[发明专利]一种大角度扭转微镜面驱动器制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统的驱动器制作方法，尤其涉及到一种微机械大角度扭转微镜面驱动器制作方法。属于光电子通信器件领域。

背景技术

微机电系统(MEMS)是基于微细加工技术发展起来的集机械、电子等多学科交叉的一门新兴科学技术，随着微机电系统技术的不断快速发展，基于微机电系统技术制作的光学器件也得到广泛的应用，在光通信、光显示等领域广泛使用微反射镜面以控制光信号的传输与显示，例如MEMS光开关、光衰减器、光扫描器、DMD显示器等，其中微镜面驱动器是其核心部件。

现有微镜面驱动器按运动方式主要分为平动微镜面驱动器和转动微镜面驱动器。在平动微镜面驱动器中，微镜面运动方式采用平移方式，运动过程中微镜的法线方向不变，由于平动微镜面通常垂直于芯片平面，因而通常采用硅深刻蚀制作工艺，导致镜面粗糙度大，同时器件的响应时间也较长。平动微镜面驱动器的结构和微镜尺寸决定了输入输出光纤与平动微镜驱动器需要在同平面进行光学器件封装，最终导致封装结构大而且对准耦合困难，器件光学性能差(图1～3)。转动微镜面驱动器通常采用静电扭转微镜面运动，微镜的法线在空间发生转动，容易与微光学系统耦合实现输入输出光纤的通道切换。扭转微镜驱动器的制作主要利用表面微机械加工工艺和体微机械加工工艺，其中表面微机械加工工艺要求高，工艺复杂，成本高昂，如应用于光显示的数字微镜器件(DMD)。体微机械加工工艺制作的扭转微镜由于限制于驱动电压不能太高导致扭转角度较低，通常只有零点几度，无法在一些需要大角度扭转角度(几度至十几度)的情况应用如MEMS光开关，通过提高驱动电压的方法来获得大扭转角度而最终导致驱动电压过高，大大增加驱动电路的难度和成本。针对现有的基于MEMS制作的微镜面驱动器存在的问题，同时考虑光通信中需要应用大扭转角度的微镜面驱动器，因此本发明提出了一种响应时间短、驱动电压低、制作工艺简单可行的大角度扭转微镜面驱动的制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在较低电压驱动的条件下，可以产生大角度变化的扭转微镜面驱动器制作方法。

本发明所述的一种大角度扭转镜面驱动器的制作方法主要包括：首先在斜晶向硅片1上利用氢氧化钾(KOH)腐蚀溶液制作出具有一定倾斜角度的倾斜硅表面2和倾斜硅表面3，然后在倾斜硅表面2上制作驱动器的下电极4。接着在另一块硅片表面5制作出扭转镜面驱动器的上电极与下电极的隔离空间6，保证扭转镜面驱动器的扭转空间。然后让两块硅片进行圆片级的键合工艺，得到完整的键合片。将键合片对表面7进行整体减薄，得到最终的器件层8。最后在器件层8上制作出扭转镜面驱动器的两端固定的支撑梁9、驱动器的上电极11和扭转微镜面12，同时在微镜面上制作金膜或铝膜13，以提高光信号的反射率。对整个硅片进行划片后得到单个大角度扭转镜面驱动器，在驱动器的下电极4和上电极11施加一定的电压，微镜面将扭转相应的角度。

本发明的具体实现步骤如下：

1.在斜晶向硅片上生长一层二氧化硅薄膜。

2.利用光刻、显影和二氧化硅腐蚀工艺暴露出需要制作倾斜电极的区域。

3.使用二氧化硅作为掩膜层，把硅片放入氢氧化钾溶液中进行硅各向异性腐蚀，获得具有一定倾斜角度的倾斜硅表面。

4.利用溅射工艺在硅片的倾斜硅表面上溅射一层金属下电极。

5.利用光刻、显影和铝腐蚀工艺在金属薄膜上腐蚀出所需的下电极图形。

6.在另一块硅片上生长一层二氧化硅薄膜。

7.利用光刻、显影和二氧化硅腐蚀工艺暴露出需要制作的上电极和下电极隔离空间的区域。

8.使用二氧化硅作为掩膜层，把硅片放入氢氧化钾溶液中进行硅各向异性腐蚀，获得几个微米到几个个微米的上电极和下电极隔离空间。

9.利用二氧化硅腐蚀工艺去除硅片上剩余的二氧化硅薄膜。

10.利用键合工艺将两块制作好图形的硅片键合成一整块键合片。

11.把键合片放入氢氧化钾腐蚀溶液中对键合片的一侧进行整体减薄，使得斜晶向的硅片上保留几十微米左右器件层。

12.在器件层上溅射一层金薄膜，采用光刻、金腐蚀工艺制作出镜面的金反射层。

13.在减薄后的器件层上通过光刻、显影制作出所需扭转镜面驱动器、上电极和两端的固定细梁图形。再利用等离子体硅深刻蚀工艺刻蚀穿通硅片器件层，得到分离开的扭转微镜面、上电极和两端固定的细梁结构。

14.对整个硅片进行划片得到单个静电驱动器。