CN117348030A - 静电驱动器及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种静电驱动器及其实现方法、静电驱动器中的梳齿构件对及其制造方法、包括静电驱动器的微机电系统、激光雷达系统以及车辆。制造静电驱动器的梳齿构件对的方法包括：获取中间器件，其包括衬底；形成在衬底上的缓冲层；以及在缓冲层上相对设置的一对中间梳齿构件，其中，每个中间梳齿构件包括梳齿连接梁和包括多个梳齿的梳状部分；进行预清洁，以去除各个梳齿的外表面上的自然钝化层；进行氧化处理，以在各个梳齿的外表面上形成中间介电层；以及去除部分中间介电层，以得到形成在各个梳齿的齿间侧表面的至少一部分上的介电层部分。

Description

静电驱动器及其实现方法
技术领域
本公开涉及静电驱动器，更具体而言涉及静电驱动器及其实现方 法、静电驱动器中的梳齿构件对及其制造方法、包括静电驱动器的微 机电系统、激光雷达系统以及车辆。
背景技术
随着集成电路技术的高度发展，微机电系统(MEMS，Micro- Electro-MechanicalSystem)受到越来越多的关注。例如，MEMS微 振镜具有体积小、驱动功耗低、响应速度快、扫描频率高和寿命长等 优异的性能，在激光雷达(LiDAR或LADAR)、投影显示、光学相 关层析和光通信领域显示出巨大的应用价值。
基于静电的电容结构是微机电系统中常见的结构方式。这种结构 可利用静电吸引力实现驱动，且具有易于制备、工艺兼容性好，芯片 尺寸小等特点，被广泛应用在诸如陀螺仪，加速度计，微振镜等产品 上。
根据驱动结构的不同，静电驱动可以分为三类：上下对置的平板 驱动、平面梳齿驱动(梳齿相互间无高度差)和垂直梳齿驱动(梳齿 相互间有高度差)。其中，平板驱动利用平板间的静电吸引力，虽然 驱动力较大，但驱动力和平板间的距离呈非线性关系，且具有不期望 的吸合效应。梳齿驱动(平面梳齿驱动和垂直梳齿驱动)利用梳齿间 的静电吸引力，具有易于制备、驱动电压和输出位移呈线性关系、无 吸合效应、品质因数大、灵敏度高等优点。
当前的梳齿型静电驱动器大多采用刻蚀的方法直接得到，虽然工 艺较为简单，且优点较多，但是驱动力相对较小。因此，需要对梳齿 型静电驱动器的驱动力进行提升。
发明内容
为了改进当前梳齿型静电驱动器的上述缺陷，本公开提供了一种 静电驱动器及其实现方法、静电驱动器中的梳齿构件对及其制造方法、 包括静电驱动器的微机电系统、激光雷达系统以及车辆，能够改善驱 动器的驱动力，满足实际的各种应用需求。
本公开的一个方面涉及一种制造静电驱动器的梳齿构件对的方法， 包括：获取中间器件，该中间器件包括：衬底；形成在衬底上的缓冲 层；以及在缓冲层上相对设置的一对中间梳齿构件，其中，每个中间 梳齿构件包括梳齿连接梁和包括多个梳齿的梳状部分；进行预清洁， 以去除各个梳齿的外表面上的自然钝化层；进行氧化处理，以在各个 梳齿的外表面上形成中间介电层；以及去除部分中间介电层，以得到 形成在各个梳齿的齿间侧表面的至少一部分上的介电层部分，其中梳 齿的齿间侧表面包括面向相邻梳齿的一个侧表面和与其相对的另一侧 表面。
本公开的另一个方面涉及一种静电驱动器的梳齿构件对，该梳齿 构件对使用根据本公开实施例的制造梳齿构件对的步骤来制造。
本公开的另一个方面涉及一种静电驱动器的实现方法，该静电驱 动器包括一个或多个梳齿构件对，该方法包括：使用根据本公开实施 例的制造梳齿构件对的步骤来制造该一个或多个梳齿构件对中的至少 一个梳齿构件对。
本公开的另一个方面涉及一种静电驱动器，该静电驱动器包括至 少一个使用根据本公开实施例的制造梳齿构件对的步骤制造的梳齿构 件对。
本公开的另一个方面涉及一种微机电系统，该系统包括根据本公 开实施例的静电驱动器，该静电驱动器被配置为向系统提供驱动力。
本公开的另一个方面涉及一种激光雷达系统，其中，该系统使用 根据本公开实施例的微机电系统来引导从光源发射的光以扫描目标对 象。
本公开的另一个方面涉及一种车辆，其中，该车辆使用根据本公 开实施例的激光雷达系统来提供传感信息。
附图说明
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本公开的上述和其它目 的和优点做进一步的描述。在附图中，相同的或对应的技术特征或部 件将采用相同或对应的附图标记来表示。
图1a是例示根据本公开的实施例的静电驱动器的梳齿构件对的 外观的示意性透视图；
图1b是例示根据本公开的实施例的梳齿构件对的示意性平面图；
图1c是例示验证模型中使用的根据本公开的实施例的静电驱动 器的示意性透视图；
图1d是例示图1c中的静电驱动器的介电层部分的厚度与驱动位 移大小的关系的图；
图2a是例示根据本公开的实施例的梳齿构件对的制造方法的流 程图；
图2b是例示根据本公开的实施例的梳齿构件对的制造方法的部 分步骤的子步骤的流程图；
图3a至图3e是示出与图2a所示的方法的部分步骤对应的制作 过程中的梳齿构件对的示意性平面图；
图4a至图4e是示出与图2a所示的方法的部分步骤对应的制作 过程中的梳齿构件对的示意性截面图；
图5a至图5d是示出与图2b所示的部分步骤的子步骤对应的制 作过程中的中间器件的示意性截面图；
图6是例示根据本公开的实施例的激光雷达系统的示意图；以及
图7是例示根据本公开的实施例的车辆的示意图。
具体实施方式
参考附图进行以下详细描述，并且提供以下详细描述以帮助全面 理解本公开的各种示例实施例。以下描述包括各种细节以帮助理解， 但是这些细节仅被认为是示例，而不是为了限制本公开，本公开是由 随附权利要求及其等同内容限定的。在以下描述中使用的词语和短语 仅用于能够清楚一致地理解本公开。另外，为了清楚和简洁起见，可 能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将 认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的示例进 行各种改变和修改。
如前所述，梳齿型静电驱动器的驱动力一般相对较小。然而，本 申请的发明人认识到，微振镜等很多应用对驱动力有较高的需求。
本申请的发明人提出了一种能够增强静电驱动力的静电驱动器及 其实现方法、静电驱动器中的梳齿构件对及其制造方法、包括静电驱 动器的微机电系统、激光雷达系统以及车辆。在该静电驱动器中，在 各个梳齿的面向或背离相邻梳齿的侧表面上形成附加的介电层部分， 以提高产生静电效应的梳齿之间的相对介电常数，从而增强静电驱动 器的驱动力。利用增强的静电驱动力，例如，可以有效增大静电驱动 的MEMS微振镜的偏转角度。如果激光雷达使用该静电驱动的MEMS 微振镜作为扫描器，则通过增大微振镜的偏转角度，可明显改善激光 雷达的视场，提高其检测能力。
将参考图1a至图1b来描述根据本公开实施例的静电驱动器的梳 齿构件对100。其中，仅出于例示的目的，在图1a-图1b以及后续的 图1c、图3a-图3e、图4a-图4e、图5a-图5d中标注了XYZ坐标系。 图1a是例示根据本公开的实施例的梳齿构件对100的外观的示意性透视图，而图1b是梳齿构件对100的从上方(图1a中的-Z方向)观 察的示意性平面图。
根据本公开的实施例，静电驱动器的梳齿构件对100包括相对设 置的两个梳齿构件：第一梳齿构件110-1和第二梳齿构件110-2(下文 中可以统称为梳齿构件110)。类似地，在下文中，相似组件的附图标 记可以用短划线分开的两部分表示，其中，短划线之前的数字是相同 的，而短划线之后的部分由不同的数字或字母表示以做区分。因此， 在不需要特别区分这些组件的情况下，可以使用短划线之前的相同数 字来统一指代这些组件中的任意一个或多个。
在各个实施例中，梳齿构件对中的两个梳齿构件可以被分别用于 构成可动梳齿与固定梳齿。例如，可以使用第一梳齿构件110-1来构 成固定的固定梳齿，并使用第二梳齿构件110-2来构成可移动的可动 梳齿。或者，也可以使用第一梳齿构件110-1来构成可动梳齿，并使 用第二梳齿构件110-2来构成固定梳齿。但值得注意的是，在一些实 施例中，所构成的固定梳齿和/或可动梳齿可以包括多于一个梳齿构件， 例如，在图1c所示的示例中，可动梳齿可以由两个梳齿构件背靠背地 组合而成。
在一些实施例中，例如，固定梳齿可以固定在静电驱动器的基板 (未示出)上，而可动梳齿经由弹性或可旋转的保持结构(未示出) 支撑，以与固定梳齿保持一定范围内的相对位置关系。
在本公开的实施例中，各个梳齿构件110可以包括梳齿连接梁112。 本领域的技术人员应当理解，对于梳齿连接梁的材料没有特别的限制， 可以根据实际应用进行选择。尽管未例示，但梳齿连接梁上/中还可以 已经形成有其它构件或层。
在本公开的实施例中，各个梳齿构件110还可以包括梳状部分114。 这里，梳状部分114可以包括形成在梳齿连接梁的侧表面上并沿平行 于梳齿连接梁的侧表面的方向(图中的X方向)排列的多个梳齿116。 为了便于描述，图1a-图1b中仅例示了第一梳齿构件110-1的3个梳 齿和第二梳齿构件110-2的4个梳齿，但本领域的技术人员应当理解， 本公开对于梳齿构件中包括的梳齿的数量没有特别的限制。一般而言， 梳齿构件对中的两个梳齿构件所包括的梳齿的数量大致相同。
梳状部分114可以与梳齿连接梁112具有相同的材料。例如，可 以通过刻蚀相同材料而得到梳齿连接梁112和梳状部分114二者。或 者，梳状部分114也可以与梳齿连接梁112具有不同的材料。
在两个梳齿构件被相对设置的情况下，两个梳齿构件的梳齿可以 在排列方向上交错排列。例如，在图1a-图1b所示的示例中，第一梳 齿构件110-1与第二梳齿构件110-2的梳齿在X方向上交错排列。因 此，相邻的梳齿可以分别属于固定梳齿和可动梳齿。当在固定梳齿和 可动梳齿之间施加驱动电压时，可以在相邻的梳齿之间产生静电吸引 力F，从而使可动梳齿朝着固定梳齿运动。
此外，在一些实施例中，梳齿构件对中的两个梳齿构件的梳齿可 以在平行于梳齿连接梁且垂直于梳齿排列方向的方向上相互偏离。例 如，在图1a中，第一梳齿构件110-1的梳齿与第二梳齿构件110-2的 梳齿在Z方向上具有高度差。因此，图1a所示的梳齿构件对100可 以用于实现垂直梳齿驱动型的静电驱动器。但本公开不限于此，例如， 本公开也可以适用于平面梳齿驱动型的静电驱动器。
如图1b所示，在各种实施例中，各个梳齿构件110还包括介电层 部分118。
特别地，介电层部分118形成在各个梳齿116的齿间侧表面的至 少一部分上。这里，梳齿116的齿间侧表面包括面向相邻梳齿的一个 侧表面和与其相对的另一侧表面，例如，图1b中的侧表面120-1和 120-2。在图1b中，介电层部分118覆盖了整个齿间侧表面，但本申 请不限于此。例如，介电层部分118可以仅形成在部分的齿间侧表面 上。
优选地，介电层部分118的相对介电常数较大。例如，在一些实 施例中，形成介电层部分118的介电材料可以为氧化硅。本公开对于 形成介电层部分的介电材料没有特别的限制，只要其介电常数大于空 气即可。
在一些实施例中，介电层部分118可以通过诸如热氧化之类的氧 化工艺形成。具体工艺步骤将在下面详细描述。
在一些实施例中，介电层部分118在梳齿排列方向(图中的X方 向)上的厚度可以设置在0.1um-2um之间，并且优选不超过梳齿在该 方向上的厚度的1/3，但本公开不限于此。
以上例示的根据本公开实施例的静电驱动器的梳齿构件对可以使 用下面描述的根据本公开实施例的制造梳齿构件对的步骤来制造。
根据本公开实施例的静电驱动器可以包括一个或多个上述梳齿构 件对。本领域的技术人员应当理解，本公开对于静电驱动器中包括的 梳齿构件对的数量没有特别的限制。
根据本公开实施例的静电驱动器可以包括至少一个使用根据本公 开实施例的制造梳齿构件对的步骤制造的梳齿构件对。
根据本公开实施例的静电驱动器的实现方法可以包括使用根据本 公开实施例的制造梳齿构件对的步骤来制造该一个或多个梳齿构件对 中的至少一个梳齿构件对。
下面通过理论推导和模型验证来说明根据本公开实施例的静电驱 动器对驱动力的提高。
理论推导
以图1a-图1b所示的垂直梳齿驱动型的静电驱动器的梳齿构件对 100为例来分析介电层部分对驱动力的影响。这里，假设梳齿构件110- 1构成固定梳齿，而梳齿构件110-2构成可动梳齿。
对于梳齿构件对100而言，利用由梳齿构件110-1构成的固定梳 齿与由梳齿构件110-2构成的可动梳齿之间的静电效应产生静电驱动 力F。其中，静电驱动力F的方向由可动梳齿指向固定梳齿(图1a中 的-Z方向)。静电驱动力F可以如下表示：
其中，n表示梳齿对的数量，V表示驱动电压，ε0表示真空介电常 数，εr表示交错布置的梳齿当中相邻梳齿间的材料(下面简称为梳齿 间材料)的介电常数，g表示交错布置的梳齿当中相邻梳齿间的距离 (下面简称为梳齿间距)，L表示相邻梳齿在垂直于梳齿连接梁的方 向(图中的Y方向)上交叠的长度(下面简称为梳齿交叠长度)。
由上式可知，静电驱动力F与梳齿的数量、梳齿间材料的介电常 数、梳齿交叠长度以及驱动电压的平方成正比，与梳齿间距成反比。 一般而言，在静电驱动器的芯片设计完成后，n、L、g均已确定，无 法进行更改，而驱动电压V无法无限制地增大，因为大的驱动电压会 增加梳齿间静电击穿的风险。因此，本申请的发明人认识到，通过增 加梳齿间材料的介电常数能够在无需增加芯片尺寸或击穿风险的前提 下有效地增加驱动力。
在常规的静电驱动器中，齿间侧表面与空气接触，即梳齿间材料 为空气。因此，通过如本公开的实施例中描述的在梳齿构件的齿间侧 表面上设置介电层部分，可以在梳齿间提供高于空气的相对介电常数， 从而能够有利地在不增加器件尺寸或击穿风险的前提下增加静电驱动 器的驱动力。
根据以上分析可知，即使仅部分地覆盖齿间侧表面，依然能够在 一定程度上增加梳齿间的介电常数，从而增加静电驱动器的驱动力。 因此，本公开不限于介电层部分形成在整个齿间侧表面上的情形，而 是只要介电层部分至少部分地形成在齿间侧表面上即可。
此外，覆盖在齿间侧表面以外的表面上的介电材料可能无法增加 梳齿间的介电常数，从而不能用于增加静电驱动器的驱动力。因此， 虽然介电层部分也可以形成在除齿间侧表面以外的其他表面上，这部 分介电层部分是不必要的。
虽然以上分析是以梳齿构件对100为例进行的，但本领域技术人 员容易理解，以上分析同样适用于具有任意多个梳齿构件的任意梳齿 驱动型的静电驱动器。
模型验证
为了验证以上分析，使用如图1c所示的根据本公开的实施例的静 电驱动器作为模型来例示设置介电层部分对驱动大小的影响。
在图1c所示的模型中，布置在中间的两个梳齿构件背靠背地组合 成一个可动梳齿150，而分别与可动梳齿150的两个梳齿构件组成梳 齿构件对的另两个梳齿构件布置在可动梳齿150的两侧并构成两个固 定梳齿160。其中，转轴180沿排列各个梳齿的方向(图1c中的X方 向)延伸并贯穿通过可动梳齿的中心。梳齿构件对中的两个梳齿构件 的梳齿在垂直于梳齿排列方向的方向(图1c中的Z方向)上具有高 度差。即，图1c所示的静电驱动器属于垂直梳齿驱动型的。模型的参 数可以如下设定，梳齿的(图1c中的Y方向)长度为25um，(图1c 中的Z方向)高度为20um，(图1c中的X方向)宽度为5um，梳齿 间距为3um，以及梳齿交叠长度为0um。此外，可动梳齿被设定为 接地，固定梳齿上被设定为施加有100V的电压。
图1d中例示了使用图1c所示的静电驱动器获取的介电层部分与 驱动大小的关系。其中，点170的最大位移可以表示驱动力的大小。 从图1d中可以看到，和梳齿表面无介电层部分的情况相比，在梳齿表 面制备0.5um的氧化硅后，点170的最大位移由0.32um增加为0.84um， 这从数值上证实了设置介电层部分可以有效地增加驱动力。
以上的理论分析和模型验证可以证明，通过设置介电层部分，根 据本公开的梳齿构件对和包括该梳齿构件对的静电驱动器能够用于有 效地增加静电驱动力，从而提升相关MEMS器件的灵敏度等性能。例 如，可以有效增大静电驱动的MEMS微振镜的偏转角度。作为采用静 电驱动的MEMS微振镜作为扫描器的激光雷达，通过增大微振镜的 偏转角度，可明显改善激光雷达的视场，提高其检测能力。值得注意 的是，目前MEMS激光雷达的视场偏小，因此，改善激光雷达的视场 具有广泛的应用价值。此外，通过设置由诸如氧化硅和氮化硅等形成 的介电层部分，可以有效提升梳齿在高电压驱动下的可靠性，防止静 电击穿等不良的发生。而且，这种方法不会增加芯片的尺寸，且易于 制备。
下面将主要参考图2a-图2b、图3a-图3e、图4a-图4e、图5a-图 5d来描述根据本公开的实施例的用于制造静电驱动器的梳齿构件对 的方法。
图2a例示了根据本公开的实施例的梳齿构件对的制造方法的流 程图，图3a至图3e例示了与图2a所示的方法的部分步骤对应的制作 过程中的梳齿构件对(的部分)的示意性平面图，以及图4a至图4e 例示了与图2a所示的方法的部分步骤对应的制作过程中的梳齿构件 对的示意性截面图。此外，图2b例示了图2a所示的方法的部分步骤 (步骤202)的子步骤的流程图，以及图5a至5d例示了与图2b所示 的部分步骤的子步骤对应的制作过程中的中间器件的示意性截面图。
上面结合图1a-图1b所描述的内容也可以适用于对应的特征。值 得注意的是，为了突出体现本公开的要旨，本公开将主要描述与制造 介电层部分相关的步骤，而省略与制造介电层部分无关的其它步骤的 描述。本领域技术人员应该能够在阅读本公开的基础上，结合本领域 的其它已知技术来实施本公开的技术方案。此外，所绘制的附图仅用 于示意性地例示所描述的具体制造步骤，并不旨在限制本发明的保护 范围。
如图2a所示，根据本公开的实施例的用于制造静电驱动器的梳齿 构件对的方法主要包括以下步骤：
在步骤202，获取中间器件，该中间器件包括：衬底；形成在衬底 上的缓冲层；以及在缓冲层上相对设置的一对中间梳齿构件，其中， 每个中间梳齿构件包括梳齿连接梁和包括多个梳齿的梳状部分；
在步骤204，进行预清洁，以去除各个梳齿的外表面上的自然钝 化层；
在步骤206，进行氧化处理，以在各个梳齿的外表面上形成中间 介电层；以及
在步骤208，去除部分中间介电层，以得到形成在各个梳齿的齿 间侧表面的至少一部分上的介电层部分，其中梳齿的齿间侧表面包括 面向相邻梳齿的一个侧表面和与其相对的另一侧表面。
下面将结合图3a和图4a来描述所获取的中间器件300。其中， 图3a例示了所获取的中间器件300的部分的平面图，而图4a例示了 沿着图3a中示出的线AA’截取得到的中间器件300的截面图。
如图4a所示，中间器件300可以包括衬底320(未在图3a-图3e 中示出)。
在各种实施例中，衬底的材料的示例包括但不限于各种半导体材 料(诸如，硅、单晶硅、多晶硅等)。本领域的技术人员应当理解， 对于衬底的材料没有特别的限制，而是可以根据实际应用进行选择。 此外，尽管未例示，衬底上/中还可以已经形成有其它构件或层。
如图4a所示，中间器件300还可以包括形成在衬底320上的缓 冲层330(未在图3a-图3e中示出)。
例如，缓冲层330的示例包括但不限于氧化硅(SiOx)。
此外，如图3a和图4a所示，中间器件300还可以包括一对中间 梳齿构件，例如第一中间梳齿构件310-1和第二中间梳齿构件310-2。 如上所述，如果不需要特别区分，第一中间梳齿构件310-1和第二中 间梳齿构件310-2可以统称为中间梳齿构件310。类似地，也可以用附 图标记中的相同数字来统一指代第一中间梳齿构件310-1和第二中间 梳齿构件310-2中的相似组成部分。
其中，每个中间梳齿构件310包括梳齿连接梁312和梳状部分314， 梳状部分314包括多个梳齿316。如图所示，多个梳齿316形成在梳 齿连接梁312的侧表面上并沿平行于梳齿连接梁312的侧表面的第一 水平方向(图中的X方向)排列。
具体地，第一中间梳齿构件310-1包括第一梳齿连接梁312-1和 第一梳状部分314-1。第一梳状部分314-1包括形成在第一梳齿连接梁 312-1的侧表面上并沿平行于第一梳齿连接梁312-1的侧表面的第一 水平方向(图中的X方向)排列的多个第一梳齿316-1。类似地，第 二中间梳齿构件310-2包括第二梳齿连接梁312-2和第二梳状部分 314-2。第二梳状部分314-2包括形成在第二梳齿连接梁312-2的侧表 面上并沿第一水平方向(图中的X方向)排列的多个第二梳齿316-2。
根据本公开的实施例，上述一对中间梳齿构件被相对地设置。例 如，如图3a所示，第一中间梳齿构件310-1与第二中间梳齿构件310- 2在与第一水平方向垂直的第二水平方向(图中的Y方向)上相对设 置。因此，第一梳齿连接梁312-1与第二梳齿连接梁312-2可以是彼 此平行的，并且多个第一梳齿316-1与多个第二梳齿316-2沿着相同 的第一水平方向(图中的X方向)排列。进一步地，如图3a和图4a 所示，第一中间梳齿构件310-1的多个第一梳齿316-1与第二中间梳 齿构件310-2的多个第二梳齿316-2可以在第一水平方向(图中的X 方向)上交错排列。如上所述，通过这种布置，当在多个第一梳齿316- 1与多个第二梳齿316-2之间施加驱动电压时，可以在相邻梳齿之间 产生静电吸引力，从而实现驱动。
此外，根据本公开的实施例，上述一对中间梳齿构件被设置在缓 冲层上。有利地，如后面详细分析的，缓冲层330能够在后续的工艺 步骤中为梳齿等提供支撑和保护。其中，如图4a所示，在一些实施例 中，第一中间梳齿构件310-1的多个第一梳齿316-1可以紧邻缓冲层 330的上表面，而第二中间梳齿构件310-2的多个第二梳齿316-2与缓 冲层330的上表面在竖直方向(图中的Z方向)上相距一定距离。即， 多个第二梳齿316-2与多个第一梳齿316-1在竖直方向上具有高度差， 所制造的梳齿构件对可以用于实现垂直梳齿驱动型的静电驱动器。但 本领域技术人员容易理解，本申请不限于此。
为了便于描述，图中仅例示了3个第一梳齿316-1和3个第二梳 齿316-2，但本领域的技术人员应当理解，本公开对于第一梳齿316-1 和第二梳齿316-2的数量没有特别的限制。
在图3a-图3e中，梳齿316被示意性地例示为相对于其梳齿连接 梁312垂直地向外延伸，但本公开不限于此，例如，梳齿相对于其梳 齿连接梁的角度可以大于或者小于90度。此外，在图3a-图3e中，梳 齿316的表面被示意性例示为平坦的，但本公开不限于此。例如，梳 齿316的表面轮廓可以由于工艺的精度问题而存在一定的起伏。
此外，在图3a-图3e中，多个梳齿316被示意性地例示为等间隔 地布置在第一水平方向上，例如，梳齿316可以具有固定的节距P， 但本公开不限于此。考虑到工艺的公差等因素，实际的相对位置关系 可能存在一定的偏离。
梳齿连接梁312的示例包括但不限于各种半导体材料(诸如，硅、 单晶硅、多晶硅等)。本领域的技术人员应当理解，对于梳齿连接梁 312的材料没有特别的限制，而是可以根据实际应用进行选择。梳状 部分314可以与梳齿连接梁312具有相同的材料。例如，可以通过刻 蚀相同材料来得到梳齿连接梁312和梳状部分314。或者，梳状部分 314也可以与梳齿连接梁312具有不同的材料。
以下将结合图2b以及图5a-图5d来描述获取中间器件的步骤202 的示例。
在一些实施例中，如图2b所示，获取中间器件的步骤202可以包 括以下若干个子步骤：
在子步骤2022，准备第一晶片与第二晶片；
在子步骤2024，在第一晶片的上表面上形成多个沟槽；
在子步骤2026，反转第一晶片，并将反转后的第一晶片与第二晶 片键合；以及
在子步骤2028，对第一晶片进行图案化处理，形成上述多个第一 梳齿和多个第二梳齿，其中形成的多个第二梳齿的位置与多个沟槽的 位置对应。
具体地，在子步骤2022，准备第一晶片510和第二晶片520。如 图5a所示，第一晶片510可以包括衬底511和形成在衬底上的缓冲 层512。例如，在一些实施例中，第一晶片510可以由SOI晶片实现。 类似地，第二晶片520可以包括衬底521和形成在衬底上的缓冲层。在一些实施例中，第二晶片520也可以由SOI晶片实现。
在子步骤2024，在第一晶片510的上表面上形成多个沟槽513。 如图5b所示，该多个沟槽513可以贯穿第一晶片510的缓冲层512并 进入第一晶片510的衬底511。
在一些实施例中，该多个沟槽513的分布可以与要形成的多个第 二梳齿316-2的分布对应。例如，该多个沟槽513之间的相互位置关 系可以与要形成的多个第二梳齿316-2之间的相互位置关系相同。此 外，该多个沟槽513的深度可以与要形成的多个第二梳齿316-2相对 于缓冲层330在竖直方向上的距离对应。例如，该多个沟槽513的深 度可以与上述距离相同。
在子步骤2026，反转第一晶片510，并将反转后的第一晶片510 与第二晶片520键合，如图5c所示。其中，在将两个晶片键合后，第 一晶片510的缓冲层与第二晶片520的缓冲层被键合在一起，组成新 的缓冲层532。
在子步骤2028，对第一晶片510进行图案化处理，形成多个第一 梳齿316-1和多个第二梳齿316-2。其中，如图5c与图5d中用于标记 边界位置的对应虚线所指示的，形成的多个第二梳齿316-2的位置与 多个沟槽513的位置对应。
可以采用本领域已知的任何合适的刻蚀工艺来完成图案化处理， 包括但不限于干法刻蚀(如深度反应离子刻蚀(DRIE)等)。
由此，获取了中间器件300。其中，获取的中间器件300包括由 第二晶片520的衬底521形成的衬底320以及由保留下来的缓冲层 532形成的缓冲层330。此外，所形成的多个第二梳齿316-2与缓冲层 330在竖直方向上相距一定距离，从而与多个第一梳齿316-1具有高度差。
有利地，通过预先形成沟槽以及进行反转键合，可以通过进行单 侧刻蚀就得到如图5d所示的一对中间梳齿构件，其中两个中间梳齿 构件的梳齿在竖直方向上具有高度差。
以上结合图2b以及图5a-图5d描述了获取中间器件300的步骤 的示例，本领域的技术人员应当理解，获取中间器件300的方法不限 于此。
值得注意的是，对于中间器件300而言，在制造完成后，容易在 各个梳齿316的外表面上生成自然钝化层340。如图3a和图4a所示， 自然钝化层340可以覆盖梳齿316的各个外表面。
一般而言，自然钝化层340可以包括自然氧化物和/或一些有机物。 本申请的发明人认识到，这种受环境影响自然生成的自然氧化物和/或 有机物是不期望的，特别是对于形成均匀的介电层部分而言。因此， 在执行处理以形成介电层部分之前，需要首先去除自然钝化层340。
返回参照图2a，在步骤204中，进行预清洁，以去除各个梳齿316 的外表面上的自然钝化层340，如图3b和图4b所示。其中，图3b例 示了进行预清洁处理后的中间器件300的部分的平面图，而图4b例 示了沿着图3b中示出的线AA’截取得到的中间器件300的截面图。
在一些实施例中，可以采用氢氟酸水域去除法来进行预清洁。例 如，在一些实施例中，可以使用浓度为5％-30％的氢氟酸。但本领域 技术人员容易理解，本申请不限于此。
有利地，进行预清洁能够有效地去除在梳齿的外表面上形成的自 然钝化层，从而便于在后续的处理中形成更加均匀的介电层部分。
在步骤206，进行氧化处理，以在各个梳齿316的外表面上形成 中间介电层350，如图3c和图4c所示。其中，图3c例示了进行氧化 处理后的中间器件300的部分的平面图，而图4c例示了沿着图3c中 示出的线AA’截取得到的中间器件300的截面图。
例如，氧化处理可以包括但不限于热氧化处理。
优选地，氧化处理产生的氧化物是氧化硅。即，后续得到的介电 层部分318的材料优选为氧化硅。
在各种实施例中，可以在空气气氛下进行氧化或者通入一定量的 氧气进行氧化。在氧化处理中，可以通过控制例如氧化的温度和/或氧 化的时间来控制氧化物(例如氧化硅)的厚度。例如，在一些实施例 中，为了防止热氧化处理引起的应力过大，将氧化的温度控制在400℃ -800℃之间。
通过氧化的方法来形成介电层部分可以在梳齿的所有暴露表面上 包裹氧化物。例如，如图4c所示，形成的中间介电层350将覆盖梳齿 316的顶表面341、侧表面342以及底表面343。此外，如图4c所示， 中间介电层350还会覆盖衬底320的至少部分外表面。该中间介电层 能够有利地在提升驱动力的同时还提升梳齿对于水汽等物质的可靠性， 进而增加梳齿构件的最终可靠性。
有利地，采用氧化的方法来形成介电层部分可以不改变梳齿在第 一水平方向上的厚度，从而避免梳齿厚度增加可能带来的问题。此外， 值得注意的是，对梳齿表面进行氧化的处理可能会通过形成介电层部 分而减少梳齿间的空气间隙，但同时使得梳齿本身变薄，从而增加了 梳齿间距(如图1b中所示的g)，进而对驱动力造成一定的负面影响， 但由于介电层部分的厚度相对于梳齿间距而言是可忽略的，因此从整 体效果来看，利用氧化的方法来形成介电层部分依然能够有效地增强 驱动力。
基于先前的理论分析，形成在齿间侧表面以外的其它暴露表面上 的介电层可能无法增加梳齿间的介电常数，从而不能用于增加静电驱 动器的驱动力。
因此，本申请的发明人认识到，虽然介电层部分也可以形成在除 齿间侧表面以外的其他表面上，这部分介电层部分是不必要的。在一 些实施例中，例如为了避免可能带来的一些负面效应，可以去除在其 它暴露表面上形成的介电层。
因此，在步骤208，去除部分中间介电层350，以得到形成在各个 梳齿316的齿间侧表面320的至少一部分上的介电层部分318，如图 4d所示。例如，可以采用本领域已知的任何合适的刻蚀方法来完成该 去除步骤，包括但不限于干法刻蚀(如深度反应离子刻蚀(DRIE)等)。
在一些实施例中，去除部分中间介电层包括去除各个梳齿的顶表 面上的中间介电层。例如，可以通过干法刻蚀来去除位于梳齿316的 顶表面341上的中间介电层350。有利地，去除各个梳齿的顶表面上 的中间介电层有利于增强后续镜面金属镀层的粘附力。
在去除梳齿316的顶表面341上的中间介电层350之后，所剩余 的中间介电层350位于如图4d所示的侧表面342，其包括如图3d所 示的齿间侧表面320以及其它侧表面344。
因此，可选地，在一些实施例中，去除部分中间介电层还包括： 去除各个梳齿的除了齿间侧表面以外的其它侧表面上的中间介电层。 例如，可以利用硬掩模(Hard mask)，通过诸如DRIE之类的刻蚀方 法去除位于梳齿316的其它侧表面344上的中间介电层350，如图3e 所示。
在一些实施例中，介电层部分318在第一水平方向(图中的X方 向)上的厚度可以设置在0.1um-2um之间，并且优选不超过梳齿在该 方向上的厚度的1/3，但本公开不限于此。
在形成介电层部分318之后，在步骤210中，去除衬底320和缓 冲层330中与各个梳齿316所在区域对应的部分，如图4e所示。
这里，“对应”指衬底320与缓冲层330中去除的部分与各个梳齿 所在区域在竖直方向上至少部分地重叠。例如，如图4e所示，衬底320 与缓冲层330中去除的部分与各个梳齿所在区域在竖直方向上对准。 但是，本领域的技术人员应当理解，去除部分的选择方式不限于以上 示例。
通过去除衬底320和缓冲层330中与各个梳齿316所在区域对应 的部分，第二多个梳齿316-2不再受到衬底320与缓冲层330的限制。 在没有其它限制的情况下，可以允许第一多个梳齿和第二多个梳齿之 间的相对偏转。
本申请的发明人认识到，通过适当地确定制作梳齿构件对的方法 以及其中形成介电层部分的时机，合理地安排形成介电层部分的步骤 与其它制作步骤，能够在形成期望的介电层部分的同时，减小相关处 理对薄片状的梳齿的结构特性的影响。具体来说，一方面，为了减少 后续其它处理对已形成的、暴露在外面的介电层部分的不利影响，期 望尽可能地推迟形成介电层部分的处理；另一方面，为了减少形成介 电层部分的处理对已形成的梳齿的不利影响，期望在形成介电层部分 时保留与各个梳齿所在区域对应的衬底与缓冲层，以提供支撑、保护 等功能。
例如，虽然可以在形成介电层部分之前先去除衬底和缓冲层中与 各个梳齿所在区域对应的部分，即，在执行步骤204-206之前先执行 步骤210，但是这样做会使得梳齿提前失去衬底和缓冲层的保护，对 产品的良率产生不利影响。比如，在先执行步骤210的情况下，步骤 204中的预清洁处理可能会直接破坏梳齿结构。又比如，在先执行步 骤210的情况下，步骤206中的氧化处理可能会影响各个梳齿的物理 特性(比如热应力)，从而对梳齿的结构产生不利影响。
又例如，虽然可以利用双面刻蚀的方法来形成梳齿，但由于该方 法通过从两侧进行刻蚀来形成梳齿，即梳齿的形成伴随着所有对应的 衬底和缓冲层的去除，因此形成的梳齿缺少对应的衬底和缓冲层的支 撑和保护。在该实施方式中，在梳齿上形成介电层部分时，预清洁处 理和氧化处理都容易破坏已形成的梳齿，从而劣化产品的良率。
值得注意的是，在以上制作梳齿构件的各个步骤之间的边界仅仅 是说明性的。在实际操作中，各个步骤之间可以任意组合，甚至合成 单个步骤。此外，各个步骤的执行顺序不受描述顺序的限制，并且部 分步骤可以省略。
本公开实施例还提供了微机电系统，该系统包括上述实施例中的 静电驱动器，该静电驱动器可以被配置为向系统提供驱动力。
应当理解，这里的微机电系统可以包括但不限于MEMS微振镜、 MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光 学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、 MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。
本公开实施例还提供了激光雷达系统。该系统使用上述实施例中 的微机电系统来引导从光源发射的光以扫描目标对象。
图6示意性地例示了根据本公开的实施例的激光雷达系统600的 配置。微机电系统604可以被用作激光雷达系统600中的扫描器，使 来自光源602的发射光束的方向发生偏转，以对目标对象620进行扫 描，实现更宽的发射视场或扫描视场。尽管图6中例示的激光雷达系 统是发射接收非同轴的激光雷达系统，但本公开不限于此，例如，根 据本公开的实施例的激光雷达系统也可以是发射接收同轴的激光雷达 系统。
在一些实施例中，除了用作扫描器的微机电系统604，激光雷达 系统600还可以包括光源602、光接收器606和控制器608。其中，光 源602可以被配置为发射光。光接收器606可以被配置为接收并检测 来自目标对象620的反射光的一部分并产生对应的电信号。控制器608 被配置为与光源602、扫描器604和光接收器606中的一个或多个通 信耦接并控制其操作。例如，控制器608可以控制光源602是否以及 何时发射光束。控制器608可以控制微机电系统604将光束扫描至具 体的位置。控制器608可以处理和分析由光接收器606输出的电信号， 以最终确定目标对象620的位置、速度等特征。在一些实施例中，激 光雷达系统600还可以包括发射透镜610、接收透镜612、外壳614、 窗口616等中的一个或多个。
本公开实施例还提供了车辆。该车辆使用上述实施例中的激光雷 达系统来提供传感信息。
图7示意性地例示了根据本公开的实施例的使用上述激光雷达系 统的车辆700的配置。
激光雷达系统702可以被用作车辆700中的传感器，为车辆提供 传感信息。其中，如上所述，激光雷达系统702可以包括光源712、 扫描器(微机电系统)714、光接收器716和控制器718，这里不再重 复描述其具体内容。
在一些实施例中，除了用作传感器的激光雷达系统702，车辆700 还包括车辆控制器704和机动系统706。其中，车辆控制器704可以 根据激光雷达系统702的感测结果调整机动系统706。
例如，在以上实施例中包括在一个单元中的多个功能可以由分开 的装置来实现。替选地，在以上实施例中由多个单元实现的多个功能 可分别由分开的装置来实现。另外，以上功能之一可由多个单元来实 现。这样的配置包括在本公开的技术范围内。
在本公开中，流程图中所描述的步骤不仅包括以所述顺序按时间 序列执行的处理，而且包括并行地或单独地而不是必须按时间序列执 行的处理。此外，甚至在按时间序列处理的步骤中，也可以适当地改 变该顺序。
本公开实施例的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵 盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或 者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或 者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有 更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本公开中的术语“或”表示包括性的“或”，而非排除性的“或”。提 及的“第一”组件不必然要求提供“第二”组件。此外，除非明确指示， 否则“第一”或“第二”组件不表示将提及的组件限制于特定顺序。术语 “基于”意指“至少部分基于”。

Claims (15)

1.一种制造静电驱动器的梳齿构件对的方法，所述方法包括：
获取中间器件，所述中间器件包括：
衬底；
形成在衬底上的缓冲层；以及
在缓冲层上相对设置的一对中间梳齿构件，其中，每个中间梳齿构件包括梳齿连接梁和包括多个梳齿的梳状部分；
进行预清洁，以去除各个梳齿的外表面上的自然钝化层；
进行氧化处理，以在各个梳齿的外表面上形成中间介电层；以及
去除部分中间介电层，以得到形成在各个梳齿的齿间侧表面的至少一部分上的介电层部分，其中梳齿的齿间侧表面包括面向相邻梳齿的一个侧表面和与其相对的另一侧表面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
去除衬底和缓冲层中与各个梳齿所在区域对应的部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，获取中间器件包括：
准备第一晶片与第二晶片；
在第一晶片的上表面上形成多个沟槽；
反转第一晶片，并将反转后的第一晶片与第二晶片键合；以及
对第一晶片进行图案化处理，形成所述多个第一梳齿和所述多个第二梳齿，其中形成的所述多个第二梳齿的位置与所述多个沟槽的位置对应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，氧化处理包括热氧化处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介电层部分的材料为氧化硅。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，去除部分中间介电层包括：去除各个梳齿的顶表面上的中间介电层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，去除部分中间介电层还包括：去除各个梳齿的除了齿间侧表面以外的其它侧表面上的中间介电层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介电层部分在第一水平方向上的厚度不超过梳齿在该方向上的厚度的三分之一。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述梳齿构件对中的两个梳齿构件被分别用于构成可动梳齿与固定梳齿。
10.一种静电驱动器的梳齿构件对，所述梳齿构件对使用根据权利要求1-9中任一项所述的方法的步骤来制造。
11.一种静电驱动器的实现方法，所述静电驱动器包括一个或多个梳齿构件对，所述方法包括：
使用根据权利要求1-9中任一项所述的方法的步骤来制造所述一个或多个梳齿构件对中的至少一个梳齿构件对。
12.一种静电驱动器，包括至少一个使用根据权利要求1-9中任一项所述的方法的步骤制造的梳齿构件对。
13.一种微机电系统，包括：
根据权利要求12所述的静电驱动器，被配置为向所述系统提供驱动力。
14.一种激光雷达系统，其中，
所述系统使用根据权利要求13所述的微机电系统来引导从光源发射的光以扫描目标对象。
15.一种车辆，使用根据权利要求14所述的激光雷达系统来提供传感信息。
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