CN218413054U - 微机电反射镜设备、微投影仪装置和便携式电子装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及微机电反射镜设备、微投影仪装置和便携式电子装置。一种微机电反射镜设备，其特征在于，包括：支撑框架，由半导体材料形成；板，连接到支撑框架，以便围绕至少一个旋转轴线可定向；微反射镜，位于板上；悬臂结构，从支撑框架延伸并且耦合到板，使得悬臂结构的弯曲引起板围绕至少一个旋转轴线的旋转；压电致动器，位于悬臂结构上；焊盘，位于支撑框架上；以及间隔件结构，从支撑框架突出得比形成压电致动器的层堆叠和焊盘二者更多。利用本公开的实施例有利地使总产率提高、并且减少了成本。

Description

微机电反射镜设备、微投影仪装置和便携式电子装置

技术领域

本公开涉及微机电反射镜器件。

背景技术

如已知的，所谓的阴影掩模技术广泛用于微机电微反射镜器件的制造中，并且由于其执行的简单性和可获得的高反射率值而特别受到重视。在已经在半导体晶片中限定了通常为压电类型的支撑结构和致动结构并且已经沉积和成形了金属化和钝化层之后，在最终制造步骤中应用该技术。

基本上，掩模，特别称为“阴影”掩模，与半导体晶片分开形成，并且具有在形状和布置上对应于要形成的微反射镜的开口。将阴影掩模对准并施加到正被处理的晶片上，然后使用溅射沉积工艺来沉积例如金/铝，通过阴影掩模本身中的开口形成微反射镜。

当阴影掩模应用于半导体晶片以沉积微反射镜时，或者当掩模本身随后被去除时，经常发生问题。被处理的晶片具有突出的结构，其上放置有阴影掩模板。最突出的部分通常是对应于压电致动结构的接触的层的堆叠，并且因此执行用于微反射镜器件的操作的关键功能。当应用和去除阴影掩模时，接触中的一些结构可能相对容易损坏，从而损害整个器件的功能。因此，制造过程的产量可能不令人满意。

因此，需要进一步开发该领域的制造技术。

在本领域中需要提供一种用于制造微机电反射镜器件的方法以及如此制造的微机电反射镜器件，以允许克服或至少减轻所描述的限制。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种微机电反射镜设备、一种微投影仪装置以及一种便携式电子装置，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一方面提供了一种微机电反射镜设备，包括：支撑框架，由半导体材料形成；板，连接到所述支撑框架，以便围绕至少一个旋转轴线可定向；微反射镜，位于所述板上；悬臂结构，从所述支撑框架延伸并且耦合到所述板，使得所述悬臂结构的弯曲引起所述板围绕所述至少一个旋转轴线的旋转；压电致动器，位于所述悬臂结构上；焊盘，位于所述支撑框架上；以及间隔件结构，从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的层堆叠和所述焊盘二者更多。

根据一个或多个实施例，其中所述间隔件结构从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的所述层堆叠和所述焊盘更远。

根据一个或多个实施例，其中：每个间隔件结构包括虚设致动器；每个压电致动器包括致动器底电极、致动器压电区域和致动器顶电极；以及每个虚设致动器包括虚设底电极、虚设压电区域和虚设顶电极。

根据一个或多个实施例，设备进一步包括：第一钝化层，至少部分地位于所述压电致动器和所述虚设致动器上；第二钝化层，位于所述第一钝化层上；以及连接线，位于所述第一钝化层和所述第二钝化层之间；其中所述压电致动器包括通过所述第一钝化层连接到相应连接线的致动器接触；以及其中所述间隔件结构包括位于所述第一钝化层的覆盖相应虚设致动器的部分与所述第二钝化层之间的虚设线。

本公开的另一方面提供了一种微投影仪装置，包括：控制单元；根据一个或多个实施例所述的微机电反射镜设备，其由所述控制单元控制；以及光源，被定向为朝向所述微机电反射镜并且由所述控制单元控制以基于待生成的图像来生成光束。

本公开的又一方面提供了一种便携式电子装置，包括：系统处理器和耦合到所述系统处理器的根据一个或多个实施例所述的微投影仪装置。

利用本公开的实施例有利地使总产率提高、并且减少了成本。

附图说明

为了更好地理解，现在将仅通过非限制性示例并参考附图来描述一些实施例，其中：

图1是根据本公开的实施例的微机电反射镜器件的顶部平面图，其中部分被移除；

图2是沿图1的线II－II截取的穿过图1的微机电反射镜器件的截面；

图3是沿图1的线III－III截取的穿过图1的微机电反射镜器件的截面；

图4、图6、图8、图10、图12示出了根据本公开的实施例的在制造工艺的连续步骤中通过半导体晶片的对应于图1的线II－II的横截面；

图5、图7、图9、图11、图13示出了在根据本公开的制造工艺的连续步骤中通过图4的半导体晶片的对应于图1的线III－III的横截面；

图14是通过本公开的不同实施例中的微机电反射镜器件的第一横截面；

图15是穿过图12的微机电反射镜器件的第二截面；

图16是根据本公开的实施例的结合了微机电反射镜设备的微投影仪设备的简化框图；以及

图17是使用图16的微投影仪装置的便携式电子装置的示意图。

具体实施方式

参考图1－图3，根据实施例形成的基于微机电系统(MEMS) 技术的微机电反射镜器件整体用附图标记1表示。在所示的非限制性示例中，微机电反射镜器件1是单轴型的，并且形成在半导体材料特别是硅的管芯中。

微机电反射镜器件1包括界定腔3的支撑框架2和板5。盖4结合到支撑框架2上，并且被布置成在与板5相对的一侧上封闭腔3。

板5部分地封闭腔3并且通过弹性元件6连接到支撑框架2的锚固件2a，以便围绕旋转轴线X可定向，该旋转轴线X也是板5的中轴线。

在图1的实施例中，板5具有基本上椭圆形的形状，并且相对于旋转轴线X以及相对于与旋转轴线X垂直的Y轴线对称，并且Y 轴线与旋转轴线X限定平行于板5的XY平面。板5的形状不应理解为限制性的。例如，板5可以是具有不同边数的四边形或多边形，或圆形。

由例如金或铝的反射材料层限定的微反射镜7占据板5的与腔3 相对的面的中心部分。板5被设置有延伸到腔3中的加强结构5a，例如以一个或多个肋的形式。

微机电反射镜设备1还包括运动致动器组件8，其被配置为围绕旋转轴线X、Y定向板5。在图1的实施例中，有四个致动器组件，相对于板5的中心以镜面对称的方式布置在相应的象限中。详细地，致动器组件从支撑框架2向板5延伸，并且每个运动致动器组件8包括悬臂结构9和压电致动器10，它们布置在相应的悬臂结构9上。悬臂结构9的端部通过命令弹性元件11连接到板5。接触焊盘12通过图1中部分示出的连接线13耦合到相应的压电致动器10，以施加电命令信号。致动器组件8是彼此独立的，并且可以被操作以相对于旋转轴线X以受控的方式定向板5，如例如在美国专利公开 No.2020/0192199(对应于公开的欧洲专利申请EP3666727A1)中所解释的，其内容在法律允许的最大程度上通过引用整体并入。

详细地，每个压电致动器10包括层的堆叠，该堆叠包括在相应悬臂结构9上延伸的底电极15，例如PZT(锆钛酸铅)的压电区域 16和顶电极17。这里和下面，“底电极”指示形成在相应悬臂的表面和相应压电区域之间的电极，而“顶电极”指示形成在相应压电区域上并且与对应底电极相对的电极。底电极15和顶电极17通过连接线13耦合到支撑框架2上的相应接触焊盘12。形成压电致动器10的层的堆叠还按以下顺序包括：第一钝化层的部分20；通过第一钝化层 20和连接线13中的开口形成致动器接触21的布线金属化层的部分；以及覆盖第一钝化层20、致动器接触21和连接线13的第二钝化层 22的部分。

微机电反射镜器件1包括间隔件结构25，该间隔件结构25围绕腔3布置在支撑框架2上并且比微机电反射镜器件1的其他结构，特别是压电致动器10的层的堆叠从支撑框架2本身的表面突出更多。在一个实施例中，特别地，作为压电致动器10的层的堆叠，间隔件结构25包括具有虚设底电极28、虚设压电区域29和虚设顶电极30 的虚设致动器27，覆盖虚设致动器27的第一钝化层20的部分，由布线金属化层的相应部分形成的虚设线31和覆盖虚设线31的第二钝化层22的部分。此外，间隔件结构25在覆盖虚设线31的第二钝化层 22的部分上包括由金属化层形成的相应粘附区域33和虚设接触35，从该金属化层还获得焊盘12。粘附层28和虚设接触35相对于微机电反射镜器件1的其它结构，特别是相对于压电致动器10的层堆叠是突出的。为此，间隔件结构25在微机电反射镜器件1的制造过程中提供某些优点，如下面的描述所示。

参考图4和图5，绝缘体上硅(SOI)型的半导体晶片50包括第一半导体层51(例如单晶外延或多晶虚设外延层)和第二半导体层 52(例如单晶基板)。第一半导体层51和第二半导体层52被介电层 53隔开，介电层53也在与第一半导体层51相对的第二半导体层52 的面上延伸。热氧化层54最初生长在第一半导体层54上，然后连续沉积并且限定底电极层55、压电层56和顶电极层57。由底电极层55、压电层56和顶电极层57形成的堆叠的剩余部分限定了压电致动器10 (分别为底电极15，压电区域16和顶电极17)和虚设致动器27(分别为底电极28，压电区域29和顶电极30)。

随后(现在参考图6和7)，沉积第一钝化层20，并且在压电致动器10上打开接触窗口58。这里用数字59指示的布线金属化层被沉积和成形以形成连接线13，接触窗口58中的致动器接触21和虚设致动器27上的虚设线31。

参考图8和图9，第二钝化层22被沉积并且覆盖连接线13，致动器接触21和虚设线31。然后，粘附层60和焊盘金属化层62被沉积并且成形以形成粘附区域33、焊盘12(在图8和9中不可见；参见图1)、连接线13和虚设接触35。具体地，虚设接触形成在虚设致动器27的顶部上。因此完成了间隔件结构25。间隔件结构25从支撑框架2的表面突出地比形成在布线金属化层上但没有插入压电材料的焊盘12和压电致动器10的堆叠(其中不存在虚设接触)二者更多。

如图10和11所示，各向异性地蚀刻钝化层20、22、热氧化层 54、第一半导体层51和介电层53(在第一半导体层51和第二半导体层52之间)，并且限定支撑框架2、板5和锚固件2a的一部分。在该步骤中，钝化层20、22和热氧化层54也在旨在形成板5的第一半导体层51的部分上被去除。

此时(图12和13)，阴影掩模70被限定并且施加到板5一侧的半导体晶片1上。阴影掩模70实际上搁置在间隔件结构25上，间隔件结构25比半导体晶片1上存在的其它结构突出得更多，并且首先它不与电连接结构和压电致动器10接触。阴影掩模70在对应于板5 的位置具有开口71。然后通过阴影掩模70的开口71形成微反射镜7，例如通过溅射沉积铝或金。然后除去阴影掩模70。最后，将盖4连接到支撑框架2以封闭半导体晶片1背面上的腔3，然后将其切割以获得图1和图3的微机电器件1的副本。

使用间隔件结构25是特别有利的，这是因为当施加和去除阴影掩模70时保护了微机电反射镜器件1。在该步骤期间，与阴影掩模 70接触的间隔件结构25可能被损坏，而其它结构不暴露于风险。另一方面，间隔件结构25对于微机电反射镜器件1的使用不起作用，并且因此其损坏或甚至完全破坏是完全无关的。用于操作的部分被替代地受到保护，并且因此通常可能导致高百分比的废品的阴影掩模70 的应用和去除不会带来显著的风险。因此该方法的总产率高。

另一个优点来自于这样的事实，即间隔件结构25包括与压电致动器相同的层序列，此外还包括用于焊盘12的金属化层的一部分。一方面，实际上，层的顺序有助于确保间隔件结构25比微机电反射镜器件1的其他结构从支撑框架2突出更多，特别是比压电致动器10 更多地从支撑框架2突出。另一方面，间隔件结构25的制造不利用额外的工艺步骤，因此不影响生产成本。形成间隔件结构25的层用于微机电反射镜器件1的其它结构，并且可以在相同的工艺步骤中并且利用与限定其它结构相同的适当设计的掩模来成形。

尽管这是特别有利的，然而，间隔件结构不是必须由获得微机电反射镜器件1的其它结构的相同层形成。例如，间隔件结构可以全部或部分由其它材料制成，例如包括聚合材料的部分，如图14所示，其中与已经示出的部分相同的部分用相同的附图标记表示。在这种情况下，微机电反射镜器件100包括聚合材料的间隔件结构125，其限定了相对于支撑框架2的最大突起。

图16示出了微投影仪设备200，其包括微机电反射镜设备1、控制单元202、光源203和用于连接到诸如台式或便携式计算机、平板计算机或移动电话的电子设备的接口204。

控制单元201基于要投影的图像控制由光源203发射的光束和板 5的定向，以便协调图像点序列的投影和图像区域的二维扫描过程。

图17示出了通过接口204耦合到微投影仪设备200的电子设备 250，特别是移动电话。电子设备250被提供有系统处理器251，系统处理器251向微投影仪装置200提供图像信号，例如标准图像格式的文件。

在一个实施例中，微投影仪装置可以集成到便携式设备中。

在一个实施例中，一种用于制造微机电反射镜器件的方法包括：在半导体晶片中限定：支撑框架，连接到所述支撑框架以便可围绕至少一个旋转轴线定向的板，以及悬臂结构，所述悬臂结构从所述支撑框架延伸并且耦合到所述板，使得所述悬臂结构的弯曲引起所述板围绕所述至少一个旋转轴线的旋转；在所述悬臂结构上形成压电致动器；在所述支撑框架上形成焊盘；以及形成从所述支撑框架突出的间隔件结构，所述间隔件结构比形成所述压电致动器的层的堆叠和焊盘突出得更多。

所述方法还可包括：将阴影掩模施加到所述间隔件结构；使用所述阴影掩模在所述板上形成微反射镜；以及移除所述阴影掩模。

间隔件结构可以比形成压电致动器的堆叠和焊盘从支撑框架突出得更远。

形成压电致动器可以包括：在半导体晶片上连续地沉积底电极层，压电层和顶电极层；以及对于每个压电致动器，分别从所述底电极层形成致动器底电极、从所述压电层形成致动器压电区域、和从所述顶电极层形成致动器顶电极。

对于每个间隔件结构，形成间隔件结构可以包括形成虚设致动器。

形成虚设致动器可以包括分别从底电极层形成虚设底电极、从压电层形成虚设压电区域、和从顶电极层形成虚设顶电极。

该方法可以进一步包括：在所述顶电极层上沉积第一钝化层；在第一钝化层中打开接触窗口；沉积布线金属化层；在来自所述布线金属化层的所述接触窗口中形成致动器接触；以及沉积第二钝化层，所述第二钝化层覆盖所述第一钝化层和所述致动器接触。

对于每个间隔件结构，形成间隔件结构可以包括：在覆盖相应虚设致动器的第一钝化层的部分上从布线金属化层形成虚设线；以及用所述第二钝化层的相应部分覆盖所述虚设线。

所述方法还可包括：在所述第二钝化层上沉积粘附层，在所述粘附层上沉积焊盘金属化层；并且其中形成所述间隔件结构包含在所述虚设致动器上分别从所述粘附层形成粘附区域和从所述焊盘金属化层形成虚设接触。

形成焊盘可以包括从焊盘金属化层形成焊盘。

在一个实施例中，一种微机电反射镜器件包括：由半导体材料形成的支撑框架；板，该板连接到该支撑框架以便围绕至少一个旋转轴线可定向的；板上的微反射镜；悬臂结构，所述悬臂结构从所述支撑框架延伸并且耦合到所述板，使得所述悬臂结构的弯曲引起所述板围绕所述至少一个旋转轴线的旋转；悬臂结构上的压电致动器；支撑框架上的焊盘；以及间隔件结构，其从所述支撑框架突出地比形成所述压电致动器的层的堆叠和焊盘两者更多。

间隔件结构可以比形成压电致动器的焊盘和堆叠从支撑框架突出得更远。

每个间隔件结构可以包括虚设致动器。每个压电致动器可以包括致动器底电极、致动器压电区域和致动器顶电极。每个虚设致动器可以包括虚设底电极、虚设压电区域和虚设顶电极。

该装置可以包括：至少部分地在所述压电致动器和所述虚设致动器上的第一钝化层；第一钝化层上的第二钝化层；以及第一钝化层和第二钝化层之间的连接线。压电致动器致动器可以包括通过所述第一钝化层连接到相应连接线的致动器接触，并且所述间隔件结构可以包括位于所述第一钝化层的覆盖相应虚设致动器的部分与所述第二钝化层之间的虚设线。

在另一实施例中，一种微投影仪装置包括：控制单元；由控制单元控制的如上所述的微机电反射镜设备；以及光源，所述光源朝向所述微机电反射镜并且由所述控制单元控制以基于要生成的图像生成光束。

这里的实施例还包括便携式电子设备，该便携式电子设备包括系统处理器和耦合到系统处理器的如上所述的微投影仪设备。

本公开的一方面提供了一种用于制造微机电反射镜器件的方法，包括：在半导体晶片中，限定支撑框架、连接到所述支撑框架以便围绕至少一个旋转轴线可定向的板、以及悬臂结构，所述悬臂结构从所述支撑框架延伸并且耦合到所述板，使得所述悬臂结构的弯曲引起所述板围绕所述至少一个旋转轴线的旋转；在所述悬臂结构上形成压电致动器；在所述支撑框架上形成焊盘；以及形成间隔件结构，所述间隔件结构从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的层堆叠和所述焊盘二者更多。

根据一个或多个实施例，方法包括：将阴影掩模施加到所述间隔件结构；使用所述阴影掩模在所述板上形成微反射镜；以及移除所述阴影掩模。

根据一个或多个实施例，其中所述间隔件结构从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的所述层堆叠和所述焊盘更远。

根据一个或多个实施例，其中形成所述压电致动器包括：在所述半导体晶片上连续地沉积底电极层、压电层和顶电极层；以及针对每个压电致动器，从所述底电极层、从所述压电层、以及从所述顶电极层分别形成致动器底电极、致动器压电区域、以及致动器顶电极。

根据一个或多个实施例，其中形成所述间隔件结构包括针对每个间隔件结构形成虚设致动器。

根据一个或多个实施例，其中形成所述虚设致动器包括：从所述底电极层、从所述压电层、以及从所述顶电极层分别形成虚设底电极、虚设压电区域、以及虚设顶电极。

根据一个或多个实施例，方法进一步包括：在所述顶电极层上沉积第一钝化层；在所述第一钝化层中打开接触窗口；沉积布线金属化层；在来自所述布线金属化层的所述接触窗口中形成致动器接触；以及沉积覆盖所述第一钝化层和所述致动器接触的第二钝化层。

根据一个或多个实施例，其中形成所述间隔件结构包括针对每个间隔件结构：在覆盖相应的所述虚设致动器的所述第一钝化层的部分上，从所述布线金属化层形成虚设线；以及用所述第二钝化层的相应部分覆盖所述虚设线。

根据一个或多个实施例，方法还包括：在所述第二钝化层上沉积粘附层以及在所述粘附层上沉积焊盘金属化层；并且其中形成所述间隔件结构包括在所述虚设致动器上从所述粘附层以及从所述焊盘金属化层分别形成粘附区域和虚设接触。

根据一个或多个实施例，其中形成所述焊盘包括由所述焊盘金属化层形成所述焊盘。

最后，显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所描述的过程和装置进行修改和变化。

特别地，微机电反射镜器件可以是双轴型的。此外，可以根据设计偏好自由地定义板和微反射镜的形状。例如，板和微反射镜可以是圆形、四边形或更一般的多边形。此外，微反射镜可以不具有与板相同的形状。

对于该工艺，可以在蚀刻第二半导体层之后通过阴影掩模在板上形成微反射镜。

Claims (6)

1.一种微机电反射镜设备，其特征在于，包括：

支撑框架，由半导体材料形成；

板，连接到所述支撑框架，以便围绕至少一个旋转轴线可定向；

微反射镜，位于所述板上；

悬臂结构，从所述支撑框架延伸并且耦合到所述板，使得所述悬臂结构的弯曲引起所述板围绕所述至少一个旋转轴线的旋转；

压电致动器，位于所述悬臂结构上；

焊盘，位于所述支撑框架上；以及

间隔件结构，从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的层堆叠和所述焊盘二者更多。

2.根据权利要求1所述的微机电反射镜设备，其特征在于，所述间隔件结构从所述支撑框架突出得比形成所述压电致动器的所述层堆叠和所述焊盘更远。

3.根据权利要求1所述的微机电反射镜设备，其特征在于：

每个间隔件结构包括虚设致动器；

每个压电致动器包括致动器底电极、致动器压电区域和致动器顶电极；以及

每个虚设致动器包括虚设底电极、虚设压电区域和虚设顶电极。

4.根据权利要求3所述的微机电反射镜设备，其特征在于，进一步包括：

第一钝化层，至少部分地位于所述压电致动器和所述虚设致动器上；

第二钝化层，位于所述第一钝化层上；以及

连接线，位于所述第一钝化层和所述第二钝化层之间；

其中所述压电致动器包括通过所述第一钝化层连接到相应连接线的致动器接触；以及

其中所述间隔件结构包括位于所述第一钝化层的覆盖相应虚设致动器的部分与所述第二钝化层之间的虚设线。

5.一种微投影仪装置，其特征在于，包括：

控制单元；

根据权利要求1所述的微机电反射镜设备，其由所述控制单元控制；以及

光源，被定向为朝向所述微机电反射镜并且由所述控制单元控制以基于待生成的图像来生成光束。

6.一种便携式电子装置，其特征在于，包括：系统处理器和耦合到所述系统处理器的根据权利要求5所述的微投影仪装置。

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