CN111170267A - 一种制作mems驱动器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制作MEMS驱动器的方法，所述制作MEMS驱动器的方法包括：提供一晶圆基片，具有第一氧化物层以及分别沉积于所述第一氧化物层相对表面的第一硅层和第二硅层；在所述第二硅层的表面沉积形成第二氧化物层后，对所述第一硅层进行元素掺杂形成与所述第一氧化物层间隔的掺杂区域；在所述第一硅层的表面沉积第三氧化物层，刻蚀所述第三氧化物层以形成位于边缘的第一氧化结构，所述第一氧化结构围设成第一空腔。本发明提供的制作MEMS驱动器的方法，通过控制经典的晶圆片制造方法加工一个现有的硅晶圆就能够制作出MEMS驱动器的方法，消除粘接过程和微装配过程，简化整个MEMS执行器过程。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种制作MEMS驱动器的方法。
【背景技术】
现有的制作MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)驱动器的方法包括以下三种：
1、通过将平面内运动装置和平面外运动装置附着在一起；
2、通过将平面内运动装置和微装配的激活；
3、通过将第一片晶片制造和第二片晶片制造的键合；
通过粘接过程和微装配过程，提高整个MEMS执行器过程的复杂度；键合过程会引入额外的晶圆片，而键合过程的控制一直是一个挑战；并且微装配过程是一个额外的特殊过程，需要量身定制，以适应MEMS的设计。
因此，亟需一种通过控制经典的晶圆片制造方法加工一个现有的硅晶圆就能够制作出MEMS驱动器的方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种制作MEMS驱动器的方法，以需要一个现有的晶圆片就可以完成整个制作过程的制作MEMS驱动器的方法。
本发明的技术方案如下：一种制作MEMS驱动器的方法，所述制作MEMS驱动器的方法包括：
提供一晶圆基片，具有第一氧化物层以及分别沉积于所述第一氧化物层相对表面的第一硅层和第二硅层；
在所述第二硅层的表面沉积形成第二氧化物层后，对所述第一硅层进行元素掺杂形成与所述第一氧化物层间隔的掺杂区域；
在所述第一硅层的表面沉积第三氧化物层，刻蚀所述第三氧化物层以形成位于边缘的第一氧化结构，所述第一氧化结构围设成第一空腔；
通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置；
湿法刻蚀所述第一内硅层以减薄所述掺杂区域；
图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置；
在所述第二氧化物层的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层，并刻蚀所述导电层形成金属结构，所述金属结构覆盖且填充所述第二空腔并与所述第二外氧化结构形成具有第一厚度的第一结构；
通过所述第三空腔刻蚀所述第二硅层直至暴露所述第一氧化物层；
释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层。
作为一种改进，所述第二内氧化结构包括与所述第一内硅层正对设置的第一区域以及与所述第一内硅层偏离设置的第二区域，在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述第二区域对应的区域形成具有第二厚度的第二结构，所述第二厚度与所述第一厚度不相等。
作为一种改进，在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述第一区域对应的区域、所述第一氧化物层以及所述第一内硅层共同形成具有第三厚度的第三结构，所述第三厚度与所述第一厚度不相等。
作为一种改进，在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述金属结构对应的区域、所述第一氧化物层以及所述第一外硅层共同形成具有第四厚度的第四结构，所述第四厚度与所述第一厚度不相等。
作为一种改进，所述掺杂区域包括位于所述第一硅层内并与所述第一氧化物层间隔的刻蚀停止区域，所述掺杂元素的浓度自所述第一硅层远离所述第一氧化物层的表面向所述刻蚀停止区域逐渐增大；所述减薄所述掺杂区域为湿法刻蚀所述第一内硅层至暴露所述刻蚀停止区域。
作为一种改进，所述金属结构同时覆盖所述第二外氧化结构表面以及所述第二内氧化结构靠近所述第二空腔的端面并填充所述第二空腔。
作为一种改进，所述释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层时，所述第二内氧化结构与所述金属结构对应的区域保留。
作为一种改进，“所述在所述第一硅层的表面沉积第三氧化物层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：在第三氧化物层的表面形成第一光刻胶并图案化所述第一光刻胶。
作为一种改进，在所述“刻蚀所述第三氧化物层以形成位于边缘的第一氧化结构，所述第一氧化结构围设成第一空腔”步骤之后，
剥除第一光刻胶。
作为一种改进，在所述“通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置”的步骤之前，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在所述第一空腔内以及所述第一氧化结构表面形成第二光刻胶。
作为一种改进，在所述“通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
剥除位于第一氧化结构表面和第一内硅层表面的第二光刻胶。
作为一种改进，在所述“图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置”的步骤之前，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在第二氧化物层的表面形成第三光刻胶。
作为一种改进，在所述“图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置”的步骤之后，还包括：
剥除位于第二外氧化结构和第二内氧化结构表面的第三光刻胶。
作为一种改进，在所述“在所述第二氧化物层的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在所述导电层的表面形成第四光刻胶。
作为一种改进，在所述“通过所述第三空腔刻蚀所述第二硅层直至暴露所述第一氧化物层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
剥除所述金属结构表面的第四光刻胶。
本发明的有益效果在于：
通过控制经典的晶圆片制造方法加工一个现有的硅晶圆就能够制作出MEMS驱动器的方法，消除粘接过程和微装配过程，简化整个MEMS执行器过程。
【附图说明】
图1为本发明一实施例提供的制作MEMS驱动器的方法的流程图。
图2为图1中基片经过步骤S10-S20处理中的MEMS驱动器的结构示意图。
图3为图1中基片经过步骤S10-S20处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图4为图1中基片经过步骤S10-S30处理中的MEMS驱动器的结构示意图。
图5为图1中基片经过步骤S10-S30处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图6为图1中基片经过步骤S10-S40处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图7为图1中基片经过步骤S10-S50处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图8为图1中基片经过步骤S10-S60处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图9为图1中基片经过步骤S10-S70处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图10为图1中基片经过步骤S10-S80处理中的MEMS驱动器的结构示意图。
图11为图1中基片经过步骤S10-S80处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
图12为图1中基片经过步骤S10-S80及步骤S81处理中的MEMS驱动器的结构示意图。
图13为图1中基片经过步骤S10-S90处理后的MEMS驱动器的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参看图1，本发明的一实施方式提供了一种制作MEMS驱动器的方法，所述制作MEMS驱动器的方法包括：
步骤S10：提供一晶圆基片10，具有第一氧化物层12以及分别沉积于所述第一氧化物层12相对表面的第一硅层11和第二硅层13；
具体地，所述晶圆基片10为硅晶圆；
步骤S20：在所述第二硅层13的表面沉积形成第二氧化物层20后(沉积后的具体结构请参看图2)，对所述第一硅层11进行元素掺杂形成与所述第一氧化物层12间隔的掺杂区域30(掺杂后的具体结构请参看图3)，所述第一硅层11掺杂后整体的厚度不变；
步骤S30：在所述第一硅层11的表面沉积第三氧化物层40(沉积后的具体结构请参看图4)，刻蚀所述第三氧化物层40以形成位于边缘的第一氧化结构41，所述第一氧化结构41围设成第一空腔A，第一空腔A的位置请参看图5中的A区域；优选地，在所述“在所述第一硅层11的表面沉积第三氧化物层40”的步骤之后，还包括步骤S301：
步骤301：在第三氧化物层40的表面形成第一光刻胶；
优选地，在另一实施例中，在所述步骤301之后还包括步骤302：曝光、显影第一光刻胶、以形成位于边缘的第一光刻胶结构，所述第一光刻胶结构围设成第四空腔应当指出的是，在步骤32之后的“刻蚀所述第三氧化物层40以形成位于边缘的第一氧化结构41”是在第四空腔内进行，这样的目的方便刻蚀所述第三氧化物层40以形成位于边缘的第一氧化结构41；其中，所述第一氧化结构41和所述第一光刻胶结构在所述晶圆基片10的轴向方向的投影相互重合；
优选地，在所述“刻蚀所述第三氧化物层40以形成位于边缘的第一氧化结构41，所述第一氧化结构41围设成第一空腔A”的步骤之后，还包括步骤31和步骤32：
步骤31：剥除修剪后的第一光刻胶；
步骤32：在掺杂区域30的表面形成第二光刻胶；具体地，在裸露在第一空腔A内的掺杂区域30的表面形成第二光刻胶；
步骤S40：通过所述第一空腔A刻蚀所述第一硅层11至暴露所述第一氧化物层12，使得所述第一硅层11形成相互间隔的第一外硅层111和第一内硅层112，所述第一外硅层111与所述第一氧化结构41正对设置(具体结构请参看图6)；在本实施例中，相互间隔的第一外硅层111和第一内硅层112形成n个空腔；其中，在本实施例中，所述n个空腔依次包括第一底部空腔a1、第二底部空腔a2、第三底部空腔a3，其中，在本实施例中，第一底部空腔a1的宽度小于第三底部空腔a3的宽度，所述第二底部空腔a2的宽度大于第三底部空腔a3的宽度；在其他实施例中，刻蚀形成的空腔的宽度可根据实际需求设计，在此不做限定；具体请参看图6。
优选地，在步骤S40之后还包括步骤S41：剥除位于第一外硅层111和第一内硅层112表面的第二光刻胶；
步骤S50：湿法刻蚀所述第一内硅层112以减薄所述掺杂区域30(减薄后的具体结构请参看图7)；
具体地，所述掺杂区域30包括位于所述第一硅层11内并与所述第一氧化物层12间隔的刻蚀停止区域31，所述掺杂元素的浓度自所述第一硅层11远离所述第一氧化物层12的表面向所述刻蚀停止区域31逐渐增大；所述减薄所述掺杂区域30为湿法刻蚀所述第一内硅层112至暴露所述刻蚀停止区域31；应当指出的是，刻蚀停止区域31的元素浓度最高，这样有利于降低刻蚀速率，使得刻蚀掺杂区域31时能及时停止在该区域；
优选地，在步骤S50之后还包括步骤S51；
步骤S51：在第二氧化物层20的表面形成第三光刻胶；
步骤S60：图案化所述第二氧化物层20以形成相互间隔的第二外氧化结构21和第二内氧化结构22，所述第二外氧化结构21和所述第二内氧化结构22间隔形成第二空腔(第二空腔的结构具体包括请参看图8中的第一顶部空腔b1)；所述第二内氧化结构22设有第三空腔(请参看图8中的第二顶部空腔b2、第三顶部空腔b3和第四顶部空腔b4)，所述第二外氧化结构21与所述第一外硅层111正对设置。
具体地，请参看图8，所述第二内氧化结构22包括与所述第一内硅层112正对设置的第一区域23以及与所述第一内硅层112偏离设置的第二区域24；
更为具体地是，其中第一顶部空腔b1、第四顶部空腔b4的位置分别与第一底部空腔a1、第三底部空腔a3的位置相对，所述第二顶部空腔b2、第三顶部空腔b3的外侧的位置与第二底部空腔a2的两侧的位置相对。
优选地，在步骤S60之后还包括步骤S61；
步骤S61：剥除位于第二外氧化结构21和第二内氧化结构22表面的第三光刻胶；
步骤S70：在所述第二氧化物层20的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层50(具体结构请参看图9)，在本实施例中，导电层50为金属层，在其他实施例中，导电层50也可以为其他导电薄膜层；刻蚀所述导电层50形成金属结构51，所述金属结构51覆盖且填充所述第二空腔并与所述第二外氧化结构21形成具有第一厚度T1的预处理结构D0，(具体结构请参看图12)；在一实施例中，所述金属结构51同时覆盖所述第二外氧化结构21表面以及所述第二内氧化结构22靠近所述第二空腔的端面并填充所述第二空腔；其中，所述金属板覆盖所述第一顶部空腔b1；
优选地，在所述“在所述第二氧化物层20的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层50”的步骤之后，还包括步骤S701；
步骤S701：在所述导电层50的表面形成第四光刻胶60；
步骤S80：通过所述第三空腔刻蚀所述第二硅层13直至暴露所述第一氧化物层12(具体结构的变化过程请参看图10-11)；
优选地，在步骤S80之后还包括步骤S81；
步骤S81：剥除所述金属结构51表面的第四光刻胶60(具体结构请参看图12)；
步骤S90：释放第一氧化结构41以及裸露在外的第二内氧化结构22和第一氧化物层12(具体结构请参看图13)；
应当指出的是，在步骤S90进行时，所述第二内氧化结构22与所述金属结构51对应的区域保留；
请一并参看图8和图13，在所述步骤S90之后，在上述步骤S70中具有第一厚度T1的预处理结构D0变为具有第一厚度T1的第一结构D1；其中，在所述第一结构D1中，仅在所述金属结构51覆盖下的整个第二外氧化结构21、和部分与第二外氧化结构21相邻的第二内氧化结构22没有被释放；所述第二硅层13与所述第二区域24对应的区域形成具有第二厚度T2的第二结构D2，所述第二厚度T2与所述第一厚度T1不相等；所述第二硅层13与所述第一区域23对应的区域、所述第一氧化物层12以及所述第一内硅层112共同形成具有第三厚度T3的第三结构D3，所述第三厚度T3与所述第一厚度T1不相等；所述第二硅层13与所述金属结构51对应的区域、所述第一氧化物层12以及所述第一外硅层111共同形成具有第四厚度T4的第四结构D4，所述第四厚度T4与所述第一厚度T1不相等；需要注意的是，在本发明提供的制作MEMS驱动器的方法中，第二厚度T2、第三厚度T3、第四厚度T4均不相等，而优选的是，第一厚度T1与第二厚度T2、第三厚度T3、第四厚度T4均不相等；在其他实施例中，可根据实际结构的需要，调节第一结构D1的第一厚度T1的大小使其与第二厚度T2或第三厚度T3或第四厚度T4相等。
具体地，使用蒸汽或湿法释放工艺释放位于基片正面或背面、且裸露在外的第一氧化物层12、第二氧化物层20及第三氧化物层40，具体请参看图13。
采用本发明提供的制作MEMS驱动器的方法，消除粘接过程和微装配过程，而且不需要两个硅晶圆的键合过程，简化整个MEMS执行器制造过程。
请再参看图13，在本实施例中，使用MEMS驱动器时，第一结构D1可作为支撑被支撑元件(如镜头)的支撑平台，可将两端的第四结构D4作为锚部固定，第二结构D2可作为蛇形梁使用并安装在第三结构D3之间，第一结构D1的厚度为导电层50和第二氧化物层20两者的厚度之和；将所述MEMS驱动器分别安装至待驱动件的内侧和外侧，通过若干MEMS驱动器的配合实现在面内和面外驱动待驱动件在六个自由度运动。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种制作MEMS驱动器的方法，其特征在于，所述制作MEMS驱动器的方法包括：
提供一晶圆基片，具有第一氧化物层以及分别沉积于所述第一氧化物层相对表面的第一硅层和第二硅层；
在所述第二硅层的表面沉积形成第二氧化物层后，对所述第一硅层进行元素掺杂形成与所述第一氧化物层间隔的掺杂区域；
在所述第一硅层的表面沉积第三氧化物层，刻蚀所述第三氧化物层以形成位于边缘的第一氧化结构，所述第一氧化结构围设成第一空腔；
通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置；
湿法刻蚀所述第一内硅层以减薄所述掺杂区域；
图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置；
在所述第二氧化物层的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层，并刻蚀所述导电层形成金属结构，所述金属结构覆盖且填充所述第二空腔并与所述第二外氧化结构形成具有第一厚度的第一结构；
通过所述第三空腔刻蚀所述第二硅层直至暴露所述第一氧化物层；
释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层。
2.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：所述第二内氧化结构包括与所述第一内硅层正对设置的第一区域以及与所述第一内硅层偏离设置的第二区域，在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述第二区域对应的区域形成具有第二厚度的第二结构，所述第二厚度与所述第一厚度不相等。
3.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述第一区域对应的区域、所述第一氧化物层以及所述第一内硅层共同形成具有第三厚度的第三结构，所述第三厚度与所述第一厚度不相等。
4.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”的步骤之后，所述第二硅层与所述金属结构对应的区域、所述第一氧化物层以及所述第一外硅层共同形成具有第四厚度的第四结构，所述第四厚度与所述第一厚度不相等。
5.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：所述掺杂区域包括位于所述第一硅层内并与所述第一氧化物层间隔的刻蚀停止区域，所述掺杂元素的浓度自所述第一硅层远离所述第一氧化物层的表面向所述刻蚀停止区域逐渐增大；所述减薄所述掺杂区域为湿法刻蚀所述第一内硅层至暴露所述刻蚀停止区域。
6.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：所述金属结构同时覆盖所述第二外氧化结构表面以及所述第二内氧化结构靠近所述第二空腔的端面并填充所述第二空腔。
7.根据权利要求2所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“释放第一氧化结构以及裸露在外的第二内氧化结构和第一氧化物层”时，所述第二内氧化结构与所述金属结构对应的区域保留。
8.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：“所述在所述第一硅层的表面沉积第三氧化物层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：在第三氧化物层的表面形成第一光刻胶并图案化所述第一光刻胶。
9.根据权利要求8所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“刻蚀所述第三氧化物层以形成位于边缘的第一氧化结构，所述第一氧化结构围设成第一空腔”步骤之后，
剥除第一光刻胶。
10.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置”的步骤之前，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在所述第一空腔内以及所述第一氧化结构表面形成第二光刻胶。
11.根据权利要求10所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“通过所述第一空腔刻蚀所述第一硅层至暴露所述第一氧化物层，使得所述第一硅层形成相互间隔的第一外硅层和第一内硅层，所述第一外硅层与所述第一氧化结构正对设置”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
剥除位于第一氧化结构表面和第一内硅层表面的第二光刻胶。
12.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置”的步骤之前，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在第二氧化物层的表面形成第三光刻胶。
13.根据权利要求12所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“图案化所述第二氧化物层以形成相互间隔的第二外氧化结构和第二内氧化结构，所述第二外氧化结构和所述第二内氧化结构间隔形成第二空腔，所述第二内氧化结构设有第三空腔，所述第二外氧化结构与所述第一外硅层正对设置”的步骤之后，还包括：
剥除位于第二外氧化结构和第二内氧化结构表面的第三光刻胶。
14.根据权利要求1所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“在所述第二氧化物层的表面以及所述第二空腔、第三空腔内沉积导电层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
在所述导电层的表面形成第四光刻胶。
15.根据权利要求14所述的制作MEMS驱动器的方法，其特征在于：在所述“通过所述第三空腔刻蚀所述第二硅层直至暴露所述第一氧化物层”的步骤之后，所述制作MEMS驱动器的方法还包括：
剥除所述金属结构表面的第四光刻胶。
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