CN106082107B - 一种热驱动mems微镜阵列器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元(1)、布线层(2)和基底(3)，其中M、N为大于等于1的整数，驱动臂(1‐2)通过器件层电引线(1‐5)连接到上层PAD(1‐4)，上层PAD(1‐4)和下层PAD(2‐1)键合在一起，下层PAD(2‐1)通过多层电引线(2‐2)连接到边沿PAD(2‐3)上，布线层(2)置于基底(3)上，镜面(1‐1)通过驱动臂(1‐2)连接在镜框(1‐3)上，上层PAD(1‐4)置于镜框(1‐3)的底面，驱动臂(1‐2)位于镜面(1‐1)的侧面。优点：通过直接键合多层布线的圆片和微镜阵列圆片的方式，减少了常规TSV或Bonding工序，降低了微镜阵列的引线制作成本。

Description

一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及的是一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法，特别是涉及电热式微镜阵列，属于微机电技术领域。
背景技术
基于热双层材料（bimorph）结构的电热MEMS微镜有很多其它驱动方式不可比拟的优势，比如同时获得大转角、大位移、高镜面填充率和低电压。Bimorph是薄膜结构，需要与硅衬底分离，即结构释放。目前Bimorph的释放主要依靠对薄膜下的硅进行Undercut，这个释放工艺已经取得了很多应用，但是这个Undercut工艺很容易造成过度侧向刻蚀、侧向刻蚀的非均匀甚至留下一些残余硅等结构非均匀性问题，进而导致芯片与芯片的响应特性差异，对于微镜阵列而言，就会导致单元与单元之间的差异。同时，现有热式MEMS微镜阵列器件（如CN 104020561 B）只能将所有引线都引到芯片边沿，可用来制作1×N阵列结构，或小阵列的M×N阵列结构。但需要制作较大的M×N阵列结构时，将中心单元的引线引导到芯片的边沿就变得十分困难，且会造成引线电阻分布不均和散热困难等技术问题。
关于现有MEMS器件阵列的制作方法是利用TSV和键合技术实现阵列引线封装的技术问题。
例如，美国专利申请号20140055767，名称MIRROR ARRAY，包含微镜阵列和TSV穿孔，需要制作TSV穿孔，以及利用键合技术（Bonding）解决了微镜阵列引线的技术问题。
再如，中国专利申请号：201310511778.4“一种TSV-MEMS组合”专利，是分别制作TSV裸片和MEMS裸片，然后通过粘结剂进行粘合，粘合过程中需要在TSV裸片上面制作粘合材料（0009），并在MEMS裸片上制作凹槽（0010），最后进行键合。
TSV工艺本身加工工序复杂，例如申请号：201310159364.X，名称为：一种TSV背面露头工艺，用于制作TSV。该制作方法包括研磨工艺（0013），背部第一次刻蚀（0014），介质保护层制作和刻蚀（0015），背面覆盖感光材料（0016），曝光显影（0017），第二次刻蚀（0020），第三次刻蚀（0021）等工序。
如将该发明专利用在大规模高填充率电热式MEMS微镜阵列的封装，会存在良率低、成本高和芯片破碎率高的问题。例如电热式MEMS微镜8X8阵列的焊盘数量为256个，假设TSV技术的良率≤99.5%，那么256个焊盘至少存在1个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在1个焊盘失效，整个产品就不能正常使用。TSV技术应用在电热式MEMS微镜阵列中，不仅成本高，且良率低。
公开号为CN 104241220 A的中国专利申请，同时利用TSV技术、Bump技术、MEMS传感器芯片与ASIC芯片互连技术（Flipchip），实现了超小尺寸的MEMS传感器无塑封装。如将该发明专利用在大规模高填充率电热式MEMS微镜阵列的封装，会存在良率低、成本高和芯片破碎率高的问题。例如电热式MEMS微镜8X8阵列的焊盘数量为256个，假设TSV技术的良率≤99.5%，那么256个焊盘至少存在1个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在1个焊盘失效，整个产品就不能正常使用。TSV技术应用在电热式MEMS微镜阵列中，不仅成本高，且良率低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：如何降低微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。
本发明的技术方案是：一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
本发明的优点和技术效果：本申请通过直接键合多层布线的圆片和微镜阵列圆片的方式，减少了常规TSV或Bonding工序，降低了微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。
附图说明
图1：实施例1所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。
图2：实施例1所述的热驱动MEMS微镜单元1。
图3：实施例2选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
图4：实施例2在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
图5：实施例2选择圆片作为基底3的步骤。
图6：实施例2在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
图7：实施例2将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片5的步骤。
图8：实施例2去除第一新圆片5的底硅层5-1的步骤。
图9：实施例2去除第一新圆片5的底硅层5-1和氧埋层5-2的步骤。
图10：实施例2在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1（对照图8）的步骤。
图11：实施例2在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1（对照图9）的步骤。
图12：实施例2图形化顶硅层5-3（对照图10）的步骤。
图13：实施例2图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3（对照图11）的步骤。
图14：实施例3选择圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
图15：实施例3在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
图16：实施例3选择圆片作为基底3的步骤。
图17：实施例3在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
图18：实施例3将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片6的步骤。
图19：实施例3减薄第二新圆片6背面至设定厚度的步骤。
图20：实施例3在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1的步骤。
图21：实施例3图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3的步骤。
图22：实施例4所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。
图23：实施例4所述的热驱动MEMS微镜单元1。
图24：实施例4选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
图25：实施例4在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
图26：实施例4释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态的步骤。
图27：实施例4选择圆片作为基底3的步骤。
图28：实施例4在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
图29：实施例4将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片7的步骤。
图30：实施例4去除第三新圆片7的底硅层7-1的步骤。
图31：实施例4去除第三新圆片7的底硅层7-1和氧埋层7-2的步骤。
图32：实施例4在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1（对照图30）的步骤。
图33：实施例4在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1（对照图31）的步骤。
图34：实施例4图形化顶硅层7-3（对照图33）的步骤。
图35：实施例4图形化氧埋层7-2和顶硅层7-3（对照图34）的步骤。
图36：实施例5选择圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
图37：实施例5在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
图38：实施例5释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态的步骤。
图39：实施例5选择圆片作为基底3的步骤。
图40：实施例5在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
图41：实施例5将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片8的步骤。
图42：实施例5减薄第四新圆片8背面至设定厚度的步骤。
图43：实施例5在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1的步骤。
图44：实施例5图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3的步骤。
图中，1是热驱动MEMS微镜单元，1-1是镜面，1-1-1是反射层，1-2是驱动臂，1-3是镜框，1-4是上层PAD，1-5是器件层电引线，2是布线层，2-1是下层PAD2-1，2-2是多层电引线，2-3是边沿PAD，3是基底，4是微镜阵列基底，5是第一新圆片，5-1是底硅层，5-2是氧埋层，5-3顶硅层，6是第二新圆片，7是第三新圆片，7-1是底硅层，7-2是氧埋层，7-3顶硅层，8是第四新圆片。
具体实施方式
一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
优选的，该镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。
优选的，该驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线1-5电连接。
优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的。
优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是不连续的。
优选的，M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。
一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤：
1）选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层4-3；
2）在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）选择圆片作为基底3；
4）在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
5）将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片5；
6）去除第一新圆片5的底硅层5-1，或去除第一新圆片5的底硅层5-1和氧埋层5-2；
7）在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
8）图形化顶硅层5-3，或图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1）选择圆片，作为微镜阵列基底4；
2）在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）选择圆片作为基底3；
4）在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
5）将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片6；
6）减薄第二新圆片6背面至设定厚度；
7）在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化形成镜面1-1的反射层1-1-1；
8）图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部。
一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1）选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层4-3；
2）在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4）选择圆片作为基底3；
5）在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
6）将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片7；
7）去除第三新圆片7的底硅层7-1，或去除第三新圆片7的底硅层7-1和氧埋层7-2；
8）在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
9）图形化顶硅层7-3，或图形化氧埋层7-2和顶硅层7-3，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
优选的，该驱动臂（1-2）中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
优选的，该驱动臂（1-2）中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1）选择圆片，作为微镜阵列基底4；
2）在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4）选择圆片作为基底3；
5）在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
6）将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片8；
7）减薄第四新圆片8背面至设定厚度；
8）在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
9）图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
实施例1
如图1、图2所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
该镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。
该驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线1-5电连接。
该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的，也可以是不连续的。
M和N可以均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。
驱动臂可以是正反叠放Bimorph级联而成，如专利CN 103091835 B。驱动臂也可以通过热膨胀系数不同的材料叠层而成，可以实现微镜的大角度或者大位移驱动。同时，驱动臂可嵌入式电阻层，可以实现低电压驱动，见专利CN 203101727 U。驱动臂还可以是LSF结构，包括多段Bimorph结构和直梁构成，也可以是S结构，S结构由正反叠放Bimorph级联而成，包括正向叠放的Bimorph、反向叠放的Bimorph和三明治结构。其中正向叠放或者反向叠放Bimorph结构可包括多层复合材料，采用嵌入式电阻层，其中优选驱动臂末端带有热隔离结构。其中的Bimorph的两层主要材料可以用二氧化硅和铝，也可以用铜和钨，还可用二氧化硅和铜，多晶硅和铜等；电阻层可采用多晶硅、铂、钨、钛、铝等。各个导电层之间的绝缘或电隔离可采用二氧化硅、氮化硅等。
所述驱动臂包含多层薄膜，其中变形Bimorph结构其厚度范围是0.5um~4um，隔离层其厚度范围0.01um~0.5um，加热器其厚度范围0.01um~0.3um。优选的，Al和SiO2厚度分别为1um，1.1um，隔离层厚度0.1um，加热器厚度0.2um。
所述镜面，包括镜面反射层和镜面支撑，反射层厚度范围30nm~500nm，镜面支撑厚度范围10um~50um；优选的，金属反射层厚度100nm，镜面支撑厚度20um；
实施例2
本实施例是实施例1的制造方法，选择SOI圆片作为微镜基底4。
如图3～图11所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤：
1）如图3所示，选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层4-3。
2）如图4所示，在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5。驱动臂包含分别生长刻蚀金属结构层以及电隔离层和加热层，金属生长方式可以是溅射，蒸发，绝缘材料生长方式可以是化学气相沉积，物理气相沉积，刻蚀可以是湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
3）如图5所示，选择圆片作为基底3。圆片可采用普通硅片，或者玻璃片作为基底材料，优选为硅片。
4）如图6所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2。由于微镜阵列中独立电引线较多，为了将引线引至边缘，中间驱动引线引出过程，会与边缘引线会存在交叉，这里采用多层布线的方式，反复淀积金属层与电隔离层，通过开Via通孔，制作引线至芯片边缘。引线制作材料为金属材料，生长方式可以使物理气相沉积，化学气相沉积，电镀，电隔离层为绝缘材料，生长方式可以使物理气相沉积，化学气相沉积，电镀。刻蚀可以是湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
5）如图7所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片5。键合方式是金属共晶键合。
6）如图8所示，去除第一新圆片5的底硅层5-1，或如图9所示，去除第一新圆片5的底硅层5-1和氧埋层5-2。去除方式可以是机械减薄，湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
7）如图10或图11所示，在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；淀积材料可以是Au，Al等，淀积方式可以是蒸发，也可以是溅射，该金属层作为微镜镜面，图形化方法可以是干法刻蚀，也可以是湿法刻蚀，也可以采用剥离工艺。
8）如图12所示，图形化顶硅层5-3，或如图13所示图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
实施例3
本实施例是实施例1的制造方法，选择圆片作为微镜基底4。
如图14～图21所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤：
1）如图14所示，选择圆片，作为微镜阵列基底4；
2）如图15所示，在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）如图16所示，选择圆片作为基底3；
4）如图17所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
5）如图18所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片6；
6）如图19所示，减薄第二新圆片6背面至设定厚度；
7）如图20所示，在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
8）如图21所示，图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部，镜面1-1上部表面处于驱动臂1-2上方，驱动臂1-2不占据表面面积。该结构布置使得芯片镜面面积与整个芯片面积之比更大，即是芯片填充率更大。同时，驱动臂1-1与镜面连接于腔体内部，更容易得到保护。
如图22、图23所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部。
实施例5
本实施例是实施例4的制造方法，选择SOI圆片作为微镜基底4。
如图24～35所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1）如图24所示，选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层4-3；
2）如图25所示，在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）如图26所示，释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态。释放的方式可以是DRIE各向同性刻蚀，XeF2刻蚀，湿法刻蚀，释放后驱动臂1-1处于悬浮状态，驱动臂一端连接镜面下部，一端连接至衬底2上，且处于镜面1-1下部，镜面1-1目前没有被释放，与衬底2连接，释放驱动臂1-1的优选方法是DRIE各向同性刻蚀和XeF2刻蚀。
4）如图27所示，选择圆片作为基底3；
5）如图28所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
6）如图29所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片7；
7）如图30所示，去除第三新圆片7的底硅层7-1，或如图31所示，去除第三新圆片7的底硅层7-1和氧埋层7-2；
8）如图32或图33所示，在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
9）如图34所示，图形化顶硅层7-3，或如图35所示图形化氧埋层7-2和顶硅层7-3，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
实施例6
本实施例是实施例4的制造方法，选择圆片作为微镜基底4。
如图36～44所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤：
1）如图36所示，选择圆片，作为微镜阵列基底4；
2）如图37所示，在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5；
3）如图38所示，释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4）如图39所示，选择圆片作为基底3；
5）如图40所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2；
6）如图41所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片8；
7）如图42所示，减薄第四新圆片8背面至设定厚度；
8）如图43所示，在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1；
9）如图44所示，图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，将阵列引线引至边缘，解决了引线问题，避免利用TSV圆片进行键合，减少了工艺步骤，降低了成本。
本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，背面采用DRIE 释放，驱动臂底部硅可完成被刻蚀，undercut量也能够得到很好的控制。
本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，引线至底部便于后续进行真空，气密封装。

Claims (18)

1.一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元(1)、布线层(2)和基底(3)，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元(1)包括镜面(1‐1)、驱动臂(1‐2)、镜框(1‐3)、上层PAD(1‐4)和器件层电引线(1‐5)，布线层(2)包括下层PAD(2‐1)、多层电引线(2‐2)和边沿PAD(2‐3)，驱动臂(1‐2)通过器件层电引线(1‐5)连接到上层PAD(1‐4)，上层PAD(1‐4)和下层PAD(2‐1)键合在一起，下层PAD(2‐1)通过多层电引线(2‐2)连接到边沿PAD(2‐3)上，布线层(2)置于基底(3)上，镜面(1‐1)通过驱动臂(1‐2)连接在镜框(1‐3)上，上层PAD(1‐4)置于镜框(1‐3)的底面，所述多层电引线(2‐2)包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂(1‐2)位于镜面(1‐1)的侧面。
2.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1‐2)位于镜面(1‐1)的下部。
3.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述镜面(1‐1)为正方形、长方形、圆形、椭圆形中的一种，镜面为正方形或长方形时由4组驱动臂(1‐2)在所述镜面(1‐1)的4个边支撑，镜面为圆形或椭圆形时由4组驱动臂(1‐2)在所述镜面(1‐1)周边的4个点支撑。
4.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1‐2)包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线(1‐5)电连接。
5.根据权利要求4所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂(1‐2)的每一层是连续的或不连续的。
6.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。
7.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底(4)，该SOI圆片包括底硅层(4‐1)、氧埋层(4‐2)和顶硅层(4‐3)；
2)在顶硅层(4‐3)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1‐2)、上层PAD(1‐4)和器件层电引线(1‐5)；
3)选择圆片作为基底(3)；
4)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2)；
5)将基底(3)上的下层PAD(2‐1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(1‐4)进行键合，形成第一新圆片(5)；
6)去除第一新圆片(5)的底硅层(5‐1)，或去除第一新圆片(5)的底硅层(5‐1)和氧埋层(5‐2)；
7)在顶硅层(5‐3)的表面淀积金属层并图形化，形成镜面(1‐1)的反射层(1‐1‐1)；
8)图形化顶硅层(5‐3)，或图形化氧埋层(5‐2)和顶硅层(5‐3)，形成镜面(1‐1)和镜框(1‐3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
8.根据权利要求7所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐二氧化硅‐铝‐二氧化硅构成。
9.根据权利要求7所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐铜‐钛‐二氧化硅‐钨‐二氧化硅构成。
10.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1)选择圆片，作为微镜阵列基底(4)；
2)在微镜阵列基底(4)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1‐2)、上层PAD(1‐4)和器件层电引线(1‐5)；
3)选择圆片作为基底(3)；
4)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2)；
5)将基底(3)上的下层PAD(2‐1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(1‐4)进行键合，形成第二新圆片(6)；
6)减薄第二新圆片(6)背面至设定厚度；
7)在第二新圆片(6)的正面淀积金属层并图形化形成镜面(1‐1)的反射层(1‐1‐1)；
8)图形化第二新圆片(6)的正面，形成镜面(1‐1)和镜框(1‐3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
11.根据权利要求10所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐二氧化硅‐铝‐二氧化硅构成。
12.根据权利要求10所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐铜‐钛‐二氧化硅‐钨‐二氧化硅构成。
13.根据权利要求2所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底(4)，该SOI圆片包括底硅层(4‐1)、氧埋层(4‐2)和顶硅层(4‐3)；
2)在顶硅层(4‐3)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1‐2)、上层PAD(1‐4)和器件层电引线(1‐5)；
3)释放驱动臂(1‐2)，使驱动臂(1‐2)处于悬浮状态；
4)选择圆片作为基底(3)；
5)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2)；
6)将基底(3)上的下层PAD(2‐1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(1‐4)进行键合，形成第三新圆片(7)；
7)去除第三新圆片(7)的底硅层(7‐1)，或去除第三新圆片(7)的底硅层(7‐1)和氧埋层(7‐2)；
8)在顶硅层(7‐3)的表面淀积金属层并图形化，形成镜面(1‐1)的反射层(1‐1‐1)；
9)图形化顶硅层(7‐3)，或图形化氧埋层(7‐2)和顶硅层(7‐3)，形成镜面(1‐1)和镜框(1‐3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
14.根据权利要求13所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐二氧化硅‐铝‐二氧化硅构成。
15.根据权利要求13所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐铜‐钛‐二氧化硅‐钨‐二氧化硅构成。
16.根据权利要求2所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1)选择圆片，作为微镜阵列基底(4)；
2)在微镜阵列基底(4)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1‐2)、上层PAD(1‐4)和器件层电引线(1‐5)；
3)释放驱动臂(1‐2)，使驱动臂(1‐2)处于悬浮状态；
4)选择圆片作为基底(3)；
5)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2)；
6)将基底(3)上的下层PAD(2‐1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(1‐4)进行键合，形成第四新圆片(8)；
7)减薄第四新圆片(8)背面至设定厚度；
8)在第四新圆片(8)的正面淀积金属层并图形化，形成镜面(1‐1)的反射层(1‐1‐1)；
9)图形化第四新圆片(8)的正面，形成镜面(1‐1)和镜框(1‐3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
17.根据权利要求16所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐二氧化硅‐铝‐二氧化硅构成。
18.根据权利要求16所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1‐2)中的一段依次由二氧化硅‐钛‐铜‐钛‐二氧化硅‐钨‐二氧化硅构成。
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