CN113031250B - 一种具有创新电互连结构的微镜装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有创新电互连结构的微镜装置及制作方法，包括框架、连接装置、电互连装置、电隔离装置和镜面，所述框架包括第一框架和第二框架，所述第一框架与第二框架通过连接装置活动连接，所述电隔离装置将所述框架划分为多个电隔离区间，所述电互连装置的端部位于不同的电隔离区间内，所述镜面活动设置于所述第一框架中；所述框架上包括电互连结构包括介质层和金属线，所述介质层和金属线堆叠排布在所述框架上，所述介质层为硅氧化物薄膜或硅氮化物薄膜，所述金属线材料为金，所述整体部件主要由刻蚀工艺形成，具有工作效率高，工艺稳定性高，可重复性好，生产成本低，易于进行大批量生产等优点。

Description

一种具有创新电互连结构的微镜装置及制作方法

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，尤其涉及一种一种具有创新电互连结构的微镜装置及制作方法。

背景技术

自1980年第一款扫描式硅镜发布以来，微机电系统，microelectromechanicalsystems，以下简称MEMS，被广泛应用于光学扫描领域，并发展出大量的技术及产品。光学扫描领域已经成为了 MEMS研究的重要方向。而随着技术的发展，在过去的十年间，微型投影技术和众多的医学成像技术的应用，成为了当前MEMS光学扫描装置，尤其是激光扫描装置发展的主要方向。微型投影技术的发展，促使了一系列新型产品的出现，比如手机大小的微型激光投影仪或者带有激光投影功能的智能手机、驾驶车辆时车内放置的可用于显示导航信息的抬头显示器HUD，虚拟现实技术VR、增强现实技术 AR等在内的各种可穿戴设备等。

现有的MEMS微镜，以形成电隔离槽的方式，使微镜的各器件层结构间处于电隔离状态。常见的电隔离槽有两种，一种是分隔式电隔离槽，通过深刻蚀工艺刻蚀器件层，使器件层结构在空间上通常处于分离的状态，从而实现电隔离。另一种是填充式电隔离槽，先通过深刻蚀工艺刻蚀器件层形成沟槽，再通过热氧化工艺或淀积工艺形成电绝缘的介质层并填充多晶硅，最后通过化学机械研磨工艺去除表面多余的多晶硅与介质层。填充式电隔离槽通过热氧化或淀积形成的介质层，使被隔离的器件层结构电隔离。对两类电隔离槽进行比较，分隔式电隔离槽的宽度可控且一般较宽，由其产生的寄生电容较小，但是分隔式电隔离槽仅可用在微镜装置的不可动结构上。填充式电隔离槽可应用在微镜装置的可动结构上，但是其宽度一般较小，且交界面很长，因此会产生较大的寄生电容，降低了微镜的电容反馈的灵敏度。同时，为了加强填充式电隔离槽的机械性能，有时会采用波浪形的电隔离槽，这将进一步增大电极重叠面积，从而导致更大的寄生电容。

为使各独立的器件层结构获得相应的电信号，当前常用的电互连方式主要有两种：引线键合技术和硅通孔技术(TSV)。但是，上述两种技术仅能应用在与可动结构相连的固定的锚点或其他固定的结构上，无法直接应用在可动结构上。在现有的微镜中，电信号由外界导入与可动结构相连的锚固结构后，仅能通过构成可动结构的单晶硅在可动结构中传递。为了使可动结构具有多个独立的电势，需要设置大量的波浪形填充式电隔离槽，将可动结构隔离成若干电势独立的区域并保持其结构的整体性。这种方法不仅导致系统产生了相当大的寄生电容，而且无法在可动结构上实现更为复杂的电互连系统。本发明提供了一种具有创新性的电互连结构的微镜及制作工艺，可应用于制作光学MEMS微镜装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有电互连结构不能够完全满足生产生活的需求，提供一种具有创新电互连结构的微镜装置及制作方法。包括：框架、连接装置、电互连装置和电隔离装置，所述框架包括第一框架和第二框架，所述第一框架活动置于所述第二框架内部，所述电隔离装置将所述框架划分为多个电隔离区间，所述电互连装置的两端位于不同的所述电隔离区间，所述连接装置一端设置在所述第一框架上，另一端设置在所述第二框架上；

所述电互连装置包括介质层和金属线，所述介质层和所述金属线堆叠排布在所述框架上，所述介质层靠近所述框架设置。

进一步地，还包括镜面，所述镜面的一组对边上设置有第一动梳齿，另一组对边上固定设置有第一扭转轴，所述第一扭转轴连接所述第一框架和所述镜面。

进一步地，所述第一框架内框架靠近所述第一动梳齿的一侧设置有第一静梳齿，所述第一静梳齿与所述第一动梳齿构成梳齿对结构，所述第一框架与所述第一扭转轴连接处设置有锚点，所述锚点上设置有焊盘，所述第一框架垂直于所述第一扭转轴的外框架上设置有第二动梳齿。

进一步地，所述第一静齿梳上还依次设置有绝缘层和金属层，所述绝缘层靠近所述第一静齿梳设置。

进一步地，所述第二框架的内框架上固定设置有第二静梳齿，所述第二静梳齿与所述第二动梳齿构成梳齿对结构，所述第二框架的内部为空腔，所述镜面和所述第一框架均设置于所述空腔上方。

进一步地，所述电隔离装置包括第一电隔离槽和第二电隔离槽，所述第一电隔离槽位于所述框架上，所述第一电隔离槽为填充式电隔离槽，所所述第二电隔离槽设置于所述连接装置和所述第二框架之间，所述第二电隔离槽为分隔式电隔离槽。

进一步地，所述连接装置包括第二扭转轴和若干弹性部件，所述第二扭转轴一端固定设置在所述第一框架外框架上，另一端设置在所述第二框架内框架上，所述第二扭转轴垂直于所述第一扭转轴，所述若干弹性部件一端设置在所述第一框架上，另一端设置在所述第二框架上，所述若干弹性部件与所述第一框架和第二框架的接触位置设置有焊盘和锚点，所述弹性部件的厚度为5～100μm。

本发明还提供了一种具有新型电互连结构的微镜的制作方法，包括以下步骤：

S01通过半导体加工方法在半导体晶圆第一主面制作所述第一电隔离槽；

S02通过PECVD或者LPCVD方法，在所述半导体晶圆上积淀一层二氧化硅层；

S03旋涂光刻胶后，通过光刻胶方法形成掩模；

S04通过刻蚀方法使二氧化硅层图形化；

S05通过一次或多次金属蒸镀，在所述半导体晶圆的第一主面蒸镀一层金属，形成微镜的焊盘、所述电互连结构的金属导线和镜面反射层；

S06通过深刻蚀方法，刻蚀所述半导体晶圆的第一主面，形成器件层结构。

进一步地，所述S06步骤后还包括制作背腔的方法：

将所述的单晶硅器件层通过预先准备好的保护层保护起来后，倒置整个所述半导体晶圆；

采用湿法刻蚀或者干法刻蚀的方法刻蚀所述半导体晶圆的第二主面形成背腔；

通过湿法蚀刻或干法刻蚀方法由第二主面继续刻蚀背腔范围内暴露的半导体晶圆，直至微镜的可动结构被释放。

进一步地，当所述半导体晶圆为SOI晶圆时，所述SOI晶圆由器件层、埋氧层和衬底层依次堆叠构成，所述器件层为高参杂单晶硅，厚度在20～100μm，所述埋氧层为二氧化硅，厚度在0.1～5μm，所述第一主面为器件层的外表面，所述第二主面为衬底层的外表面，当所述SOI晶圆具有多层所述器件层时，各器件层被所述埋氧层隔开。

进一步地，所述S01步骤具体包括：

通过所述深刻蚀方法，刻蚀所述第一主面，在所述半导体晶圆表面形成若干沟槽状结构，

通过热氧化方法、PECVD或LPCVD方法，在所述具有沟槽状结构的半导体晶圆表面形成一层二氧化硅；

通过所述LPCVD方法在所述沟槽状结构内部填充多晶硅；

通过化学机械研磨方法，去除所述半导体晶圆表面多余的多晶硅，使得所述器件层表面光滑平整。

进一步地，所述半导体晶圆可以是由两片经过加工的半导体晶圆键合而成的整体晶圆，所述具体的加工步骤和键合步骤包括：

第一半导体晶圆的表面经过打磨抛光等预处理后，通过深刻蚀方法，在圆片的第一主面形成若干空腔结构；

第二半导体晶圆的表面经过打磨抛光等预处理后，通过深刻蚀方法，在圆片的第一主面上预定形成减薄梳齿的区域内刻蚀沟槽；

在第一半导体晶圆刻蚀出若干空腔结构后，通过热氧化方法在圆片的第一主面上生长或沉积形成二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜厚度为0.1～5μm之间；

将两片半导体晶圆直接键合成一个整体；

两片半导体晶圆键合成整体后，通过机械化学抛光等方法，从半导体晶圆的第二主面开始，对整体晶圆进行减薄，经过减薄后，所述整体晶圆的厚度减小至20～100μm。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的器件层表面覆盖有“绝缘层-金属层”结构，即新型的电互连结构，可跨过填充式电隔离槽，使各独立的电信号在无法通过单晶硅结构直接相连的区域间进行传导。

2、本发明采用了“绝缘层-金属层”结构，既可应用在微镜的不可动结构上，也可直接应用于微镜的可动结构上。配合较短的填充式电隔离槽，取代了现阶段在可动结构上通过单晶硅进行电信号传递的方法，为实现更为复杂的驱动与反馈功能提供了结构基础，突破了传统微镜的局限性。

3、本发明具有若干弹性部件结构，与扭转轴共同提供回复力，在保持谐振频率f不变的情况下，减小扭转轴所负担的机械应力，提升了器件的可靠性。

4、本发明采用的弹簧结构可通过深刻蚀工艺进行减薄，进一步提升其柔韧性；通过引入弹簧结构，与扭转轴共同提供回复力，在保持谐振频率f不变的情况下，减小扭转轴所负担的机械应力，提升器件的可靠性。

5、本发明采用的填充式电隔离槽的交界面更短，从而减小了所述电隔离槽产生的寄生电容，提高了电容反馈的灵敏度。

6、基于上述填充式电隔离槽，可在快轴的动静梳齿上施加额外的检测信号，从而通过电容反馈，对微镜的偏转进行实时地检测和控制。

7、本发明采用的新型电互连结构易于实现复杂的驱动和反馈功能；生产工艺基于现有的成熟设备，工艺稳定性高，可重复性好；生产成本低，易于进行大批量生产。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2(a)-图2(d)是第一电隔离槽的工艺流程示意图；

图3(a)-图3(f)是微镜的工艺流程示意图；

图4(a)-图4(c)是实施例二的结构示意图；

图5(a)-图5(b)是实施例三的结构示意图；

图6(a)-图6(b)是实施例四的结构示意图；

图7是实施例五的结构示意图；

图8(a)-图8(b)是实施例六的结构示意图；

图9(a)-图9(c)是实施例七的结构示意图；

图10(a)-图10(f)是实施例七的工艺流程示意图。

其中，图中附图标记对应为：100-二维微镜、101-镜面、110-第一框架、120-第二框架、111-第一扭转轴、121-第二扭转轴、122-弹性部件、114-第一动梳齿、124-第二动梳齿、115-第一静梳齿、125- 第二静梳齿、117-第一电隔离槽、127-第二电隔离槽、118-空腔、130- 介质层、140-金属线、200-第一电隔离槽结构、211-器件层、212-埋氧层、213-衬底层、221-沟槽结构、222-绝缘层、223-多晶硅、301- 二氧化硅层、302-焊盘、303-镜面反射层、311-器件层、312-埋氧层、 313-衬底层、314-背腔、401-器件层、402-第一电隔离槽、403-绝缘层、404-焊盘、405-金属线、410-锚点、411-弹簧、501-单晶硅、503- 绝缘层、504-焊盘、505-金属导线、601-器件层、602-埋氧层、610- 绝缘层、620-金属导线、810-绝缘层、820-金属层、1011-空腔结构、 1012-二氧化硅薄膜、1030-梳齿结构，1010-第一单晶硅圆片，1020-第二单晶硅圆片，604、605均为第一电隔离槽，1、2、3、4、5、6 均为焊盘，A、B均为梳齿结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例一

请参阅图1，图2(a)，图2(b)，图2(c)，图2(d)，图3(a)，图3(b)，图3(c)，图3(d)，图3(e)和图3(f)，在实施例一中提供了一种具有新型电互连结构的微镜及制作方法，本发明采用的半导体晶圆材料为SOI晶圆，包括：框架、连接装置、电互连装置和电隔离装置，所述框架包括第一框架110和第二框架120，所述第一框架110活动置于所述第二框架120内部，所述电隔离装置将所述框架划分为多个电隔离区间，所述电互连装置的端部位于不同的所述电隔离区间，所述电互连装置可以连接两个及以上的电隔离区间，使这些电隔离区间电连接，所述连接装置一端设置在所述第一框架110上，另一端设置在所述第二框架120上；

所述电互连装置包括介质层130和金属线140，所述介质层130 和所述金属线140堆叠排布在所述框架110上，所述介质层130靠近所述第一框架110设置。

还包括镜面101，所述镜面101的一组对边上设置有第一动梳齿 114，另一组对边上固定设置有第一扭转轴111，所述第一扭转轴111 连接所述第一框架110和所述镜面101。

所述第一框架110内框架靠近所述第一动梳齿114的一侧设置有第一静梳齿115，所述第一静梳齿115与所述第一动梳齿114构成梳齿对结构，所述第一框架110与所述第一扭转轴111连接处设置有锚点，所述锚点上设置有焊盘，所述第一框架110垂直于所述第一扭转轴111的外框架上设置有第二动梳齿124。所述第二框架120的内框架上固定设置有第二静梳齿125，所述第二静梳齿125与所述第二动梳齿124构成梳齿对结构，所述第二框架120的内部为空腔118，所述镜面101和所述第一框架110均设置于所述空腔118上方。

所述电隔离装置包括第一电隔离槽117和第二电隔离槽127，所述第一电隔离槽117位于所述框架110上，所述第二电隔离槽127设置于所述连接装置和所述第二框架之间，所述第一电隔离槽117是填充式电隔离槽，所述第二电隔离槽127是分隔式电隔离槽。

所述连接装置包括第二扭转轴121和若干弹性部件122，所述第二扭转轴121一端固定设置在所述第一框架110外框架上，另一端设置在所述第二框架120内框架上，所述第二扭转轴121垂直于所述第一扭转轴111，所述若干弹性部件122一端设置在所述第一框架110 上，另一端设置在所述第二框架120上，所述若干弹性部件122与所述第一框架110和第二框架120的接触位置设置有焊盘和锚点，所述弹性部件122的厚度为5～100μm。

一种制作新型电互连结构的微镜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01通过半导体加工方法在SOI晶圆表面制作所述第一电隔离槽；

所述第一电隔离槽通过所述深刻蚀方法，刻蚀所述器件层至所述埋氧层，在所述SOI晶圆表面形成若干沟槽状结构；

通过热氧化方法、PECVD或LPCVD方法，在所述具有沟槽状结构的SOI晶圆表面形成一层二氧化硅；

通过所述LPCVD方法在所述沟槽状结构内部填充多晶硅；

通过化学机械研磨方法，去除所述SOI晶圆表面多余的多晶硅使得所述器件层表面光滑平整。

S02通过PECVD或者LPCVD方法，在所述SOI晶圆上积淀一层二氧化硅层；

S03旋涂光刻胶后，通过光刻胶方法形成掩模；

S04通过刻蚀方法使二氧化硅层图形化；

S05通过一次或多次金属蒸镀，在所述SOI晶圆的器件层表面蒸镀一层金属，形成微镜的焊盘和镜面反射层；

S06通过深刻蚀方法，刻蚀单晶硅器件层，形成器件层结构；

S07将所述的单晶硅器件层通过预先准备好的保护层保护起来后，倒置整个所述SOI晶圆；

S08采用湿法刻蚀或者干法刻蚀的方法刻蚀衬底层形成背腔；

S09通过所述干法刻蚀方法刻蚀暴露的埋氧层，释放微镜的可动结构。

所述SOI晶圆由器件层、埋氧层、衬底层依次堆叠构成，所述器件层为一层或多层高参杂单晶硅，厚度在20～100μm，所述埋氧层为一层或多层二氧化硅，厚度在0.1～5μm。

工作原理：从锚点输入电信号，电信号经弹性部件等装置进行传递，由于电隔离槽的存在，将第一框架划分成不同的区域，区域与区域间电信号不能进行传输，所以在区域间设置电互连结构，跟据实际情况的需要将不同区域实现电连接，使得电信号能够正常传输，所述弹性部件、第一电隔离槽、电互连装置的位置以及数量都可以根据实际情况进行设定，

上述金属线140材料为金，宽度可以很小，为0.5～10μm，介质层130材料为硅氧化物或者硅氮化物薄膜，上述刻蚀方法的精度和时间在生产过程中由实际情况控制，以不损伤器件层为标准。

实施例二

在实施例二中，提供了本发明所涉及的新型电互连结构的应用，如图4(a)所示，通过本发明所述的创新电互连结构，对第一框架上的静梳齿结构分区施加电压，实现了驱动和恒压检测功能的集成。

图4(b)和(c)提供了本实施例的更多细节，集中展示了在第一框架与弹性部件相连处，焊盘、绝缘层、第一电隔离槽等主要结构的相关细节。

如图4(b)和(c)所示，图形化后的绝缘层403附着在器件层401表面，并跨过第一电隔离槽402。材料为金的金属焊盘404一端覆盖在器件层401上，一端覆盖在绝缘层403上。由于绝缘层具有一定厚度，通过蒸镀工艺形成的金属焊盘404具有一定的保角性。同时，金属焊盘的宽度与绝缘层的宽度没有明确的相对大小要求，只要保证金属焊盘404不与第一电隔离槽402定义的区域以外的单晶硅器件层接触即可。在金属焊盘404与绝缘层403接触的一端，延伸有金属线 405。

工作时，电信号传导至固定锚点410后，通过弹簧411，传导至第一框架的一角。所述与弹簧相连的第一框架的一角被第一电隔离槽 402阻断，与第一框架的其余部分电隔离。电信号通过与器件层接触的金属焊盘404，传导至金属线405，并通过金属线，传导至次级焊盘。

在图4(a)所示实施例中，初级焊盘1－6分别位于微镜第二框架的锚点上，所述第二框架未示处。工作时，在初级焊盘1和6上施加恒压检测信号V 0，在初级焊盘2和5上施加快扫描轴驱动信号V f，在初级焊盘3和4接地，电势为V ground。同时，在第二框架上施加慢轴驱动信号V s。快轴对应的静梳齿被第一电隔离槽分隔为三部分，中央梳齿用于微镜快轴驱动，电势为V f；两侧梳齿用于快轴振动反馈，通过电容反馈实时检测快轴的振动情况，电势为V 0。镜面、快轴对应的动梳齿和慢轴对应的动梳齿接地，慢轴对应的静梳齿电势为VS。

实施例三

在实施例三中，提供了焊盘与绝缘层的另一种覆盖方式：

若采用实施例二所示的覆盖方式，器件层结构的振动容易导致绝缘层403上方的金属导线405与金属焊盘404在交接处分离，从而造成电信号无法传导。

如图5(a)和(b)所示，为了防止上述因器件层结构振动而导致的电路异常，绝缘层503环绕金属焊盘504，金属焊盘504覆盖在单晶硅 501及四周的绝缘层503上方，增加在绝缘层上方形成的金属导线505 与金属焊盘504的接触区域。

实施例四

在实施例四中，提供了本发明所涉及的创新电互连结构的第二种应用：

如图6(a)和图6(b)所示，在实施例四中，通过引线键合，第一电信号由外部传导至焊盘1。焊盘1的底部与单晶硅器件层601 相接触，第一电信号通过延伸出的弹簧结构606传导至焊盘4。焊盘4通过绝缘层610上方的金属导线620将第一电信号传导至次级焊盘。

所述弹簧结构606的刚度设计得足够低，以防止表面应力过大导致金属材料断裂。必要时可通过深刻蚀工艺对弹簧结构进行减薄，降低其刚度。

通过绝缘层610上方的金属导线620，第二电信号由外部传导至焊盘2。焊盘2完全覆盖在绝缘层610上方，与单晶硅器件层601隔离，第二电信号通过绝缘层610上方的金属导线620，传导至焊盘3。焊盘3与焊盘2一样，完全覆盖在绝缘层610上方，并与单晶硅器件层601隔离。焊盘3通过绝缘层610上方得金属导线，将第二电信号传导至次级焊盘。

其中，焊盘1、2位于微镜第二框架的锚点，单晶硅器件层601 下方有埋氧层602和衬底层603；焊盘3、4位于微镜第一框架的一角，单晶硅器件层601下方为微镜的空腔结构。焊盘1、2和3、4所在区域分别被两个第一电隔离槽604、605与周围的器件层隔离

由此，通过一个弹簧结构，两个完全独立的电信号分别传导至微镜的次级焊盘上，从而为实现更为复杂的反馈与驱动提供了可能。若将图6所示实施例与图1所示实施例结合，则最大可提供10个电信号输入。

实施例五

在实施例五中，提供了本发明所涉及的创新电互连结构的第三种应用：

其工作原理、目的等，与实施例一和实施例二基本相同，但是各焊盘的电信号不同。如图7所示，工作时，在初级焊盘1和6上接地，电势为V ground，在初级焊盘2和5始终施加一恒压检测信号V 0，在初级焊盘3和4上施加快扫描轴驱动信号V f。同时，在第二框架上施加慢轴驱动信号V S，并叠加恒压检测信号V 0。快轴对应的静梳齿被分隔为两部分，中央区域用于微镜快轴驱动，两侧梳齿用于快轴电容位置检测，本发明所述的电互连方案可以轻松提供驱动和检测所需的所有独立电信号。

实施例六

在实施例六中，提供了本发明所涉及的创新电互连结构的第四种应用：

对于一般的基于平面梳齿结构的MEMS微镜，由于其结构具有对称性，因此，难以通过简单的电容反馈，判断微镜的偏转方向。

如图8(a)所示，本实施例的特殊之处在于：第一框架上的第一静梳齿结构按排布区域分为A和B两组，其中A组梳齿的上表面覆盖有绝缘层810和金属层820，B组梳齿的上表面与正常的梳齿结构相同。工作时，在初级焊盘1、2、5上接地，电势为V ground，在初级焊盘4和6上施加快扫描轴驱动信号V f与高频小幅正弦检测信号 V h的叠加信号。同时，在第二框架上施加慢轴驱动信号V S。

如图8(b)所示，当微镜在驱动信号作用下发生偏转时，由于A组梳齿顶端含有金属层820，A组梳齿上表面的电容信号被单独提取出来。微镜振动时，因电容变化输出的电流值将出现周期性的一大一小两个峰值，分别显示微镜运动的两个方向。可选的，金属层820可同时覆盖在A、B两组梳齿顶端。

同时，上述由金属层提取的信号强度较为微弱，仅能用于判断微镜的振动方向。为了实现实时的角度反馈，需要在驱动时叠加一高频小幅值信号。由于此时梳齿电容面积较大，可以获取充分的信号强度，从而在不影响微镜正常振动的情况下，实时反馈微镜偏转的具体相位信息并保证检测精度。

实施例七

在实施例七中，提供了本发明所涉及的创新电互连结构的第五种应用：

为了通过电容反馈判断微镜的偏转方向，还可以采用图9(a)、图9(b)和图9(c)所展示的方法。本实施例的特点在于：第一框架上的第一静梳齿结构按排布区域分为A和B两组，其中A组梳齿在制作时，通过深刻蚀工艺，进行减薄。在实施例六中，弹簧结构也需要通过减薄，调整刚度至合适的程度。梳齿和弹簧的减薄，可同时通过深刻蚀工艺实现。所述减薄处理既可以是向上减薄，也可以是向下减薄，如图8(b)所示。减薄后的A组梳齿结构相对B组梳齿结构厚度减小5％～50％。实际的减薄程度可根据实际设计进行控制和调整。

当微镜在驱动信号作用下发生偏转时，由于A组梳齿厚度较小，通过检测A和B两组梳齿的总电容的大小两个峰值的周期性变化，从而判断振动方向。如果在驱动电压上叠加一个高频小幅信号则可以同时获取实时的偏转角度和振动方向，参考实施例四。

本实施例还提供了一种制作本实施例的方法：如图10(a)所示，单晶硅圆片1010的表面经过打磨抛光等预处理后，通过深刻蚀工艺，在圆片的第一主面形成若干空腔结构1011。在不同的实施例中，采用的刻蚀工艺既可以是湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。

如图10(b)所示，单晶硅圆片1020的表面经过打磨抛光等预处理后，通过深刻蚀工艺，在圆片的第一主面上预定形成减薄梳齿的区域内刻蚀沟槽1021。深刻蚀工艺采用干法刻蚀，并在整个深刻蚀过程中精密控制深刻蚀的时间和精度。刻蚀形成的沟槽深度为d。

如图10(c)所示，在单晶硅圆片1010刻蚀出若干空腔结构1011 后，通过热氧化工艺或PECVD工艺，在圆片的第一主面上生长或沉积形成二氧化硅薄膜1012，厚度在0.1～5μm之间。

如图10(d)所示，将两片单晶硅圆片1010、1020键合成一个整体。键合方法为直接键合工艺。在其他的实施例中，也可采用基于键合材料的间接键合工艺，进行键合。所述键合材料包括但不限于玻璃浆料、金属，如金、铝，等。若采用直接键合工艺，所述二氧化硅薄膜1012 需要通过热氧化工艺形成。

如图10(e)所示，两片单晶硅圆片键合成整体后，通过机械化学抛光等工艺，从圆片1020的第二主面开始，对整体晶圆进行减薄。经过减薄工序，单晶硅圆片1020的厚度减小为t，t为器件层厚度，约为20～100μm。

如图10(f)所示，通过实施例一所示工艺流程，对减薄后的整体晶圆进行半导体加工。加工完成后，形成图10(f)所示的减薄的梳齿结构1030的微镜装置。

除了梳齿结构外，还可以通过相同的工艺，形成由下至上减薄的弹簧结构。

在另一实施例中，本发明所述创新电互连结构可以提供多个电学通道，从而实现惠斯通电桥的差分输出，通过压阻反馈实现高灵敏度位置探测。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的器件层表面覆盖有“绝缘层-金属层”结构，即新型的电互连结构，可跨过填充式电隔离槽，使各独立的电信号在无法通过单晶硅结构直接相连的区域间进行传导。

2、本发明采用了“绝缘层-金属层”结构，既可应用在微镜的不可动结构上，也可直接应用于微镜的可动结构上。配合较短的填充式电隔离槽，取代了现阶段在可动结构上通过单晶硅进行电信号传递的方法，为实现更为复杂的驱动与反馈功能提供了结构基础，突破了传统微镜的局限性。

3、本发明具有若干弹性部件，与扭转轴共同提供回复力，在保持谐振频率f不变的情况下，减小扭转轴所负担的机械应力，提升了器件的可靠性。

4、本发明采用的弹性部件可通过深刻蚀工艺进行减薄，进一步提升其柔韧性；通过引入弹性部件，与扭转轴共同提供回复力，在保持谐振频率f不变的情况下，减小扭转轴所负担的机械应力，提升器件的可靠性。

5、本发明采用的填充式电隔离槽的交界面更短，从而减小了所述电隔离槽产生的寄生电容，提高了电容反馈的灵敏度。

6、基于上述填充式电隔离槽，可在快轴的动静梳齿上施加额外的检测信号，从而通过电容反馈，对微镜的偏转进行实时地检测和控制。

7、本发明采用的新型电互连结构易于实现复杂的驱动和反馈功能；生产工艺基于现有的成熟设备，工艺稳定性高，可重复性好；生产成本低，易于进行大批量生产。

以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，包括框架、连接装置、电互连装置和电隔离装置，所述框架包括第一框架(110)和第二框架(120)，所述第一框架(110)活动置于所述第二框架(120)内部，所述连接装置一端设置在所述第一框架(110)上，另一端设置在所述第二框架(120)上，所述电隔离装置将所述第一框架(110)划分为多个电隔离区间，所述电隔离装置将所述第二框架(120)划分为多个电隔离区间，所述连接装置能够连接所述第一框架(110)上的电隔离区间与所述第二框架(120)上的电隔离区间；

所述电互连装置包括介质层(130)和金属线(140)，所述介质层(130)和所述金属线(140)堆叠排布在所述框架上，所述介质层(130)靠近所述第一框架(110)和所述第二框架(120)设置；

所述电隔离装置包括第一电隔离槽(117)，所述第一电隔离槽(117)位于所述第一框架(110)上；

所述连接装置包括第二扭转轴(121)和若干弹性部件(122)，所述第二扭转轴(121)一端固定设置在所述第一框架(110)外框架上，另一端设置在所述第二框架(120)内框架上，所述若干弹性部件(122)一端设置在所述第一框架(110)上，另一端设置在所述第二框架(120)上，所述若干弹性部件(122)与所述第一框架(110)和所述第二框架(120)接触的位置设置有焊盘和锚点，所述第一电隔离槽(117)能将所述第一框架(110)分隔为若干电势独立的电隔离区，不同的电隔离区实现跨区域的电连接，所述第二框架(120)上的焊盘施加恒压检测信号和快扫描轴驱动信号，用于实现微镜快轴驱动和快轴振动反馈。

2.根据权利要求1所述的具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，还包括镜面(101)，所述镜面(101)的一组对边上设置有第一动梳齿(114)，另一对边上固定设置有第一扭转轴(111)，所述第一扭转轴(111)连接所述第一框架(110)和所述镜面(101)。

3.根据权利要求2所述的具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，所述第一框架(110)内框架靠近所述第一动梳齿(114)的一侧设置有第一静梳齿(115)，所述第一静梳齿(115)与所述第一动梳齿(114)构成梳齿对结构，所述第一框架(110)与所述第一扭转轴(111)连接处设置有锚点，所述锚点上设置有焊盘，所述第一框架(110)垂直于所述第一扭转轴(111)的外框架上设置有第二动梳齿(124)。

4.根据权利要求3所述的具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，所述第一静梳齿(115)上还依次设置有绝缘层和金属层，所述绝缘层靠近所述第一静梳齿(115)设置。

5.根据权利要求4所述的具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，所述第二框架(120)的内框架上固定设置有第二静梳齿(125)，所述第二静梳齿(125)与所述第二动梳齿(124)构成梳齿对结构，所述第二框架(120)的内部为空腔(118)，所述镜面(101)和所述第一框架(110)均设置于所述空腔(118)上方。

6.根据权利要求5所述的具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，所述电隔离装置包括第二电隔离槽(127)，所述第二电隔离槽(127)设置于所述连接装置和所述第二框架之间。

7.根据权利要求6所述具有创新电互连结构的微镜装置，其特征在于，所述第二扭转轴(121)垂直于所述第一扭转轴(111)，所述弹性部件(122)的厚度为5～100μm。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的具有创新电互连结构的微镜装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01通过半导体加工方法在半导体晶圆第一主面制作第一电隔离槽；

S02通过PECVD或者LPCVD方法，在所述半导体晶圆上积淀一层二氧化硅层；

S03旋涂光刻胶后，通过光刻胶方法形成掩模；

S04通过刻蚀方法使所述二氧化硅层图形化；

S05通过一次或多次金属蒸镀，在所述半导体晶圆的第一主面蒸镀一层金属，形成微镜的焊盘、电互连结构的金属导线和镜面反射层；

S06通过深刻蚀方法，刻蚀所述半导体晶圆的第一主面，形成器件层结构。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述S06步骤后还包括制作背腔的方法：

将单晶硅器件层通过预先准备好的保护层保护起来后，倒置整个所述半导体晶圆；

采用湿法刻蚀或者干法刻蚀的方法刻蚀所述半导体晶圆的第二主面形成背腔；

通过湿法蚀刻或干法刻蚀方法由第二主面继续刻蚀背腔范围内暴露的半导体晶圆，直至微镜的可动结构被释放。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，当所述半导体晶圆为SOI晶圆时，所述SOI晶圆由器件层、埋氧层和衬底层依次堆叠构成，所述器件层为高参杂单晶硅，厚度在20～100μm，所述埋氧层为二氧化硅，厚度在0 .1～5μm，所述第一主面为器件层的外表面，所述第二主面为衬底层的外表面，当所述SOI晶圆具有多层所述器件层时，各器件层被所述埋氧层隔开。

11.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述S01步骤具体包括：

通过所述深刻蚀方法，刻蚀所述第一主面，在所述半导体晶圆表面形成若干沟槽状结构，

通过热氧化方法、PECVD或LPCVD方法，在具有沟槽状结构的半导体晶圆表面形成一层二氧化硅；

通过所述LPCVD方法在所述沟槽状结构内部填充多晶硅；

通过化学机械研磨方法，去除所述半导体晶圆表面多余的多晶硅，使得所述器件层表面光滑平整。

12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述半导体晶圆是由两片经过加工的半导体晶圆键合而成的整体晶圆，具体的加工步骤和键合步骤包括：

第一半导体晶圆的表面经过打磨抛光的预处理后，通过深刻蚀方法，在圆片的第一主面形成若干空腔结构；

第二半导体晶圆的表面经过打磨抛光的预处理后，通过深刻蚀方法，在圆片的第一主面上预定形成减薄梳齿的区域内刻蚀沟槽；

在第一半导体晶圆刻蚀出若干空腔结构后，通过热氧化方法在圆片的第一主面上生长或沉积形成二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜厚度为0 .1～5μm之间；

将两片半导体晶圆直接键合成一个整体；

两片半导体晶圆键合成整体后，通过机械化学抛光方法，从半导体晶圆的第二主面开始，对整体晶圆进行减薄，经过减薄后，所述整体晶圆的厚度减小至20～100μm。

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