CN108249387B - 具有可移动结构的微机电设备及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有可移动结构的微机电设备及其制造工艺。该微机电设备(20)在覆盖并键合至第二晶片(70)的第一晶片(40)中形成。固定部分(91)、可移动部分(92)以及将该可移动部分和该固定部分弹性耦合的弹性元件在该第一晶片中形成。该可移动部分承载致动元件(60)，这些致动元件被配置成用于控制该可移动部分相对于该固定部分的相对移动，例如，旋转。该第二晶片通过该第一晶片的突起(66)键合至该第一晶片，这些突起是通过选择性地移除半导体层(43)的一部分而形成的。对由该第一和第二晶片形成的复合晶片进行切割以形成多个MEMS设备。

Description

具有可移动结构的微机电设备及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种具有可移动结构的微机电设备(具体地为微反射镜)，并且具体地涉及其制造工艺。
背景技术
MEMS(微机电系统)设备已知具有使用半导体材料技术制造的反射镜结构。
这些MEMS设备例如在用于光学应用的便携式装置(比如，便携式计算机、膝上型电脑、笔记本计算机(包括超薄笔记本计算机)、 PDA、平板计算机、蜂窝电话以及智能电话)中，具体地用于以期望的形式引导光源生成的光束。
就面积和厚度而言，这些设备由于其较小尺寸而能够满足关于空间占用的严格要求。
例如，微机电反射镜设备用于能够在一定距离处投影图像或者能够生成期望的光图案的微型投影仪模块(所谓的微微投影仪)中。
微机电反射镜设备通常包括反射镜元件，该反射镜元件悬挂在空腔上方并且由半导体材料本体制成为可移动(通常具有倾向/倾斜或旋转移动)用于以期望的方式引导入射光束。
例如，图1示意性地示出了微微投影仪9，该微微投影仪包括：光源1(通常为激光源)，生成由三个单色束组成的光束2，每个基本颜色一个单色束，该单色束穿过仅示意性地示出的光学系统3，在显示器6的方向上通过反射镜元件5被偏转。在所示出的示例中，反射镜元件5为二维型，被驱动以便围绕垂直轴线V和水平轴线H转动。如图2中所示，反射镜元件5围绕垂直轴线V的旋转生成快速水平扫描。反射镜元件5围绕垂直于垂直轴线V的水平轴线B的旋转生成慢速垂直扫描(通常为锯齿型)。
在图1的系统的不同实施例中，该系统包括两个微反射镜，依次安排在光束2的路径上，每个微反射镜能够围绕自身轴线旋转；即，一个微反射镜可围绕水平轴线H旋转，并且另一个微反射镜可围绕垂直轴线V旋转，以便生成与图2所示相同的扫描方案。
微反射镜系统的另一个应用是3D手势识别系统。这些系统通常使用微微投影仪和图像采集设备(如相机)。这里的光线可以在可见光、不可见光的范围内或在任何有用的频率处。用于此应用的微微投影仪可以类似于图1的微微投影仪9，并且微反射镜5所偏转的光束 2用于在两个方向上对物体进行扫描。例如，该微微投影仪可以在物体上投射小的条带。物体的任何突出区域或凹陷区域(归因于其深度) 在由相机检测到的光线中产生变形，这可以由用于检测第三维度的合适的电子设备进行处理。
在这两种情况下，利用所考虑的技术，通过致动系统驱动反射镜元件的旋转，该致动系统通常为静电型、磁性型或压电型。
图3示出了具有通用致动的双轴型反射镜元件5。这里，裸片10 包括悬挂区域11，该悬挂区域在衬底(不可见)上方延伸并且承载反射表面14。悬挂区域11由悬挂框架13通过具有弹性可变形部分的第一对臂12来支撑，该弹性可变形部分形成第一扭转弹簧。第一臂12 在悬挂区域11的相反方向上延伸并且限定反射镜元件5的旋转轴线V。悬挂框架13经由具有弹性可变形部分的第二对臂16连接至裸片 10的固定外围部分15，该弹性可变形部分形成第二扭转弹簧并且使悬挂框架13和悬挂区域11能够围绕水平轴线B旋转。第一致动结构 18A(仅示意性示出并具有静电型、磁性型或压电型)耦合至第一臂 12或悬挂区域11，并且被配置成用于根据第一电驱动信号使第一臂 12围绕垂直轴线V(平行于笛卡尔参考系XYZ的轴线X)进行旋转致动移动。第二致动结构18B(仅示意性示出并具有静电型、磁性型或压电型)耦合至第二对臂16或悬挂框架13，并且被配置成用于根据第二电驱动信号使第二对臂16围绕水平轴线H(平行于笛卡尔参考系XYZ的轴线Y)进行旋转致动移动。
反射镜元件5围绕垂直轴线V的引起水平扫描的旋转以一般为± 12°的角度发生，并且反射镜元件5围绕水平轴线H的引起垂直扫描的旋转以一般为±8°的角度发生。
为了保证适当的操作，反射镜元件5的角位置一般经由感测元件来控制。事实上，由于生产批量的可变性、组装不精确、或不同的操作条件(诸如温度或老化)，结构的物理特性或电气特性的微小偏差可能导致在发射光束的方向上相当大的错误。
为此，微反射镜元件的角位置的传感器一般集成在裸片10中。通常，这些传感器基于电容或压电原理。
目前，需要具有越来越高的光学分辨率的MEMS微反射镜。由于光学分辨率与反射表面的尺寸有关，因此这个需求导致需要越来越大的反射表面，高达7mm。
然而，在添加到由反射表面占用的空间中的是集成在同一裸片中的致动元件、位置传感器以及可能的其他驱动元件、控制元件和管理元件所需的空间的情况下，这需要相当大且令人不希望的增大设备的整体尺寸。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服现有技术的缺点的微机电设备以及一种相应的制造工艺。
根据本发明，提供了一种微机电设备及其制造工艺，如所附权利要求书中所限定的。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：
-图1是微微投影仪的示意性表示；
-图2示出了由图1的微微投影仪生成的图像在显示器上的投影方案；
-图3是微电子微反射镜设备的简化俯视平面图；
-图4是本设备的示意性横截面；
-图5是图4的设备的简化仰视透视图；
-图6A至图6K是穿过在本设备的实施例的连续制造步骤中的硅晶片的横截面；
-图7A至图7H是在本设备的另一个实施例的连续制造步骤中的硅晶片的横截面；
-图8A至图8K是在本设备的不同实施例的连续制造步骤中的硅晶片的横截面；
-图9是本MEMS设备的第一本体的俯视平面图；
-图10是使用本MEMS设备的微微投影仪的框图；以及
-图11和图12示出了在图9的微微投影仪与便携式电子装置之间的不同耦合。
具体实施方式
在以下描述中，将描述实施例，其中，微反射镜仅围绕一个轴线并且更精确地垂直轴线而旋转。然而，可以以简单的方式对它们进行修改以用于两轴检测。
图4和图5是形成微反射镜的MEMS设备20的示意性图示。 MEMS设备20形成在包括第一本体23和第二本体24的裸片22中。第一本体23包括：固定部分25，该固定部分容纳或承载位置感测结构31以及可能的其他驱动元件、供应元件和控制元件32；以及可移动部分26(例如，框架形状的)，该可移动部分围绕固定部分25并且承载致动元件30。固定部分25和可移动部分26经由弹性元件27 连接在一起，这些弹性元件允许可移动部分26根据一个或多个期望的自由度而进行移动。
致动元件30形成致动结构的一部分，该致动结构以本身已知的方式可以是：磁性型(在这种情况下，致动元件30可以包括线圈，该线圈被配置成用于耦合至在MEMS设备20外部的磁性结构)；静电型(在这种情况下，致动元件30可以包括可移动电极，该可移动电极电容性地耦合至在固定部分25上形成的固定电极)；或者压电型(在这种情况下，致动元件30可以包括压电区域，该压电区域使可移动部分26在被供应电流时发生受控变形)。
在所考虑的情况下，可移动部分26可围绕与笛卡儿坐标系XYZ 的轴线X平行的轴线W定向(即，其可以倾斜)，并且弹性元件27 是扭杆。这里，第二本体24(在图5的重影视图中示出)承载反射表面33(为清晰起见未在图5中示出)，并且经由被键合至第二本体 24的突起34固定至第一本体23。突起34例如是圆柱，整体从第一本体23的可移动部分26朝向第二本体24延伸。突起34形成机械连接结构，这些机械连接结构将由致动元件30生成的旋转移动传送至第二本体24并且因此传送至反射表面33。由此，例如，倾斜部分26 围绕平行于轴线X的轴线W(例如，图1和图3中的垂直轴线V) 进行的、由致动元件30生成的旋转移动被传递至反射表面33。
在设备20中，致动元件30、感测元件31以及可能的其他驱动元件、供应元件和控制元件42形成在第一本体23中，在其体内(在与笛卡尔坐标系XYZ的平面XY平行的平面中)。因此，设备20在方向X和Y上的整体尺寸基本上仅由反射表面33的平面尺寸(其可以被最大化)来确定。
具有磁性、静电和压电致动的设备20的实施例分别在图6A至图 6J、图7A至图7G以及图8A至图8J中示出。这些图示出了容纳MEMS 设备的多个部分的晶片。在半导体技术中，以本身已知的方式，对晶片的其他部分同时进行处理以便形成被安排成彼此相邻的多个MEMS设备，这些MEMS设备然后通过划片而被分离，如图6K、图 7H和图8K中所示。
在图6A至图6K中示出并且在下文中描述了具有磁性致动的 MEMS设备的示例性制造工艺。
在图6A中，第一结构晶片40包括层堆叠44，该层堆叠包括第一半导体层41(例如，采用具有厚度例如为600μm至700μm的单晶硅)、绝缘层42(例如，采用具有厚度大约为1μm的氧化硅)以及第二半导体层43(例如，采用具有厚度例如为20μm至60μm的单晶硅)。层堆叠44具有由第二半导体层43形成的第一表面44A、以及由第一半导体层41形成的第二表面44B。氧化物层49可以在层堆叠44的第二表面44B上延伸。层堆叠44例如是SOI(绝缘体上硅) 衬底。第一结构晶片40初始地被处理以便通过穿过堆叠44的第一表面44A在第二半导体层43中形成掺杂区域来产生感测结构。为此，并且以未示出的方式，第一种类型(例如，磷，当第二层43为P型时)的第一掺杂离子种类被选择性地植入，从而形成压敏电阻器45 (示出了其中之一)。第一种类型的第二掺杂离子种类被选择性地植入以便形成与压敏电阻器45(示出了其中之一)相邻的压敏电阻器接触区域46。第二种类型(例如，硼)的第三掺杂离子种类被选择性地植入以便形成衬底接触区域47(示出了其中之一)。然后，第一电介质层例如通过沉积形成在层堆叠44的第一表面44A上。该第一电介质层例如是氧化硅或氮化物，并且还被称为预金属电介质层48。在压敏电阻器接触区域46和衬底接触区域47的上方选择性地移除预金属电介质层48以便形成第一开口50和第二开口51。
接下来，图6B，通过沉积金属层(例如，铝或金)、掩模并限定金属层在开口50、51中形成接触区域。因此，在第一开口50中形成与压敏电阻器接触区域46直接电接触的电阻器触点52(示出了其中之一)，并且在第二开口51中形成与衬底接触区域47直接电接触的衬底触点53(示出了其中之一)。然后，第二电介质层(也被称为金属间电介质层55)例如通过沉积而形成。在衬底触点53上方选择性地蚀刻并移除金属间电介质层55以形成第三开口56。进一步地，选择性地蚀刻并移除金属间电介质层55和预金属电介质层48以便形成结构限定通孔57和分离通孔58，这些通孔延伸远至第二半导体层 43。限定通孔57随后用于在第一结构晶片40中对致动元件进行限定，并且因此其几何结构遵循待形成的致动元件，而分离通孔58旨在在晶片中简化对不同MEMS设备的划片，并且由此分离相邻MEMS设备的结构，如下文所解释的。
接下来，图6C，形成磁性致动元件以及相应的电连接。为此，沉积晶种层，形成掩模(未示出)，限定该晶种层，并且电镀生长金属，以便在金属间电介质层55上形成线圈60(图6C示出了其一些匝数的横截面)。线圈60形成于第二半导体层43的旨在形成图4和图5的设备20的可移动部分26的一部分上。经由类似的处理步骤(包括形成晶种区域和厚生长)，互连区域61(仅部分地示出其中之一) 被形成并且部分在第三开口56中延伸并且部分在金属间电介质层55 上方延伸。这两个电镀生长使得能够形成厚金属区域，针对线圈60 和互连区域61，在材料、厚度以及电气特性方面以差异化的方式对每个厚金属区域进行优化。例如，线圈60的材料可以是铜，铜在可获得生长厚度、电阻率以及成本方面具有合适的特性，而互连区域61 (其也可以包括接触焊盘，不可见)可以由包括金的层堆叠形成。应注意的是，形成线圈60和互连区域61的顺序并不重要，并且它们可以以相对于上述方式相反的顺序形成。
然后，图6D，层堆叠44的第一层41被薄化。为此，第一支撑晶片63预先通过第一临时键合层64被键合至金属间电介质层55。第一支撑晶片63具有保护和加固功能，并且可以是单晶硅晶片。如下文进一步详细讨论的，第一临时键合层64可以由允许简单键合并且然后在足够低而不损坏同时形成的部件的温度下释放的任何材料制成。例如，第一临时键合层64可以是有机粘合层，例如具有以本身已知的方式通过旋涂而施加的碳基。在键合第一支撑晶片63之后，层堆叠44的第一层41被薄化(例如通过研磨)，从而使得层堆叠44 的整体厚度为100μm至150μm。然后优选的实施抛光蚀刻。
接下来，图6E，层堆叠44的第一层41和绝缘层42通过掩模和蚀刻而被选择性地移除以便形成反射镜支撑区域66。如下文讨论的，反射镜支撑区域66的目的是支撑并且将致动传送至成品MEMS设备的反射表面。应注意的是，在图6E中，反射镜支撑区域66通过分离通孔58被安排在垂直线的相反侧，从而简化了MEMS设备的分离过程，如下文阐明的。
同时，在图6A至图6E的步骤之前或之后，对第二结构晶片70 进行处理(图6F)。第二结构晶片70包括具有第一表面71A的衬底 71(例如，由单晶硅制成)。可替代地，第二结构晶片70可以包括 SOI衬底或包括衬底的层堆叠、氧化物层以及外延生长的多晶硅层。反射层已经被沉积在衬底71的第一表面71A上并被限定，以形成例如由金属材料(诸如铝、金、银、铂或其合金)构成的反射区域73。此外，在示例中，涂层75已经被沉积在反射区域73上并被限定；例如，氧化硅保护层或反射率增大层(诸如，由具有与低折射率层交替的高折射率层形成的多层)，即使这不是必需的。可替代地，反射区域73由层堆叠形成的电介质材料形成，该层堆叠包括与低折射率层交替的高折射率层。
在图6F中，第二支撑晶片76(例如，由单晶硅制成)已经利用第二临时键合层77被键合在第二结构晶片70上。第二临时键合层77 被施加在衬底71的第一表面71A上和保护涂层75上，并且可以例如是热释放型的胶带，优选的由不同于第一临时键合层64的具有软化特性的材料制成，从而使得第一支撑晶片63和第二支撑晶片77的剥离在不同的时间发生，如下文讨论的。
如图6G中所示，衬底71然后被薄化(例如，通过研磨以及随后的通过化学蚀刻或化学/机械处理的抛光)，直到厚度小于120μm。衬底71因此具有其上印刻有粘合区域80的第二表面71B。粘合区域 80允许永久性键合，可在低温下激活，而不会损坏第一临时键合层 64和第二临时键合层77。为此，例如，印刻环氧树脂胶使用与用于裸片附着相同的材料，通常用于半导体设备中，具体地用于MEMS 设备中。
然后，图6H，第一结构晶片40和第二结构晶片70通过粘合区域80被键合。具体地，粘合区域80被安排成与反射镜支撑区域66 对准，后者该反射镜支撑区域被键合至衬底71的第二表面71B。由此形成复合晶片85。
在图6I中，在中等温度(例如，在140℃)下通过实施热处理并且然后进行清洁处理来剥离第一支撑晶片63。
在图6J中，对MEMS设备的致动元件进行限定，并且实施对 MEMS设备的分离步骤的第一部分。具体地，使用掩模(未示出)，在结构限定通孔57和分离通孔58的下面蚀刻并移除层堆叠44的第二半导体层43(从而将可移动部分26与图4和图5的设备20的固定部分25分离)。由于(在第一结构晶片40中并且精确地在第二半导体层43中形成的)相邻MEMS设备的第一本体23(图4和图5)的结构的分离基于光刻技术，因此可以以特别精确的方式来实施该分离，从而对MEMS设备的分离可以得到优化且是有效的，如下文更详细讨论的。
然后在比移除第一支撑晶片63时更高的温度(例如，在160℃) 下通过热处理并且然后进行清洁处理来移除第二支撑晶片76。应注意的是，可以以相反的顺序来执行对第一支撑晶片63和第二支撑晶片 76的去除，合理选择第一临时键合层64和第二临时键合层77的材料，在任何情况下确保对复合晶片85的处理。
接下来，图6K，例如使用刀片将复合晶片85划片成单独的设备 90(单片化步骤)。由于覆盖结构已经被划片(由于选择性地移除第一层41的部分，同时对反射镜支撑区域66进行限定(如参照图6E 所解释的)并且对第二层43进行分离(如参照图6B和图6J所解释的))，因此优选地从以下通过划片衬底71并分离设备90来实施沿着与分离通孔58大致对准的划线86的划片。
以此方式，以简化的方式示出并且为了清晰起见忽略了图6A至图6J中可见的一些区域，形成多个设备90。每个MEMS设备90具有固定区域91，其容纳例如用于感测结构的压敏电阻器45(简化表示)、围绕支撑区域91并通过弹性元件(未示出)连接至该支撑区域的致动框架92、以及形成在衬底71中并承载对应反射区域73的倾斜结构93。线圈60在制动框架92上延伸，连接至电源以及控制电路 (未示出)，并且以本身已知的方式形成于在设备90内部和/或在单独的控制设备(未示出)(例如ASIC)中。
在图7A至图7H中示出并且在下文描述了用于制造图4的具有静电致动的MEMS设备20的工艺的实施例。
在图7A中，第一结构晶片140包括层堆叠144，该层堆叠类似于图6A的层堆叠44并且包括第一半导体层141、绝缘层142以及第二半导体层143。层堆叠144具有由第二半导体层143形成的第一表面144A、以及由第一半导体层141形成的第二表面144B。氧化物层 149可以在层堆叠144的第二表面144B上延伸。通过沉积金属层、掩模并限定金属层，初始地处理第一结构晶片140以形成接触区域和互连，从而获得用于在第二半导体层143上进行驱动和感测的触点和接触焊盘152(在图7A中以简化的方式示出)。
在图7B中，层堆叠144的第一层141被薄化，如参照图6D所描述的。为此，第一支撑晶片163通过第一临时键合层164被键合至第二半导体层143。层堆叠144的第一层141然后被薄化(例如通过研磨)从而使得层堆叠144的整体厚度为100μm至150μm，并被抛光。
接下来，图7C，通过掩模和蚀刻选择性地移除层堆叠144的第一层141和绝缘层142，以形成反射镜支撑区域166，该反射镜支撑区域如图6E的反射镜支撑区域66具有支撑功能和移动传送功能。
同时，在图7A至图7C的步骤之前或之后，对第二结构晶片170 (图7D)进行处理。第二结构晶片170类似于图6F至图6G的第二结构晶片70，并以相同的方式被处理。具体地，在衬底171的第一表面171A上已形成反射区域173，并且在反射区域173上已形成保护涂层175。已经使用被施加在衬底171的第一表面171A上和保护层 175上的第二临时键合层177将第二支撑区域176键合在第二结构晶片170上。衬底171已被薄化，并且粘合区域180已被印刻在衬底171 的第二表面171B上。
然后，图7E，并且如在图6H中，第一结构晶片140和第二结构晶片170通过粘合区域180被键合在一起。并且在此，粘合区域180 大致与反射镜支撑区域166对准，并且该反射镜支撑区域被键合至衬底171。由此形成复合晶片185。
在图7F中，在中等温度(例如在140℃)下通过热处理并且然后进行清洁来剥离第一支撑晶片163。
接下来，图7G，限定MEMS设备(转子)的静电致动元件，并且实施对MEMS设备进行分离的第一部分。具体地，以本身已知的方式，使用掩模(未示出)，层堆叠144的第二半导体层143被蚀刻并移除以形成对可移动部分24、弹性元件27(图4和图5)以及致动结构的元件(其整体上由160表示)进行分离和限定的沟槽181。致动结构160可以是任何已知的类型，例如梳式驱动结构类型。在相同的步骤中，形成分离贯穿通孔158，类似于图6J的分离通孔58。
接下来，在比剥离第一支撑晶片163期间更高的温度下通过进行热处理并且然后进行清洁来剥离第二支撑晶片176。
接下来，图7H，例如使用刀片将复合晶片185切割成单独的设备190(单片化步骤)。由于覆盖结构已经由于第二层143的分离而被划片(如参照图7G所解释的并且参照图6K所讨论的)，因此优选地从以下实施沿着划线186的划片，对与分离贯穿通孔158大致对准的衬底171进行切并分离设备190。
以此方式，为了清晰起见，以简化的方式示出，形成多个设备190。每个MEMS设备190具有固定区域191，其承载例如触点152(简化表示)、围绕固定区域191并通过弹性元件(未示出)连接至该固定区域的致动框架192、以及形成在衬底171中并承载对应反射区域173 的倾斜结构193。触点152使得致动结构160(并且在此形成感测元件)的元件能够与驱动和控制电路(未示出)电连接，该驱动和控制电路以本身已知的方式设置在设备190中和/或在单独的控制设备(未示出)中，例如ASIC。
在图8A至图8K中示出并在下文中描述了用于制造具有压电致动的MEMS设备20的工艺的实施例。应注意的是，这些图是沿着不同的截面线截取的横截面，图9中所显示的，其是第一本体23(具有形成在第一晶片中的结构)的示意性俯视图，如每次详细描述的。
在沿着图9的截面线A-A截取的图8A中，第一结构晶片240包括类似于图6A的层堆叠44的层堆叠244，并且包括第一半导体层 241、绝缘层242以及第二半导体层243。层堆叠244具有由第二半导体层243形成的第一表面244A、以及由第一半导体层241形成的第二表面244B。氧化物层249在层堆叠244的第二表面244B上方延伸。参考标记259在氧化物层249中形成，并且感测结构(如参照图6A 所描述的)在第一结构晶片240中形成。具体地，压敏电阻器245、压敏电阻器接触区域246以及衬底接触区域247在第二半导体层243 中形成，如参照图6A所描述的。预金属电介质层248被沉积在第一表面244A上。
接下来，同样是沿着图9的截面线A-A截取的图8B，形成压电致动元件260以及相应的电连接。为此，金属(诸如钛(Ti)或铂(Pt)) 的底部电极层250、压电层251(例如具有锆钛酸铅(PZT)的基体的陶瓷)以及顶部电极层252(例如钌(Ru))依次被沉积。然后，经由第一光刻限定，对顶部电极层252和压电层251进行蚀刻和限定以形成顶部电极254和压电区域255。通过第二光刻限定，对底部电极层253进行蚀刻和限定以形成底部电极255。
接下来，同样是沿着图9的截面线A-A截取的图8C，形成用于保护压电致动元件260的结构。为此，(例如采用氮化硅的)钝化层 261被沉积，并且钝化层261通过掩模和蚀刻被打开，以形成达到压电致动结构260的顶部电极253和底部电极254的电极通孔232。
然后，同样是沿着图9的截面线A-A截取的图8D，形成接触通孔233、结构限定通孔257以及分离通孔258。接触通孔233在钝化层261中延伸远至压敏电阻接触区域246和衬底接触区域247。结构限定通孔257和分离通孔258在钝化层261中延伸远至第二半导体层243。对于限定通孔57和157，限定通孔257随后用于限定第一结构晶片240中的致动元件，并且因此其几何形状遵循待形成的致动元件的几何形状。
接下来，同样是沿着图9的截面线A-A截取的图8E，金属层(例如铝)被沉积并光刻地限定以形成接触区域、互连和接触焊盘。具体地，致动器触点234在电极通孔232和接触通孔233中形成，并且互连和接触焊盘265在钝化层261的表面261A上形成。
然后，沿着图9的截面线F-F截取的图8F，并且像图6D、图6E、图7B、图7C一样，层堆叠244的第一层241被薄化并图案化。为此，第一支撑晶片263通过第一临时键合层264键合至钝化层261，第一层241与绝缘层242一起被薄化并抛光并被选择性地去除，以形成反射镜支撑区域266。
同时，在图8A至图8F的步骤之前或之后，对第二结构晶片270 进行处理(沿着图9的截面线F-F截取的图8G)。第二结构晶片270 类似于图7D的第二结构晶片170，并以相同的方式被处理。具体地，反射区域273已经形成在衬底271的第一表面271A上。保护涂层275 已经形成。已经使用第二临时键合层277将第二支撑晶片276键合在第二结构晶片270上。衬底271已被薄化，并且粘合区域280已印刻在衬底的第二表面271B上。
接下来，沿着图9的截面线F-F截取的图8H，并且像图7H和图 7E，第一和第二结构晶片240、270通过粘合区域280键合在一起。并且在此，粘合区域280被安排成与反射镜支撑区域266对准，并且该反射镜支撑区域被键合至衬底271。由此形成复合晶片285。
在沿着图9的截面线F-F截取的图8I中，在中等温度下通过热处理并且然后进行清洁来剥离第一支撑晶片63。
在沿着图9的截面线F-F截取的图8J中，限定MEMS设备(转子)的致动元件，并且实施对MEMS设备进行分离的第一部分，如参照图6J所描述的。具体地，在结构限定开口257(因此将可移动部分26与固定部分25分离，图4和图5)和分离通孔258的下面蚀刻并移除层堆叠244的第二半导体层243。
然后，在比剥离第一支撑晶片263更高的温度下通过热处理并且然后进行清洁来剥离第二支撑晶片276。接下来，沿着图9的截面线 F-F截取的图8K，例如使用刀片将复合晶片285划片成单独的设备 290(单片化步骤)。由于覆盖结构已经由于第二层243的分离而被划片(如参照图8J所解释的)，因此从以下通过对与分离贯穿通孔 258大致对准的衬底271进行划片来优选地实施沿着划线286的划片，从而分离设备290。
以此方式，形成多个设备290，以简化的方式示出并且为了清晰起见忽略了压敏电阻器245、压敏电阻器接触区域246、衬底接触区域247以及制动器触点234。每个MEMS设备290具有固定区域291、围绕固定区域291并通过弹性元件(未示出)连接至该固定区域的致动框架292、以及形成在衬底271中并承载对应反射区域273的倾斜结构293。压电致动元件260在制动框架292上方延伸，并且连接至驱动和控制电路(未示出)，该驱动和控制电路以本身已知的方式设置在设备290中和/或单独的控制设备(未示出)中，例如ASIC中。
以此方式，可以形成减小尺寸的MEMS设备，因为致动和感测元件可以在反射表面的上方和下方垂直形成在(在其区域中(在俯视图中))，并且不会由此横向投影。因此，有可能利用包括典型的 MEMS制造步骤的工艺来形成具有最大面积的反射表面，从而以相对低廉的方式易于控制和实现该工艺。
因此在前端步骤中，晶片级的固定结构和可移动结构的形成和固定使得能够很好地控制尺寸参数并且更容易满足公差要求。因此获得总尺寸的进一步减小，从而提供特别紧凑的结构。
晶片级的制造提供了良好的机械成品率，具有最佳厚度和降低的脆性。
可以在微微投影仪301中使用微机电设备20；90；190；290，该微微投影仪被设计成用于功能性地耦合至便携式电子装置300，如下文参照图10至图12所展示的。
详细地，图10的微微投影仪301包括：光源302，例如激光型光源，该光源被设计成用于生成光束303；微机电设备20、90、190、 290、被设计成用于接收光束303，并将其引导朝向屏幕或显示表面 305(外部并且安排在距微微投影仪301一定距离处)；第一驱动电路306，被设计成用于向光源302提供适当的控制信号，该控制信号用于根据将要投影的图像来生成光束303；第二驱动电路308，被设计成用于提供用于旋转微机电设备20；90；190；290；中的倾斜结构 24；93；193；293的驱动信号(图4-5，图6K，图7H，图8K)；以及通信接口309，被设计成用于从外部控制单元310(例如包括在便携式装置300中，图11和图12)中，在待生成的影像上(例如作为像素阵列)接收光信息。光信息在输入端被接收以驱动光源302。
进一步地，控制单元310可以包括用于对微机电设备20；90；190； 290的反射镜的角位置进行控制的单元。为此，控制单元310可以通过接口309接收由感测结构31、45、245(图4至图5、图8K)生成的信号，并相应地控制第二驱动电路308。
如图11所示，微微投影仪301可以形成为相对于关联的便携式电子装置300分离且独立的附件，例如蜂窝电话或智能电话。在这种情况下，微微投影仪301通过适当的电气以及机械连接元件(未详细展示出)耦合至便携式电子装置300。这里，微微投影仪301具有自己的壳体341，至少一个部分341’对于来自微机电设备20、90、190、 290的光束303而言是透明的，微微投影仪301的壳体341被可释放地耦合至便携式电子装置300的对应外壳342上。
可替代地，如图12中所展示的，微微投影仪301可以被集成在便携式电子装置300内并且可以被安排在便携式电子装置300的外壳 342内。在这种情况下，便携电子装置300具有对应部分342’，该对应部分对于来自微机电设备20；90；190；290的光束303是透明的。在这种情况下，微微投影仪301例如耦合至便携式电子装置300的外壳342中的印刻电路板(PCB)。
最终，清楚的是，可以对本文中所描述和展示的设备和制造工艺进行修改和改变，而不会由此脱离如在所附权利要求书中所限定的本发明的范围。例如，可以组合各个所描述的实施例，以提供进一步解决方案。
例如，即使所呈现的解决方案具有由被配置成像框架的可移动结构包围的固定结构，但该安排也可以是双重的。框架元件可由非封闭形状(例如，C形或某个其他合适的形状)来限定。
所描述的解决方案还可以被应用于其他结构，例如应用于其一部分可以通过平移移动的设备。
在图6A至图6K的实施例中，限定和分离通孔58可以在将第一结构晶片40键合至第二结构晶片70之后并且在移除第一支撑晶片63 之后形成。

Claims (20)

1.一种微机电设备(20；90；190；290)，包括：
第一单体本体(23)，所述第一单体本体包括半导体材料；以及
第二单体本体(24；93；193；293)，所述第二单体本体包括半导体材料，覆盖所述第一单体本体；
所述第一单体本体包括固定部分(25；91；191；291)、围绕所述固定部分的可移动部分(26；92；192；292)以及将所述可移动部分与所述固定部分弹性耦合的弹性元件(27)；所述可移动部分承载致动元件(30；60；160；260)，所述致动元件被配置成用于控制所述可移动部分相对于所述固定部分的相对移动；
所述第一单体本体具有突起(34)，所述突起从所述可移动部分延伸并且键合至所述第二单体本体。
2.根据权利要求1所述的微机电设备，其中，所述可移动部分(26；92；192；292)和所述第二单体本体(24)形成可围绕旋转轴旋转的可定向结构。
3.根据权利要求2所述的微机电设备，其中，所述第二单体本体(24；93；193；293)承载反射表面(33；73；173；273)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的微机电设备，其中，所述第一单体本体的所述固定部分容纳或支撑感测结构。
5.根据以上权利要求中任一项所述的微机电设备，其中，所述致动元件(30；60；160；260)选自磁性致动元件、静电致动元件以及压电致动元件。
6.一种用于制造微机电设备的方法，所述方法包括：
形成突起(34；66；166；266)，所述突起从包括半导体材料的第一单体本体(40；140；240)的第一部分(26；92；192；292)延伸；
将包括半导体材料的第二单体本体(70；170；270)叠加在所述第一单体本体上；
将所述第一单体本体的所述突起键合至所述第二单体本体，并且形成复合体(85；185；285)；
在所述第一单体本体的所述第一部分内部或之上形成致动元件(30；60；160；260)；
限定所述第一单体本体以形成固定部分(25；91；191；291)、围绕所述固定部分的可移动部分(26；92；192；292)以及弹性元件(27)，所述可移动部分承载所述致动元件并且具有所述突起，并且所述弹性元件将所述可移动部分耦合至所述固定部分。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：在将所述突起(34；66；166；266)键合至所述第二单体本体(70；170；270)之后，将所述复合体(85；185；285)切割成多个设备(20；90；190；290)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，包括：在形成突起(34；66；166；266)之前，将所述第一单体本体(40；140；240)通过第一临时键合层(64；164；264)键合至第一支撑晶片(63；163；263)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，形成突起(34；66；166；266)包括选择性地移除所述第一单体本体(40；140；240)的多个部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一单体本体(40；140；240)包括层堆叠，所述层堆叠包括第一半导体层(41；141；241)、绝缘层(42；142；242)以及第二半导体层(43；143；243)，
其中，将所述第一单体本体键合至第一支撑晶片包括将所述第二半导体层键合至所述第一支撑晶片并且薄化所述第一半导体层；并且
形成突起包括选择性地移除所述被薄化的第一半导体层的多个部分。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，包括：在形成复合体(85；285)之前或之后，在所述第一单体本体(40；240)上形成覆盖层(48；55；261)并且在所述覆盖层中形成结构限定通孔(57；257)以及分离通孔(58；258)，
所述方法进一步包括：在形成复合体之后：
移除所述第一支撑晶片(76；276)；
移除所述第一单体本体在所述结构限定通孔(57；257)下面的第一部分；
移除所述第一单体本体在所述分离通孔(58；258)下面的第二部分；以及
对与所述分离通孔(58；258)对准的所述第二单体本体进行切割。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，包括：在形成复合体之后，移除所述第一支撑晶片(176)；选择性地移除所述第一单体本体的第一部分以形成所述可移动部分(192)、所述固定部分(191)以及所述弹性元件(27)；选择性地移除所述第一单体本体(140)的第二部分以形成分离通孔(158)；以及对与所述分离通孔(158)对准的所述第二单体本体进行切割。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，包括：在将所述第一单体本体(40；240)键合至第一支撑晶片(63；263)之前并且在限定所述第一单体本体之前，在所述第一单体本体的第二部分之中或之上形成感测元件(45；245)，所述第二部分在限定所述第一单体本体之后形成所述第一单体本体的所述固定部分(91；291)。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的方法，包括：在将所述突起键合至所述第二单体本体之前，将所述第二单体本体(70；170；270)通过第二临时键合层(77；177；277)键合至第二支撑晶片(76；176；276)。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：在将所述第二单体本体键合至第二支撑晶片之前，在所述第二单体本体(70；170；270)的第一表面上形成反射表面(73；173；273)，其中，将所述第二单体本体键合至第二支撑晶片包括将所述第二单体本体的所述第一表面键合至所述第二支撑晶片(76；176；276)。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：在将所述第二单体本体键合至第二支撑晶片之后并且在将所述第一单体本体的所述突起键合至所述第二单体本体之前，从所述第二单体本体的第二表面薄化所述第二单体本体(70；170；270)。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，包括：在限定所述第一单体本体之后，移除所述第二支撑晶片(76；176；276)并且将所述复合体(85；185；285)切割成多个设备。
18.一种微机电设备，包括：
第一单体本体，包括半导体材料，其中所述第一单体本体包括固定部分、可移动部分以及弹性元件，所述可移动部分形成围绕所述固定部分的框架，并且所述弹性元件被配置为将所述可移动部分与所述固定部分弹性耦合，以支持所述可移动部分围绕振荡轴相对于所述固定部分的振荡；
多个突起，从所述可移动部分的表面垂直地延伸；
第二单体本体，包括半导体材料，其中所述第二单体本体具有安装到所述多个突起的底表面，其中所述第二单体本体在所述第一单体本体的所述可移动部分之上延伸；以及
反射镜层，被安装到所述第二单体本体的顶表面，所述顶表面与所述底表面相对。
19.根据权利要求18所述的微机电设备，其中所述可移动部分包括致动元件，所述致动元件被配置为控制所述可移动部分围绕所述振荡轴相对于所述固定部分的所述振荡。
20.根据权利要求19所述的微机电设备，其中所述致动元件选自如下元件构成的组：磁性致动元件、静电致动元件以及压电致动元件。
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