[发明专利]不等高垂直梳齿器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不等高垂直梳齿器件及其制备方法，属于微机电器件领域。

背景技术

MEMS不等高垂直梳齿结构中，不等高垂直梳齿由于其具有驱动电压较低、驱动位移较大、可实现离面位移、响应速度快、频率高等优点，常用在MEMS静电微扫描镜、MEMS静电微执行器、MEMS电容式惯性传感器等MEMS器件，特别是被MEMS微扫描镜广泛采用。

然而，其现有制造方法种类较多但都较为复杂，通常要用到多晶硅薄膜沉积、高精度双面对准、硅硅键合、喷胶、复合掩膜蚀刻或是复合薄膜等其中一种或几种MEMS工艺技术，致使其产品加工困难、工艺成熟度较低。

2010年，Hoang Manh Chu等，在文献“Compact Low-Voltage OperationMicromirror Based on High-Vacuum Seal Technology Using Metal Can”中报道了一种不等高垂直梳齿驱动微扫描镜的制造方法。使用SOI片，正面光刻、蚀刻顶硅形成和扭转结构相连的顶层垂直梳齿，双面对准光刻、蚀刻底硅形成背腔和下梳齿结构，最后释放中间氧化层，形成具有不等高垂直梳齿的微扫描镜。该方法将上下梳齿通过双面光刻、蚀刻工艺实现，上下梳齿之间的精准相对位置对双面对准光刻机精度要求非常高，下梳齿结构的蚀刻对深硅蚀刻机工艺能力也有苛刻要求，工艺技术上难以实现，也限制了更高性能的高深宽比梳齿结构的制造。

中国专利CN103086316B“MEMS垂直梳齿微镜面驱动器的制作方法”公开了一种由双层掩膜和硅硅键合工艺实现不等高垂直梳齿结构的制造方法。包括：提供具有双层硅器件层的SOI硅结构；在第一衬底层的表面制作第一划片图形；去除第二衬底层；在第二埋层氧化层上制作双层掩膜；利用双层掩膜，制作出高梳齿结构、低梳齿结构以及微镜面结构；将双抛硅片与SOI硅结构进行硅硅键合；在双抛硅片的表面制作第二划片图形；去除第一衬底层并显露出第一埋层氧化层；以第一埋层氧化层作为掩膜，刻蚀第一硅器件层，释放可动梳齿结构、可动微镜面结构和固定梳齿结构；去除第一埋层氧化层；在微镜面区域和引线区域形成薄膜金属层。该方法通过双层掩膜技术解决了上下梳齿高精度对位的问题，但是引入了硅硅键合以及减薄等工艺。工艺相对复杂、不容易实现且成本高。

中国专利CN104370272B公开了“一种MEMS自对准高低梳齿及其制造方法”，其引入特殊抬升机构与梳齿对依次形成于机械结构层上；特殊抬升结构利用不同材料之间应力使折叠悬臂梁产生抬升，从而产生梳齿对之间的高度差。该方法利用悬臂梁上不同材料间的应力，使悬臂梁抬升，从而带动与悬臂梁相连梳齿结构的抬升，形成不等高上下梳齿对。工艺流程相对简单，也避开了不等高梳齿间高精度对位的问题，但是悬臂梁不同材料间的应力不容易控制，且结构不稳定，随着温度、湿度等环境变化会产生变化。

基于上述情况，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不等高垂直梳齿及其制备方法，该不等高垂直梳齿器件具有结构简单、稳定的特点，其制备方法对工艺、设备要求不高，制备成本较低，且工艺稳定性高、易于生产制造。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种不等高垂直梳齿器件，包括外框架、第一扭转结构、第二扭转结构以及梳齿结构，所述第二扭转结构设置在所述第一扭转结构与梳齿结构之间，所述第一扭转结构与第二扭转结构活动性设置在所述外框架上，所述第一扭转结构的一侧固定连接在所述外框架上，另一侧通过限位结构与所述第二扭转结构连接，所述第二扭转结构的一侧设有与所述梳齿结构相对应的梳齿部，所述梳齿部与所述梳齿结构之间具有高度差。

进一步地，所述不等高垂直梳齿器件还包括第一扭转梁和第二扭转梁，所述第一扭转梁连接所述第一扭转结构和外框架，所述第二扭转梁连接所述第二扭转结构和外框架。

进一步地，所述限位结构为止挡销结构，所述止挡销结构包括设置在所述第一扭转结构上的第一止挡销结构以及设置在所述第二扭转结构上的第二止挡销结构，所述第一止挡销结构包括第一档销和第一插销，所述第二止挡销结构包括与所述第一档销对应的第二插销以及与所述第一插销对应的第二档销。

进一步地，所述第一扭转结构包括第一按压板，所述第一按压板设置在所述第一扭转结构的中间，所述第一止挡销结构设置在所述第一按压板的两侧。

进一步地，所述第二扭转结构包括第二按压板，所述第二按压板设置在所述第二扭转结构的中间，所述第二止挡销结构设置在所述第二按压板的两侧。