构的布置。如图2所示，在本示例中，假设第一屏蔽结构33和第二屏蔽结构35两者在数量上都是四。此外，预期第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS快门，包括：衬底；穿过所述衬底的主要孔径；在所述衬底上的第一半导体层；在所述第一半导体层上的第二半导体层；固定到所述衬底的支撑结构，所述支撑结构包括所述第一半导体层和所述第二半导体层；多个可变形结构；多个致动器；以及成角度地围绕所述主要孔径的多个屏蔽结构，每个屏蔽结构经由对应的可变形结构耦合到所述支撑结构；并且其中每个致动器是电可控的以在相应的第一位置与相应的第二位置之间旋转对应的屏蔽结构，并且在至少一种操作条件下所述屏蔽结构的所述第一位置和所述第二位置中的相邻位置至少部分地彼此重叠。2.根据权利要求1所述的MEMS快门，还包括多个耦合体，其中每个耦合体具有可操作地耦合到对应的致动器的第一端部和固定到对应的屏蔽结构的第二端部，每个致动器。3.根据权利要求2所述的MEMS快门，其中每个可变形结构包括铰链，每个铰链包括一对相应的挠曲梁，所述一对相应的挠曲梁中的每个挠曲梁具有分别固定到对应的所述耦合体的相应端部和固定到所述支撑结构的相应端部。4.根据权利要求2所述的MEMS快门，其中每个可变形结构包括：悬臂结构，其固定到所述支撑结构；以及可变形耦合结构，其具有固定到所述悬臂结构的端部和固定到对应的所述耦合体的所述第一端部的端部；以及约束结构，其将对应的所述耦合体机械地耦合到所述支撑结构。5.根据权利要求2所述的MEMS快门，其中所述致动器是静电类型的，并且每个致动器包括：至少一个相应的定子区域，其相对于所述支撑结构固定，并且由所述第一半导体层的部分和所述第二半导体层的部分形成；以及由对应的所述耦合体的所述第一端部形成的至少一个相应的转子区域，所述致动器是电可控的以便引起对应的所述耦合体的所述第一端部在平行于对应平移方向的方向上的所述平移。6.根据权利要求1所述的MEMS快门，其中所述多个屏蔽结构包括成角度地交替的多个第一屏蔽结构和多个第二屏蔽结构，每个第一屏蔽结构包括由所述第二半导体层形成的相应的顶部结构，每个第二屏蔽结构包括由所述第一半导体层形成的相应的底部结构；并且在所述至少一种操作条件下，每个第一屏蔽结构的所述顶部结构与相邻的所述第二屏蔽结构的所述底部结构部分地重叠。7.根据权利要求8所述的MEMS快门，其中每个第一屏蔽结构还包括由所述第一半导体层形成的相应的底部结构，所述相应的顶部结构包括至少一个突出部分，所述至少一个突出部分相对于所述相应的底部结构侧向地突出；并且其中每个第二屏蔽结构包括由所述第
二半导体层形成并且使对应的底部结构的部分暴露的相应的顶部结构；并且在所述至少一种操作条件下，每个第一屏蔽结构的所述顶部结构的所述突出部分至少部分地覆盖相邻的所述第二屏蔽结构的所述底部结构的暴露的所述部分。8.根据权利要求7所述的MEMS快门，其中每个第一屏蔽结构的所述顶部结构包括：顶部次级部分，其相对于对应的底层的所述底部结构固定，以及顶部主要部分，其以悬臂方式相对于所述顶部次级部分延伸并且形成所述突出部分；并且其中每个第二屏蔽结构的所述底部结构包括底部主要部分，所述底部主要部分相对于对应的覆盖的所述顶部结构固定并且形成所述底部结构的暴露的所述部分。9.根据权利要求1所述的MEMS快门，其中所述屏蔽结构各自包括所述第二半导体层的相应的顶部结构和所述第一半导体层的相应的底部结构，每个屏蔽结构的所述顶部结构包括突出部分，所述突出部分相对于对应的所述底部结构侧向地突出并且使对应的所述底部结构的部分暴露，并且在所述至少一种操作条件下，每个屏蔽结构的所述顶部结构的所述突出部分与相邻的所述屏蔽结构的所述底部结构的暴露的所述部分部分地重叠。10.一种用于制造MEMS快门的方法，包括：在衬底上形成第一半导体层；在所述第一半导体层上形成第二半导体层，所述第二半导体层与所述第一半导体层一起形成固定到所述衬底的支撑结构；形成多个可变形结构，每个可变形结构包括所述第一半导体层和所述第二半导体层中的至少一者的对应部分；形成穿过所述衬底的主要孔径；形成多个致动器；以及形成多个屏蔽结构，每个屏蔽结构包括所述第一半导体层和所述第二半导体层中的至少一者的对应部分，所述屏蔽结构成角度地围绕所述主要孔径，从而形成对所述主要孔径的屏蔽，每个屏蔽结构经由对应的可变形结构进一步机械地耦合到所述支撑结构；并且其中每个致动器是电可控的以便引起对应的屏蔽结构在相应的第一位置与相应的第二位置之间的旋转，从而改变对所述主要孔径的所述屏蔽；并且其中所述屏蔽结构的所述第一位置和所述第二位置使得在所述MEMS快门的至少一种操作条件下相邻屏蔽结构对至少部分地彼此重叠。11.根据权利要求10所述的制造方法，还包括形成多个耦合体，所述多个耦合体中的每个耦合体由所述第一半导体层和所述第二半导体层中的至少一者的对应部分形...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：