CN112946877B - 一种芯片级密封的电磁驱动振镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片级密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板、背腔板、绝缘层、结构层，以及前腔板连接而成；其中基板的上下表面均为平面；背腔板为具有贯通腔的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；绝缘层为环状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；结构层下表面与绝缘层上表面连接。振镜可动部分位于真空环境，相对于非真空密封的振镜，本发明的振镜可动部分振动时不会与空气作用，从而消除了可动部件与空气作用的噪声。大幅降低空气阻尼造成的能量损失，振镜功耗显著降低，相同驱动电压下可获得更大转角；相同转角时所需驱动电压低，进一步扩大了振镜的应用领域，降低了驱动要求。

Description

一种芯片级密封的电磁驱动振镜及其制备方法

背景技术

基于MEMS技术的振镜在投影、3D成像、汽车导航等领域广泛使用，是这些领域的核心器件之一。目前的MEMS振镜本身均为开放式结构，即振镜的反射面、可动结构等在流片完成之后均暴露在环境中，使用时通过后续的模组封装，将振镜封装在密封组件中，实现对振镜的保护。当前振镜的封装多为非真空封装，振镜在工作中由于反射镜面等可动部分在气体中的高频振动，产生不可忽视的噪声。这种噪声在部分应用场合影响较小，例如工业3D成像，但在消费电子领域，这样的噪声严重影响设备的使用体验，如不能有效消除噪声，这样的振镜无法在消费电子产品中真正规模化应用。如采用真空封装，则会造成密封难度增大，模组体积增大，成本升高问题；同时，目前对于振镜的真空封装主要采用胶粘剂等方式，难以长期保持真空，在较短期限内封装真空度下降，噪声水平显著上升，振镜模组在低噪声要求场景中无法继续使用。

发明内容：

为解决现有振镜存在的噪声问题，本发明提出一种芯片级密封的电磁驱动振镜，制作完成的电磁驱动振镜，可动结构均位于芯片内部的真空密封空腔内，即振镜可动结构在工作中均在真空中振动。振镜工作噪声大幅度降低，功耗降低，应用范围增大。

一种芯片级密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板100、背腔板200、绝缘层300、结构层400，以及前腔板500连接而成。

其中基板100是上下表面均为平面；

背腔板200为具有贯通腔201的上下表面为平面的平板，背腔板200下表面与基板100上表面连接；

绝缘层300为环状薄层，其下表面与背腔板100上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层400下表面与绝缘层300上表面连接；

所述的结构层400具有两种构型；

第一种构型的结构层400包含反射镜401，第一转轴402A，第二转轴402B，外框403以及驱动器404；驱动器404上表面设置平坦化层406；平坦化层406上表面设置增反层407；对于第一种构型的结构层400，所述的反射镜401两侧分别通过第一转轴402A和第二转轴402B与外框连接；

第二种构型的结构层包含第一转轴402C，第二转轴402D，第三转轴402E，第四转轴402F，动框410，外框403，驱动器404；驱动器404上表面设置平坦化层406；平坦化层406上表面设置增反层407；

对于第二种构型的结构层400，所述的反射镜401两侧分别通过第一转轴402C和第二转轴402D与动框410的内侧连接；动框410的两端外侧通过第三转轴402E和第四转轴402F与外框403连接；

所述的驱动器404的作用是使得反射镜401产生绕着平行于结构层的轴的转动；驱动器404位于反射镜401上表面，并通过引线与位于外框403上表面的第一转换焊盘405A和第二转换焊盘405B连接；

前腔板500下表面具有凹槽501，前腔板500与结构层400之间设置有平坦化层406；前腔板500下表面的凹槽501以外的区域与结构层400中的外框403的上表面通过平坦化层406连接；前腔板500上表面设置有引线焊盘502，该引线焊盘502与位于结构层400上表面的转换焊盘电气连通，该电气连通的方式是低电阻率前腔板500或者通孔引线技术。驱动信号首先施加在引线焊盘502，并依次通过低电阻率前腔板或者通孔引线、转换焊盘405B以及引线最终施加在驱动器404上，实现对反射镜401的驱动。

前述方法是驱动信号的一种优选引入方式以及相应的结构；驱动信号的另外一种引入方式及相应结构如下：

在基板100下表面设置有引线焊盘(101A，101B)，通孔引线依次穿过结构层400、绝缘层300、背腔板200以及基板100，引线焊盘(101A，101B)与转换焊盘(405A，405B)通过通孔引线实现电气连通。

芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法如下：

1、准备绝缘层上硅(SOI)晶圆。SOI晶圆是由底硅、绝缘层以及顶硅构成的三层结构晶圆，其中顶硅厚度为5um-150um，绝缘层厚度为0.2um-5um，底硅厚度为50um-1mm。

2、掺杂引线制作。在SOI顶硅上表面进行第一次光刻，然后进行第一次离子注入，深度范围是SOI顶硅上表面下方10nm-2um；第一次离子注入后的区域实现了掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下，但该区域上方保留有一层未掺杂薄层，该薄层电阻率为SOI顶硅初始电阻率；然后进行第二次光刻，随后在第一次离子注入区域的两端进行第二次离子注入，使得从SOI顶硅上表面开始到第一次注入的最深处均被掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下；两次离子注入后形成掺杂引线，其作用是驱动器一端的引线。该引线主体部分位于SOI顶硅表面之下，不与驱动器接触，只有第二次离子注入形成的其中一个小块低电阻区域与驱动器一端接触；第二次离子注入形成的另一个小块低电阻区域与一个转换焊盘接触，从而实现驱动器一端到一个驱动焊盘的电气连通。

3、电气功能金属制备。在SOI顶硅表面制备图形化的金属层，分别构成驱动器、引线以及转换焊盘。制备图形化金属的方法包括沉积金属-光刻-金属刻蚀，以及光刻-沉积金属-剥离两种；其中沉积金属的方法包括溅射、蒸发、电镀。

4、正面介质层制备：在SOI正面沉积介质层，沉积厚度为200nm-5um；然后对所沉积介质层进行平坦化处理。平坦化的一种优选方式是化学机械抛光。

5、介质层开窗。在第4步完成的介质层表面进行光刻、刻蚀，去除部分介质层，包括转换焊盘表面的介质层以及后续顶硅待刻蚀区域的介质层。

6、增反层制备。在第5步完成的SOI顶硅上表面制作第二层图形化的金属，构成增反层；该增反层位于反射镜区域内，附着在介质层上表面，作用是增加入射光的反射率。

7、SOI背腔制作。在SOI底硅制作空腔，即为背腔；该空腔由底硅表面延伸至绝缘层。制作空腔的方法包括干法刻蚀与湿法腐蚀；掩蔽层包括光刻胶、介质层或者光刻胶与介质层的叠加。一种优选的方式是采用光刻胶做掩蔽层，采用等离子体干法刻蚀的方法制作空腔。

8、基板键合。在SOI底硅表面键合基板。

9、SOI顶硅层刻蚀。对键合基板后的SOI正面的顶硅进行刻蚀，形成结构层的反射镜与转轴。SOI顶层硅刻蚀过程中实施强化散热，提高刻蚀质量。

10、释放。SOI顶硅正面刻蚀后，去除SOI背腔上方的绝缘层区域。一种优选的去除部分绝缘层的方法是氟化氢气体干法释放。

11、前腔板制作。另外选取一块晶圆，在其下表面刻蚀，形成一个空腔。

12、SOI与前腔板真空键合。在真空环境中，将前腔板置于SOI顶硅一面，使前腔板的空腔正对SOI顶硅层可动结构部分，前腔板空腔四周的平面与SOI顶硅的固定框上方的介质层接触，实施键合。

制作完成的电磁驱动振镜，可动结构均位于有基板、背腔板、绝缘层、结构层的外框以及前腔板构成的密封空腔内，并且由于前腔板键合是在真空环境中实施，因此该密封空腔内部为真空，即振镜可动结构在工作中均在真空中振动。

振镜制作方法第7步中，所述的强化散热方法如下：

如果底硅层的背腔中没有填充导热质，保持真空或者在键合过程中在背腔充气体，那么在刻蚀顶硅层时，背腔区域上方的顶硅在刻蚀过程中产生的热量难以有效导出，顶硅温度升高，使得刻蚀质量下降，包括刻蚀后表面粗糙度差，以及刻蚀侧壁垂直度不足。本发明中，振镜制作方法第7步顶硅刻蚀采用强化散热实现被刻蚀表面的温度控制，确保刻蚀质量。

本发明强化散热包括三种方法，分别是导热质填充法，辅助气体法，以及激光诱导相变冷却法。

导热质填充法：

在振镜制作方法第5步完成之后，在SOI背腔内填充导热质，然后进行第6步基板键合，使得基板与背腔构成的密闭空腔内部填充有导热质。该导热质具有与底硅材料一致的导热系数，在第7步的刻蚀中，底硅背腔区域以及底硅未刻蚀区域的导热效率一致，可以实现顶硅刻蚀过程中良好的散热，提高顶硅刻蚀的质量，包括侧壁垂直度、表面粗糙度。在第7步顶硅刻蚀以及第8步释放完成之后，原来由背腔与基板构成的密闭空腔即与外界连通，此时对晶圆进行加热，导热质挥发并通过背腔上方的空隙排出。

辅助气体法：

顶硅刻蚀过程中，在刻蚀气体中加入辅助气体，该辅助气体进入刻蚀设备腔体，在顶硅刻蚀过程中，辅助气体与刻蚀生成物发生反应，该反应是吸热反应。由于辅助气体与刻蚀气体充分混合，同时到达刻蚀表面，在刻蚀过程中，辅助气体在刻蚀表面附近持续与刻蚀生成物反应，实现在刻蚀表面附近持续吸热，即刻蚀表面的温度被控制在合适范围内，确保刻蚀质量。

激光诱导相变冷却法：

在振镜制作方法第5步完成之后，在SOI背腔内填充诱导物，然后进行第6步基板键合，使得基板与背腔构成的密闭空腔内部填充有诱导物，该诱导物此时为非晶玻璃态。在第7步的刻蚀过程中，采用短波红外激光照射诱导物(短波红外可以穿透背腔四周的单晶硅到达背腔内的诱导物)，该诱导物被激光照射后逐渐发生相变，由非晶玻璃态转变为单晶态，诱导物相变过程吸收热量，使得顶硅刻蚀过程中温度控制在合适范围内，确保刻蚀质量。在第7步顶硅刻蚀以及第8步释放完成之后，原来由背腔与基板构成的密闭空腔即与外界连通，此时对晶圆进行加热，诱导物挥发并通过背腔上方的空隙排出。

芯片级密封的电磁驱动振镜的一种优选结构及其制作方法为：在所述的制作方法第11步前腔板制作中，在其上表面制作至少一个引线焊盘。该引线焊盘与位于结构层的一个转换焊盘电气连通，实现这一连通的方式为低电阻率前腔板，即前腔板为低电阻率材料，其下表面直接与一个转换焊盘接触，引线焊盘直接与前腔板上表面接触，进而引线焊盘与一个转换焊盘电气连通；并且前腔板面积小于SOI面积，键合后SOI顶硅层可动结构全部被前腔板空腔覆盖，但顶硅层表面的至少一个转换焊盘位于前腔板覆盖区域之外，可以通过引线键合实现信号引入。

芯片级密封的电磁驱动振镜的第二种优选结构及其制作方法为：所述的制作方法第11步前腔板制作中，在其上表面制作至少一个引线焊盘。该引线焊盘与位于结构层的一个转换焊盘电气连通，实现这一连通的方式为通孔连通，即引线焊盘下方的前腔板区域中设置通孔，在该通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与引线焊盘和一个转换焊盘接触，实现两个焊盘的电气连通。并且前腔板面积小于SOI面积，键合后SOI顶硅层可动结构全部被前腔板空腔覆盖，但顶硅层表面的至少一个转换焊盘位于前腔板覆盖区域之外，可以通过引线键合实现信号引入。

芯片级密封的电磁驱动振镜的第三种优选结构及其制作方法为：所述的制作方法第11步前腔板制作中，在其上表面制作至少两个引线焊盘。该两个引线焊盘与位于结构层的两个个转换焊盘分别电气连通，实现这一连通的方式为通孔连通，即引线焊盘下方的前腔板区域中设置通孔，在该通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与引线焊盘和一个转换焊盘接触，实现两组引线焊盘与转换焊盘的电气连通。

芯片级密封的电磁驱动振镜的第三种优选结构及其制作方法为：在所述基板下表面制作至少两个引线焊盘，并在基板、背腔板、绝缘层以及结构层中设置连续的贯通孔，在该贯通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与转换焊盘和引线焊盘接触，实现两组引线焊盘与转换焊盘的电气连通。

有益效果：

1、振镜可动部分位于真空环境，相对于非真空密封的振镜，本发明的振镜可动部分振动时不会与空气作用，从而消除了可动部件与空气作用的噪声。

2、可动结构材料内部振动的能量极小，且由于密封在真空中，所产生的少量振动不会传导至外部，进一步消除了噪声。

3、反射镜等可动结构振动时无空气阻尼，大幅降低空气阻尼造成的能量损失，振镜功耗显著降低

4、反射镜等可动结构振动时无空气阻尼，相同驱动电压下可获得更大转角；相同转角时所需驱动电压低，进一步扩大了振镜的应用领域，降低了驱动要求。

附图说明

图1第一种结构的真空密封电磁驱动振镜；

图2第二种结构的真空密封电磁驱动振镜；

图3第三种结构的真空密封电磁驱动振镜；

图4第四种结构的真空密封电磁驱动振镜；

图5单轴电磁驱动振镜结构层；

图6双轴电磁驱动振镜结构层；

图7第一种结构的真空密封电磁驱动振镜的加工方法流程示意图。

具体实施方式

如图1，芯片级真空密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板100、背腔板200、绝缘层300，结构层400，以及前腔板500连接而成。

其中基板的上下表面均为平面；

背腔板为具有贯通腔201的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；

绝缘层为多孔状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层下表面与绝缘层上表面连接；

前腔板下表面与绝缘层上表面连接；

其中结构层具有外框，在外框内部且同一平面内具有反射镜，该反射镜两端通过转轴(图1中未示出)与外框连接；反射镜上表面具有驱动器；外框上表面具有转换焊盘；驱动器上方具有增反层，且驱动器与增反层通过绝缘层连接；

前腔板电阻率为0.01Ω·㎝，其下表面直接与一个转换焊盘接触；前腔板上表面设置引线焊盘；引线焊盘与其下方的转换焊盘通过前腔板电气连通。驱动器一端通过掺杂引线与前腔板覆盖区域之外的转换焊盘电气连通；驱动器另一端通过金属引线(图中未示出)与被前腔板覆盖的转换焊盘电气连通。

如图2，芯片级真空密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板100、背腔板200、结构层300，以及前腔板400连接而成。

其中基板的上下表面均为平面；

背腔板为具有贯通腔201的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；

绝缘层为多孔状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层下表面与绝缘层上表面连接；

前腔板下表面与绝缘层上表面连接；

其中结构层具有外框，在外框内部且同一平面内具有反射镜，该反射镜两端通过转轴(图1中未示出)与外框连接；反射镜上表面具有驱动器；外框上表面具有转换焊盘；驱动器上方具有增反层，且驱动器与增反层通过绝缘层连接；

前腔板电阻率为100Ω·㎝，其上表面设置引线焊盘，该引线焊盘下方设置通孔，通孔内部填充铜，引线焊盘与前腔板下方的转换焊盘通过通孔内的铜电气连通。驱动器一端通过掺杂引线与前腔板覆盖区域之外的转换焊盘电气连通；驱动器另一端通过金属引线(图中未示出)与被前腔板覆盖的转换焊盘电气连通。

如图3，芯片级真空密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板100、背腔板200、结构层300，以及前腔板400连接而成。

其中基板的上下表面均为平面；

背腔板为具有贯通腔201的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；

绝缘层为多孔状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层下表面与绝缘层上表面连接；

前腔板下表面与绝缘层上表面连接；

其中结构层具有外框，在外框内部且同一平面内具有反射镜，该反射镜两端通过转轴(图1中未示出)与外框连接；反射镜上表面具有驱动器；外框上表面具有转换焊盘；驱动器上方具有增反层，且驱动器与增反层通过绝缘层连接；

前腔板完全覆盖结构层，前腔板电阻率为100Ω·㎝，其上表面设置引线焊盘，该引线焊盘下方设置通孔，通孔内部填充铜，引线焊盘与前腔板下方的转换焊盘通过通孔内的铜电气连通。驱动器一端通过掺杂引线与第一转换焊盘电气连通；驱动器另一端通过金属引线(图中未示出)与第二转换转换焊盘电气连通。

如图4，芯片级真空密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板100、背腔板200、结构层300，以及前腔板400连接而成。

其中基板的上下表面均为平面，基板中具有通孔；基板下表面设置两个引线焊盘；

背腔板为具有贯通腔201与通孔的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；

绝缘层为多孔状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层下表面与绝缘层上表面连接；

前腔板下表面与绝缘层上表面连接；

其中结构层具有外框，在外框内部且同一平面内具有反射镜，该反射镜两端通过转轴(图1中未示出)与外框连接；反射镜上表面具有驱动器；外框上表面具有转换焊盘；驱动器上方具有增反层，且驱动器与增反层通过绝缘层连接；结构层具有通孔；

前腔板完全覆盖结构层，前腔板电阻率为100Ω·㎝；

位于基板、背腔板、绝缘层以及结构层的通直径相同，首尾相接构成完整的贯通孔，在该贯通孔内部填充铜，转换焊盘与引线焊盘通过贯通孔内的铜实现电气连通。驱动器一端通过掺杂引线与第一转换焊盘电气连通；驱动器另一端通过金属引线(图中未示出)与第二转换焊盘电气连通。

如图5，第一种构型的结构层400包含反射镜401，第一转轴402A，第二转轴402B，外框403以及驱动器404；

所述的反射镜401两侧分别通过第一转轴402A和第二转轴402B与外框403连接；

反射镜401上表面设置驱动器404，驱动器404一端通过掺杂引线(图中未示出，位于虚线范围408A的反射镜内部)与第一转换焊盘406A电气连通，驱动器404另一端通过金属引线408B与第二转换焊盘406B电气连通；

如图6，第二种构型的结构层400，所述的反射镜401两侧分别通过第一转轴402C和第二转轴402D与动框410的内侧连接；动框410的两端外侧通过第三转轴402E和第四转轴402F与外框403连接；

反射镜401上表面设置驱动器404，驱动器404一端通过掺杂引线图中未示出，位于虚线范围408A的反射镜内部)与第一转换焊盘406A电气连通，驱动器404另一端通过金属引线408B与第二转换焊盘406B电气连通；

如图7，芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法如下：

1、准备绝缘层上硅(SOI)晶圆。SOI晶圆是由底硅、绝缘层以及顶硅构成的三层结构晶圆，其中顶硅厚度为50um，绝缘层厚度为2um，底硅厚度为200um。

2、掺杂引线制作。在SOI顶硅上表面进行第一次光刻，然后进行第一次离子注入，离子注入后形成一个沿深度方向有一定尺寸范围的掺杂区域，在本优选方式中该掺杂区域的深度范围是SOI顶硅上表面下方0.5um-1um；第一次离子注入后的区域实现了掺杂，电阻率降低到0.01Ω·㎝，但该区域上方保留有一层未掺杂薄层，该薄层电阻率为SOI顶硅初始电阻率；然后进行第二次光刻，随后在第一次离子注入区域的两端进行第二次离子注入，使得从SOI顶硅上表面开始到第一次注入的最深处均被掺杂，电阻率降低到0.01Ω·㎝；两次离子注入后形成掺杂引线，其作用是驱动器一端的引线。该引线主体部分位于SOI顶硅表面之下，不与驱动器接触，只有第二次离子注入形成的其中一个小块低电阻区域与驱动器一端接触；第二次离子注入形成的另一个小块低电阻区域与一个转换焊盘接触，从而实现驱动器一端到一个驱动焊盘的电气连通。

3、电气功能金属制备。在SOI顶硅表面制备图形化的金属层，分别构成驱动器、引线以及转换焊盘。制备图形化金属的方法优选为沉积金属-光刻-金属刻蚀；其中沉积金属的方法优选为磁控溅射。

4、正面介质层制备：在SOI正面沉积介质层，沉积厚度为1um；然后对所沉积介质层进行平坦化处理。平坦化的优选方式是化学机械抛光。

5、介质层开窗。在第4步完成的介质层表面进行光刻、刻蚀，去除部分介质层，包括转换焊盘表面的介质层以及后续顶硅待刻蚀区域的介质层。

6、增反层制备。在第5步完成的SOI顶硅上表面制作第二层图形化的金属，构成增反层；该增反层位于反射镜区域内，附着在介质层上表面，作用是增加入射光的反射率。

7、SOI背腔制作。在SOI底硅制作空腔，即为背腔；该空腔由底硅表面延伸至绝缘层。制作空腔的方法优选为干法刻蚀；掩蔽层优选为光刻胶。

8、激光诱导物填充。在第7步制作完成的空腔内填充激光诱导物。

9、基板键合。在SOI底硅表面键合基板，基板与背腔构成的密闭空腔内部填充有诱导物，该诱导物此时为非晶玻璃态。

10、SOI顶硅层刻蚀。对键合基板后的SOI正面的顶硅进行刻蚀，形成结构层的反射镜与转轴。采用短波红外激光照射诱导物(短波红外可以穿透背腔四周的单晶硅到达背腔内的诱导物)，该诱导物被激光照射后逐渐发生相变，由非晶玻璃态转变为单晶态，诱导物相变过程吸收热量，使得顶硅刻蚀过程中温度控制在合适范围内，确保刻蚀质量。

11、释放。SOI顶硅正面刻蚀后，去除SOI背腔上方的绝缘层区域。优选的去除部分绝缘层的方法是氟化氢气体干法释放。

12、激光诱导物去除。对晶圆进行加热，激光诱导物挥发并通过背腔上方的空隙排出。

13、前腔板制作。另外选取一块晶圆，电阻率为0.01Ω·㎝，在其下表面刻蚀，形成一个空腔；在其上表面制作引线焊盘。

14、SOI与前腔板真空键合。在真空环境中，将前腔板置于SOI顶硅一面，使前腔板的空腔正对SOI顶硅层可动结构部分，前腔板空腔四周的平面与SOI顶硅的固定框上方的介质层接触，实施键合。

制作完成的电磁驱动振镜，可动结构均位于有基板、背腔板、绝缘层、结构层的外框以及前腔板构成的密封空腔内，并且由于前腔板键合是在真空环境中实施，因此该密封空腔内部为真空，即振镜可动结构在工作中均在真空中振动。

Claims (16)

1.一种芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：

自下而上依次由基板、背腔板、绝缘层、结构层，以及前腔板连接而成；

其中基板的上下表面均为平面；

背腔板为具有贯通腔的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；

绝缘层为环状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；

结构层下表面与绝缘层上表面连接；结构层中具有可动结构，该可动结构位于由基板、背腔板、绝缘层、结构层以及前腔板连接而形成的真空密封腔体内部；

所述的结构层具有两种构型；

第一种构型的结构层包含反射镜、第一转轴、第二转轴、外框以及驱动器；驱动器上表面设置平坦化层；平坦化层上表面设置增反层；对于第一种构型的结构层，所述的反射镜两侧分别通过第一转轴和第二转轴与外框连接；

第二种构型的结构层包含反射镜、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、动框、外框、驱动器；驱动器上表面设置平坦化层；平坦化层上表面设置增反层；

对于第二种构型的结构层，所述的反射镜两侧分别通过第一转轴和第二转轴与动框的内侧连接；动框的两端外侧通过第三转轴和第四转轴与外框连接。

2.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：

所述的驱动器使得反射镜产生绕着平行于结构层的轴的转动；驱动器位于反射镜上表面，并通过引线与位于外框上表面的第一转换焊盘和第二转换焊盘连接。

3.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：

所述前腔板下表面具有凹槽，前腔板与结构层之间设置有平坦化层；前腔板下表面的凹槽以外的区域与结构层中的外框的上表面通过平坦化层连接；前腔板上表面设置有引线焊盘，该引线焊盘与位于结构层上表面的转换焊盘电气连通，该电气连通的方式是低电阻率前腔板或者通孔引线技术；驱动信号首先施加在引线焊盘，并依次通过低电阻率前腔板或者通孔引线、转换焊盘以及引线最终施加在驱动器上，实现对反射镜的驱动。

4.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：

所述基板下表面设置有第一引线焊盘和第二引线焊盘，通孔引线依次穿过结构层、绝缘层、背腔板以及基板，第一引线焊盘与第一转换焊盘通过通孔引线实现电气连通；第二引线焊盘与第二转换焊盘(405B)通过通孔引线实现电气连通。

5.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜制作方法，其特征在于，按照如下步骤：

(1)准备绝缘层上硅SOI晶圆；SOI晶圆是由底硅、绝缘层以及顶硅构成的三层结构晶圆，其中顶硅厚度为5um-150um，绝缘层厚度为0.2um-5um，底硅厚度为50um-1mm；

(2)掺杂引线制作；在SOI顶硅上表面进行第一次光刻，然后进行第一次离子注入，深度范围是SOI顶硅上表面下方10nm-2um；第一次离子注入后的区域实现了掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下，但该区域上方保留有一层未掺杂薄层，该薄层电阻率为SOI顶硅初始电阻率；然后进行第二次光刻，随后在第一次离子注入区域的两端进行第二次离子注入，使得从SOI顶硅上表面开始到第一次注入的最深处均被掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下；两次离子注入后形成掺杂引线，其作用是驱动器一端的引线；该引线主体部分位于SOI顶硅表面之下，不与驱动器接触，只有第二次离子注入形成的其中一个小块低电阻区域与驱动器一端接触；第二次离子注入形成的另一个小块低电阻区域与一个转换焊盘接触，从而实现驱动器一端到一个驱动焊盘的电气连通；

(3)电气功能金属制备；在SOI顶硅表面制备图形化的金属层，分别构成驱动器、引线以及转换焊盘；制备图形化金属的方法包括沉积金属-光刻-金属刻蚀，以及光刻-沉积金属-剥离两种；其中沉积金属的方法包括溅射、蒸发、电镀；

(4)正面介质层制备：在SOI正面沉积介质层，沉积厚度为200nm-5um；然后对所沉积介质层进行平坦化处理；平坦化的方式是化学机械抛光；

(5)介质层开窗；在第4步完成的介质层表面进行光刻、刻蚀，去除部分介质层，包括转换焊盘表面的介质层以及后续顶硅待刻蚀区域的介质层；

(6)增反层制备；在第5步完成的SOI顶硅上表面制作第二层图形化的金属，构成增反层；该增反层位于反射镜区域内，附着在介质层上表面，作用是增加入射光的反射率；

(7)SOI背腔制作；在SOI底硅制作空腔，即为背腔；该空腔由底硅表面延伸至绝缘层；

(8)基板键合；在SOI底硅表面键合基板；

(9)SOI顶硅层刻蚀；对键合基板后的SOI正面的顶硅进行刻蚀，形成结构层的反射镜与转轴；SOI顶层硅刻蚀过程中实施强化散热，提高刻蚀质量；

(10)释放；SOI顶硅正面刻蚀后，去除SOI背腔上方的绝缘层区域；去除部分绝缘层的方法是氟化氢气体干法释放；

(11)前腔板制作；另外选取一块晶圆，在其下表面刻蚀，形成一个空腔；

(12)SOI与前腔板真空键合；在真空环境中，将前腔板置于SOI顶硅一面，使前腔板的空腔正对SOI顶硅层可动结构部分，前腔板空腔四周的平面与SOI顶硅的固定框上方的介质层接触，实施键合。

6.如权利要求5所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，制作空腔的方法包括干法刻蚀与湿法腐蚀；掩蔽层包括光刻胶、介质层或者光刻胶与介质层的叠加；采用光刻胶做掩蔽层，或者采用等离子体干法刻蚀的方法制作空腔。

7.如权利要求5所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，制作完成的电磁驱动振镜，可动结构均位于有基板、背腔板、绝缘层、结构层的外框以及前腔板构成的密封空腔内，并且由于前腔板键合是在真空环境中实施，因此该密封空腔内部为真空，即振镜可动结构在工作中均在真空中振动。

8.如权利要求5所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，振镜制作方法第(9)步中，所述的强化散热方法如下：顶硅刻蚀采用强化散热实现被刻蚀表面的温度控制。

9.如权利要求6所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，强化散热包括三种方法，分别是导热质填充法，辅助气体法，以及激光诱导相变冷却法。

10.如权利要求9所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述导热质填充法：

在振镜制作方法第7步完成之后，在SOI背腔内填充导热质，然后进行第8步基板键合，使得基板与背腔构成的密闭空腔内部填充有导热质；该导热质具有与底硅材料一致的导热系数，在第9步的刻蚀中，底硅背腔区域以及底硅未刻蚀区域的导热效率一致，可以实现顶硅刻蚀过程中良好的散热，提高顶硅刻蚀的质量，包括侧壁垂直度、表面粗糙度；在第9步顶硅刻蚀以及第10步释放完成之后，原来由背腔与基板构成的密闭空腔即与外界连通，此时对晶圆进行加热，导热质挥发并通过背腔上方的空隙排出。

11.如权利要求9所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述辅助气体法：

顶硅刻蚀过程中，在刻蚀气体中加入辅助气体，该辅助气体进入刻蚀设备腔体，在顶硅刻蚀过程中，辅助气体与刻蚀生成物发生反应，该反应是吸热反应；由于辅助气体与刻蚀气体充分混合，同时到达刻蚀表面，在刻蚀过程中，辅助气体在刻蚀表面附近持续与刻蚀生成物反应，实现在刻蚀表面附近持续吸热，即刻蚀表面的温度被控制在合适范围内，确保刻蚀质量。

12.如权利要求9所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述激光诱导相变冷却法：

在振镜制作方法第7步完成之后，在SOI背腔内填充诱导物，然后进行第8步基板键合，使得基板与背腔构成的密闭空腔内部填充有诱导物，该诱导物此时为非晶玻璃态；在第9步的刻蚀过程中，采用短波红外激光照射诱导物，短波红外可以穿透背腔四周的单晶硅到达背腔内的诱导物，该诱导物被激光照射后逐渐发生相变，由非晶玻璃态转变为单晶态，诱导物相变过程吸收热量，使得顶硅刻蚀过程中温度控制在合适范围内，确保刻蚀质量；在第9步顶硅刻蚀以及第10步释放完成之后，原来由背腔与基板构成的密闭空腔即与外界连通，此时对晶圆进行加热，诱导物挥发并通过背腔上方的空隙排出。

13.如权利要求6所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述的制作方法第(11)步前腔板制作中，在其上表面制作至少一个引线焊盘；该引线焊盘与位于结构层的一个转换焊盘电气连通，实现这一连通的方式为低电阻率前腔板，即前腔板为低电阻率材料，其下表面直接与一个转换焊盘接触，引线焊盘直接与前腔板上表面接触，进而引线焊盘与一个转换焊盘电气连通；并且前腔板面积小于SOI面积，键合后SOI顶硅层可动结构全部被前腔板空腔覆盖，但顶硅层表面的至少一个转换焊盘位于前腔板覆盖区域之外，可以通过引线键合实现信号引入。

14.如权利要求6所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述的制作方法第(11)步前腔板制作中，在其上表面制作至少一个引线焊盘；该引线焊盘与位于结构层的一个转换焊盘电气连通，实现这一连通的方式为通孔连通，即引线焊盘下方的前腔板区域中设置通孔，在该通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与引线焊盘和一个转换焊盘接触，实现两个焊盘的电气连通；并且前腔板面积小于SOI面积，键合后SOI顶硅层可动结构全部被前腔板空腔覆盖，但顶硅层表面的至少一个转换焊盘位于前腔板覆盖区域之外，可以通过引线键合实现信号引入。

15.如权利要求6所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述的制作方法第(11)步前腔板制作中，在其上表面制作至少两个引线焊盘；该两个引线焊盘与位于结构层的两个转换焊盘分别电气连通，实现这一连通的方式为通孔连通，即引线焊盘下方的前腔板区域中设置通孔，在该通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与引线焊盘和一个转换焊盘接触，实现两组引线焊盘与转换焊盘的电气连通。

16.如权利要求6所述芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，所述基板下表面制作至少两个引线焊盘，并在基板、背腔板、绝缘层以及结构层中设置连续的贯通孔，在该贯通孔中填充导电物质，该导电物质上下端面分别与转换焊盘和引线焊盘接触，实现两组引线焊盘与转换焊盘的电气连通。

Images