CN111232917A - 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，第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽；制备包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元的第二半导体结构；采用键合工艺，将第一半导体结构的第一表面设置在第二半导体结构之上；在第一半导体结构的预设区域制备可旋转单元；在第一半导体结构背离第一表面侧的表面制备上电极、第一下电极和第二下电极。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，所述第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽，所述第一斜坡凹槽的斜坡面为(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，所述第二半导体结构包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元；
采用键合工艺，将所述第一半导体结构的第一表面设置在所述第二半导体结构的独立设置的所述第一下电极连接单元和所述第二下电极连接单元之上；
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背离所述第一表面侧的表面制备上电极、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下电极连接单元电连接，所述第二下电极与所述第二下电极连接单元电连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种旋转结构，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下电极连接单元和第二下电极连接单元；
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，所述第一斜坡凹槽的斜坡面为(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下电极连接单元电连接，所述第二下电极与所述和第二下电极连接单元电连接。
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进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽，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15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16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17-图24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25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26-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又一种旋转结构的制备方法的流程示意图；
图29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30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，第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽，第一斜坡凹槽的斜坡面为(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，第一斜坡凹槽11的斜坡面110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进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11，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100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，第二半导体结构包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元。
参见图3，制备第二半导体结构2，第二半导体结构2包括独立设置的第一下电极连接单元21和第二下电极连接单元22。
步骤130、采用键合工艺，将第一半导体结构的第一表面设置在第二半导体结构的独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元之上。
参见图4，采用键合工艺，将第一半导体结构1的第一表面100设置在第二半导体结构2的独立设置的第一下电极连接单元21和第二下电极连接单元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12。
步骤150、在第一半导体结构背离第一表面侧的表面制备上电极、第一下电极和第二下电极，上电极与可旋转单元电连接，第一下电极与第一下电极连接单元电连接，第二下电极与第二下电极连接单元电连接。
参见图6，在第一半导体结构1背离第一表面100侧的表面制备上电极30、第一下电极40和第二下电极41，上电极30与可旋转单元12电连接，第一下电极40与第一下电极连接21单元电连接，第二下电极41与第二下电极连接单元22电连接。需要说明的是，第一下电极连接单元21复用为第一下电极40，第二下电极连接单元22复用为第二下电极42。在本实施例中，可旋转单元12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。
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。
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1中第一表面100进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11，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100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。
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、提供第一硅衬底，第一表面和第一硅衬底的(111)晶面呈第一夹角。
参见图8，提供第一硅衬底10，第一表面100和第一硅衬底10的(111)晶面呈第一夹角α。
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13。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13。
步骤1103、去除第一表面一侧的部分第一氧化层。
参见图10，去除第一表面100一侧的部分第一氧化层13。具体地，可以采用光刻及显影的方式暴暴露出第一表面100一侧的部分第一氧化层13，之后对暴露的第一表面100一侧的部分第一氧化层13进行腐蚀，然后进行去除。
步骤1104、对第一表面进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第一斜坡凹槽，第一斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面。
参见图11，对第一表面100进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第一斜坡凹槽11，第一斜坡凹槽11的斜坡面110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。
参见图12，具体地，可以采用光刻及显影的方式去除第一表面100上剩余的第一氧化层13以及第二表面101上的第一氧化层13。
步骤1106、在第二表面、第一表面侧的第一斜坡凹槽的斜坡面以及第一表面生长第二氧化层。
参见图13，具体可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，在第二表面101、第一表面100侧的第一斜坡凹槽11的斜坡面110以及第一表面100生长第二氧化层14。
步骤1107、去除预设区域内，第一表面侧的第一斜坡凹槽的斜坡面以及第一表面侧的第二氧化层。
参见图14，具体地，可以采用光刻及显影的方式去除预设区域A1内，第一表面100侧的第一斜坡凹槽11的斜坡面120以及第一表面100侧的第二氧化层14，避免其会累积电荷，影响可旋转单元12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。
步骤1108、在第二氧化层远离第一表面一侧的表面制备键合层，得到第一半导体结构。
参见图15，在第二氧化层14远离第一表面100一侧的表面制备键合层15，得到第一半导体结构1。
可选地，键合层15所用的材料可以是锗。
本发明实施例对于步骤1101、步骤1102、步骤1103、步骤1104、步骤1105、步骤1106、步骤1107、以及步骤1108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16，步骤120制备第二半导体结构，第二半导体结构包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元包括：
步骤1201、提供第二硅衬底，第二硅衬底包括相对设置的第三表面和与第三表面相对设置的第四表面，第三表面和第二硅衬底的(111)晶面呈第二夹角。
参见图17，提供第二硅衬底20，第二硅衬底20包括相对设置的第三表面200和与第三表面200相对设置的第四表面201，第三表面200和第二硅衬底20的(111)晶面呈第二夹角β。
步骤1202、在第三表面和第四表面生长第三氧化层。
参见图18、具体可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，在第三表面200和第四表面201生长第三氧化层23。
步骤1203、去除第三表面一侧的部分第三氧化层。
参见图19，具体地，可以采用光刻及显影的方式去除第三表面200一侧的部分第三氧化层23。
步骤1204、对第三表面进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第二斜坡凹槽，第二斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面。
参见图20，对第三表面200进行湿法腐蚀，暴露出部分(111)晶面，得到第二斜坡凹槽24，第二斜坡凹槽24的斜坡面240为(111)晶面。
步骤1205、除去第三表面上剩余的第三氧化层以及第四表面上的第三氧化层。
参见图21，具体地，可以采用光刻及显影的方式除去第三表面200上剩余的第三氧化层23以及第四表面201上的第三氧化层23。
步骤1206、在第三表面、第二斜坡凹槽的斜坡面所以及第四表面生长第四氧化层。
参见图22，具体可以采用热生长方式，设置合适的生长温度，在第三表面200、第二斜坡凹槽24的斜坡面所以及第四表面生长第四氧化层25。
步骤1207、在第二斜坡凹槽的斜坡面以及第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面制备第一电极连接层，在第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面制备第二电极连接层，第二斜坡凹槽位于第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面与第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面之间，第一电极连接层与第二电极连接层绝缘设置，得到第二半导体结构。
参见图23，在第二斜坡凹槽24的斜坡面240以及第二斜坡凹槽24的第一侧的第三表面200制备第一电极连接层26，在第二斜坡凹槽24的第二侧的第三表面200制备第二电极连接层27，第二斜坡凹槽位于第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面与第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面之间，第一电极连接层与第二电极连接层绝缘设置，得到第二半导体结构。
第一电极连接层26以及第二电极连接层27示例性的可以是导电性能良好的金属膜层。
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第二硅衬底20的第三表面200进行湿法腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第二斜坡凹槽24，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，第三表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第二斜坡凹槽24的斜坡面240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1201、步骤1202、步骤1203、步骤1204、步骤1205、步骤1206以及步骤1207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°；
第一斜坡凹槽11的斜坡面110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24的斜坡面240的倾斜角为φ大于0°，且小于或等于90°；第一斜坡凹槽11的斜坡面110的倾斜角为第一斜坡凹槽11的斜坡面110与水平方向的夹角，第二斜坡凹槽24的斜坡面240的倾斜角为第二斜坡凹槽24的斜坡面240与水平方向的夹角。
需要说明的是，当第一夹角α等于-35.3°时，此时第一表面100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的倾斜角度可以是0～70.53°。当第一夹角α等于54.7°，此时第一表面100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的倾斜角度要求，合理设置第一表面100和第一硅衬底10的(111)晶面之间的第一夹角α，制作0～90°的斜坡。
当第二夹角β等于-35.3°时，此时第三表面200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，第二斜坡凹槽24的斜坡面240可以是0～70.53°。当第二夹角β等于54.7°，此时第三表面200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°，此时第二斜坡凹槽24的斜坡面240的倾斜角可以是0～109.47°。因此，可以根据第二斜坡凹槽24的斜坡面240的倾斜角度要求，合理设置第三表面200和(111)晶面之间的第二夹角β，制作倾斜角为0～90°的斜坡。
综上所述，第一夹角α以及第二夹角β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24的斜坡面240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一表面设置在第二半导体结构的独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元之上包括：
采用共晶键合工艺，将第一硅衬底的第一表面位于第二硅衬底的第三表面侧之上，其中，第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与第一斜坡凹槽的斜坡面的脊线平行，且第二斜坡凹槽的斜坡面与第一斜坡凹槽的斜坡面位于同一平面。
参见图24，采用共晶键合工艺，将第一硅衬底10的第一表面100位于第二硅衬底20的第三表面200侧之上，其中，第二斜坡凹槽24的斜坡面240的脊线与第一斜坡凹槽11的斜坡面110的脊线平行，且第二斜坡凹槽24的斜坡面240与第一斜坡凹槽11的斜坡面110位于同一平面。
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，参见图25，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：
步骤1401、对第二表面进行减薄，形成第五表面。
参见图26，对第二表面101进行减薄，形成第五表面102。
步骤1402、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第一硅衬底的第五表面进行深硅刻蚀，得到可旋转单元，其中，第二斜坡凹槽位于可旋转单元的正下方，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为预设区域的边界。
参见图27，沿第一斜坡凹槽11的脊线所在的直线和第二斜坡凹槽24的脊线所在的直线对第一硅衬底10的第五表面102进行深硅刻蚀，得到可旋转单元12，其中，第二斜坡凹槽24位于可旋转单元12的正下方，第一斜坡凹槽11的脊线所在的直线和第二斜坡凹槽24的脊线所在的直线为预设区域A1的边界。
本发明实施例对于步骤1401以及步骤1402的先后顺序不作限定。
可选地，在上述技术方案的基础上，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第一硅衬底的第五表面进行深硅刻蚀，得到可旋转单元时，还包括：
沿预设位置对第一硅衬底以及第一表面一侧的第二氧化层，进行深硅刻蚀，形成第一通孔和第二通孔，第一通孔位于第一电极连接层之上，第二通孔位于第二电极连接层之上。
参见图27，沿预设位置对第一硅衬底10以及第一表面100一侧的第二氧化层，进行深硅刻蚀，形成第一通孔16和第二通孔17，第一通孔16位于第一电极连接层26之上，第二通孔17位于第二电极连接层27之上。
可选地，在上述技术方案的基础上，步骤150在第一半导体结构背离第一表面侧的表面制备上电极、第一下电极和第二下电极，上电极与可旋转单元电连接，第一下电极与第一下电极连接单元电连接，第二下电极与第二下电极连接单元电连接包括：
步骤1501、形成上电极，上电极覆盖可旋转单元以及第一半导体结构的部分第五表面。
参见图29，形成上电极30，上电极30覆盖可旋转单元12以及第一半导体结构1的部分第五表面102。
步骤1502、第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面的第一电极连接层复用为第一下电极。
参见图29，第二斜坡凹槽24的第一侧的第三表面200的第一电极连接层26复用为第一下电极40。
步骤1503、第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面的第二电极连接层复用为第二下电极。
参见图29，第二斜坡凹槽24的第二侧的第三表面200的第二电极连接层27复用为第二下电极41。
本发明实施例对于上电极的制备工艺不作限定。且对于步骤1501、步骤1502、步骤1503、以及步骤1504的先后顺序不作限定。
参见图29，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12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1中第一表面100进行腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第一斜坡凹槽11，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100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。因此本发明实施例采用湿法腐蚀工艺对第二硅衬底的第三表面进行湿法腐蚀，腐蚀截止于(111)晶面，形成第二斜坡凹槽24，其中斜坡凹槽可以理解为包括斜坡面的凹槽结构。同时，第三表面与(111)晶面之间的夹角可控，因此第二斜坡凹槽24的斜坡面240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。且采用共晶键合工艺，将第一硅衬底10的第一表面100侧位于第二硅衬底20的第三表面200侧之上，其中，第二斜坡凹槽24的斜坡面240的脊线与第一斜坡凹槽11的斜坡面110的脊线平行，且第二斜坡凹槽24的斜坡面240与第一斜坡凹槽11的斜坡面110位于同一平面。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12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30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30所示的旋转结构，如图29和图30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12之外的部分以及第二半导体结构2中第一下电极连接单元21和第二下电极连接单元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12连接，扭转梁60的另一端与支撑框架50连接。
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29和图30，该旋转结构包括：
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下电极连接单元21和第二下电极连接单元22；第一半导体结构1，位于第二半导体结构2的独立设置的第一下电极连接单元21和第二下电极连接单元22之上，第一半导体结构1包括可旋转单元12，可旋转单元12包括第一斜坡凹槽11，第一斜坡凹槽11的斜坡面110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12电连接，第一下电极40与第一下电极连接单元21电连接，第二下电极41与和第二下电极连接单元22电连接。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图29和图30，第二半导体结构2包括：第一电极连接层26和第二电极连接层27，第一电极连接层26位于第二斜坡凹槽24的斜坡面240以及第二斜坡凹槽24的第一侧，第二电极连接层27位于第二斜坡凹槽24的第二侧，第一电极连接层26与第二电极连接层27绝缘设置。可选地，在上述技术方案的基础上，参见图29和图30，第二斜坡凹槽24的斜坡面240的脊线与第一斜坡凹槽11的斜坡面110的脊线平行，且第二斜坡凹槽24的斜坡面240与第一斜坡凹槽11的斜坡面110位于同一平面。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图29和图30，第一半导体结构1还包括第一通孔16和第二通孔17，第一通孔16位于第一电极连接层26之上，第二通孔17位于第二电极连接层27之上。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图29和图30，还包括上电极30，上电极覆盖可旋转单元12；第一下电极40，第一通孔16正下方的第一电极连接层26复用为第一下电极40；第二下电极41，第二通孔17正下方的第二电极连接层27复用为第二下电极41。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图29和图30，，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12之外的部分以及第二半导体结构2中第一下电极连接单元21和第二下电极连接单元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12连接，扭转梁60的另一端与支撑框架50连接；可旋转单元12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24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，所述第一半导体结构包括位于第一表面的第一斜坡凹槽，所述第一斜坡凹槽的斜坡面为(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，所述第二半导体结构包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元；
采用键合工艺，将所述第一半导体结构的第一表面设置在所述第二半导体结构的独立设置的所述第一下电极连接单元和所述第二下电极连接单元之上；
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背离所述第一表面侧的表面制备上电极、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下电极连接单元电连接，所述第二下电极与所述第二下电极连接单元电连接。
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：
提供第一硅衬底，所述第一表面和所述第一硅衬底的(111)晶面呈第一夹角；
在所述第一表面和所述第二表面生长第一氧化层；
去除所述第一表面一侧的部分所述第一氧化层；
对所述第一表面进行湿法腐蚀，暴露出部分所述(111)晶面，得到所述第一斜坡凹槽，所述第一斜坡凹槽的斜坡面为(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；
在所述第二表面、所述第一表面侧的第一斜坡凹槽的斜坡面以及所述第一表面生长第二氧化层；
去除所述预设区域内，所述第一表面侧的第一斜坡凹槽的斜坡面以及所述第一表面侧的第二氧化层；
在所述第二氧化层远离所述第一表面一侧的表面制备键合层，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，所述第二半导体结构包括独立设置的第一下电极连接单元和第二下电极连接单元包括：
提供第二硅衬底，所述第二硅衬底包括相对设置的第三表面和与所述第三表面相对设置的第四表面，所述第三表面和所述第二硅衬底的(111)晶面呈第二夹角；
在所述第三表面和所述第四表面生长第三氧化层；
去除所述第三表面一侧的部分所述第三氧化层；
对所述第三表面进行湿法腐蚀，暴露出部分所述(111)晶面，得到第二斜坡凹槽，所述第二斜坡凹槽的斜坡面为(111)晶面；
除去所述第三表面上剩余的所述第三氧化层以及所述第四表面上的第三氧化层；
在所述第三表面、所述第二斜坡凹槽的斜坡面所以及所述第四表面生长第四氧化层；
在所述第二斜坡凹槽的斜坡面以及所述第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面制备第一电极连接层，在所述第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面制备第二电极连接层，所述第二斜坡凹槽位于第二斜坡凹槽的第一侧的第三表面与所述第二斜坡凹槽的第二侧的第三表面之间，所述第一电极连接层与所述第二电极连接层绝缘设置，得到第二半导体结构。
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。
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一表面设置在所述第二半导体结构的独立设置的所述第一下电极连接单元和所述第二下电极连接单元之上包括：
采用共晶键合工艺，将所述第一硅衬底的第一表面位于所述第二硅衬底的第三表面侧之上，其中，所述第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与所述第一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与所述第一斜坡凹槽的斜坡面位于同一平面。
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：
对所述第二表面进行减薄，形成第五表面；
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第一硅衬底的第五表面进行深硅刻蚀，得到所述可旋转单元，其中，所述第二斜坡凹槽位于所述可旋转单元的正下方，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为预设区域的边界。
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第一硅衬底的第五表面进行深硅刻蚀，得到所述可旋转单元时，还包括：
沿预设位置对所述第一硅衬底以及所述第一表面一侧的第二氧化层，进行深硅刻蚀，形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述第一电极连接层之上，所述第二通孔位于所述第二电极连接层之上。
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背离所述第一表面侧的表面制备上电极、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下电极连接单元电连接，所述第二下电极与所述第二下电极连接单元电连接包括：
形成上电极，所述上电极覆盖所述可旋转单元以及所述第一半导体结构的部分第五表面；
所述第一电极连接层复用为所述第一下电极；
所述第二电极连接层复用为所述第二下电极。
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下电极连接单元和所述第二下电极连接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下电极连接单元和第二下电极连接单元；
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，所述第一斜坡凹槽的斜坡面为(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下电极连接单元电连接，所述第二下电极与所述和第二下电极连接单元电连接。
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：第一电极连接层和第二电极连接层，所述第一电极连接层位于所述第二斜坡凹槽的斜坡面以及所述第二斜坡凹槽的第一侧，所述第二电极连接层位于所述第二斜坡凹槽的第二侧，所述第一电极连接层与所述第二电极连接层绝缘设置。
12.根据权利要求11所述的旋转结构，其特征在于，所述第二斜坡凹槽的斜坡面的脊线与所述第一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与所述第一斜坡凹槽的斜坡面位于同一平面。
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电极连接层之上，所述第二通孔位于所述第二电极连接层之上。
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，所述第一电极连接层复用为所述第一下电极；
第二下电极，所述第二电极连接层复用为所述第二下电极。
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下电极连接单元和所述第二下电极连接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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of preparation method of rotating structure and rotating structure Effective date of registration: 20220816 Granted publication date: 20201211 Pledgee: Bank of China Limited Shanghai Jiading Sub-branch Pledgor: Shanghai Core Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000178 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20201211 |