CN111217321A - 一种旋转结构的制备方法以及旋转结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种旋转结构的制备方法以及旋转结构，该方法包括：采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构，其中，第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽和位于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；采用湿法腐蚀工艺制备第二半导体结构，其中，第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元；在第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元；上电极与可旋转单元电连接，第一下电极与第一半导体单元电连接，第二下电极与第二半导体单元电连接。本发明实施例提供的技术方案，制备的斜坡面的倾斜角度可以做到很小，且制备工艺简单，提升斜坡面的制备灵活度。
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的制备方法以及旋转结构。
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)。
为了改善传统结构的驱动电压高的缺点，采用台阶平板结构是一种较好的方法，台阶数越多结构越近似于斜坡结构，相应的驱动电压也会越低，但同时工艺也变得越复杂。
基于此，现有技术中得到制备工艺简单，性能稳定，无需较高压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，本发明实施例提供了一种旋转结构的制备方法以及旋转结构，实现了一种制备工艺简单，性能稳定，无需较高压驱动电压的静电驱动旋转结构。
第一方面，本发明实施例提供了一种旋转结构的制备方法，包括：
采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构，其中，所述第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽和位于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，所述第一表面和第二表面相对设置；
采用湿法腐蚀工艺制备第二半导体结构，其中，所述第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元；
采用键合工艺，将所述第一半导体结构的第二表面设置在所述第一半导体单元和所述第二半导体单元之上；
在所述第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元；
在所述第一半导体结构的第一表面侧制备上电极、第一下电极和第二下电极，所述上电极与所述可旋转单元电连接，所述第一下电极与所述第一半导体单元电连接，所述第二下电极与所述第二半导体单元电连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种旋转结构，采用第一方面任意所述的方法制备得到，包括：
第二半导体结构，所述第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元；
第一半导体结构，位于所述第二半导体结构的独立设置的所述第一半导体单元和所述第二半导体单元之上，所述第一半导体结构包括可旋转单元，所述可旋转单元包括第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，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；
上电极、第一下电极和第二下电极，所述上电极与所述可旋转单元电连接，所述第一下电极与所述第一半导体单元电连接，所述第二下电极与所述第二半导体单元电连接。
本发明实施例提供的旋转结构及其制备方法，采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构和第二半导体结构，然后采用键合工艺将第一半导体结构设置在第二半导体结构之上，其中，采用湿法腐蚀工艺对第一半导体结构中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。同时，第一表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第一斜坡凹槽的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，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。
附图说明
图1为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6为本发明实施例提供的一种旋转结构的制备方法各步骤对应的剖面图；
图7为本发明实施例提供的另一种旋转结构的制备方法的流程示意图；
图8-图11为本发明实施例提供的另一种旋转结构的制备方法各步骤对应的剖面图；
图12为本发明实施例提供的又一种旋转结构的制备方法的流程示意图；
图13-图23为本发明实施例提供的又一种旋转结构的制备方法各步骤对应的剖面图；
图24本发明实施例提供的又一种旋转结构的制备方法的流程示意图；
图25-图27为本发明实施例提供的又一种旋转结构的制备方法各步骤对应的剖面图；
图28为本发明实施例提供的一种旋转结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种旋转结构的制备方法，图1示出了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，参见图1，该方法包括如下步骤：
步骤110、采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构，其中，第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽和位于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，第一表面和第二表面相对设置。
参见图2，采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构1，第一半导体结构1包括位于第一表面100的第一斜坡凹槽11和位于第二表面101的第二斜坡凹槽12。第一斜坡凹槽11的斜坡面110和第二斜坡凹槽12的斜坡面120均为(111)晶面，第一表面100和第二表面101相对设置。在本实施例中，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第一半导体结构1，其中，采用湿法腐蚀工艺对第一半导体结构1中第一表面100和第二表面101进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，第一表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第一斜坡凹槽11的斜坡面110以及第二斜坡凹槽12的斜坡面120与水平方向之间的夹角可控，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。
步骤120、制备第二半导体结构，其中，第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元。
参见图3，制备第二半导体结构2，其中，第二半导体结构2包括独立设置的第一半导体单元21和第二半导体单元22。
步骤130、采用键合工艺，将第一半导体结构的第二表面设置在第一半导体单元和第二半导体单元之上。
参见图4，采用键合工艺，将第一半导体结构1的第二表面101设置在第一半导体单元21和第二半导体单元22之上。
步骤140、在第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元。
参见图5，在第一半导体结构1的预设区域A1制备可旋转单元13。
步骤150、在第一半导体结构的第一表面侧制备上电极、第一下电极和第二下电极，上电极与可旋转单元电连接，第一下电极与第一半导体单元电连接，第二下电极与第二半导体单元电连接。
参见图6，在第一半导体结构1的第一表面侧制备上电极30、第一下电极40和第二下电极41，上电极30与可旋转单元13电连接，第一下电极40与第一半导体单元21电连接，第二下电极41与第二半导体单元22电连接。在本实施例中，可旋转单元13用于根据上电极30和第一下电极40，以及上电极30和第二下电极41之间的静电力进行旋转，实现相应功能。
示例性的，在本实施例中，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第一半导体结构第二半导体结构，然后采用键合工艺将第一半导体结构设置在第二半导体结构之上，其中，采用湿法腐蚀工艺对第一半导体结构1中第一表面100和第二表面101进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，第一表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第一斜坡凹槽11的斜坡面110以及第二斜坡凹槽12的斜坡面120与水平方向之间的夹角可控，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。
本发明实施例对于步骤110、步骤120、步骤130、步骤140以及步骤150的先后顺序不作限定。
下面具体介绍第一半导体结构1的制备方法。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图7，步骤110采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构包括：
步骤1101、提供硅衬底，硅衬底包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面和硅衬底的(111)晶面呈第一夹角，第二表面与硅衬底的(111)晶面呈第二夹角。
参见图8，提供硅衬底10，硅衬底10包括相对设置的第一表面100和第二表面101，第一表面100和硅衬底的(111)晶面呈第一夹角α，第二表面与硅衬底的(111)晶面呈第二夹角β。
步骤1102、在第一表面和第二表面生长第一氧化层；
参见图9，在第一表面100和第二表面101生长第一氧化层14。具体可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，在在第一表面100和第二表面101生长第一氧化层14。
步骤1103、分别去除第一表面一侧的部分第一氧化层以及第二表面一侧的部分第一氧化层，暴露出部分第一表面和部分第二表面；
参见图10，分别去除第一表面100一侧的部分第一氧化层14以及第二表面101一侧的部分第一氧化层14，暴露出部分第一表面100和部分第二表面101。具体地，可以采用光刻及显影的方式暴露出第一表面100一侧的部分第一氧化层14以及第二表面101一侧的部分第一氧化层14，之后对暴露的第一表面100一侧的部分第一氧化层14以及第二表面101一侧的部分第一氧化层14进行腐蚀，然后进行去除。
步骤1104、对第一表面和第二表面进行湿法腐蚀，分别暴露出部分(111)晶面，得到第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，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。
参见图11，对第一表面100和第二表面101进行湿法腐蚀，分别暴露出部分(111)晶面，得到第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12，第一斜坡凹槽11的斜坡面110和第二斜坡凹槽12的斜坡面120均为(111)晶面。
步骤1105、去除第一表面上剩余的第一氧化层以及第二表面上的第一氧化层，得到第一半导体结构。
参见图2，去除第一表面100上剩余的第一氧化层14以及第二表面101上的第一氧化层14，得到第一半导体结构1。
其中，第一斜坡凹槽11的斜坡面110的脊线与第二斜坡凹槽12的斜坡面120的脊线平行，且第一斜坡凹槽11的斜坡面110与第二斜坡凹槽12的斜坡面120可以平行，也可以不平行。
本发明实施例对于步骤1101、步骤1102、步骤1103、步骤1104以及步骤1105的先后顺序不作限定。
下面具体介绍第二半导体结构2的制备方法。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图12，步骤120制备第二半导体结构包括：
步骤1201、提供衬底结构，衬底结构包括依次设置的衬底层、绝缘层以及半导体层，半导体层远离绝缘层一侧的表面和半导体层的(111)晶面呈第三夹角。
参见图13，提供衬底结构20，衬底结构20包括依次设置的衬底层23、绝缘层24以及半导体层25，半导体层25远离绝缘层24一侧的表面和半导体层25的(111)晶面呈第三夹角。其中，衬底结构20示例性的可以是绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)。
步骤1202、在半导体层远离绝缘层一侧的表面和衬底层远离绝缘层一侧的表面生长第二氧化层。
参见图14，可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，在半导体层25远离绝缘层24一侧的表面和衬底层23远离绝缘层24一侧的表面生长第二氧化层26。
步骤1203、去除半导体层远离绝缘层一侧的表面的部分第二氧化层，暴露出部分半导体层远离绝缘层一侧的表面。
参见图15，去除半导体层25远离绝缘层24一侧的表面的部分第二氧化层26，暴露出部分半导体层25远离绝缘层24一侧的表面。具体地，可以采用光刻及显影的方式暴露出半导体层25远离绝缘层24一侧的表面的部分第二氧化层26，之后对暴露的半导体层25远离绝缘层24一侧的表面的部分第二氧化层26进行腐蚀，然后进行去除。
步骤1204、对半导体层远离绝缘层一侧的表面进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第三斜坡凹槽，第三斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面；
参见图16，对半导体层25远离绝缘层24一侧的表面进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第三斜坡凹槽27，第三斜坡凹槽27的斜坡面270为(111)晶面。示例性的，在本实施例中，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对对半导体层远离绝缘层一侧的表面进行湿法腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第三斜坡凹槽27，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，半导体层25远离绝缘层24一侧的表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第三斜坡凹槽27的斜坡面270与水平方向之间的夹角可控，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。
步骤1205、去除半导体层远离绝缘层一侧的表面和衬底层远离绝缘层一侧的第二氧化层。
参见图17，去除半导体层25远离绝缘层24一侧的表面和衬底层23远离绝缘层24一侧的第二氧化层26。具体地，可以采用光刻及显影的方式暴露出半导体层25远离绝缘层24一侧的表面和衬底层23远离绝缘层24一侧的第二氧化层26，然后进行腐蚀并去除。
步骤1206、沿第一预设位置，对半导体层进行刻蚀，形成独立设置的第一连接部和第二连接部；
参见图18，沿第一预设位置，对半导体层25进行刻蚀，形成独立设置的第一连接部210和第二连接部220。
步骤1207、在半导体层远离绝缘层一侧的表面和衬底层远离绝缘层一侧的表面生长第三氧化层。
参见图19，在半导体层25远离绝缘层24一侧的表面和衬底层23远离绝缘层24一侧的表面生长第三氧化层28。具体可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，生长第三氧化层28。
步骤1208、去除半导体层远离绝缘层一侧的表面的部分第三氧化层，暴露出第二斜坡凹槽的斜坡面，以及第二连接部中半导体层远离绝缘层一侧的部分表面，第一连接部以及第一连接部之上的第三氧化层构成第一半导体单元，第二连接部以及第二连接部之上的第三氧化层构成第二半导体单元。
参见图18和图20，去除半导体层25远离绝缘层24一侧的表面的部分第三氧化层28，暴露出第二斜坡凹槽27的斜坡面270，以及第二连接部210中半导体层25远离绝缘层24一侧的部分表面，第一连接部210以及第一连接部210之上的第三氧化层28构成第一半导体单元21，第二连接部220以及第二连接部220之上的第三氧化层28构成第二半导体单元22。
本发明实施例对于步骤1201、步骤1202、步骤1203、步骤1204、步骤1205、步骤1206、步骤1207以及步骤1208的先后顺序不作限定。
可选地，在上述技术方案的基础上，(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满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；第二夹角β满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；第三夹角δ满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；第一斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为θ，其中θ大于0°，且小于或等于90°；第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为φ大于0°，且小于或等于90°；第一斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为第一斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角，第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为第二斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角。第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为γ，其中γ大于0°，且小于或等于90°，第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为第三斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角。
需要说明的是，当第一夹角α和/或第二夹角β等于-35.3°时，此时第一表面100和/或第二表面101为(110)晶面，并且在满足大于或等于-35.3°，且小于或等于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11的斜坡面110和/或第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角度可以是0～70.53°。当第一夹角α和/第二夹角β等于54.7°，此时第一表面100和/或第二表面101为(001)晶面，并且在大于0°且小于或等于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11的斜坡面110和/或第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角可以是0～109.47°。因此，可以根据第一斜坡凹槽11的斜坡面110以及第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角度要求，合理设置第一表面100和硅衬底的(111)晶面之间的第一夹角以及第二表面101和硅衬底10的(111)晶面之间的第二夹角，制作0～90°的斜坡。
当第三夹角δ等于-35.3°时，此时半导体层远离绝缘层一侧的表面为(110)晶面，并且在满足大于或等于-35.3°，且小于或等于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，第三斜坡凹槽的斜坡面可以是0～70.53°。当第三夹角δ等于54.7°，此时半导体层远离绝缘层一侧的表面为(001)晶面，并且在大于0°且小于或等于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°，此时第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角可以是0～109.47°。因此，可以根据第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角度要求，合理设置半导体层远离绝缘层一侧的表面和半导体层25的(111)晶面之间的第三夹角δ，制作倾斜角为0～90°的斜坡。
综上所述，第一夹角α、第二夹角β以及第三夹角δ可控，因此，第一斜坡凹槽11的斜坡面110的倾斜角度、第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角度以及第三斜坡凹槽27的斜坡面270的倾斜角度均是可以是调控的，可以做到很小，例如可以做到小于14°，例如可以是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。
下面具体介绍第一半导体结构1和第二半导体结构2键合在一起的制备方法。
可选地，在上述技术方案的基础上，步骤130采用键合工艺，将第一半导体结构的第二表面设置在第一半导体单元和第二半导体单元之上包括：
采用硅硅键合工艺，将硅衬底的第二表面位于半导体层远离绝缘层一侧的表面之上，其中，第三斜坡凹槽位于第一斜坡凹槽的正下方，第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与第三斜坡凹槽的斜坡面的脊线平行，且第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角与第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角相等。
参见图21，采用硅硅键合工艺，将硅衬底10的第二表面101位于半导体层25远离绝缘层24一侧的表面之上，其中，第三斜坡凹槽27位于第一斜坡凹槽11的正下方，第二斜坡凹槽12的斜坡面120的脊线与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的脊线平行，且第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的倾斜角相等。
下面具体介绍可旋转单元、上电极、第一下电极和第二下电极的制备方法。
可选地，在上述技术方案的基础上，步骤140，在第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元包括：
沿第一斜坡凹槽的脊线所在的直线和第二斜坡凹槽的脊线所在的直线对硅衬底的第一表面进行深硅刻蚀，直至贯穿硅衬底的第二表面，以及沿预设区域对硅衬底的第一表面以及第一斜坡凹槽的斜坡面进行减薄，得到可旋转单元，预设区域覆盖第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽。
参见图22，沿第一斜坡凹槽11的脊线所在的直线和第二斜坡凹槽12的脊线所在的直线对硅衬底10的第一表面100进行深硅刻蚀，直至贯穿硅衬底10的第二表面101，以及沿预设区域A1对硅衬底10的第一表面100以及第一斜坡凹槽11的斜坡面110进行减薄，得到可旋转单元12，预设区域A1覆盖第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12。
可选地，在上述技术方案的基础上，沿第一斜坡凹槽的脊线和第二斜坡凹槽的脊线对硅衬底的第一表面进行深硅刻蚀，直至贯穿硅衬底的第二表面，以及沿预设区域对硅衬底的第一表面以及第一斜坡凹槽的斜坡面进行减薄，得到可旋转单元时，还包括：
沿第一预设位置对硅衬底进行深硅刻蚀，形成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽位于第一半导体单元之上，第二凹槽位于第二半导体单元之上。
参见图23，沿第一预设位置对硅衬底10进行深硅刻蚀，形成第一凹槽15和第二凹槽16，第一凹槽15位于第一半导体单元21之上，第二凹槽16位于第二半导体单元22之上。
参见图24，步骤150在第一半导体结构的第一表面侧制备上电极、第一下电极和第二下电极包括：
步骤1501、沿第一凹槽对硅衬底进行深硅刻蚀，同时刻蚀覆盖第一半导体单元的部分第三氧化层，形成第一通孔。
参见图25，沿第一凹槽15对硅衬底10进行深硅刻蚀，同时刻蚀覆盖第一半导体单元21的部分第三氧化层28，形成第一通孔150。
步骤1502、沿第二凹槽刻蚀覆盖第二半导体单元的部分第三氧化层，形成第二通孔；
参见图25，沿第二凹槽16刻蚀覆盖第二半导体单元22的部分第三氧化层28，形成第二通孔160。
步骤1503、在硅衬底的第一表面侧生长第四氧化层，覆盖第一通孔和第二通孔侧壁；
参见图26，在硅衬底10的第一表面侧生长第四氧化层17，覆盖第一通孔150和第二通孔160的侧壁；
步骤1504、沿第二预设位置，刻蚀硅衬底的第一表面侧的第四氧化层，形成第三凹槽；
参见图27，沿第二预设位置，刻蚀硅衬底10的第一表面侧100的第四氧化层17，形成第三凹槽18。
步骤1505、形成上电极，上电极覆盖可旋转单元以及第三凹槽；
参见图27，形成上电极30，上电极30覆盖可旋转单元以及第三凹槽18。
步骤1506、形成第一下电极，第一下电极覆盖第一通孔的底面和侧壁；
参见图27，形成第一下电极40，第一下电极40覆盖第一通孔150的底面和侧壁；
步骤1507、形成第二下电极，第二下电极覆盖第二通孔的底面和侧壁。
参见图27，形成第二下电极41，第二下电极41覆盖第二通孔160的底面和侧壁。
本发明实施例对于第一下电极、第二下电极和上电极的制备工艺不作限定。且对于步骤1501、步骤1502、步骤1503、步骤1504、步骤1505、步骤1506、以及步骤1507的先后顺序不作限定。
参见图27，上电极30接入上电极电信号，第一下电极40接入第一下电极电信号，第二下电极41接入第二下电极电信号，上电极30和第一下电极40在上电极电信号和第一下电极电信号的作用下产生第一静电力，上电极30和第二下电极41在上电极电信号和第二下电极电信号的作用下产生第二静电力，可旋转单元13在第一静电力和第二静电力的作用下进行旋转，实现相应功能。
在本实施例中，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第一半导体结构，其中，采用湿法腐蚀工艺对第一半导体结构1中第一表面100和第二表面101进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，第一表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第一斜坡凹槽11的斜坡面110以及第二斜坡凹槽12的斜坡面120与水平方向之间的夹角可控，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。本发明实施例采用湿法腐蚀工艺对对半导体层远离绝缘层一侧的表面进行湿法腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第三斜坡凹槽27，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，半导体层25远离绝缘层24一侧的表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第三斜坡凹槽27的斜坡面270与水平方向之间的夹角可控，斜坡面的倾斜角度可以做到很小，例如小于14°。相比现有技术中通过光刻工艺制备得到的斜坡面，受限于光刻精度，斜坡面的倾斜角度一般大于14°，倾斜角无法进一步减小，斜坡面的设置自由度受限。且采用硅硅键合工艺，将硅衬底10的第二表面101位于半导体层25远离绝缘层24一侧的表面之上，其中，第三斜坡凹槽27位于第一斜坡凹槽11的正下方，第二斜坡凹槽12的斜坡面120的脊线与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的脊线平行，且第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的倾斜角相等。上电极30接入上电极电信号，第一下电极40接入第一下电极电信号，第二下电极41接入第二下电极电信号，上电极30和第一下电极40在上电极电信号和第一下电极电信号的作用下产生第一静电力，上电极30和第二下电极41在上电极电信号和第二下电极电信号的作用下产生第二静电力，可旋转单元13在第一静电力和第二静电力的作用下进行旋转，实现相应功能。
图28是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的如图28所示的旋转结构，如图27和图28所示，本发明实施例的旋转结构还包括支撑框架50和扭转梁60；在上述制备方法中，所述第一半导体结构1中所述可旋转单元13之外的部分以及第二半导体结构2中第一半导体单元21和第二半导体单元22的之外部分为旋转结构的支撑框架50；
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得到，参见图27和图28，本发明实施例提供的旋转结构包括：第二半导体结构2，第二半导体结构2包括独立设置的第一半导体单元21和第二半导体单元22；第一半导体结构1，位于第二半导体结构2的独立设置的第一半导体单元21和第二半导体单元22之上，第一半导体结构1包括可旋转单元13；可旋转单元13包括第一斜坡凹槽11和第二斜坡凹槽12，第一斜坡凹槽11的斜坡面110和第二斜坡凹槽12的斜坡面120均为(111)晶面；上电极30、第一下电极40和第二下电极41，上电极30与可旋转单元13电连接，第一下电极40与第一半导体单元21电连接，第二下电极41与第二半导体单元22电连接；可旋转单元13用于根据上电极30和第一下电极40，以及上电极30和第二下电极41之间的静电力进行旋转，实现相应功能。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图18、图27和图28，第二半导体结构2包括：独立设置的第一连接部210和第二连接部220；第一连接部210包括第三斜坡凹槽27，第三斜坡凹槽27的斜坡面270为(111)晶面；第三氧化层28，覆盖第一连接部210和第二连接部220，第三氧化层28和第一连接部210构成第一半导体单元21，第三氧化层28和第二连接部220构成第二半导体单元22。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图27和图28，第三斜坡凹槽27位于第一斜坡凹槽11的正下方，第二斜坡凹槽12的斜坡面120的脊线与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的脊线平行，且第二斜坡凹槽12的斜坡面120的倾斜角与第三斜坡凹槽27的斜坡面270的倾斜角相等。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图25、图27和图28，第一半导体结构1还包括第一通孔150和第二通孔160，第一通孔150位于第一半导体单元21之上，第二通孔160位于第二半导体单元22之上。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图27和图28，还包括上电极30，上电极30覆盖可旋转单元13；第一下电极40，第一下电极40覆盖第一通孔150的底面和侧壁；第二下电极41，第二下电极41覆盖第二通孔160的底面和侧壁。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图27和图28，旋转结构还包括支撑框架50和扭转梁60；第一半导体结构1中可旋转单元13之外的部分以及第二半导体结构2中第一半导体单元21和第二半导体单元22的之外部分为旋转结构的支撑框架50，扭转梁60沿第一斜坡凹槽11的斜坡面110的脊线方向，一端与可旋转单元13连接，扭转梁60的另一端与支撑框架50连接；可旋转单元13与支撑框架50的第一断开处位于第一斜坡凹槽11的脊线所在的直线，第二断开处位于第二斜坡凹槽12的脊线所在的直线。
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，本发明不限于这里的特定实施例，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 (15)
1.一种旋转结构的制备方法，其特征在于，包括：
采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构，其中，所述第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽和位于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，所述第一表面和第二表面相对设置；
制备第二半导体结构，其中，所述第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元；
采用键合工艺，将所述第一半导体结构的第二表面设置在所述第一半导体单元和所述第二半导体单元之上；
在所述第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元；
在所述第一半导体结构的第一表面侧制备上电极、第一下电极和第二下电极，所述上电极与所述可旋转单元电连接，所述第一下电极与所述第一半导体单元电连接，所述第二下电极与所述第二半导体单元电连接。
2.根据权利要求1所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，采用湿法腐蚀工艺制备第一半导体结构包括：
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；
在所述第一表面和所述第二表面生长第一氧化层；
分别去除所述第一表面一侧的部分所述第一氧化层以及所述第二表面一侧的部分所述第一氧化层，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第一氧化层以及所述第二表面上的第一氧化层，得到第一半导体结构。
3.根据权利要求2所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，制备第二半导体结构包括：
提供衬底结构，所述衬底结构包括依次设置的衬底层、绝缘层以及半导体层，所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面和所述半导体层的(111)晶面呈第三夹角；
在所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面和所述衬底层远离所述绝缘层一侧的表面生长第二氧化层；
去除所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面的部分所述第二氧化层，暴露出部分所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面；
对所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面进行湿法腐蚀，暴露出部分所述(111)晶面，得到第三斜坡凹槽，所述第三斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面；
去除所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面和所述衬底层远离所述绝缘层一侧的第二氧化层；
沿第一预设位置，对所述半导体层进行刻蚀，形成独立设置的第一连接部和第二连接部；
在所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面和所述衬底层远离所述绝缘层一侧的表面生长第三氧化层；
去除所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面的部分所述第三氧化层，暴露出所述第二斜坡凹槽的斜坡面，以及所述第二连接部中所述半导体层远离所述绝缘层一侧的部分表面，所述第一连接部以及所述第一连接部之上的所述第三氧化层构成所述第一半导体单元，所述第二连接部以及所述第二连接部之上的所述第三氧化层构成所述第二半导体单元。
4.根据权利要求3所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，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满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；所述第二夹角β满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；所述第三夹角δ满足大于或等于-35.3°，且小于或等于0°，或者大于0°且小于或等于54.7°；
所述第一斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为θ，其中θ大于0°，且小于或等于90°；所述第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为φ大于0°，且小于或等于90°；所述第一斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为所述第一斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角，所述第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为所述第二斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角；所述第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为γ，其中γ大于0°，且小于或等于90°，所述第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角为所述第三斜坡凹槽的斜坡面与水平方向的夹角。
5.根据权利要求3所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，采用键合工艺，将所述第一半导体结构的第二表面设置在所述第一半导体单元和所述第二半导体单元之上包括：
采用硅硅键合工艺，将所述硅衬底的第二表面位于所述半导体层远离所述绝缘层一侧的表面之上，其中，所述第三斜坡凹槽位于所述第一斜坡凹槽的正下方，所述第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与所述第三斜坡凹槽的斜坡面的脊线平行，且所述第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角与所述第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角相等。
6.根据权利要求5所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，在所述第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元包括：
沿所述第一斜坡凹槽的脊线所在的直线和所述第二斜坡凹槽的脊线所在的直线对所述硅衬底的第一表面进行深硅刻蚀，直至贯穿所述硅衬底的第二表面，以及沿预设区域对所述硅衬底的第一表面以及所述第一斜坡凹槽的斜坡面进行减薄，得到所述可旋转单元，所述预设区域覆盖所述第一斜坡凹槽和所述第二斜坡凹槽。
7.根据权利要求6所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，沿所述第一斜坡凹槽的脊线和所述第二斜坡凹槽的脊线对所述硅衬底的第一表面进行深硅刻蚀，直至贯穿所述硅衬底的第二表面，以及沿预设区域对所述硅衬底的第一表面以及所述第一斜坡凹槽的斜坡面进行减薄，得到所述可旋转单元时，还包括：
沿第一预设位置对所述硅衬底进行深硅刻蚀，形成第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽位于所述第一半导体单元之上，所述第二凹槽位于所述第二半导体单元之上。
8.根据权利要求7所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，在所述第一半导体结构的第一表面侧制备上电极、第一下电极和第二下电极，所述上电极与所述可旋转单元电连接，所述第一下电极与所述第一半导体单元电连接，所述第二下电极与所述第二半导体单元电连接包括：
沿所述第一凹槽对所述硅衬底进行深硅刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一半导体单元的部分第三氧化层，形成第一通孔；
沿所述第二凹槽刻蚀覆盖所述第二半导体单元的部分第三氧化层，形成第二通孔；
在所述硅衬底的第一表面侧生长第四氧化层，覆盖所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁；
沿第二预设位置，刻蚀所述硅衬底的第一表面侧的第四氧化层，形成第三凹槽；
形成上电极，所述上电极覆盖所述可旋转单元以及所述第三凹槽；
形成第一下电极，所述第一下电极覆盖所述第一通孔的底面和侧壁；
形成第二下电极，所述第二下电极覆盖所述第二通孔的底面和侧壁。
9.根据权利要求3所述的旋转结构的制备方法，其特征在于，所述旋转结构还包括支撑框架和扭转梁；
所述第一半导体结构中所述可旋转单元之外的部分以及所述第二半导体结构中所述第一半导体单元和所述第二半导体单元的之外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，所述扭转梁沿所述第一斜坡凹槽的斜坡面的脊线方向，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。
10.一种旋转结构，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的方法制备得到，包括：
第二半导体结构，所述第二半导体结构包括独立设置的第一半导体单元和第二半导体单元；
第一半导体结构，位于所述第二半导体结构的独立设置的所述第一半导体单元和所述第二半导体单元之上，所述第一半导体结构包括可旋转单元，所述可旋转单元包括第一斜坡凹槽和第二斜坡凹槽，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；
上电极、第一下电极和第二下电极，所述上电极与所述可旋转单元电连接，所述第一下电极与所述第一半导体单元电连接，所述第二下电极与所述第二半导体单元电连接。
11.根据权利要求10所述的旋转结构，其特征在于，所述第二半导体结构包括：独立设置的第一连接部和第二连接部；所述第一连接部包括第三斜坡凹槽，所述第三斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面；第三氧化层，覆盖所述第一连接部和所述第二连接部，所述第三氧化层和所述第一连接部构成所述第一半导体单元，所述第三氧化层和所述第二连接部构成所述第二半导体单元。
12.根据权利要求11所述的旋转结构，其特征在于，所述第三斜坡凹槽位于所述第一斜坡凹槽的正下方，所述第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与所述第三斜坡凹槽的斜坡面的脊线平行，且所述第二斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角与所述第三斜坡凹槽的斜坡面的倾斜角相等。
13.根据权利要求12所述的旋转结构，其特征在于，所述第一半导体结构还包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述第一半导体单元之上，所述第二通孔位于所述第二半导体单元之上。
14.根据权利要求13所述的旋转结构，其特征在于，还包括上电极，所述上电极覆盖所述可旋转单元；
第一下电极，所述第一下电极覆盖所述第一通孔的底面和侧壁；
第二下电极，所述第二下电极覆盖所述第二通孔的底面和侧壁。
15.根据权利要求12所述的旋转结构，其特征在于，所述旋转结构还包括支撑框架和扭转梁；所述第一半导体结构中所述可旋转单元之外的部分以及所述第二半导体结构中所述第一半导体单元和所述第二半导体单元的之外部分为所述旋转结构的支撑框架，所述扭转梁沿所述第一斜坡凹槽的斜坡面的脊线方向，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；所述可旋转单元与所述支撑框架的第一断开处位于所述第一斜坡凹槽的脊线所在的直线，第二断开处位于所述第二斜坡凹槽的脊线所在的直线。
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Denomination of invention: A kind of preparation method of rotating structure and rotating structure Effective date of registration: 20220816 Granted publication date: 20210112 Pledgee: Bank of China Limited Shanghai Jiading Sub-branch Pledgor: Shanghai Core Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000178 |
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