CN113820851B - 双轴垂直梳齿mems微镜、微镜阵列及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，该MEMS微镜的第一可动梳齿、第一固定梳齿位于反射镜硅层的下方，在实现两个方向大角度偏转的同时，提高了MEMS微镜的占空比，有效减小了MEMS微镜的体积。反射镜硅层下方带有加强筋结构，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。同时，本发明的MEMS微镜提供了隐藏式梳齿结构及双面电极结构。此外，梳齿之间还通过基板中的绝缘填充槽实现电隔离，梳齿电极分别与各个梳齿电连接，实现了梳齿之间的单独控制，具有更高的灵活性。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

Description

双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)技术领域，特别是涉及一种双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法。

背景技术

MEMS微镜主要由驱动结构和光反射镜面组成，可以实现光束在水平或垂直方向的偏转或扫描。静电驱动MEMS微镜具有串扰低、开关速度快、体积小、易于大规模集成等优点，可用于激光扫描、投影、光纤通信网络等领域。特别是在光纤通信网络中，静电驱动MEMS微镜及微镜阵列是实现光衰减、光开关、光交叉连接的主要方式，可广泛应用于骨干网或大型交换网，具有广泛的产业利用价值。

静电驱动MEMS微镜主要分为两种方式：平板结构MEMS微镜和垂直梳齿结构MEMS微镜。平板结构MEMS微镜的驱动结构可以位于镜面的下方，因此很容易形成双轴垂直梳齿的MEMS微镜结构，但是MEMS微镜镜面的尺寸、形状、最大偏转角受到芯片结构及制作工艺的限制，特别是对于二轴MEMS微镜而言，难以实现大的角度偏转；垂直梳齿结构MEMS微镜的驱动结构通常分布于镜面的四周，可以实现大的角度偏转。垂直梳齿驱动是实现MEMS微镜偏转的主要方式之一，但难以形成双轴垂直梳齿的MEMS微镜结构，这成为MEMS微镜及微镜阵列应用的主要障碍之一。因此，具有大角度、双轴垂直梳齿的MEMS微镜成为急于攻克的重要技术难题。

综上所述，如何改进MEMS微镜及微镜阵列以消除上述缺陷，是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，用于解决现有技术中MEMS微镜及微镜阵列角度偏转小、占空比低，难以满足应用要求等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜，所述MEMS微镜包括：依次叠置的基板、第二基底、第三基底；

基板，所述基板包括彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿，所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

第二基底，所述第二基底包括加强筋、第一可动梳齿、第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；

第三基底，所述第三基底包括反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽，所述外围隔离槽贯穿所述第二外框架；

金属反射镜，所述金属反射镜位于所述反射镜硅层的上表面；

若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接；

其中，所述基板中形成有收容空间，以提供运行空间；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；所述第一可动梳齿位于所述反射镜硅层下方，所述加强筋位于所述反射镜硅层下方。

可选地，在所述第三基底中还形成有分别位于所述第一弹性梁、第一内框架、第二弹性梁上部的第一附加弹性梁、第二内框架、第二附加弹性梁。

可选地，在所述第三基底中还形成有位于所述第一内框架上部的第二内框架，且所述第二内框架延伸至所述第二可动梳齿的上方，以形成隐藏式梳齿。

可选地，所述基板为包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层的第一基底，所述第一基底包括若干个第一电极通孔、若干个第二电极通孔及所述收容空间；

所述第一电极通孔及第二电极通孔的表面覆盖有介质层；

所述第一器件层包括隔离槽，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述隔离槽实现电隔离；

所述第一器件层还形成有电极槽、以及位于所述电极槽周围的电极隔离槽，所述电极槽与所述第一电极通孔相贯通；

所述电极槽及所述第一电极通孔表面所述介质层的表面形成有第一金属电极，所述第二电极通孔表面的所述介质层的表面形成有第二金属电极，从而形成所述金属电极。

可选地，所述第二外框架及第三外框架形成有第四电极通孔及位于所述第四电极通孔周围的电极绝缘槽，且所述第二金属电极与所述第四电极通孔上下对应；所述第三外框架形成有与所述第一金属电极上下对应的第三电极通孔；

所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的表面分别形成有第三金属电极及第四金属电极，所述第三金属电极与所述第一金属电极相互电连接，所述第四金属电极与所述第二金属电极相互电连接，从而形成双面的所述金属电极。

可选地，所述基板为包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间的第四基底，且所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离；

位于所述第四基底下表面、各个绝缘填充槽围合区内固定有梳齿电极，以形成所述金属电极；

本发明还提供一种MEMS微镜阵列，所述MEMS微镜阵列为若干个所述双轴垂直梳齿MEMS微镜沿第一方向和/或第二方向排列组合而成的阵列。

本发明还提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供基板，所述基板包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层；刻蚀所述第一衬底层及第一介质层，形成若干个第一电极通孔、若干个第二电极通孔；刻蚀所述第一器件层形成电极槽、位于电极槽周围的电极隔离槽，以及彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿；所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第二器件层、第三介质层，将所述第二基底与所述基板键合，刻蚀所述第二器件层形成加强筋、第一可动梳齿；

提供第三基底，将所述第三基底与所述第二基底键合，所述第三基底包括第三器件层，刻蚀所述第三器件层形成反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽；刻蚀所述第二器件层形成第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

形成若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

本发明还提供另外一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供基板，刻蚀所述基板形成绝缘填充槽、基板绝缘槽，以及彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿，所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离，所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第二器件层、第三介质层，将所述第二基底与所述基板键合，刻蚀所述第二器件层形成加强筋、第一可动梳齿；

提供第三基底，将所述第三基底与所述第二基底键合，所述第三基底包括第三器件层，刻蚀所述第三器件层形成反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽；刻蚀所述第二器件层形成第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

于所述基板下表面各个绝缘填充槽围合区内形成梳齿电极，以形成金属电极。

可选地，所述金属电极包括可动梳齿电极，所述第二基底与基板通过硅硅键合的方式键合，以使所述可动梳齿电极与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿实现电连接。

如上所述，本发明的双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，具有以下有益效果：本发明MEMS微镜的第一可动梳齿、第一固定梳齿位于反射镜硅层的下方，在实现两个方向大角度偏转的同时，提高了MEMS微镜的占空比，有效减小了MEMS微镜的体积。反射镜硅层下方带有加强筋结构，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。同时，本发明的MEMS微镜提供了隐藏式梳齿结构及双面电极结构。此外，梳齿之间还通过基板中的绝缘填充槽实现电隔离，梳齿电极分别与各个梳齿电连接，实现了梳齿之间的单独控制，具有更高的灵活性。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

附图说明

图1显示为第一基底的结构示意图。

图2显示为刻蚀第一基底后形成第一电极通孔及第二电极通孔的结构示意图。

图3显示为沉积第二介质层的结构示意图。

图4显示为图形化第二介质层的结构示意图。

图5显示为以第一光阻层为掩膜刻蚀第一器件层的结构示意图。

图6显示为去除第一光阻层的结构示意图。

图7显示为以图形化后的第二介质层为掩膜，刻蚀第一器件层的结构示意图。

图8显示为第二基底并与第二介质层键合的结构示意图。

图9显示为图形化第三介质层的结构示意图。

图10显示为沉积并图形化第二光阻层的结构示意图。

图11显示为以第二光阻层为掩膜刻蚀第二器件层的结构示意图。

图12显示为第三基底与第三介质层键合的结构示意图。

图13显示为去除第三衬底层的结构示意图。

图14显示为刻蚀第三器件层的结构示意图。

图15显示为刻蚀第二器件层的结构示意图。

图16显示为包括金属反射镜、第一金属电极、第二金属电极的MEMS微镜结构示意图。

图17显示为包括第一附加弹性梁、第二内框架、第二附加弹性梁的MEMS微镜结构示意图。

图18显示为形成隐藏式梳齿的MEMS微镜结构示意图。

图19显示为形成双面电极的MEMS微镜结构示意图。

图20显示为第四基底的结构示意图。

图21显示为刻蚀第四基底形成隔离槽预备槽的结构示意图。

图22显示为刻蚀第四基底形成第一固定梳齿及第二固定梳齿的结构示意图。

图23显示为包括第四基底的MEMS微镜结构示意图。

图24显示为MEMS微镜的俯视结构示意图。

图25显示为MEMS微镜阵列的结构示意图。

元件标号说明

101 第一衬底层 102 第一介质层

103 第一器件层 104 第二介质层

131 第一电极通孔 132 第二电极通孔

105 第一光阻层 112 第一电极预备槽

111 电极隔离槽预备槽 113 第一隔离槽预备槽

114 第二隔离槽预备槽 115 第三隔离槽预备槽

122 电极槽 121 电极隔离槽

128 第一外框架 123 第一隔离槽

124 第二隔离槽 125 第三隔离槽

141 第一梳齿 142 第二梳齿

143 第三梳齿 144 第四梳齿

201 第二器件层 202 第三介质层

203 第二衬底层 204 第二光阻层

211 加强筋 212 第一可动梳齿

301 第三器件层 302 第四介质层

303 第三衬底层 311 反射镜硅层

318 第三外框架 213 第一弹性梁

214 第一内框架 215 第二可动梳齿

216 第二弹性梁 218 第二外框架

313 金属反射镜 317 外围隔离槽

132 第二金属电极 131 第一金属电极

314 第二内框架 323 第一附加弹性梁

322 第四电极通孔 316 第二附加弹性梁

321 第三电极通孔 323 第二绝缘槽

332 第四金属电极 331 第三金属电极

411 第一绝缘填充槽 401 第四基底

413 第三绝缘填充槽 412 第二绝缘填充槽

415 第五绝缘填充槽 414 第四绝缘填充槽

431 可动梳齿电极 416 第六绝缘填充槽

433 第二梳齿电极 432 第一梳齿电极

435 第四梳齿电极 434 第三梳齿电极

441 第一基板绝缘槽 442 第二基板绝缘槽

443 第三基板绝缘槽 444 第四基板绝缘槽

445 第五基板绝缘槽 446 第六基板绝缘槽

12 第二方向 11 第一方向

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，参阅图24，所述制备方法包括如下步骤(需要说明的是，图1-23并非是严格意义上的截面图，而仅作为说明流程工艺的结构示意图)：

S11：提供基板，所述基板为第一基底，所述第一基底包括依次叠置的第一衬底层101、第一介质层102、第一器件层103，如图1所示；

S12：刻蚀所述第一衬底层101及第一介质层102，形成若干个第一电极通孔131及若干个第二电极通孔132，如图2所示；

S13：在所述第一器件层103的表面沉积第二介质层104，并在所述第一电极通孔131及第二电极通孔132的表面覆盖介质层，如图3所示；

S14：图形化所述第二介质层104，如图4所示；

S15：于所述第二介质层104的表面沉积第一光阻层105，图形化所述第一光阻层105，并以图形化后的所述第一光阻层105为掩膜刻蚀所述第一器件层103形成电极槽预备槽112、位于所述电极槽预备槽112周围的电极隔离槽预备槽111、第一隔离槽预备槽113、第二隔离槽预备槽114、第三隔离槽预备槽115，如图5所示；

S16：去除所述第一光阻层105，以所述图形化后的所述第二介质层104作为掩膜，刻蚀所述第一器件层103形成第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144、电极槽122、位于所述电极槽122周围的电极隔离槽121、第一外框架128、隔离槽，所述隔离槽包括第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125，所述电极槽122与所述第一电极通孔131相贯通，如图6、7所示；

所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144之间通过所述第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125实现电隔离。所述第一梳齿141、第四梳齿144组成第二固定梳齿，所述第二梳齿142、第三梳齿143组成第一固定梳齿；

S21：提供第二基底并与所述第一基底键合，所述第二基底包括依次叠置的第二器件层201、第三介质层202、第二衬底层203，如图8所示；

S22：去除所述第二衬底层203，并图形化所述第三介质层202，如图9所示；

S23：于所述第三介质层202的表面沉积第二光阻层204，图形化所述第二光阻层204并以图形化后的所述第二光阻层204为掩膜刻蚀所述第二器件层201，形成加强筋211、第一可动梳齿212，之后去除所述第二光阻层204，如图10、11所示；

S31：提供第三基底并与所述第二基底键合，所述第三基底包括依次叠置的第三器件层301、第四介质层302、第三衬底层303，如图12所示；

S32：去除所述第三衬底层303，刻蚀所述第三器件层301、第四介质层302，形成反射镜硅层311、第三外框架318、位于所述第三外框架318外侧的外围隔离槽317，并显露图形化后的所述第三介质层202，如图13、14所示；

S33：以图形化后的所述第三介质层202为掩膜刻蚀所述第二器件层201，形成第一弹性梁213、第一内框架214、第二可动梳齿215、第二弹性梁216、第二外框架218，所述外围隔离槽317贯穿所述第二外框架218，如图15所示；

其中，所述第一可动梳齿215位于所述反射镜硅层311下方，所述加强筋211位于所述反射镜硅层311下方；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿212下方且与所述第一可动梳齿212交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿215下方且与所述第二可动梳齿215交错排列；

具体的，所述加强筋211用于为所述反射镜硅层311提供加固支撑，以保证器件稳固，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。

S41：于所述反射镜硅层311的上表面形成金属反射镜313，于所述电极槽122及所述第一电极通孔131表面所述介质层的表面形成第一金属电极131，于所述第二电极通孔132表面的所述介质层的表面形成第二金属电极132，从而形成金属电极，如图16所示。

具体地，所述第一金属电极131作为第一可动梳齿212、第二可动梳齿215的公共电极，所述第二金属电极132可以是多个，多个所述第二金属电极132分别作为第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的电极，同时利用所述第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125的电隔离作用，实现对所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的单独控制。

具体地，所述第一可动梳齿212沿第一方向11排列，所述第二可动梳齿215位于所述第一内框架214的外围并沿第二方向12排列；所述第一弹性梁213沿所述第一方向11设置并连接所述反射镜硅层311及所述第一内框架214，所述第二弹性梁216沿所述第二方向12设置并连接所述第一内框架214及所述第二外框架218。

具体地，所述第一内框架214包含于内框架，所述第一外框架128、第三外框架318、第二外框架218包含于外框架，所述第一弹性梁213及第二弹性梁216分别作为两个转动轴；所述第一固定梳齿、第一可动梳齿212之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述反射镜硅层311能够以所述第一弹性梁213为旋转轴在所述内框架内转动；类似的，所述第二固定梳齿、第二可动梳齿215之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述内框架能够以所述第二弹性梁216为旋转轴在所述外框架内转动。

具体地，所述第一固定梳齿、第一可动梳齿212位于所述反射镜硅层311的下方，从而节省空间，达到高的占空比，同时满足大的偏转角度。

实施例二

本实施与实施例一的制备方法类似，不同之处在于：

步骤S32中，在所述第三器件层301中还形成有分别位于所述第一弹性梁213、第一内框架214、第二弹性梁216上部的第一附加弹性梁323、第二内框架314、第二附加弹性梁316，如图17所示。

具体地，所述第二内框架314包含于所述内框架，所述第一弹性梁213及第一附加弹性梁323共同作为所述反射镜硅层311在所述内框架内转动的转动轴；所述第二弹性梁216及第二附加弹性梁316共同作为所述内框架在所述外框架内转动的转动轴。

实施例三

本实施与实施例一的制备方法类似，不同之处在于：

步骤S32中，在所述第三器件层301中还形成有位于所述第一内框架214上部的第二内框架314，且所述第二内框架314延伸至所述第二可动梳齿215的上方，以形成隐藏式梳齿，如图18所示。

实施例四

本实施与实施例一的制备方法类似，不同之处在于：

所述第二外框架218及第三外框架318形成有第四电极通孔322及位于所述第四电极通孔322周围的电极绝缘槽，且所述第二金属电极与所述第四电极通孔322上下对应；所述第三外框架318形成有与所述第一金属电极131上下对应的第三电极通孔321；

具体地，所述电极绝缘槽包括外围隔离槽317、第二绝缘槽323；

所述第三电极通孔321及所述第四电极通孔322的表面分别形成有第三金属电极331及第四金属电极332，如图19所示，从而形成双面的所述金属电极。

实施例五

本实施例提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S5：提供基板，所述基板为第四基底401，刻蚀所述第四基底401形成绝缘填充槽、基板绝缘槽，以及彼此电隔离的第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144，所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离，所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

所述步骤S5具体包括：

S51：于所述第四基底401内形成绝缘填充槽，包括第一绝缘填充槽411、第二绝缘填充槽412、第三绝缘填充槽413、第四绝缘填充槽414、第五绝缘填充槽415、第六绝缘填充槽416，如图20所示；

S52：刻蚀所述第四基底401，于所述绝缘填充槽上下对应的位置形成隔离槽预备槽，如图21所示；

S53：刻蚀所述第四基底401，于所述隔离槽预备槽的位置形成基板绝缘槽，使所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，并形成第一固定梳齿及第二固定梳齿，如图22所示；所述基板绝缘槽包括第一基板绝缘槽441、第二基板绝缘槽442、第三基板绝缘槽443、第四基板绝缘槽444、第五基板绝缘槽445、第六基板绝缘槽446；所述第一固定梳齿包括第二梳齿142、第三梳齿143，所述第二固定梳齿包括第一梳齿141、第四梳齿144；

所述制备方法还包括：

键合、刻蚀所述第二基底、第三基底，形成加强筋211、第一可动梳齿212、反射镜硅层311、第三外框架318、第一弹性梁213、第一内框架214、第二可动梳齿215、第二弹性梁216、第二外框架218、外围隔离槽317；并于所述反射镜硅层311的上表面形成金属反射镜313，制备方法与实施例一中的制备方法类似，此处不再赘述。

S42：于所述第四基底401下表面各个绝缘填充槽围合区内形成梳齿电极，以形成金属电极；

具体的，如图23所示，所述梳齿电极包括可动梳齿电极431、第一梳齿电极432、第二梳齿电极433、第三梳齿电极434、第四梳齿电极435，其中，所述可动梳齿电极431作为第一可动梳齿212、第二可动梳齿215的公共金属电极，所述第一梳齿电极432、第二梳齿电极433、第三梳齿电极434、第四梳齿电极435分别作为所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的金属电极，所述第二基底与第四基底401通过硅硅键合的方式键合，以使所述可动梳齿电极431与所述第一可动梳齿212、第二可动梳齿215实现电连接。

实施例六

本实施例提供一种双轴垂直梳齿MEMS微镜，所述MEMS微镜包括：依次叠置的基板、第二基底、第三基底；

基板，所述基板包括彼此电隔离的第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144，所述第一梳齿141、第四梳齿144组成第二固定梳齿，所述第二梳齿142、第三梳齿143组成第一固定梳齿；

第二基底，所述第二基底包括加强筋211、第一可动梳齿212、第一弹性梁213、第一内框架214、第二可动梳齿215、第二弹性梁216、第二外框架218；

第三基底，所述第三基底包括反射镜硅层311、第三外框架318、位于所述第三外框架318外侧的外围隔离槽317，所述外围隔离槽317贯穿所述第二外框架218；

金属反射镜313，所述金属反射镜313位于所述反射镜硅层311的上表面；

若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿212、第二可动梳齿215、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接；

其中，其中，所述基板中形成有收容空间，以提供运行空间；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿212下方且与所述第一可动梳齿212交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿215下方且与所述第二可动梳齿215交错排列；所述第一可动梳齿212位于所述反射镜硅层311下方，所述加强筋211位于所述反射镜硅层311下方。

具体的，所述加强筋211用于为所述反射镜硅层311提供加固支撑，以保证器件稳固，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。

具体地，所述第一可动梳齿212沿第一方向11排列，所述第二可动梳齿215位于所述第一内框架214的外围并沿第二方向12排列；所述第一弹性梁213沿所述第一方向11设置并连接所述反射镜硅层311及所述第一内框架214，所述第二弹性梁216沿所述第二方向12设置并连接所述第一内框架214及所述第二外框架218。

具体地，所述第一内框架214包含于内框架，所述第一外框架128、第三外框架318、第二外框架218包含于外框架，所述第一弹性梁213及第二弹性梁216分别作为两个转动轴；所述第一固定梳齿、第一可动梳齿212之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述反射镜硅层311能够以所述第一弹性梁213为旋转轴在所述内框架内转动；类似的，所述第二固定梳齿、第二可动梳齿215之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述内框架能够以所述第二弹性梁216为旋转轴在所述外框架内转动。

具体地，所述第一固定梳齿、第一可动梳齿212位于所述反射镜硅层311的下方，从而节省空间，达到高的占空比，同时满足大的偏转角度。

可选地，如图17所示，在所述第三基底中还形成有分别位于所述第一弹性梁213、第一内框架214、第二弹性梁216上部的第一附加弹性梁323、第二内框架314、第二附加弹性梁316。

可选地，如图18所示，在所述第三基底中还形成有位于所述第一内框架214上部的第二内框架314，且所述第二内框架314延伸至所述第二可动梳齿215的上方，以形成隐藏式梳齿。

可选的，所述基板为第一基底或第四基底；

作为示例，如图16所示，当所述基板为第一基底时，所述第一基底包括依次叠置的第一衬底层101、第一介质层102、第一器件层103，所述第一衬底层101中形成有若干个第一电极通孔131及若干个第二电极通孔132，所述第一电极通孔131及第二电极通孔132的表面覆盖有介质层；

所述第一器件层103包括隔离槽，所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144之间通过所述隔离槽实现电隔离，所述隔离槽包括第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125，所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144之间通过所述第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125实现电隔离；

所述第一器件层103还形成有电极槽122、以及位于所述电极槽122周围的电极隔离槽121，所述电极槽122与所述第一电极通孔131相贯通；

所述电极槽122及所述第一电极通孔131表面所述介质层的表面形成有第一金属电极131，所述第二电极通孔132表面的所述介质层的表面形成有第二金属电极132，从而形成所述金属电极。

具体地，所述第一金属电极131作为第一可动梳齿212、第二可动梳齿215的公共电极，所述第二金属电极132可以是多个，多个所述第二金属电极132分别作为第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的电极，同时利用所述第一隔离槽123、第二隔离槽124、第三隔离槽125的电隔离作用，实现对所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的单独控制。

进一步地，所述第二外框架218及第三外框架318形成有第四电极通孔322及位于所述第四电极通孔322周围的电极绝缘槽，且所述第二金属电极与所述第四电极通孔322上下对应；所述第三外框架318形成有与所述第一金属电极131上下对应的第三电极通孔321；

具体地，所述电极绝缘槽包括外围隔离槽317、第二绝缘槽323；

所述第三电极通孔321及所述第四电极通孔322的表面分别形成有第三金属电极331及第四金属电极332，所述第三金属电极331与所述第一金属电极131相互电连接，所述第四金属电极332与所述第二金属电极132相互电连接，从而形成双面的所述金属电极，如图19所示。

作为示例，如图23所示，当所述基板为第四基底401时，所述第四基底401包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间，且所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离；所述绝缘填充槽包括第一绝缘填充槽411、第二绝缘填充槽412、第三绝缘填充槽413、第四绝缘填充槽414、第五绝缘填充槽415、第六绝缘填充槽416；

所述基板绝缘槽包括第一基板绝缘槽441、第二基板绝缘槽442、第三基板绝缘槽443、第四基板绝缘槽444、第五基板绝缘槽445、第六基板绝缘槽446；

所述第四基底401下表面、各个绝缘填充槽围合区内固定有梳齿电极，以形成所述金属电极。

具体的，所述梳齿电极包括可动梳齿电极431、第一梳齿电极432、第二梳齿电极433、第三梳齿电极434、第四梳齿电极435，其中，所述可动梳齿电极431作为第一可动梳齿212、第二可动梳齿215的公共金属电极，所述第一梳齿电极432、第二梳齿电极433、第三梳齿电极434、第四梳齿电极435分别作为所述第一梳齿141、第二梳齿142、第三梳齿143、第四梳齿144的金属电极，所述第二基底与第四基底401通过硅硅键合的方式键合，以使所述可动梳齿电极431与所述第一可动梳齿212、第二可动梳齿215实现电连接。

需要说明的是，本实施例中上下双面的所述金属电极不局限于应用于包括第一基底的MEMS微镜结构中，在包括第四基底的MEMS微镜结构中也同样适用，参照图19及所述制备方法，在所述外框架中设置相应的电极即可实现，此处不再赘述。

实施例七

本实施例提供一种MEMS微镜阵列，如图25所示，所述MEMS微镜阵列为若干个实施例六中所述双轴垂直梳齿MEMS微镜沿第一方向11和/或第二方向12排列组合而成的阵列，所述双轴垂直梳齿MEMS微镜之间通过所述外围隔离槽317、电极绝缘槽、基板绝缘槽、绝缘填充槽中的若干个结构组合实现电隔离。

综上所述，本发明提供了一种双轴垂直梳齿MEMS微镜、微镜阵列及制备方法。本发明MEMS微镜的第一可动梳齿、第一固定梳齿位于反射镜硅层的下方，在实现两个方向大角度偏转的同时，提高了MEMS微镜的占空比，有效减小了MEMS微镜的体积。反射镜硅层下方带有加强筋结构，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。同时，本发明的MEMS微镜提供了隐藏式梳齿结构及双面电极结构。此外，梳齿之间还通过基板中的绝缘填充槽实现电隔离，梳齿电极分别与各个梳齿电连接，实现了梳齿之间的单独控制，具有更高的灵活性。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种双轴垂直梳齿MEMS微镜，其特征在于，所述MEMS微镜包括：依次叠置的基板、第二基底、第三基底；

基板，所述基板包括彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿，所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

第二基底，所述第二基底包括加强筋、第一可动梳齿、第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；

第三基底，所述第三基底包括反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽，所述外围隔离槽贯穿所述第二外框架；

金属反射镜，所述金属反射镜位于所述反射镜硅层的上表面；

若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接；

其中，所述基板中形成有收容空间，以提供运行空间；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；所述第一可动梳齿位于所述反射镜硅层下方，所述加强筋位于所述反射镜硅层下方。

2.根据权利要求1所述的MEMS微镜，其特征在于，在所述第三基底中还形成有分别位于所述第一弹性梁、第一内框架、第二弹性梁上部的第一附加弹性梁、第二内框架、第二附加弹性梁。

3.根据权利要求1所述的MEMS微镜，其特征在于，在所述第三基底中还形成有位于所述第一内框架上部的第二内框架，且所述第二内框架延伸至所述第二可动梳齿的上方，以形成隐藏式梳齿。

4.根据权利要求1所述的MEMS微镜，其特征在于，所述基板为包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层的第一基底，所述第一基底包括若干个第一电极通孔、若干个第二电极通孔及所述收容空间；

所述第一电极通孔及第二电极通孔的表面覆盖有介质层；

所述第一器件层包括隔离槽，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述隔离槽实现电隔离；

所述第一器件层还形成有电极槽、以及位于所述电极槽周围的电极隔离槽，所述电极槽与所述第一电极通孔相贯通；

所述电极槽的表面形成有第一金属电极、以及所述第一电极通孔表面所述介质层的表面形成有第一金属电极，所述第二电极通孔表面的所述介质层的表面形成有第二金属电极，从而形成所述金属电极。

5.根据权利要求4所述的MEMS微镜，其特征在于，所述第二外框架及第三外框架形成有第四电极通孔及位于所述第四电极通孔周围的电极绝缘槽，且所述第二金属电极与所述第四电极通孔上下对应；所述第三外框架形成有与所述第一金属电极上下对应的第三电极通孔；

所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的表面分别形成有第三金属电极及第四金属电极，所述第三金属电极与所述第一金属电极相互电连接，所述第四金属电极与所述第二金属电极相互电连接，从而形成双面的所述金属电极。

6.根据权利要求1所述的MEMS微镜，其特征在于，所述基板为包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间的第四基底，且所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离；

位于所述第四基底下表面、各个绝缘填充槽围合区内固定有梳齿电极，以形成所述金属电极。

7.一种MEMS微镜阵列，其特征在于，所述MEMS微镜阵列为若干个权利要求1-6中任一所述的双轴垂直梳齿MEMS微镜沿第一方向和/或第二方向排列组合而成的阵列。

8.一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供基板，所述基板包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层；刻蚀所述第一衬底层及第一介质层，形成若干个第一电极通孔、若干个第二电极通孔；刻蚀所述第一器件层形成电极槽、位于电极槽周围的电极隔离槽，以及彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿；所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第二器件层、第三介质层，将所述第二基底与所述基板键合，刻蚀所述第二器件层形成加强筋、第一可动梳齿；

提供第三基底，将所述第三基底与所述第二基底键合，所述第三基底包括第三器件层，刻蚀所述第三器件层形成反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽；刻蚀所述第二器件层形成第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

形成若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

9.一种双轴垂直梳齿MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供基板，刻蚀所述基板形成绝缘填充槽、基板绝缘槽，以及彼此电隔离的第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿，所述绝缘填充槽与所述基板绝缘槽相连接，所述第一梳齿、第二梳齿、第三梳齿、第四梳齿之间通过所述绝缘填充槽及基板绝缘槽实现电隔离，所述第一梳齿、第四梳齿组成第二固定梳齿，所述第二梳齿、第三梳齿组成第一固定梳齿；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第二器件层、第三介质层，将所述第二基底与所述基板键合，刻蚀所述第二器件层形成加强筋、第一可动梳齿；

提供第三基底，将所述第三基底与所述第二基底键合，所述第三基底包括第三器件层，刻蚀所述第三器件层形成反射镜硅层、第三外框架、位于所述第三外框架外侧的外围隔离槽；刻蚀所述第二器件层形成第一弹性梁、第一内框架、第二可动梳齿、第二弹性梁、第二外框架；所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

于所述基板下表面各个绝缘填充槽围合区内形成梳齿电极，以形成金属电极。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述金属电极包括可动梳齿电极，所述第二基底与基板通过硅硅键合的方式键合，以使所述可动梳齿电极与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿实现电连接。