CN112305752A - 微镜结构及其制作方法、微镜阵列和探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微镜结构，包括：光反射膜，悬设于衬底上；多段形变梁，首尾依次相邻或相接地围绕在光反射膜的外侧以外或下方位置，每段形变梁分别通过一个支点结构绝缘地连接至光反射膜的外侧上；多个支撑柱，分别支撑于每两段形变梁的相邻或相接端点位置的下方；通过向至少一段形变梁中通电，使形变梁因通电发热而产生相对于其长度方向的向上或向下方向的弯曲变形，带动与之连接的光反射膜的对应侧向上或向下位移，并通过对各段形变梁执行分别控制所形成的变形大小不同组合，实现使光反射膜朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。本发明还公开了一种微镜结构制作方法、微镜阵列和探测器。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路和探测器技术领域，尤其涉及一种能实现任意方向偏转的微镜结构及其制作方法、微镜阵列和探测器。
背景技术
目前，微镜已成为微机电系统(MEMS)产品中的重要一员，并已开始应用于车载激光雷达中。随着自动驾驶技术的发展，对激光雷达及其MEMS微镜技术也提出了越来越高的要求。
其中，现有采用静电驱动方式实现对微镜偏转角度的控制，已成为一种较成熟的技术。然而，在通过静电场控制来调节微镜的偏转角度时，往往需要设计十分复杂的偏转结构，例如梳齿结构等，这无疑增加了控制难度，且其仅可实现使微镜平面沿一个固定轴向进行偏转，因而难以满足实际使用场景中对微镜偏转方向的广泛需求。
参考文献：
1)美国专利US7286278B2 Methods for depositing,releasing and packagingmicro-electromechanical devices on wafer substrates(在晶圆衬底上沉积、释放和封装微电子器件的方法)。
2)美国专利US9348136B2 Micromirror apparatus and methods(微镜装置和方法)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种微镜结构及其制作方法、微镜阵列和探测器。
为实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种微镜结构，包括：
光反射膜，其被配置为悬设于一衬底之上；
多段形变梁，其被配置为首尾依次相邻或相接地围绕在所述光反射膜的外侧以外位置或围绕位于所述光反射膜的下方位置，每段所述形变梁分别通过一个支点结构绝缘地连接至所述光反射膜的外侧上；
多个支撑柱，其被配置为分置且支撑于每两段所述形变梁的相邻或相接端点位置的下方与所述衬底的表面之间，并形成各段所述形变梁与所述衬底之间的电连接；
其中，通过向至少一段所述形变梁中通电，使所述形变梁因通电发热而产生相对于其长度方向的向上或向下方向的弯曲变形，带动与之连接的所述光反射膜的对应侧向上或向下位移，并通过对各段所述形变梁执行分别控制所形成的变形大小不同组合，实现使所述光反射膜朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。
进一步地，所述光反射膜为矩形，所述形变梁被配置为与所述光反射膜的边一一对应。
进一步地，所述光反射膜的外侧与所述形变梁之间通过隔热层形成绝缘连接，所述隔热层被配置为其外侧上具有朝向所述形变梁方向延伸的突出，所述突出作为所述支点结构搭接于所述形变梁上，使所述光反射膜与所述形变梁之间形成连接。
进一步地，所述光反射膜覆于所述隔热层的表面上；或者，所述光反射膜通过其外侧嵌于框形的所述隔热层的内框中。
进一步地，所述突出唯一地配置于每段所述形变梁与所述光反射膜的对应侧之间，并连接于所述形变梁的梁长方向上的中部。
进一步地，所述形变梁为上下叠设的多层叠层结构，所述叠层结构包括发热电阻层、第一形变层和第二形变层；其中，所述第一形变层材料具有第一热膨胀系数，所述第二形变层材料具有第二热膨胀系数，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的相对大小不同。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种微镜结构制作方法，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上形成CMOS电路；
在所述衬底的表面上形成牺牲层并图形化；
在所述牺牲层上形成连通至所述CMOS电路的多个通孔，并在所述通孔内填充金属，形成导电支撑柱结构；
在所述牺牲层的表面上依次形成发热电阻层、第一形变层和第二形变层，并图形化，形成具有上下叠设的叠层结构的多段形变梁，并使各段所述形变梁按首尾依次相邻或相接方式形成环形排列，且使每两段所述形变梁的相邻或相接端点接触设于一个对应的所述导电支撑柱上；
在所述牺牲层的表面上形成介质隔热层，并图形化，在由各段所述形变梁所围成区域以内的所述牺牲层的表面上形成隔热层图形，并使形成的所述隔热层图形外侧上具有搭接至所述形变梁中部上的一个突出，作为支点结构；
在所述隔热层图形的表面上形成光反射膜图形；
通过释放工艺去除所述牺牲层，形成悬空的微镜结构。
进一步地，所述第一形变层材料具有第一热膨胀系数，所述第二形变层材料具有第二热膨胀系数，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的相对大小不同。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种微镜阵列，其具有多个上述的任意一种微镜结构，所述微镜结构在衬底上按行列方式依次排列形成微镜阵列，其中，任意一个所述微镜结构被配置为独立于其他微镜结构执行朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种探测器，其具有上述的任意一种微镜结构；或者，其具有上述的微镜阵列。
相比现有技术，本发明的优点在于，本发明通过控制多个形变梁的弯曲变形程度，不仅可方便地带动微镜(光反射膜)进行偏转，而且能实现使微镜朝向任意预定的方向进行偏转，还可以控制使微镜整体在垂直方向上作浮动，从而极大满足了不同应用场景中对微镜偏转方向的多种需求。同时，本发明通过设置多个形变梁结构用以调节微镜的偏转角度，结构简单，并使得控制更加简易。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例一的一种微镜结构示意图。
图2是本发明一较佳实施例一的一种形变梁结构示意图。
图3是本发明一较佳实施例二的一种形变梁结构示意图。
图4是本发明一较佳实施例二的一种微镜结构示意图。
图5是本发明一较佳实施例的一种微镜阵列结构示意图。
图中1.微镜结构，10/101/102/103/104.支撑柱，2.微镜阵列，20/201/202/203/204.形变梁，2001.发热电阻层，2002.SiO2(第一形变层)，2003.聚酰亚胺(第二形变层)，2004.聚乙烯(第一形变层)，2005.SiCN(第二形变层)，30.隔热层，31/311/312/313/314.支点结构/突出，40.光反射膜。
具体实施方式
本发明的核心思想在于，本发明提供一种微镜结构，采用通电发热后能产生弯曲变形的多段形变梁结构，作为驱动微镜(光反射膜)偏转的动力机构，并能从微镜的不同侧对其位移大小进行分段控制，故利用本发明能实现使微镜朝向任意预定的方向进行偏转，还可以控制使微镜整体在垂直方向上进行浮动，从而极大满足了不同应用场景中对微镜偏转(运动)方向的多种需求。相比现有技术的梳齿结构等复杂的偏转控制结构，本发明通过设置多个形变梁结构用以调节微镜的偏转角度，结构简单，并能使得控制更加简易。
以下将结合说明书附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，其显示本发明微镜结构的其中一种具体实施方式。本发明的一种微镜结构，包括：光反射膜40，形变梁20(201～204)和支撑柱10(101～104)等几个主要结构组成部分。
光反射膜40用作反射镜。光反射膜40可以水平方式或以预定角度悬设于一个衬底(图略)之上，并通过设置于衬底之上的支撑柱10获得支撑。在本发明的以下实施例中，将以水平悬空设置在衬底上的光反射膜40为例，对本发明的各种实施方式进行详细说明。但本发明的光反射膜40并不限于上述例举的设置方式。
衬底可以采用常用的半导体衬底，例如硅衬底等，并可在衬底上制作形成CMOS前道器件和后道金属互连层等CMOS电路结构。
光反射膜40用于反射入射的光线，例如激光，并通过受控下的偏转，将被其反射的光线沿预定方向投射至其光反射路径上配置的光接收装置上。有关微镜功能方面的知识，可参考现有的相关技术加以理解。
光反射膜40需要采用对光线的反射能力较强的材料制作。例如，光反射膜40通常可以是铝(Al)膜。在一些其他的实施例中，光反射膜40也可以是铂(Pt)、金(Au)或银(Ag)等金属膜；或者，光反射膜40也可以是金属合金膜层。
如图1所示，光反射膜40的平面形状可采用多边形。本实施例中，光反射膜40采用了矩形的平面形状。
在一些其他的实施例中，光反射膜40还可以是六边形或八边形，或具有更多边的多边形；或者，光反射膜40还可以是圆形或具有弧形的轮廓。
如图1所示，本实施例中，在矩形的光反射膜40的四个外侧以外的位置上，设置有四段形变梁201～204，即四段形变梁201～204被配置为与光反射膜40的四个边一一对应。并且，每段形变梁201～204与对应的光反射膜40的一个侧边之间保持着一定的间距，避免与光反射膜40之间发生直接接触。这样的设置方式，可理解为形变梁20与光反射膜40两者之间可视为处于相同或者近似相同的平面上。
其中，四段形变梁201～204被配置为以其首尾两端依次相邻(不相接触)或相接地围绕在光反射膜40的四周。并且，每段形变梁201～204与光反射膜40的一个对应的侧边之间分别通过一个支点结构311～314(31)进行连接，使光反射膜40的四周因采用四个支点结构311～314的连接方式，而悬空地位于由四段形变梁201～204所围成的矩形区域的内侧。
如图1所示，作为一可选的实施方式，可将光反射膜40设置为覆盖在一个例如矩形的隔热层30的上表面上，以便使光反射膜40得到隔热层30的支撑。其中，光反射膜40在隔热层30上的覆盖面积可以抵达隔热层30的边部；或者，光反射膜40的面积可略小于隔热层30的面积，使光反射膜40的侧边与隔热层30的边部之间略为留有间距，如图1所示。
在另一可选的实施方式中，隔热层30也可采用矩形框结构，并将光反射膜40嵌设在框形的隔热层30的内框中，从而使得光反射膜40的大部分上、下表面在隔热层30的上、下方分别露出。
在此形式下，可将每个支点结构311～314的一端与隔热层30的一个对应侧部相连，并使支点结构311～314的另一端搭接在同侧的一段形变梁201～204上，形成与该段形变梁201～204的连接。
支点结构31(311～314)可采用介质绝缘材料制作。这样，光反射膜40与四段形变梁201～204之间通过支点结构311～314就形成了相绝缘的连接。
隔热层30可采用本领域通常的介质隔热材料制作，例如SiO2、SiON等。
如图1所示，作为一优选的实施方式，支点结构31(311～314)与隔热层30可采用相同材料制作。并且，隔热层30可被配置为其外侧材质上具有朝向形变梁20方向延伸的突出31(311～314)。本实施例中，在隔热层30的每个外侧上采用朝向形变梁20方向水平延伸的方式形成一个突出311～314结构，并以此突出311～314作为支点结构311～314，搭接于形变梁20上，即可实现光反射膜40与形变梁20之间的绝缘连接。
进一步地，在每段形变梁201～204与光反射膜40的对应侧之间，都采用仅设置唯一的一个突出311～314的方式，形成每段形变梁201～204与光反射膜40的对应侧之间的绝缘连接。并且，每个突出311～314结构的一端都较佳地设置连接于形变梁20的梁长方向上的中部位置上；同时，每个突出311～314结构的另一端都较佳地设置位于隔热层30边部的中部位置上，也即与光反射膜40对应侧的中部位置相对应。
突出31结构对于形变梁20与光反射膜40而言，还起到了类似铰链的连接作用。
如图2所示，其显示图1中形变梁20沿长度方向的一种侧视结构。本发明的形变梁20采用了多层膜层的叠层结构，各膜层之间按照上下叠设的方式，形成叠层结构。并且，叠层结构中至少包括一层发热电阻层2001、一层第一形变层(2002)和一层第二形变层(2003)。其中，第一形变层材料具有第一热膨胀系数，第二形变层材料具有第二热膨胀系数，且第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的相对大小不同。例如，选用的第一形变层材料所具有的第一热膨胀系数大于第二形变层材料所具有的第二热膨胀系数；或者，选用的第一形变层材料所具有的第一热膨胀系数小于第二形变层材料所具有的第二热膨胀系数。
理论上，第一形变层材料与第二形变层材料两者之间在热膨胀系数上存在的差异越大，则其组合于形变梁20中时所带来的弯曲变形效应就将越明显。
可选地，第一形变层/第二形变层可采用SiO2、SiN、SiON或SiC等具有较低热膨胀系数的无机材料制作，例如，SiO2的热膨胀系数为0.55E-6/摄氏度，SiCN的热膨胀系数为2.7E-6/摄氏度；第二形变层/第一形变层可采用具有较高热膨胀系数的聚酰亚胺或聚乙烯等有机材料制作，这些有机材料的热膨胀系数一般是前述无机材料热膨胀系数的几十倍到几百倍。
或者，第一形变层和第二形变层也可采用SiO2、SiN、SiON或SiC等无机材料中的任意两种制作，只需选取的两种无机材料的热膨胀系数的大小之间具有较明显的差异即可。
再或者，第一形变层和第二形变层也可采用聚酰亚胺或聚乙烯等有机材料中的任意两种制作，只需选取的两种有机材料的热膨胀系数之间具有较明显的差异即可。
第一形变层和/或第二形变层自身也可以采用多层膜层的结构，并且，这些膜层之间也可以采用不同的材料。
一些金属也具有较高的热膨胀系数，如金属铝等，因此也可以考虑用作制作第一形变层或第二形变层。
发热电阻层2001具有在通电时会发热的特性。可选地，发热电阻层2001可采用TiN、TaN和AlN等高阻材料中的至少一种制作。
可选地，形变梁20的厚度范围可以在500埃至5000埃之间。
本发明形变梁20的弯曲变形原理是，假设形变梁20被配置为具有自下而上依次相叠的一层发热电阻层2001、一层第一形变层和一层第二形变层结构，当由一段形变梁20(201/202/203/204)中的发热电阻层2001的两端通入电流(施加电压)时，发热电阻层2001将产生发热升温现象，并将其热能传导至第一形变层和第二形变层中。此时，如果位于上层的第二形变层材料的热膨胀系数大于位于其下层的第一形变层材料的热膨胀系数，那么，第二形变层材料将产生相对于第一形变层材料的较大的体积膨胀(主要体现在沿梁20的长度方向上)，因而在形变梁20的两端被拘束的状态下，使形变梁20发生沿中部向上方向的整体弯曲变形，由此带动与该段形变梁20连接的光反射膜40的对应侧也向上移动，从而使光反射膜40沿该侧(相对于其他侧)发生向上的偏转。反之，如果位于上层的第二形变层材料的热膨胀系数小于位于其下层的第一形变层材料的热膨胀系数，那么，第一形变层材料将反过来产生相对于第二形变层材料的较大的体积膨胀(主要体现在沿梁20的长度方向上)，因而在形变梁20的两端被拘束的状态下，使形变梁20发生沿中部向下方向的整体弯曲变形，由此带动与该段形变梁20连接的光反射膜40的对应侧也向下移动，从而使光反射膜40沿该侧(相对于其他侧)发生向下的偏转。
根据上述原理，可通过对各段形变梁20中通入不同大小的电流(最小为不通电)，即通过执行针对不同段形变梁20分别通入不同大小的电流(施加不同大小的电压)的不同控制组合，形成分别控制各段形变梁20所形成的变形大小的不同组合，来实现使光反射膜40朝向任意预定方向的偏转，或实现使光反射膜40沿垂直方向的上下浮动，或者实现使光反射膜40同时产生角度偏转和上下浮动的综合技术效果，以满足不同应用场景中对微镜偏转(运动)方向的多种需求。
如图2所示，在一实施例中，一段形变梁20被配置为具有自下而上依次相叠的一层发热电阻层2001、一层第一形变层(2002)和一层第二形变层(2003)结构。其中，发热电阻层2001可以是TiN，第一形变层可以是氧化硅(SiO2)2002，第二形变层可以是聚酰亚胺2003。在此结构下，当由形变梁20中的TiN发热电阻层2001的两端通入电流时，整个形变梁20即发生沿其中部向上拱起的弯曲变形。
如图3所示，在另一实施例中，一段形变梁20被配置为具有自下而上依次相叠的一层发热电阻层2001、一层第一形变层(2004)和一层第二形变层(2005)结构。其中，发热电阻层2001可以是TaN，第一形变层可以是聚乙烯2004，第二形变层可以是碳氮化硅(SiCN)2005。在此结构下，当由形变梁20中的TaN发热电阻层2001的两端通入电流时，整个形变梁20即发生沿其中部向下陷落的弯曲变形。
如图1所示，四个支撑柱101～104分别设置在每两段形变梁20(201和204，201和202，202和203，203和204)的相邻或相接端点位置的下方与衬底的表面之间。支撑柱10除具有对光反射膜40进行支撑，并使光反射膜40得以悬空位于衬底的上方的作用外，还具有形成各段形变梁201～204与衬底之间的电连接的作用。
在一实施例中，支撑柱10可具有圆形的截面轮廓，如图1所示。
在其他实施例中，支撑柱10也可具有矩形等的截面轮廓。
在一实施例中，支撑柱10可采用金属钨(W)作为导电载体，用以对形变梁20与衬底电路进行电连接。进一步地，在金属钨以外，可以采用SiO2、SiN、SiON和SiC材料中的至少一种，对金属钨进行包裹，形成在垂直方向上具有多层材料的导电支撑柱10结构。
在一实施例中，每两段形变梁20各自的一个端部之间以相邻方式共同置于支撑柱10的顶面上得到支撑，并且，两段形变梁20中的发热电阻层2001分别与支撑柱10中分立的两个金属钨电极进行连接，实现与衬底中CMOS电路的独立连接。可通过衬底中设置的CMOS电路，对任意一段形变梁20进行单独的通电及控制。
在另一实施例中，每两段形变梁20一个端部之间以各自的第一形变层和第二形变层相接方式，共同置于支撑柱10的顶面上得到支撑，但两段形变梁20中的发热电阻层2001之间保持一定间距，仍由各自端部分别引出，与支撑柱10中分立的两个金属钨电极分别进行连接，实现与衬底中CMOS电路的独立连接。此设置形式下，虽然两段形变梁20各自的一个端部之间以各自的第一形变层和第二形变层形成相接，但由于形变梁20的长度相对于其截面积之比很大，即形变梁20具有细长的结构特点，故在两段形变梁20之间，仍具有较好的隔热效果，并不会对各自的弯曲效果带来实质性影响。相反，却提高了微镜结构的整体稳定性。
如图1所示，当需要微镜工作时，可仅执行对其中的一段形变梁(201)进行通电，而对其他三段形变梁(202、203、204)不通电；也可以执行对多段形变梁20进行通电，即对四段形变梁201～204中的两段至四段形变梁进行通电。下面以形变梁20按图2方式进行结构配置为例加以说明。
例如，可仅对图示位于右侧的一段形变梁203施加电压，进行通电加热，而对图示位于左侧、上侧和下侧的三段形变梁201、202、204都不进行通电加热。此状态下，位于右侧的一段形变梁203将产生变形而向上拱起，带动使通过支点结构313与该段形变梁203相连的光反射膜40的右侧边也向上移动，从而使光反射膜40作相对于其左侧边的整体向上偏转。
上述过程中，也可增加对图示位于上侧和下侧的两段形变梁202、204同时施加较小电压(相对于右侧的一段形变梁203的施加电压)，以抵消光反射膜40偏转时上侧和下侧的两段形变梁202、204对光反射膜40的上下两侧所造成的牵制，并由此有利于降低施加于右侧的一段形变梁203上的最大电压。
又例如，可同时对图示位于右侧和上侧的两段形变梁203、202施加相同大小的电压，进行通电加热，而对图示位于左侧和下侧的另两段形变梁201、204不施加电压(或施加相对较小的电压)。此状态下，位于右侧和上侧的两段形变梁203、202将产生变形而一起向上拱起，光反射膜40将作相对于其左下顶点的整体斜向偏转，即整个微镜呈现从右上方向朝向左下方向倾斜的状态。
如果对上述位于右侧和上侧的两段形变梁203、202施加不同大小的电压，并对位于左侧和下侧的另两段形变梁201、204不施加电压(或施加相对较小的电压)时，光反射膜40还将形成更多种相对于其左下顶点的整体斜向偏转形态。
又例如，可对图示四段形变梁201～204同时施加相同电压，进行通电加热。此状态下，光反射膜40将作整体向上浮动。或者，可在四段形变梁201～204中预先施加一定电压，并在此基础上进行增减，使光反射膜40能够作整体向上或向下的浮动。通过光反射膜40作整体向上或向下的浮动，可以微小改变光反射膜40与光发射器或光接收器之间的光程。
通过上述例举的多种方式之间的相互组合，还可以实现使光反射膜40在发生偏转的同时，进行上下的浮动。
图1中的微镜结构1适用于对占空比要求不高的场合，其能够有效降低器件的总体高度。
下面结合具体实施方式及图1，对本发明的一种微镜结构制作方法进行详细说明。
本发明的一种微镜结构制作方法，可用于制作例如图1显示的微镜结构1，并可包括以下步骤：
提供一衬底，首先，可按照常规工艺，在衬底上制作形成CMOS电路。
然后，在衬底的表面上沉积牺牲层，并根据设计要求，对牺牲层进行图形化和平坦化。
牺牲层可采用与衬底、介质(隔热层、形变层材料)、形变梁20及金属(光反射膜)之间具有高刻蚀选择比的材料。
接着，可采用光刻和刻蚀工艺，在牺牲层上形成连通至CMOS电路的四个通孔，使四个通孔的连线围成一个矩形区域。然后，在牺牲层表面上依次沉积介质材料和导电金属，例如SiO2和钨，并将通孔填充。
之后，可通过化学机械研磨(CMP)工艺，去除牺牲层表面上多余的SiO2和钨，并在通孔内形成两个独立的钨电极，以及使两个钨电极的下端与衬底上的CMOS电路分别形成连接。由此，在牺牲层的通孔内形成导电支撑柱10结构。
接着，在牺牲层的表面上依次沉积发热电阻层2001、第一形变层和第二形变层，并进行图形化，形成具有上下叠设的叠层结构的四段形变梁201～204。其中图形化时，可根据需要，使形成的四段形变梁201～204按首尾依次相邻方式构成环形排列，或使形成的四段形变梁201～204按首尾依次相接方式构成环形排列。同时，使形变梁20中的发热电阻层2001在相邻两段形变梁20的端部交汇处分别与下方一个导电支撑柱10中的一个钨电极相连接。
其中，可按照图2中的形式形成形变梁20，即对第一形变层采用具有相对较小的热膨胀系数的材料，对第二形变层采用具有相对较大的热膨胀系数的材料。例如，发热电阻层2001可以采用TiN，第一形变层可以采用SiO22002，第二形变层可以采用聚酰亚胺2003，以使形变梁20在通电发热时产生向上拱起的效果。或者，也可按照图3中的形式形成形变梁20，即对第一形变层采用具有相对较大的热膨胀系数的材料，对第二形变层采用具有相对较小的热膨胀系数的材料。例如，发热电阻层2001可以采用TaN，第一形变层可以采用聚乙烯2004，第二形变层可以采用SiCN2005，以使形变梁20在通电发热时产生向下陷落的效果。
最终形成的四段形变梁201～204位于四个导电支撑柱101～104结构之间连线的上方，并得到四个导电支撑柱101～104的支撑。
接着，在牺牲层的表面上沉积介质隔热层30材料，并图形化，在由四段形变梁201～204所围成的矩形区域以内的牺牲层的表面上对应形成一个矩形的隔热层30图形，同时，使形成的隔热层30图形的四条边的外侧上与对应侧的一段形变梁201～204之间分别保留部分隔热层30材料，从而在隔热层30的每条边与对应侧的一段形变梁201～204之间形成搭接至形变梁201～204中部位置上的一个突出311～314，作为支点结构311～314。
接下来，可在隔热层30、牺牲层和形变梁20上沉积光反射膜40材料，例如铝，然后，通过图形化去除沉积在牺牲层和形变梁20上的多余的光反射膜40材料，仅在隔热层30矩形图形以内的区域上保留一个矩形的光反射膜40图形，以使形成的光反射膜40与形变梁20之间保持电性绝缘。
光反射膜40的表面上还可以形成保护层进行保护。
最后，通过释放工艺去除牺牲层，形成如图1所示的悬空于衬底之上的微镜结构1。
如果需要形成嵌设于框形隔热层中的光反射膜结构，可以在制作隔热层时，先在由四段形变梁201～204所围成的矩形区域以内的牺牲层的表面上通过图形化形成一个矩形框形的第一层隔热层图形(包括形成四个支点结构)，并在第一层隔热层图形的矩形框以内的牺牲层表面上沉积一层保护层，使保护层的表面与第一层隔热层的表面平齐。然后，在保护层和第一层隔热层的表面上形成光反射膜图形，并使光反射膜图形的边界位于保护层和第一层隔热层的边界之间。接着，在光反射膜图形和第一层隔热层的表面上再沉积第二层隔热层，并通过图形化，形成一个与第一层隔热层图形对应的第二层隔热层矩形框形的图形(包括形成与第一层隔热层图形上的四个支点结构对应的四个第二层支点结构)，从而将光反射膜的边界限制在上下两层隔热层的矩形框中。
如图4所示，其显示本发明微镜结构的另一种具体实施方式。与图1中微镜结构1的区别在于，本实施例中，四段形变梁201～204被配置为围绕位于光反射膜40(图示为光反射膜40在隔热层30上的透视轮廓)的下方。此结构状态下，四个支点结构311～314(31)将沿向下的方向朝向四段形变梁201～204延伸，并连接位于四段形变梁201～204之上。支点结构311～314同时起到了支撑光反射膜40的作用。此微镜结构1的优点在于，光反射膜40在垂直方向上，可将下方的隔热层30、形变梁20和支撑柱10完全罩于其边界以内，使光反射膜40可在水平方向上占据最大的面积，即获得最大的占空比，从而能实现器件总面积的相对缩小，有效提高了面积利用率，还可避免来自上方的光线对形变梁20的直接照射。本实施例微镜结构1的其他方面，包括对微镜偏转的控制等方面，与图1中的微镜结构1类同，本领域技术人员应能够加以理解，故不再赘述。
在制作上述图4的微镜结构1时，只需在形成形变梁20后，在下层牺牲层(第一层牺牲层)和形变梁20上再沉积一层新的牺牲层(第二层牺牲层)，并通过光刻和刻蚀工艺，在新的牺牲层上形成四个对应连通四段形变梁201～204的通孔，并在新的牺牲层上及通孔中沉积隔热层30材料，在形变梁20之上形成四个支点结构311～314(31)，以及在支点结构311～314上形成隔热层30图形，再在隔热层30图形上进一步形成光反射膜40即可。最后通过释放工艺去除所有的牺牲层材料，形成如图4所示的悬空于衬底之上的微镜结构1。
利用上述图1和图4中的微镜结构1，可以通过将多个微镜结构1在衬底上按行列方式依次排列，形成具有矩形光反射膜40(微镜)的微镜阵列2，如图5所示。并且，微镜阵列2中的任意一个微镜结构1被配置为独立于其他微镜结构执行朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。
此外，当光反射膜(微镜)采用其他形状的结构时，还可对应形成具有相关形状的微镜阵列，不再一一例举。
还可以将上述的微镜结构1或微镜阵列2用于制作一种探测器。关于利用微镜形成的探测器方面的有关知识，可参考现有技术加以理解。
综上，本发明通过控制多个形变梁的弯曲变形程度，不仅可方便地带动微镜(光反射膜)进行偏转，而且能实现使微镜朝向任意预定的方向进行偏转，还可以控制使微镜整体在垂直方向上作浮动，从而极大满足了不同应用场景中对微镜偏转方向的多种需求。同时，本发明通过设置多个形变梁结构用以调节微镜的偏转角度，结构简单，并使得控制更加简易。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并非用于对本发明进行限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明精神的范围内，都可以作出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种微镜结构，其特征在于，包括：
光反射膜，其被配置为悬设于一衬底之上；
多段形变梁，其被配置为首尾依次相邻或相接地围绕在所述光反射膜的外侧以外位置或围绕位于所述光反射膜的下方位置，每段所述形变梁分别通过一个支点结构绝缘地连接至所述光反射膜的外侧上；
多个支撑柱，其被配置为分置且支撑于每两段所述形变梁的相邻或相接端点位置的下方与所述衬底的表面之间，并形成各段所述形变梁与所述衬底之间的电连接；
其中，通过向至少一段所述形变梁中通电，使所述形变梁因通电发热而产生相对于其长度方向的向上或向下方向的弯曲变形，带动与之连接的所述光反射膜的对应侧向上或向下位移，并通过对各段所述形变梁执行分别控制所形成的变形大小不同组合，实现使所述光反射膜朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。
2.根据权利要求1所述的微镜结构，其特征在于，所述光反射膜为矩形，所述形变梁被配置为与所述光反射膜的边一一对应。
3.根据权利要求1所述的微镜结构，其特征在于，所述光反射膜的外侧与所述形变梁之间通过隔热层形成绝缘连接，所述隔热层被配置为其外侧上具有朝向所述形变梁方向延伸的突出，所述突出作为所述支点结构搭接于所述形变梁上，使所述光反射膜与所述形变梁之间形成连接。
4.根据权利要求3所述的微镜结构，其特征在于，所述光反射膜覆于所述隔热层的表面上；或者，所述光反射膜通过其外侧嵌于框形的所述隔热层的内框中。
5.根据权利要求3所述的微镜结构，其特征在于，所述突出唯一地配置于每段所述形变梁与所述光反射膜的对应侧之间，并连接于所述形变梁的梁长方向上的中部。
6.根据权利要求1所述的微镜结构，其特征在于，所述形变梁为上下叠设的多层叠层结构，所述叠层结构包括发热电阻层、第一形变层和第二形变层；其中，所述第一形变层材料具有第一热膨胀系数，所述第二形变层材料具有第二热膨胀系数，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的相对大小不同。
7.一种微镜结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上形成CMOS电路；
在所述衬底的表面上形成牺牲层并图形化；
在所述牺牲层上形成连通至所述CMOS电路的多个通孔，并在所述通孔内填充金属，形成导电支撑柱结构；
在所述牺牲层的表面上依次形成发热电阻层、第一形变层和第二形变层，并图形化，形成具有上下叠设的叠层结构的多段形变梁，并使各段所述形变梁按首尾依次相邻或相接方式形成环形排列，且使每两段所述形变梁的相邻或相接端点接触设于一个对应的所述导电支撑柱上；
在所述牺牲层的表面上形成介质隔热层，并图形化，在由各段所述形变梁所围成区域以内的所述牺牲层的表面上形成隔热层图形，并使形成的所述隔热层图形外侧上具有搭接至所述形变梁中部上的一个突出，作为支点结构；
在所述隔热层图形的表面上形成光反射膜图形；
通过释放工艺去除所述牺牲层，形成悬空的微镜结构。
8.根据权利要求7所述的微镜结构制作方法，其特征在于，所述第一形变层材料具有第一热膨胀系数，所述第二形变层材料具有第二热膨胀系数，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的相对大小不同。
9.一种微镜阵列，其特征在于，具有多个权利要求1-6任意一项所述的微镜结构，所述微镜结构在衬底上按行列方式依次排列形成微镜阵列，其中，任意一个所述微镜结构被配置为独立于其他微镜结构执行朝向任意预定方向的偏转或/和上下浮动。
10.一种探测器，其特征在于，具有权利要求1-6任意一项所述的微镜结构；或者，具有权利要求9所述的微镜阵列。
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