CN110240116A - 一种旋转结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种旋转结构及其制备方法，旋转结构的制备方法包括采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，掩膜板包括位于掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；第一斜坡凹槽的斜坡面和第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面；利用掩膜板制备斜坡单元，斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；在第一斜坡面和第二斜坡面上分别制备第一电极；在斜坡单元一侧制备可旋转单元；制备第二电极，第二电极与可旋转单元电连接，可旋转单元用于根据第一电极和第二电极之间的静电力进行旋转。通过如上所述的掩膜板制备斜坡单元，斜坡单元制备简单，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，提升斜坡单元的制备灵活度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种旋转结构及其制备方法。
背景技术
在微机电系统领域，旋转结构可以应用于自适应光学的波阵面校正、空间光调制、光学元件对准、显微操纵器、光开关、光衰减器和光学多路复用器等方面
按照旋转结构的驱动方式不同，主要分为：电磁驱动、电热驱动、压电驱动和静电驱动等。电磁驱动是利用电磁体或者永磁体产生的磁场力作为驱动力，该驱动方式的驱动电流大，能量消耗较大，且磁性薄膜的制造和外磁场的施加非常困难；电热驱动是利用驱动电流使材料受热膨胀产生驱动力，因此响应速度低，功耗大，且受环境温度影响较大，精度较低；而现有技术中，MEMS压电制造工艺还不成熟，制造难度大，性能不稳定，使得MEMS压电驱动器件还未能在市场上得到成熟的应用；静电驱动是目前研究最多的一种，一般在结构中引入一对或多对电极，通过电极间的静电力驱动运动，该驱动方式需要较高的工作电压(≥50V)，而工作电压高不利于器件与电路的一体化集成。
使用静电驱动的旋转结构主要使用梳齿驱动和平板驱动两种方式，梳齿驱动通过制作固定梳齿和可动梳齿，可动梳齿或悬于固定梳齿上方或与固定梳齿成一定角度，通过驱动不同方向的梳齿亦可以实现二维旋转。但是由于梳齿及其缝隙尺寸一般在微米级别，一旦有灰尘颗粒掉入其中就可能导致结构卡死，器件无法正常工作，所以对封装环境及封装都需要特别注意微小颗粒的影响。平行板驱动结构中，由于静电力大小和距离的平方成反比，同时为了防止上下电极产生吸合效应导致结构损坏，上下极板间需要很大的电极距离，这导致平行板驱动需要很高的驱动电压(如超过200V)。
基于此，现有技术中得到性能稳定，无需较高驱动电压的静电驱动旋转结构比较困难。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种旋转结构及其制备方法，实现静电驱动的旋转结构性能稳定，制备工艺简单的技术效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种旋转结构的制备方法，用于制备静电驱动的旋转结构，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元；
所述制备方法包括：
采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，所述掩膜板包括位于所述掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于所述掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面，所述第一表面和所述第二表面相对设置；
利用所述掩膜板制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；
在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上分别制备第一电极；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；
制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。
可选的，采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，所述掩膜板包括位于所述掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于所述掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面，所述第一表面和所述第二表面相对设置，包括：
提供硅衬底，所述硅衬底包括所述相对设置的第一表面和所述第二表面，所述第一表面和所述硅衬底的(111)晶面呈第一夹角，所述第二表面与所述硅衬底的(111)晶面呈第二夹角；
在第一表面和所述第二表面生长氧化层；
分别去除所述第一表面一侧的部分所述氧化层以及所述第二表面一侧的部分所述氧化层，暴露出部分所述第一表面和部分所述第二表面；
对所述第一表面和所述第二表面进行湿法腐蚀，分别暴露出部分所述(111)晶面，得到所述第一斜坡凹槽和所述第二斜坡凹槽，所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面；
去除所述第一表面上剩余的所述氧化层以及所述第二表面上剩余的所述氧化层，得到掩膜板。
可选的，以所述(111)晶面偏向(001)晶面为正角度，偏离(001)晶面为负角度，所述第一夹角α满足-35.3°≤α<0°，或者0°<α≤54.7°；所述第二夹角β满足-35.3°≤β<0°，或者0°<β≤54.7°；
所述第一斜坡面的倾斜角为θ，其中0°＜θ＜90°；所述第二斜坡面的倾斜角为其中所述第一斜坡面的倾斜角为所述第一斜坡面与水平方向的夹角，所述第二斜坡面的倾斜角为所述第二斜坡面与水平方向的夹角。
可选的，利用所述掩膜版制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面，包括：
提供衬底结构，所述衬底基板包括依次设置的衬底层、绝缘层以及第一半导体层；
将所述掩膜板设置于所述第一半导体层远离所述衬底层的一侧；
根据所述掩膜板，对所述第一半导体层进行刻蚀，得到第一斜坡面和第二斜坡面；
在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的结合位置处刻蚀所述第一半导体层至所述绝缘层，得到包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面的斜坡单元。
可选的，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：
在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面进行离子注入，制备得到第一电极以及与所述第一电极电连接的第一电极连接部；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：
提供第二半导体层；
对所述第二半导体层与所述第一半导体层进行键合；
沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第二半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述第一半导体层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分，暴露出所述第一电极连接部；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；
沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分之后，还包括：
制备第一电极信号输入端子和第二电极信号输入端子，所述第一电极信号输入端子与所述第一电极连接部电连接，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。
可选的，所述第二半导体层的电阻率ρ1≤0.1Ω·cm；
所述第二电极复用所述可旋转单元。
可选的，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：
在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面制备第一金属膜层；
图案化所述第一金属膜层，得到分别位于所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上的第一电极以及位于所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧表面的第一键合端子和第一电极信号输入端子；所述第一电极信号输入端子与所述第一电极电连接；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：
提供第三半导体层；
在所述第三半导体层一侧表面制备第二金属膜层；
图案化所述第二金属膜层，得到第二键合端子；
以所述第一键合端子和所述第二键合端子键合的方式对所述第三半导体层与所述第一半导体层进行键合；
沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第三半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述衬底层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分，暴露出所述第一电极信号输入端子；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；
沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分之后，还包括：
制备第二电极信号输入端子，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。
可选的，所述第三半导体层的电阻率ρ2≤0.1Ω·cm；
所述第二电极复用所述可旋转单元。
可选的，所述旋转结构还包括支撑框架和扭转梁；
所述衬底结构中所述斜坡单元之外的部分为所述旋转结构的支撑框架；
所述制备方法还包括：
制备扭转梁，所述扭转梁的一端与所述扭转梁连接，所述扭转梁的另一端与所述支撑框架连接；且所述扭转梁与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的结合脊线平行。
第二方面，本发明实施例还提供了一种旋转结构，采用第一方面所述的制备方法制备得到，包括：
斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；
分别位于所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的第一电极；
位于所述斜坡单元一侧的可旋转单元；
第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。
本发明实施例提供的旋转结构及其制备方法，通过采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，分别从第一表面和第二表面对掩膜版进行湿法腐蚀，腐蚀截止到(111)镜面，得到第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，之后利用掩膜板制备斜坡单元，将掩膜板上的第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽转印形成第一斜坡面和第二斜坡面，斜坡单元制备工艺简单；同时由于第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此掩膜板上第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽的斜坡面角度可控，因此通过调节第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可以保证斜坡单元的倾斜角可控，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°，斜坡单元制备工艺自由度大。避免现有技术中因采用光刻胶制备包括多级台阶结构的斜坡面时，斜坡单元制备工艺复杂，且由于光刻精度的限制，斜坡的倾斜角度受光刻精度限制无法做到很小，斜坡单元制备过程中限定多，制备工艺自由度小。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例提供的一种旋转结构的制备方法的流程示意图；
图2-图14是本发明实施例提供的一种旋转结构的制备方法中各个步骤的制备工艺示意图；
图15-图20是本发明实施例提供的另一种旋转结构的制备方法中各个步骤的制备工艺示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种旋转结构的制备方法的流程示意图，本发明实施例提供的旋转结构的制备方法用于制备静电驱动的旋转结构，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元。如图1所示，本发明实施例提供的旋转结构的制备方法包括：
S110、采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，所述掩膜板包括位于所述掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于所述掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面，所述第一表面和所述第二表面相对设置。
S120、利用所述掩膜板制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面。
S130、在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上分别制备第一电极。
S140、在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元。
S150、制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。
示例性的，本发明实施例中利用晶体结构学原理，由于不同晶面之间存在不同夹角，同时由于硅片的腐蚀存在各向异性，因此本发明实施例采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，采用湿法腐蚀工艺对掩膜版的第一表面和第二表面进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。之后采用包括第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽的掩膜板作为硬掩模制备斜坡单元，将第一斜坡凹槽中的斜坡面转印形成斜坡单元的第一斜坡面，将第二斜坡凹槽中的斜坡面转印形成斜坡单元的第二斜坡面，制备得到斜坡单元，斜坡单元制备工艺简单。同时，由于第一表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第一斜坡凹槽和斜坡面以及第二斜坡凹槽的斜坡面与水平方向之间的夹角可控，因此制备得到的斜坡单元的第一斜坡面和第二斜坡面的倾斜角度可控，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°，斜坡单元制备工艺自由度大。区别与现有技术中通过光刻工艺制备包括多级台阶结构的斜坡单元，受限与光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡单元设计自由度受限。
下面结合实际制备工艺，详细说明旋转结构的制备方法：
首先对掩膜板的制备方法进行说明。
如图2所示，提供硅衬底10，硅衬底10包括相对设置的第一表面101和第二表面102，第一表面101和硅衬底10的(111)晶面呈第一夹角，第二表面102与硅衬底10的(111)晶面呈第二夹角。其中，以(111)晶面偏向(001)晶面为正角度，偏离(001)晶面为负角度，第一夹角α满足-35.3°≤α<0°，或者0°<α≤54.7°；所述第二夹角β满足-35.3°≤β<0°，或者0°<β≤54.7°。
如图3所示，在第一表面101和第二表面102生长氧化层11，具体可以是采用热生长方式，设置合适的生长温度，在第一表面101和第二表面102生长氧化层11。
如图4所示，去除第一表面101一侧的部分氧化层11，暴露出部分第一表面101；去除第二表面102一侧的部分氧化层11，暴露出部分第二表面102。具体的，可以采用光刻及显影的方式暴露出部分氧化层11，之后对暴露出的氧化层11进行腐蚀，去除第一表面101一侧的部分氧化层11以及第二表面102一侧的部分氧化层11。
如图5所示，对暴露出的第一表面101和第二表面102进行湿法腐蚀，分别暴露出部分(111)晶面，得到第一斜坡凹槽103和第二斜坡凹槽104，第一斜坡凹槽103的斜坡面和第二斜坡凹槽104的斜坡面均为(111)晶面。
如图6所示，去除第一表面101上剩余的氧化层11和第二表面102上剩余的氧化层11，得到掩膜板12。
需要说明的是，第一夹角α满足-35.3°≤α<0°，或者0°<α≤54.7°；第二夹角β满足-35.3°≤β<0°，或者0°<β≤54.7°。当第一夹角和/或第二夹角呈-35.3°时，此时第一表面101和/或第二表面102为(110)晶面，并且在-35.3°≤α<0°和/或-35.3°≤β<0°时，完全腐蚀时的槽底部是2个(111)晶面形成的线底部，且两个(111)晶面形成的夹角为109.47°，此时第一斜坡凹槽的斜坡面和/或第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角度可以是0～70.53°。当第一夹角或者第二夹角呈54.7°时，此时第一表面101和/或第二表面102为(001)晶面，并且在0°<α≤54.7°和/或0°<β≤54.7°时，完全腐蚀时的槽底部是4个(111)晶面形成的四面锥底，其中两个(111)面夹角为70.53°，此时第一斜坡凹槽的斜坡面和/或第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角度可以是0～109.47°。因此，可以根据斜坡单元中第一斜坡面和第二斜坡面的倾斜角度要求，合理设置第一表面和硅衬底的(111)晶面之间的第一夹角以及第二表面和硅衬底的(111)晶面之间的第二夹角，制作0～90°任意角度的斜坡。
需要说明的是，根据旋转结构的尺寸，在制作第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽时可以是完全腐蚀，也可以是非完全腐蚀，本发明实施例对此不进行限定，图5仅以完全腐蚀为例进行说明。
综上，通过采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，分别从第一表面和第二表面对掩膜版进行湿法腐蚀，腐蚀截止到(111)镜面，得到第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，之后利用掩膜板制备斜坡单元，将掩膜板上的第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽转印形成第一斜坡面和第二斜坡面，斜坡单元制备工艺简单；同时由于第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此掩膜板上第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽的斜坡面角度可控，因此通过调节第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可以保证斜坡单元的倾斜角可控，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°，斜坡单元制备工艺自由度大。
接下来对如何制备斜坡单元进行说明。
如图7所示，提供衬底结构20，衬底结构20可以为依次包括衬底层201、绝缘层202和第一半导体层203，例如可以为SOI(Silicon-On-Insulator)硅片，将掩膜板12贴合设置于第一半导体层203远离绝缘层202的一侧，通过掩膜板12确定斜坡结构的制备区域。
如图8所示，根据掩膜板12，对第一半导体层203进行刻蚀，得到第一斜坡面301和第二斜坡面302。
如图9所示，在第一斜坡面301和第二斜坡面302的结合位置处刻蚀第一半导体层203至所述绝缘层302，得到包括独立设置的第一斜坡面301和第二斜坡面302的斜坡单元30。示例性的，由于可旋转单元用于根据第二电极与分别设置在第一斜坡面301和第二斜坡面302上的第一电极之间的静电力进行旋转，例如朝向第一斜坡面301旋转或者朝向第二斜坡面302旋转，因此第一斜坡面301和第二斜坡面302需要独立设置。因此在制备得到第一斜坡面301和第二斜坡面302后还需要在第一斜坡面301和第二斜坡面302的结合位置处刻蚀第一半导体层203至绝缘层202，得到包括独立设置的第一斜坡面301和第二斜坡面302的斜坡单元30。
进一步的，继续参考图9所示，第一斜坡面301的倾斜角为θ，其中0°＜θ＜90°；第二斜坡面302的倾斜角为其中,第一斜坡面301的倾斜角为第一斜坡面301与水平方向的夹角，第二斜坡面302的倾斜角为第二斜坡面302与水平方向的夹角。其中，第一斜坡面301的倾斜角与第二斜坡面302的倾斜角可以相同也可以不同，本发明实施例对此不进行限定。
综上，由于第一表面101和第二表面102与(111)晶面之间的夹角可控，因此掩膜板上第一斜坡凹槽103和第二斜坡凹槽104的斜坡面角度可控，因此通过调节第一表面101和第二表面102与(111)晶面之间的夹角可以保证斜坡单元30的倾斜角可控，斜坡单元30的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°，第一斜坡面301和第二斜坡面302的倾斜角度可以做到很小，倾斜角可以小于14°，例如可以为3°、5°或者10°。然而现有技术中采用光刻工艺制备斜坡面，受限于工艺精度，得到的倾斜角一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡单元设计自由度受限。
接下来对如何制备第一电极、可旋转结构以及第二电极进行说明。由于第一电极的制备可以采用离子注入工艺或者直接制备金属电极的方式制备得到，基于第一电极的不同制备工艺，可旋转结构的制备也存在差异，这里将分别进行介绍。
首先对采用离子注入工艺制备第一电极、进而制备可旋转单元和第二电极进行说明。
如图10所示，完成斜坡单元30制备工艺后，对形成有斜坡单元30的衬底结构20进行清洗，去除表面杂质后在第一斜坡面301、第二斜坡面302以及第一半导体层203远离绝缘层202一侧的表面进行离子注入并退火，制备得到第一电极41以及与第一电极电连接的第一电极连接部42。示例性的，可以合理设置第一半导体203的电阻率，例如第一半导体层203的电阻率可以小于0.1Ω·cm，通过第一半导体203实现第一电极连接部42与第一电极41之间的电连接关系。
如图11所示，提供第二半导体层50，对第二半导体层50和第一半导体层203进行键合并退火并在完成后对第二半导体层50进行减薄至预设厚度。例如，当第一半导体层203为硅、第二半导体层50为硅时，第二半导体层50与第一半导体层203之间可以是硅-硅键合。本发明中所述的预设厚度可以为10-100μm，例如可以为50μm。
如图12所示，沿预设刻蚀位置从第二半导体层50远离第一半导体层203一侧的表面对第二半导体层50进行刻蚀，直至贯穿第二半导体层50，得到位于斜坡单元30远离第一半导体层203一侧的可旋转单元60；同时刻蚀覆盖第一电极连接部42的第二半导体层50部分，暴露出第一电极连接部42；可旋转单元60在衬底层201上的垂直投影与第一斜坡面301和第二斜坡面302在衬底层201上的垂直投影均存在交叠区域。
如图13所示，制备第一电极信号输入端子71和第二电极信号输入端子72，第一电极信号输入端子71与第一电极连接部42电连接，第二电极信号输入端子72与第二电极电连接。示例性的，可以采用金属包膜沉积及光刻工艺制备得到第一电极信号输入端子71和第二电极信号输入端子72，本发明实施例对第一电极信号输入端子71及第二电极信号输入端子72的制备工艺不进行限定。第一电极信号输入端子71上输入有第一电极信号，第一电极信号通过第一电极连接端42传导至第一电极41；同时，第二电极信号输入端子72上输入有第二电极信号，第二电极信号传导至第二电极上，第一电极41和第二电极在第一电极信号和第二电极信号的作用下产生静电力，可旋转结构60在静电力作用下进行旋转，实现相应功能。
可选的，本发明实施例中，第二半导体层50的电阻率ρ1≤0.1Ω·cm，此时，可旋转结构60作为刻蚀第二半导体层50得到的结构，其电阻率同样小于或者等于0.1Ω·cm，其电阻率较小，第二电极可以复用可旋转单元60。如此，第二电极信号直接传导致可旋转结构60，可旋转结构60直接与第一电极41吸合进而旋转。
图14是本发明实施例提供的一种旋转结构的结构示意图，采用上述旋转结构的制备方法制备得到如图14所示的旋转结构，如图14所示，本发明实施例旋转结构还可以包括支撑框架90和扭转梁80，在上述制备方法中，衬底结构20中制备完成斜坡单元30后的剩余部分，以及第二半导体层50中制备完成可旋转单元60后的剩余部分形成支撑框架90。
进一步的，旋转结构的制备方法还可以包括制备扭转梁80，扭转梁80的一端与可旋转单元60连接，扭转梁80的另一端与支撑框架90连接；且扭转梁80与第一斜坡面301和第二斜坡面302的结合脊线平行。具体可以在刻蚀第二半导体层50形成可旋转单元60的同时制备扭转梁，以避免可旋转单元60悬空设置。由于第二半导体层50的电阻率较小，第二电极信号输入端子72设置与支撑框架90上，第二电极信号可以通过支撑框架90和扭转梁80传导至可旋转单元60，可旋转单元60根据与第一电极41之间的静电力进行旋转，实现相应功能。
接下来对直接制备金属电极得到第一电极、进而制备可旋转单元和第二电极的制备工艺进行说明。
如图15所示，完成斜坡单元30制备工艺后，对形成有斜坡单元30的衬底结构20进行清洗，去除表面杂质后在第一斜坡面301、第二斜坡面302以及第一半导体层203远离绝缘层202一侧的表面制备第一金属膜层100，第一金属膜层100可以为铝金属膜层。
如图16所示，图案化第一金属膜层100，得到分别位于第一斜坡面301和第二斜坡面302上的第一电极41以及位于第一半导体层203远离绝缘层202一侧表面的第一键合端子101和第一电极信号输入端子71。可选的，可以合理设置第一半导体203的电阻率，例如第一半导体层203的电阻率可以小于或者等于0.1Ω·cm，通过第一半导体203实现第一电极信号输入端子71与第一电极41之间的电连接关系。
如图17所示，提供第三半导体层110并在第三半导体层110一侧表面制备第二金属膜层，图案化第二金属膜层得到第二键合端子120。具体的，第二金属膜层可以为锗金属膜层。
如图18所示，以第一键合端子101和第二键合端子120键合的方式对第三半导体层110与所述第一半导体层203进行键合。其中，第一键合端子101和第二键合端子120键合的方式可以为铝锗键合。需要说明的是，本发明实施例仅以第三半导体层110为单层结构为例进行说明，可以理解的是，为了保证第三半导体层110表面光滑度良好以及第三半导体层110厚度较小，同样可以选在SOI形式的结构，在第一键合端子101和第二键合端子120键合完成后去除绝缘层以及衬底，得到独立的第三半导体层110。可选的，第三半导体层110的厚度可以为10-100μm，例如可以为30μm。
如图19所示，沿预设刻蚀位置从第三半导体层110远离第一半导体层203一侧的表面对第三半导体层110进行刻蚀，直至贯穿第三半导体层110，得到位于斜坡单元30远离第一半导体层203一侧的可旋转单元60；同时刻蚀覆盖第一电极信号输入端子71的第三半导体层110部分，暴露出第一电极信号输入端子71；可旋转单元60在衬底层201上的垂直投影与第一斜坡面301和第二斜坡面302在衬底层201上的垂直投影均存在交叠区域。
如图20所示，制备第二电极信号输入端子72，第二电极信号输入端子72与第二电极电连接。示例性的，可以采用金属包膜沉积及光刻工艺制备得到第二电极信号输入端子72，本发明实施例第二电极信号输入端子72的制备工艺不进行限定。第一电极信号输入端子71上输入有第一电极信号，第一电极信号通过第一电极连接端42传导至第一电极41；同时，第二电极信号输入端子72上输入有第二电极信号，第二电极信号传导至第二电极上，第一电极41和第二电极在第一电极信号和第二电极信号的作用下产生静电力，可旋转结构60在静电力作用下进行旋转，实现相应功能。
可选的，本发明实施例中，第三半导体层50的电阻率ρ2≤0.1Ω·cm，此时，可旋转结构60作为刻蚀第三半导体层110得到的结构，其电阻率同样小于或者等于0.1Ω·cm，其电阻率较小，第二电极可以复用可旋转单元60。如此，第二电极信号直接传导致可旋转结构60，可旋转结构60直接与第一电极41吸合进而旋转。
以上对旋转结构的制备方法的各个步骤进行了详细说明，本发明实施例提供的旋转结构及其制备方法，通过采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，分别从第一表面和第二表面对掩膜版进行湿法腐蚀，腐蚀截止到(111)镜面，得到第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，之后利用掩膜板制备斜坡单元，将掩膜板上的第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽转印形成第一斜坡面和第二斜坡面，斜坡单元制备工艺简单；同时由于第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此掩膜板上第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽的斜坡面角度可控，因此通过调节第一表面和第二表面与(111)晶面之间的夹角可以保证斜坡单元的倾斜角可控，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°，斜坡单元制备工艺自由度大。避免现有技术中因采用光刻胶制备包括多级台阶结构的斜坡面时，斜坡单元制备工艺复杂，且由于光刻精度的限制，斜坡的倾斜角度受光刻精度限制无法做到很小，斜坡单元制备过程中限定多，制备工艺自由度小。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种旋转结构，采用本发明实施例提供的旋转结构的制备方法制备得到，继续参考图13和14所示，本发明实施例提供的旋转结构包括斜坡单元30，斜坡单元30包括独立设置的第一斜坡面301和第二斜坡面302；分别位于第一斜坡面301和第二斜坡面302的第一电极41；位于斜坡单元30一侧的可旋转单元60；第二电极，第二电极与可旋转单元60电连接，可旋转单元60用于根据第一电极41和所述第二电极之间的静电力进行旋转。图13和图14以第二电极复用可旋转结构60为例进行说明。
可选的，继续参考图13和14所示，本发明实施例提供的旋转结构还可以包括支撑框架90和扭转梁80，衬底结构20中制备完成斜坡单元30后的剩余部分，以及第二半导体层50中制备完成可旋转单元60后的剩余部分形成支撑框架90。扭转梁80的一端与可旋转单元60转动连接，扭转梁80的另一端与支撑框架90连接；且扭转梁80与第一斜坡面301和第二斜坡面302的结合脊线平行。
本发明实施例提供的旋转结构，采用本发明实施例提供的旋转结构的制备方法制备得到，具备相应的有益效果，这里不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种旋转结构的制备方法，用于制备静电驱动的旋转结构，其特征在于，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元；
所述制备方法包括：
采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，所述掩膜板包括位于所述掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于所述掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面，所述第一表面和所述第二表面相对设置；
利用所述掩膜板制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；
在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上分别制备第一电极；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；
制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用湿法腐蚀工艺制备掩膜板，所述掩膜板包括位于所述掩膜板第一表面的第一斜坡凹槽和位于所述掩膜板第二表面的第二斜坡凹槽；所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面，所述第一表面和所述第二表面相对设置，包括：
提供硅衬底，所述硅衬底包括相对设置的所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面和所述硅衬底的(111)晶面呈第一夹角，所述第二表面与所述硅衬底的(111)晶面呈第二夹角；
在第一表面和所述第二表面生长氧化层；
分别去除所述第一表面一侧的部分所述氧化层以及所述第二表面一侧的部分所述氧化层，暴露出部分所述第一表面和部分所述第二表面；
对所述第一表面和所述第二表面进行湿法腐蚀，分别暴露出部分所述(111)晶面，得到所述第一斜坡凹槽和所述第二斜坡凹槽，所述第一斜坡凹槽的斜坡面和所述第二斜坡凹槽的斜坡面均为(111)晶面；
去除所述第一表面上剩余的所述氧化层以及所述第二表面上剩余的所述氧化层，得到掩膜板。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以所述(111)晶面偏向(001)晶面为正角度，偏离(001)晶面为负角度，所述第一夹角α满足-35.3°≤α<0°，或者0°<α≤54.7°；所述第二夹角β满足-35.3°≤β<0°，或者0°<β≤54.7°；
所述第一斜坡面的倾斜角为θ，其中0°＜θ＜90°；所述第二斜坡面的倾斜角为其中所述第一斜坡面的倾斜角为所述第一斜坡面与水平方向的夹角，所述第二斜坡面的倾斜角为所述第二斜坡面与水平方向的夹角。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，利用所述掩膜版制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面，包括：
提供衬底结构，所述衬底基板包括依次设置的衬底层、绝缘层以及第一半导体层；
将所述掩膜板设置于所述第一半导体层远离所述衬底层的一侧；
根据所述掩膜板，对所述第一半导体层进行刻蚀，得到第一斜坡面和第二斜坡面；
在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的结合位置处刻蚀所述第一半导体层至所述绝缘层，得到包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面的斜坡单元。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：
在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面进行离子注入，制备得到第一电极以及与所述第一电极电连接的第一电极连接部；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：
提供第二半导体层；
对所述第二半导体层与所述第一半导体层进行键合；
沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第二半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述第一半导体层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分，暴露出所述第一电极连接部；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；
沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分之后，还包括：
制备第一电极信号输入端子和第二电极信号输入端子，所述第一电极信号输入端子与所述第一电极连接部电连接，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二半导体层的电阻率ρ1≤0.1Ω·cm；
所述第二电极复用所述可旋转单元。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：
在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面制备第一金属膜层；
图案化所述第一金属膜层，得到分别位于所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上的第一电极以及位于所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧表面的第一键合端子和第一电极信号输入端子；所述第一电极信号输入端子与所述第一电极电连接；
在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：
提供第三半导体层；
在所述第三半导体层一侧表面制备第二金属膜层；
图案化所述第二金属膜层，得到第二键合端子；
以所述第一键合端子和所述第二键合端子键合的方式对所述第三半导体层与所述第一半导体层进行键合；
沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第三半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述衬底层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分，暴露出所述第一电极信号输入端子；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；
沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分之后，还包括：
制备第二电极信号输入端子，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第三半导体层的电阻率ρ2≤0.1Ω·cm；
所述第二电极复用所述可旋转单元。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述旋转结构还包括支撑框架和扭转梁；
所述衬底结构中所述斜坡单元之外的部分为所述旋转结构的支撑框架；
所述制备方法还包括：
制备扭转梁，所述扭转梁的一端与所述可旋转单元连接，所述扭转梁的另一端与所述支撑框架连接；且所述扭转梁与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的结合脊线平行。
10.一种旋转结构，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到，其特征在于，包括：
斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；
分别位于所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的第一电极；
位于所述斜坡单元一侧的可旋转单元；
第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。
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Denomination of invention: A kind of rotating structure and preparation method thereof Effective date of registration: 20220816 Granted publication date: 20200616 Pledgee: Bank of China Limited Shanghai Jiading Sub-branch Pledgor: Shanghai Core Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000178 |
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