CN112327474A - 微镜结构和形成方法、微镜阵列以及探测器 - 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；多段导电梁，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，每段导电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，分别支撑于每两段导电梁的相邻或相接端点位置的下方；通过向至少一段导电梁中通电，使导电梁中的下导电梁和上导电梁因静电相吸或排斥而使导电梁整体产生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，并通过对各段导电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形成方法、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形成方法、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，提供一种微镜结构和形成方法、微镜阵列以及探测器。
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；
多段导电梁，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，每段所述导电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；所述导电梁包括平行设置的下导电梁和上导电梁，所述下导电梁和所述上导电梁其中之一为弹簧结构，且所述下导电梁与所述上导电梁之间以沿梁长方向设置的多个隔离部相绝缘；
多个支撑柱，其被配置为分置且支撑于每两段所述导电梁的相邻或相接端点位置的下方与所述衬底的表面之间，并形成各段所述导电梁与所述衬底之间的电连接；
其中，通过向至少一段所述导电梁的所述下导电梁和所述上导电梁中通电，使所述下导电梁与所述上导电梁之间因静电相吸或排斥所带来的所述弹簧结构的拉伸或收缩，使所述导电梁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，并通过对各段所述导电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，所述导电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导电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导电梁方向延伸的突出，所述突出作为所述支点结构搭接于所述导电梁上，使所述光反射膜与所述导电梁之间形成连接。
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导电梁与所述光反射膜的对应侧之间，并连接于所述导电梁的梁长方向上的中部。
进一步地，所述下导电梁为直臂梁，所述上导电梁为波浪形弹簧结构，所述隔离部设于所述弹簧结构的波浪形底部位置与所述下导电梁之间；或者，所述下导电梁为波浪形弹簧结构，所述上导电梁为直臂梁，所述隔离部设于所述弹簧结构的波浪形顶部位置与所述上导电梁之间。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种微镜结构形成方法，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第一牺牲层并图形化；
在所述第一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，形成多个导电支撑柱结构，且使每个所述支撑柱中具有分隔的四个金属电极；
在所述第一牺牲层的表面上形成多段直臂梁形下导电梁，使各段所述下导电梁按首尾依次相邻或相接方式形成环形排列，并使每两段所述下导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的所述支撑柱上，且与所述支撑柱中的其中两个所述金属电极相连；
在所述下导电梁上形成介质隔离层，并图形化，在所述下导电梁上形成多个隔离部；
在所述第一牺牲层的表面上形成第二牺牲层，并图形化，去除所述下导电梁以外区域上多余的第二牺牲层材料，并在所述下导电梁上形成沿梁长方向的具有波浪形形貌的第二牺牲层图形，同时，露出位于波浪形形貌底部位置处的所述隔离部的顶部；
在所述第二牺牲层图形的表面上形成多段波浪形的上导电梁图形，并使每两段所述上导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的所述支撑柱上，且与所述支撑柱中的其中另两个所述金属电极相连；
在所述第一牺牲层的表面上形成介质隔热层，并图形化，在由各段所述下导电梁所围成区域以内的所述第一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下导电梁中部上的一个所述隔离部上的突出，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第一牺牲层和第二牺牲层，形成悬空的微镜结构。
进一步地，所述下导电梁和所述上导电梁材料为相同或不同的金属，并由所述下导电梁、所述上导电梁以及所述隔离部形成围绕在所述光反射膜的外侧以外位置上的导电梁结构。
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，本发明通过利用下导电梁与上导电梁之间的静电相吸或排斥，控制多段导电梁的弯曲变形程度，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，本发明通过设置多段导电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导电梁结构示意图。
图3是本发明一较佳实施例二的一种导电梁结构示意图。
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.导电梁，2001/2004.下导电梁，2002.隔离部，2003/2005.上导电梁，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，通过利用通电使下导电梁与上导电梁之间产生静电相吸或静电排斥效应，以及利用下导电梁或上导电梁所具有的弹簧结构，控制使多段导电梁结构产生相应的弯曲变形，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导电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，导电梁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，设置有四段导电梁201～204，即四段导电梁201～204被配置为与光反射膜40的四个边一一对应。并且，每段导电梁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，可理解为导电梁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，四段导电梁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，每段导电梁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导电梁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导电梁201～204上，形成与该段导电梁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与四段导电梁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导电梁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导电梁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，搭接于导电梁20上，即可实现光反射膜40与导电梁20之间的绝缘连接。
进一步地，在每段导电梁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，形成每段导电梁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导电梁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结构对于导电梁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A部的导电梁20放大结构，即显示导电梁20沿长度方向的一种侧视结构。本发明的导电梁20采用了多层膜层的叠加结构。本实施例中，导电梁20包括平行设置的下导电梁2001和上导电梁2003，其中，下导电梁2001采用了直臂梁形式，上导电梁2003采用了沿垂直方向迂回的波浪形(蛇形)弹簧结构。同时，在下导电梁2001和上导电梁2003之间，沿梁长方向还设置有用于隔离下导电梁2001和上导电梁2003的多个隔离部，例如可以是块状的介质隔离部。具体地，隔离部可设于上导电梁2003弹簧结构的每个波浪形底部位置与下导电梁2001之间。这样，下导电梁2001与上导电梁2003之间就通过多个隔离部而相绝缘，即使得上导电梁2003悬设于下导电梁2001之上。
如图3所示，在另一实施例中，也可将下导电梁2004设置为波浪形弹簧结构，而将上导电梁2005设置为直臂梁，此时，隔离部2002可设于下导电梁2004弹簧结构的每个波浪形顶部位置与上导电梁2005之间。
隔离部可采用SiO2、SiN、SiON或SiC等具有较低热膨胀系数的无机材料制作。
下导电梁2001(2004)和上导电梁2003(2005)可采用一些具有较高热膨胀系数的金属制作，如金属铝等。当然，下导电梁2001(2004)和上导电梁2003(2005)也可采用不同金属材料。
可选地，导电梁20的厚度范围可以在500埃至1微米之间。
本发明导电梁20的弯曲变形原理是，假设导电梁20按图2所示方式设置，即下导电梁2001采用直臂梁形式，上导电梁2003采用波浪形弹簧结构时，当由一段导电梁20(201/202/203/204)中的下导电梁2001的两端和上导电梁2003的两端通入异向电流时，下导电梁2001和上导电梁2003之间将产生静电相吸现象。此时，上导电梁2003的弹簧结构因被下导电梁2001吸引而向下导电梁2001靠近，故产生朝向两端的拉伸，迫使下导电梁2001的两端向下弯曲，从而使得整个导电梁20发生沿中部向上方向的弯曲变形，由此带动与该段导电梁20连接的光反射膜40的对应边也向上移动，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，当由一段导电梁20(201/202/203/204)中的下导电梁2001的两端和上导电梁2003的两端通入同向电流时，下导电梁2001和上导电梁2003之间将产生静电排斥现象。此时，上导电梁2003的弹簧结构因被下导电梁2001排斥而背离下导电梁2001，故弹簧结构会收缩，迫使下导电梁2001的两端向上弯曲，从而使得整个导电梁20发生沿中部向下方向的整体弯曲变形，由此带动与该段导电梁20连接的光反射膜40的对应边也向下移动，从而使光反射膜40沿该侧(相对于其他侧)发生向下的偏转。
假设导电梁20是按图3所示方式设置，即下导电梁2004采用波浪形弹簧结构，而上导电梁2005采用直臂梁形式时，则在通电时，导电梁20将发生与图2中导电梁20相反方向的弯曲变形。
导电梁20的弯曲变形程度，一般与通入电流的大小成正比。
根据上述原理，可通过对各段导电梁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导电梁20分别通入不同大小的电流的不同控制组合，形成分别控制各段导电梁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1所示，四个支撑柱101～104分别设置在每两段导电梁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，还具有形成各段导电梁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，用以对导电梁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，每两段导电梁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，两段导电梁20中的下导电梁2001(2004)和上导电梁2003(2005)分别与支撑柱10中分立的四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，对任意一段导电梁20中的下导电梁2001(2004)和上导电梁2003(2005)进行单独的通电及控制。
在另一实施例中，每两段导电梁20一个端部之间以相接方式，共同置于支撑柱10的顶面上得到支撑，即两段导电梁20中的下导电梁2001(2004)之间和上导电梁2003(2005)之间可相接。此设置形式下，虽然两段导电梁20各自的一个端部之间以各自的下导电梁2001(2004)和上导电梁2003(2005)形成相接，但由于导电梁20的长度相对于其截面积之比很大，即导电梁20具有细长的结构特点，故并不会对两段导电梁20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导电梁(201)进行通电，而对其他三段导电梁(202、203、204)不通电；也可以执行对多段导电梁20进行通电，即对四段导电梁201～204中的两段至四段导电梁进行通电。下面以导电梁20按图2方式进行结构配置，并对导电梁20的下导电梁2001的两端和上导电梁2003的两端通入异向电流为例加以说明。
例如，可仅对图示位于右侧的一段导电梁203进行通电，而对图示位于左侧、上侧和下侧的三段导电梁201、202、204都不进行通电。此状态下，位于右侧的一段导电梁203将产生变形而向上拱起，带动使通过支点结构313与该段导电梁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导电梁202、204同时通入较小电流(相对于右侧的一段导电梁203通入的电流)，以抵消光反射膜40偏转时上侧和下侧的两段导电梁202、204对光反射膜40的上下两侧所造成的牵制，并由此有利于降低通入右侧的一段导电梁203上的最大电流。
又例如，可同时对图示位于右侧和上侧的两段导电梁203、202通入相同大小的电流，而对图示位于左侧和下侧的另两段导电梁201、204不通入电流(或通入相对较小的电流)。此状态下，位于右侧和上侧的两段导电梁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导电梁203、202通入不同大小的电流，并对位于左侧和下侧的另两段导电梁201、204不通入电流(或通入相对较小的电流)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，可对图示四段导电梁201～204同时通入相同电流。此状态下，光反射膜40将作整体向上浮动。或者，可在四段导电梁201～204中预先通入一定电流，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形成方法进行详细说明。
本发明的一种微镜结构形成方法，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第一牺牲层，并根据设计要求，对第一牺牲层进行图形化和平坦化。
第一牺牲层可采用与衬底、介质(隔热层30、隔离部2002材料)、导电梁20及光反射膜40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，在第一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，在第一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，去除第一牺牲层表面上多余的SiO2和钨，并在通孔内形成四个独立的钨电极，以及使四个钨电极的下端与衬底上的CMOS电路分别形成连接。由此，在第一牺牲层的通孔内形成导电支撑柱10结构。
接着，在第一牺牲层的表面上沉积下导电梁材料，并进行图形化，形成四段下导电梁。其中图形化时，可根据需要，使形成的四段下导电梁按首尾依次相邻方式构成环形排列，或使形成的四段下导电梁按首尾依次相接方式构成环形排列。同时，使每两段下导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的支撑柱10上，且与支撑柱10中的其中两个钨电极相连。
接着，在下导电梁上形成介质隔离层，并图形化，在下导电梁上形成多个隔离部。
接着，在第一牺牲层的表面上形成第二牺牲层，并图形化，去除下导电梁以外区域上多余的第二牺牲层材料，并可利用灰阶光刻版对第二牺牲层材料进行刻蚀，形成具有交替起伏的斜坡的第二牺牲层形貌，从而在下导电梁上形成沿梁长方向的具有波浪形形貌的第二牺牲层图形，同时，露出位于波浪形形貌底部位置处的隔离部的顶部。
接着，沉积上导电梁材料，并进行图形化，沿第二牺牲层的斜坡表面，在第二牺牲层图形的表面上形成多段波浪形的上导电梁图形，并使每两段上导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的支撑柱10上，且与支撑柱中的其中另两个钨电极(区别于上述与下导电梁相连的两个钨电极)相连。
最终形成的四段导电梁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，在第一牺牲层的表面上沉积介质隔热层30材料，并图形化，在由四段导电梁201～204所围成的矩形区域以内的第一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导电梁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导电梁201～204之间形成搭接至导电梁201～204中部位置上的一个突出311～314，作为支点结构311～314。
其中，突出311～314可搭接至位于下导电梁中部上的一个隔离部2002上。或者，突出311～314也可搭接至位于下导电梁中部上的一个隔离部2002上连接的上导电梁上。
隔离部2002与隔热层30可采用相同或不同的介质制作。
接下来，沉积光反射膜40材料，例如铝，然后，通过图形化去除隔热层30矩形图形以外多余的光反射膜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与导电梁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，通过释放工艺去除第一牺牲层和第二牺牲层，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，先在由四段导电梁201～204所围成的矩形区域以内的第一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第一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，四段导电梁201～204被配置为围绕位于光反射膜40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导电梁201～204延伸，并连接位于四段导电梁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、导电梁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导电梁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，只需在形成导电梁20后，在第一牺牲层和导电梁20上再沉积一层第三牺牲层，并通过光刻和刻蚀工艺，在第三牺牲层上形成四个对应连通四段导电梁201～204的通孔，并在第三牺牲层上及通孔中沉积隔热层30材料，在导电梁20之上形成四个支点结构311～314(31)，以及在支点结构311～314上相连形成隔热层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，本发明通过利用下导电梁与上导电梁之间的静电相吸或排斥，控制多段导电梁的弯曲变形程度，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，本发明通过设置多段导电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；
多段导电梁，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，每段所述导电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；所述导电梁包括平行设置的下导电梁和上导电梁，所述下导电梁和所述上导电梁其中之一为弹簧结构，且所述下导电梁与所述上导电梁之间以沿梁长方向设置的多个隔离部相绝缘；
多个支撑柱，其被配置为分置且支撑于每两段所述导电梁的相邻或相接端点位置的下方与所述衬底的表面之间，并形成各段所述导电梁与所述衬底之间的电连接；
其中，通过向至少一段所述导电梁的所述下导电梁和所述上导电梁中通电，使所述下导电梁与所述上导电梁之间因静电相吸或排斥所带来的所述弹簧结构的拉伸或收缩，使所述导电梁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，并通过对各段所述导电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，所述导电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导电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导电梁方向延伸的突出，所述突出作为所述支点结构搭接于所述导电梁上，使所述光反射膜与所述导电梁之间形成连接。
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导电梁与所述光反射膜的对应侧之间，并连接于所述导电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，所述下导电梁为直臂梁，所述上导电梁为波浪形弹簧结构，所述隔离部设于所述弹簧结构的波浪形底部位置与所述下导电梁之间；或者，所述下导电梁为波浪形弹簧结构，所述上导电梁为直臂梁，所述隔离部设于所述弹簧结构的波浪形顶部位置与所述上导电梁之间。
7.一种微镜结构形成方法，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第一牺牲层并图形化；
在所述第一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，形成多个导电支撑柱结构，且使每个所述支撑柱中具有分隔的四个金属电极；
在所述第一牺牲层的表面上形成多段直臂梁形下导电梁，使各段所述下导电梁按首尾依次相邻或相接方式形成环形排列，并使每两段所述下导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的所述支撑柱上，且与所述支撑柱中的其中两个所述金属电极相连；
在所述下导电梁上形成介质隔离层，并图形化，在所述下导电梁上形成多个隔离部；
在所述第一牺牲层的表面上形成第二牺牲层，并图形化，去除所述下导电梁以外区域上多余的第二牺牲层材料，并在所述下导电梁上形成沿梁长方向的具有波浪形形貌的第二牺牲层图形，同时，露出位于波浪形形貌底部位置处的所述隔离部的顶部；
在所述第二牺牲层图形的表面上形成多段波浪形的上导电梁图形，并使每两段所述上导电梁的相邻或相接端点共同位于一个对应的所述支撑柱上，且与所述支撑柱中的其中另两个所述金属电极相连；
在所述第一牺牲层的表面上形成介质隔热层，并图形化，在由各段所述下导电梁所围成区域以内的所述第一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下导电梁中部上的一个所述隔离部上的突出，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第一牺牲层和第二牺牲层，形成悬空的微镜结构。
8.根据权利要求7所述的微镜结构形成方法，其特征在于，所述下导电梁和所述上导电梁材料为相同或不同的金属，并由所述下导电梁、所述上导电梁以及所述隔离部形成围绕在所述光反射膜的外侧以外位置上的导电梁结构。
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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210205 |