一種熱驅(qū)動mems微鏡陣列器件及其制造方法
【專利摘要】一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括M×N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于1的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1包括鏡面1?1、驅(qū)動臂1?2、鏡框1?3、上層PAD1?4和器件層電引線1?5，布線層2包括下層PAD2?1、多層電引線2?2和邊沿PAD2?3，驅(qū)動臂1?2通過器件層電引線1?5連接到上層PAD1?4，上層PAD1?4和下層PAD2?1鍵合在一起，下層PAD2?1通過多層電引線2?2連接到邊沿PAD2?3上，布線層2置于基底3上，鏡面1?1通過驅(qū)動臂1?2連接在鏡框1?3上，上層PAD1?4置于鏡框1?3的底面，所述多層電引線2?2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1?2位于鏡面1?1的側(cè)面。優(yōu)點：通過直接鍵合多層布線的圓片和微鏡陣列圓片的方式，減少了常規(guī)TSV或Bonding工序，降低了微鏡陣列的引線制作的成本問題。
【專利說明】
一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件及其制造方法，特別是涉及電熱式微鏡陣列，屬于微機電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]基于熱雙層材料(bimorph)結(jié)構(gòu)的電熱MEMS微鏡有很多其它驅(qū)動方式不可比擬的優(yōu)勢，比如同時獲得大轉(zhuǎn)角、大位移、高鏡面填充率和低電壓。Bimorph是薄膜結(jié)構(gòu)，需要與娃襯底分離，即結(jié)構(gòu)釋放。目前Bimorph的釋放主要依靠對薄膜下的娃進行Undercut，這個釋放工藝已經(jīng)取得了很多應用，但是這個Undercut工藝很容易造成過度側(cè)向刻蝕、側(cè)向刻蝕的非均勻甚至留下一些殘余硅等結(jié)構(gòu)非均勻性問題，進而導致芯片與芯片的響應特性差異，對于微鏡陣列而言，就會導致單元與單元之間的差異。同時，現(xiàn)有熱式MEMS微鏡陣列器件(如CN 104020561 B)只能將所有引線都引到芯片邊沿，可用來制作I XN陣列結(jié)構(gòu)，或小陣列的MXN陣列結(jié)構(gòu)。但需要制作較大的MXN陣列結(jié)構(gòu)時，將中心單元的引線引導到芯片的邊沿就變得十分困難，且會造成引線電阻分布不均和散熱困難等技術(shù)問題。
[0003]關(guān)于現(xiàn)有MEMS器件陣列的制作方法是利用TSV和鍵合技術(shù)實現(xiàn)陣列引線封裝的技術(shù)問題。
[0004]例如，美國專利申請?zhí)?0140055767，名稱MIRROR ARRAY，包含微鏡陣列和TSV穿孔，需要制作TSV穿孔，以及利用鍵合技術(shù)(Bonding)解決了微鏡陣列引線的技術(shù)問題。
[0005 ] 再如，中國專利申請?zhí)?2 01310 5117 7 8.4 “一種T SV-MEMS組合”專利，是分別制作TSV裸片和MEMS裸片，然后通過粘結(jié)劑進行粘合，粘合過程中需要在TSV裸片上面制作粘合材料(0009)，并在MEMS裸片上制作凹槽(0010)，最后進行鍵合。
[0006]TSV工藝本身加工工序復雜，例如申請?zhí)?201310159364.X，名稱為:一種TSV背面露頭工藝，用于制作TSV。該制作方法包括研磨工藝(0013)，背部第一次刻蝕(0014)，介質(zhì)保護層制作和刻蝕(0015)，背面覆蓋感光材料(0016)，曝光顯影(0017)，第二次刻蝕(0020)，第三次刻蝕(0021)等工序。
[0007]如將該發(fā)明專利用在大規(guī)模高填充率電熱式MEMS微鏡陣列的封裝，會存在良率低、成本高和芯片破碎率高的問題。例如電熱式MEMS微鏡8X8陣列的焊盤數(shù)量為256個，假設(shè)TSV技術(shù)的良率<99.5%，那么256個焊盤至少存在I個焊盤失效，在MEMS微鏡陣列中存在I個焊盤失效，整個產(chǎn)品就不能正常使用。TSV技術(shù)應用在電熱式MEMS微鏡陣列中，不僅成本高，且良率低。
[0008]公開號為CN 104241220 A的中國專利申請，同時利用TSV技術(shù)、Bump技術(shù)、MEMS傳感器芯片與ASIC芯片互連技術(shù)(Flipchip)，實現(xiàn)了超小尺寸的MEMS傳感器無塑封裝。如將該發(fā)明專利用在大規(guī)模高填充率電熱式MEMS微鏡陣列的封裝，會存在良率低、成本高和芯片破碎率高的問題。例如電熱式MEMS微鏡8X8陣列的焊盤數(shù)量為256個，假設(shè)TSV技術(shù)的良率<99.5%，那么256個焊盤至少存在I個焊盤失效，在MEMS微鏡陣列中存在I個焊盤失效，整個產(chǎn)品就不能正常使用。TSV技術(shù)應用在電熱式MEMS微鏡陣列中，不僅成本高，且良率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:如何降低微鏡陣列的引線制作的成本的技術(shù)問題。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括MX N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I包括鏡面1-1、驅(qū)動臂1-2、鏡框1-3、上層PAD1-4和器件層電引線1-5，布線層2包括下層PAD2-1、多層電引線2-2和邊沿PAD2-3，驅(qū)動臂1-2通過器件層電引線1_5連接到上層PAD1-4，上層PAD1-4和下層PAD2-1鍵合在一起，下層PAD2-1通過多層電引線2-2連接到邊沿PAD2-3上，布線層2置于基底3上，鏡面1-1通過驅(qū)動臂1-2連接在鏡框1-3上，上層PAD1-4置于鏡框1-3的底面，所述多層電引線2-2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的側(cè)面。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點和技術(shù)效果:本申請通過直接鍵合多層布線的圓片和微鏡陣列圓片的方式，減少了常規(guī)TSV或Bond ing工序，降低了微鏡陣列的引線制作的成本的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0012]圖1:實施例1所述的熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0013]圖2:實施例1所述的熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I。
[0014]圖3:實施例2選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4的步驟。
[0015]圖4:實施例2在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5的步驟。
[0016]圖5:實施例2選擇圓片作為基底3的步驟。
[0017]圖6:實施例2在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2的步驟。
[0018]圖7:實施例2將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第一新圓片5的步驟。
[0019]圖8:實施例2去除第一新圓片5的底硅層5-1的步驟。
[0020]圖9:實施例2去除第一新圓片5的底硅層5-1和氧埋層5-2的步驟。
[0021]圖10:實施例2在頂硅層5-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1 (對照圖8)的步驟。
[0022]圖11:實施例2在頂硅層5-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1 (對照圖9)的步驟。
[0023 ]圖12:實施例2圖形化頂硅層5-3 (對照圖1O )的步驟。
[0024]圖13:實施例2圖形化氧埋層5-2和頂硅層5-3(對照圖11)的步驟。
[0025]圖14:實施例3選擇圓片，作為微鏡陣列基底4的步驟。
[0026]圖15:實施例3在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5的步驟。
[0027]圖16:實施例3選擇圓片作為基底3的步驟。
[0028]圖17:實施例3在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2的步驟。
[0029]圖18:實施例3將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第二新圓片6的步驟。
[0030]圖19:實施例3減薄第二新圓片6背面至設(shè)定厚度的步驟。
[0031]圖20:實施例3在第二新圓片6的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1的步驟。
[0032]圖21:實施例3圖形化第二新圓片6的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3的步驟。
[0033]圖22:實施例4所述的熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0034]圖23:實施例4所述的熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I。
[0035]圖24:實施例4選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4的步驟。
[0036]圖25:實施例4在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5的步驟。
[0037]圖26:實施例4釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)的步驟。
[0038]圖27:實施例4選擇圓片作為基底3的步驟。
[0039]圖28:實施例4在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2的步驟。
[0040]圖29:實施例4將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第三新圓片7的步驟。
[0041 ]圖30:實施例4去除第三新圓片7的底硅層7-1的步驟。
[0042]圖31:實施例4去除第三新圓片7的底硅層7-1和氧埋層7-2的步驟。
[0043]圖32:實施例4在頂硅層7-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1 (對照圖30)的步驟。
[0044]圖33:實施例4在頂硅層7-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1 (對照圖31)的步驟。
[0045]圖34:實施例4圖形化頂硅層7_3(對照圖33)的步驟。
[0046]圖35:實施例4圖形化氧埋層7-2和頂硅層7-3(對照圖34)的步驟。
[0047]圖36:實施例5選擇圓片，作為微鏡陣列基底4的步驟。
[0048]圖37:實施例5在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5的步驟。
[0049]圖38:實施例5釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)的步驟。
[0050]圖39:實施例5選擇圓片作為基底3的步驟。
[0051]圖40:實施例5在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2的步驟。
[0052]圖41:實施例5將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第四新圓片8的步驟。
[0053]圖42:實施例5減薄第四新圓片8背面至設(shè)定厚度的步驟。
[0054]圖43:實施例5在第四新圓片8的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1的步驟。
[0055]圖44:實施例5圖形化第四新圓片8的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3，露出邊沿PAD2-3的步驟。
[0056]圖中，I是熱驅(qū)動MEMS微鏡單兀，1-1是鏡面，1-1-1是反射層，1-2是驅(qū)動臂，1-3是鏡框，I_4是上層PAD，1-5是器件層電引線，2是布線層，2_1是下層PAD2-1，2_2是多層電引線，2-3是邊沿PAD，3是基底，4是微鏡陣列基底，5是第一新圓片，5_1是底硅層，5_2是氧埋層，5_3頂娃層，6是第二新圓片，7是第二新圓片，7_1是底娃層，7_2是氧埋層，7_3頂娃層，8是第四新圓片。
【具體實施方式】
[0057]一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括MXN個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I包括鏡面1-1、驅(qū)動臂1-2、鏡框1-3、上層PAD1-4和器件層電引線1-5，布線層2包括下層PAD2-1、多層電引線2_2和邊沿PAD2-3，驅(qū)動臂1-2通過器件層電引線1-5連接到上層PAD1-4，上層PAD1-4和下層PAD2-1鍵合在一起，下層PAD2-1通過多層電引線2-2連接到邊沿PAD2-3上，布線層2置于基底3上，鏡面1_1通過驅(qū)動臂1-2連接在鏡框1-3上，上層PAD1-4置于鏡框1-3的底面，所述多層電引線2-2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的側(cè)面。
[0058]優(yōu)選的，該鏡面1-1為正方形、長方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種，并由4組驅(qū)動臂1-2在所述鏡面1-1的4個邊支撐。
[0059]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2包括至少兩層熱膨脹系數(shù)不同的材料，其中至少一層材料為加熱電阻材料層，該加熱電阻材料層與所述器件層電引線1-5電連接。
[0060]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂1-2的每一層可以是連續(xù)的。
[0061]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂1-2的每一層可以是不連續(xù)的。
[0062]優(yōu)選的，i^PN均等于I，即該器件為單鏡面微鏡芯片。
[0063]—種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，包括如下步驟:
1)選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4，該SOI圓片包括底硅層4-1、氧埋層4-2和頂硅層
4-3;
2)在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5;
3)選擇圓片作為基底3;
4)在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
5)將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第一新圓片
5；
6)去除第一新圓片5的底硅層5-1，或去除第一新圓片5的底硅層5-1和氧埋層5-2;
7)在頂硅層5-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1;
8)圖形化頂硅層5-3，或圖形化氧埋層5-2和頂硅層5-3，形成鏡面1-1和鏡框1-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0064]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。
[0065]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化娃-鈦-銅-鈦-二氧化娃-媽-二氧化硅構(gòu)成。
[0066]—種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟:
1)選擇圓片，作為微鏡陣列基底4;
2)在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線
1-5；
3)選擇圓片作為基底3;
4)在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2; 5)將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第二新圓片
6；
6)減薄第二新圓片6背面至設(shè)定厚度；
7)在第二新圓片6的正面淀積金屬層并圖形化形成鏡面1-1的反射層1-1-1;
8)圖形化第二新圓片6的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0067]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。
[0068]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化娃-鈦-銅-鈦-二氧化娃-媽-二氧化硅構(gòu)成。
[0069]一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括MXN個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I包括鏡面1-1、驅(qū)動臂1-2、鏡框1-
3、上層PAD1-4和器件層電引線1-5，布線層2包括下層PAD2-1、多層電引線2_2和邊沿PAD2-3，驅(qū)動臂1-2通過器件層電引線1-5連接到上層PAD1-4，上層PAD1-4和下層PAD2-1鍵合在一起，下層PAD2-1通過多層電引線2-2連接到邊沿PAD2-3上，布線層2置于基底3上，鏡面1_1通過驅(qū)動臂1-2連接在鏡框1-3上，上層PAD1-4置于鏡框1-3的底面，所述多層電引線2-2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的下部。
[0070]一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟:
1)選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4，該SOI圓片包括底硅層4-1、氧埋層4-2和頂硅層
4-3;
2)在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5;
3)釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)；
4)選擇圓片作為基底3;
5)在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
6)將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第三新圓片
7；
7)去除第三新圓片7的底硅層7-1，或去除第三新圓片7的底硅層7-1和氧埋層7-2;
8)在頂硅層7-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1;
9)圖形化頂硅層7-3，或圖形化氧埋層7-2和頂硅層7-3，形成鏡面1-1和鏡框1-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0071 ]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。
[0072]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
[0073]—種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟:
1)選擇圓片，作為微鏡陣列基底4;
2)在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線
1-5；
3)釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)；
4)選擇圓片作為基底3; 5)在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
6)將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第四新圓片
8；
7)減薄第四新圓片8背面至設(shè)定厚度；
8)在第四新圓片8的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1;
9)圖形化第四新圓片8的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0074]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。
[0075]優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化娃-鈦-銅-鈦-二氧化娃-媽-二氧化硅構(gòu)成。
[0076]實施例1
如圖1、圖2所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括M X N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I包括鏡面1-1、驅(qū)動臂1-
2、鏡框1-3、上層PAD1-4和器件層電引線1-5，布線層2包括下層PAD2-1、多層電引線2-2和邊沿PAD2-3，驅(qū)動臂1-2通過器件層電引線1-5連接到上層PAD1-4，上層PAD1-4和下層PAD2-1鍵合在一起，下層PAD2-1通過多層電引線2-2連接到邊沿PAD2-3上，布線層2置于基底3上，鏡面1-1通過驅(qū)動臂1-2連接在鏡框1-3上，上層PAD1-4置于鏡框1-3的底面，所述多層電引線2-2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的側(cè)面。
[0077]該鏡面1-1為正方形、長方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種，并由4組驅(qū)動臂1-2在所述鏡面1-1的4個邊支撐。
[0078]該驅(qū)動臂1-2包括至少兩層熱膨脹系數(shù)不同的材料，其中至少一層材料為加熱電阻材料層，該加熱電阻材料層與所述器件層電引線1-5電連接。
[0079]該驅(qū)動臂1-2中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂1-2的每一層可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。
[0080]M和N可以均等于I，即該器件為單鏡面微鏡芯片。
[0081 ] 驅(qū)動臂可以是正反疊放Bimorph級聯(lián)而成，如專利CN 103091835 B。驅(qū)動臂也可以通過熱膨脹系數(shù)不同的材料疊層而成，可以實現(xiàn)微鏡的大角度或者大位移驅(qū)動。同時，驅(qū)動臂可嵌入式電阻層，可以實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，見專利CN 203101727 U。驅(qū)動臂還可以是LSF結(jié)構(gòu)，包括多段Bimorph結(jié)構(gòu)和直梁構(gòu)成，也可以是S結(jié)構(gòu)，S結(jié)構(gòu)由正反疊放Bimorph級聯(lián)而成，包括正向疊放的Bimorph、反向疊放的B imorph和三明治結(jié)構(gòu)。其中正向疊放或者反向疊放Bimorph結(jié)構(gòu)可包括多層復合材料，采用嵌入式電阻層，其中優(yōu)選驅(qū)動臂末端帶有熱隔離結(jié)構(gòu)。其中的Bimorph的兩層主要材料可以用二氧化硅和鋁，也可以用銅和鎢，還可用二氧化硅和銅，多晶硅和銅等；電阻層可采用多晶硅、鉑、鎢、鈦、鋁等。各個導電層之間的絕緣或電隔離可采用二氧化硅、氮化硅等。
[0082]所述驅(qū)動臂包含多層薄膜，其中變形Bimorph結(jié)構(gòu)其厚度范圍是0.5um~4um，隔離層其厚度范圍0.01um~0.5um，加熱器其厚度范圍0.0111111~0.311111。優(yōu)選的41和5102厚度分別為lum，l.lum，隔離層厚度0.lum，加熱器厚度0.2umo
[0083 ]所述鏡面，包括鏡面反射層和鏡面支撐，反射層厚度范圍30nm?500nm，鏡面支撐厚度范圍1um?50um;優(yōu)選的，金屬反射層厚度10nm，鏡面支撐厚度20um; 實施例2
本實施例是實施例1的制造方法，選擇SOI圓片作為微鏡基底4。
[0084]如圖3?圖11所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，包括如下步驟:
I)如圖3所示，選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4，該SOI圓片包括底硅層4-1、氧埋層4-2和頂娃層4_3。
[0085]2)如圖4所示，在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5。驅(qū)動臂包含分別生長刻蝕金屬結(jié)構(gòu)層以及電隔離層和加熱層，金屬生長方式可以是濺射，蒸發(fā)，絕緣材料生長方式可以是化學氣相沉積，物理氣相沉積，刻蝕可以是濕法刻蝕，也可以是干法刻蝕。
[0086]3)如圖5所示，選擇圓片作為基底3。圓片可采用普通硅片，或者玻璃片作為基底材料，優(yōu)選為硅片。
[0087]4)如圖6所示，在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2。由于微鏡陣列中獨立電引線較多，為了將引線引至邊緣，中間驅(qū)動引線引出過程，會與邊緣引線會存在交叉，這里采用多層布線的方式，反復淀積金屬層與電隔離層，通過開Via通孔，制作引線至芯片邊緣。弓丨線制作材料為金屬材料，生長方式可以使物理氣相沉積，化學氣相沉積，電鍍，電隔離層為絕緣材料，生長方式可以使物理氣相沉積，化學氣相沉積，電鍍?？涛g可以是濕法刻蝕，也可以是干法刻蝕。
[0088]5)如圖7所示，將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第一新圓片5。鍵合方式是金屬共晶鍵合。
[0089]6)如圖8所示，去除第一新圓片5的底硅層5-1，或如圖9所示，去除第一新圓片5的底娃層5_1和氧埋層5_2。去除方式可以是機械減薄，濕法刻蝕，也可以是干法刻蝕。
[0090]7)如圖10或圖11所不，在頂娃層5-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-1-1;淀積材料可以是Au，Al等，淀積方式可以是蒸發(fā)，也可以是濺射，該金屬層作為微鏡鏡面，圖形化方法可以是干法刻蝕，也可以是濕法刻蝕，也可以采用剝離工藝。
[0091]8)如圖12所示，圖形化頂硅層5-3，或如圖13所示圖形化氧埋層5-2和頂硅層5-3，形成鏡面1-1和鏡框1-3，露出邊沿PAD2-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0092]該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成，也可依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
[0093]實施例3
本實施例是實施例1的制造方法，選擇圓片作為微鏡基底4。
[0094]如圖14?圖21所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，包括如下步驟:
1)如圖14所示，選擇圓片，作為微鏡陣列基底4;
2)如圖15所示，在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5;
3)如圖16所示，選擇圓片作為基底3;
4)如圖17所示，在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
5)如圖18所示，將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第二新圓片6;
6)如圖19所示，減薄第二新圓片6背面至設(shè)定厚度； 7)如圖20所示，在第二新圓片6的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-
1-1;
8)如圖21所示，圖形化第二新圓片6的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3，露出邊沿PAD2-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0095]該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成，也可依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
[0096]實施例4
本實施例與實施例1的區(qū)別在于，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的下部，鏡面1-1上部表面處于驅(qū)動臂1-2上方，驅(qū)動臂1-2不占據(jù)表面面積。該結(jié)構(gòu)布置使得芯片鏡面面積與整個芯片面積之比更大，即是芯片填充率更大。同時，驅(qū)動臂1-1與鏡面連接于腔體內(nèi)部，更容易得到保護。
[0097]如圖22、圖23所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，包括M X N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、布線層2和基底3，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元I包括鏡面1-1、驅(qū)動臂1-2、鏡框1-3、上層PAD1-4和器件層電引線1-5，布線層2包括下層PAD2-1、多層電引線
2-2和邊沿PAD2-3，驅(qū)動臂1-2通過器件層電引線1-5連接到上層PAD1-4，上層PAD1-4和下層PAD2-1鍵合在一起，下層PAD2-1通過多層電引線2-2連接到邊沿PAD2-3上，布線層2置于基底3上，鏡面1-1通過驅(qū)動臂1-2連接在鏡框1-3上，上層PAD1-4置于鏡框1-3的底面，所述多層電引線2-2包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂1-2位于鏡面1-1的下部。
[0098]實施例5
本實施例是實施例4的制造方法，選擇SOI圓片作為微鏡基底4。
[0099]如圖24?35所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟:
1)如圖24所示，選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底4，該SOI圓片包括底硅層4-1、氧埋層4-2和頂娃層4-3 ；
2)如圖25所示，在頂硅層4-3的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5;
3)如圖26所示，釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)。釋放的方式可以是DRIE各向同性刻蝕，XeF2刻蝕，濕法刻蝕，釋放后驅(qū)動臂1-1處于懸浮狀態(tài)，驅(qū)動臂一端連接鏡面下部，一端連接至襯底2上，且處于鏡面1-1下部，鏡面1-1目前沒有被釋放，與襯底2連接，釋放驅(qū)動臂1-1的優(yōu)選方法是DRIE各向同性刻蝕和XeF2刻蝕。
[0100]4)如圖27所示，選擇圓片作為基底3;
5)如圖28所示，在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
6)如圖29所示，將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第三新圓片7;
7 )如圖30所示，去除第三新圓片7的底硅層7-1，或如圖31所示，去除第三新圓片7的底娃層7_1和氧埋層7_2 ；
8)如圖32或圖33所示，在頂硅層7-3的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1_1_1;
9)如圖34所示，圖形化頂硅層7-3，或如圖35所示圖形化氧埋層7_2和頂硅層7_3，形成鏡面1-1和鏡框1-3，露出邊沿PAD2-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0101 ]該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成，也可依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
[0102]實施例6
本實施例是實施例4的制造方法，選擇圓片作為微鏡基底4。
[0103]如圖36?44所示，一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，包括如下步驟:
1)如圖36所示，選擇圓片，作為微鏡陣列基底4;
2)如圖37所示，在微鏡陣列基底4的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂1-2、上層PAD1-4和器件層電引線1-5;
3)如圖38所示，釋放驅(qū)動臂1-2，使驅(qū)動臂1-2處于懸浮狀態(tài)；
4)如圖39所示，選擇圓片作為基底3;
5)如圖40所示，在基底3表面淀積并圖形化形成布線層2;
6)如圖41所示，將基底3上的下層PAD2-1與微鏡陣列基底4的上層PAD1-4進行鍵合，形成第四新圓片8;
7)如圖42所示，減薄第四新圓片8背面至設(shè)定厚度；
8)如圖43所示，在第四新圓片8的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-1的反射層1-
1-1;
9)如圖44所示，圖形化第四新圓片8的正面，形成鏡面1-1和鏡框1-3，露出邊沿PAD2-3，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。
[0104]該驅(qū)動臂1-2中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成，也可依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
[0105]本專利中利用表面布線圓片與制作的驅(qū)動臂圓片進行鍵合，將陣列引線引至邊緣，解決了引線問題，避免利用TSV圓片進行鍵合，減少了工藝步驟，降低了成本。
[0106]本專利中利用表面布線圓片與制作的驅(qū)動臂圓片進行鍵合，背面采用DRIE釋放，驅(qū)動臂底部娃可完成被刻蝕，undercut量也能夠得到很好的控制。
[0107]本專利中利用表面布線圓片與制作的驅(qū)動臂圓片進行鍵合，引線至底部便于后續(xù)進行真空，氣密封裝。
【主權(quán)項】
1.一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于包括M X N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元(I)、布線層(2)和基底(3)，其中M、N為大于等于I的整數(shù)，熱驅(qū)動MEMS微鏡單元(I)包括鏡面(1-1)、驅(qū)動臂(1-2)、鏡框(1-3)、上層PAD(l-4)和器件層電引線(1-5)，布線層(2)包括下層PAD(2-1)、多層電引線(2-2)和邊沿PAD(2-3)，驅(qū)動臂(1-2)通過器件層電引線(1-5)連接到上層PAD(l-4)，上層PAD(l-4)和下層PAD(2-1)鍵合在一起，下層PAD(2-1)通過多層電引線(2-2)連接到邊沿PAD(2-3)上，布線層(2)置于基底(3)上，鏡面(1-1)通過驅(qū)動臂(1-2)連接在鏡框(1-3)上，上層PAD(l-4)置于鏡框(1-3)的底面，所述多層電引線(2-2)包括至少一層金屬層和至少一層絕緣層，驅(qū)動臂(1-2)位于鏡面(1-1)的側(cè)面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)位于鏡面(1-1)的下部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述鏡面(1-1)為正方形、長方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種，并由4組驅(qū)動臂(1-2)在所述鏡面(1-1)的4個邊支撐。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)包括至少兩層熱膨脹系數(shù)不同的材料，其中至少一層材料為加熱電阻材料層，該加熱電阻材料層與所述器件層電引線(1-5)電連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂(1-2)的每一層可以是連續(xù)的。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂(1-2)的每一層可以是不連續(xù)的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件，其特征在于所述M和N均等于I，即該器件為單鏡面微鏡芯片。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 1)選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底(4)，該SOI圓片包括底硅層(4-1)、氧埋層(4-2)和頂娃層(4-3)； 2)在頂硅層(4-3)的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂(1-2)、上層PAD(l-4)和器件層電引線 α-5); 3)選擇圓片作為基底(3); 4)在基底(3)表面淀積并圖形化形成布線層(2); 5)將基底(3)上的下層PAD(2-1)與微鏡陣列基底(4)的上層PAD(l-4)進行鍵合，形成第一新圓片(5); 6)去除第一新圓片(5)的底硅層(5-1)，或去除第一新圓片(5)的底硅層(5-1)和氧埋層(5-2)； 7)在頂硅層(5-3)的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面(1-1)的反射層(1-1-1); 8)圖形化頂硅層(5-3)，或圖形化氧埋層(5-2)和頂硅層(5-3)，形成鏡面(1-1)和鏡框(1-3),最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 1)選擇圓片，作為微鏡陣列基底(4); 2)在微鏡陣列基底(4)的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂(1-2)、上層PAD(l-4)和器件層電引線(1-5); 3)選擇圓片作為基底(3); 4)在基底(3)表面淀積并圖形化形成布線層(2); 5)將基底(3)上的下層PAD(2-1)與微鏡陣列基底(4)的上層PAD(l-4)進行鍵合，形成第二新圓片(6); 6)減薄第二新圓片(6)背面至設(shè)定厚度； 7)在第二新圓片(6)的正面淀積金屬層并圖形化形成鏡面(1-1)的反射層(1-1-1); 8)圖形化第二新圓片(6)的正面，形成鏡面(1-1)和鏡框(1-3)，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。14.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 1)選擇SOI圓片，作為微鏡陣列基底(4)，該SOI圓片包括底硅層(4-1)、氧埋層(4-2)和頂娃層(4-3)； 2)在頂硅層(4-3)的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂(1-2)、上層PAD(l-4)和器件層電引線 α-5); 3)釋放驅(qū)動臂(1-2)，使驅(qū)動臂(1-2)處于懸浮狀態(tài)； 4)選擇圓片作為基底(3); 5)在基底(3)表面淀積并圖形化形成布線層(2); 6)將基底(3)上的下層PAD(2-1)與微鏡陣列基底(4)的上層PAD(l-4)進行鍵合，形成第三新圓片(7); 7)去除第三新圓片(7)的底硅層(7-1)，或去除第三新圓片(7)的底硅層(7-1)和氧埋層(7-2)； 8)在頂硅層(7-3)的表面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面(1-1)的反射層(1-1-1); 9)圖形化頂硅層(7-3)，或圖形化氧埋層(7-2)和頂硅層(7-3)，形成鏡面(1-1)和鏡框(1-3),最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。17.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 1)選擇圓片，作為微鏡陣列基底(4); 2)在微鏡陣列基底(4)的表面淀積并圖形化形成驅(qū)動臂(1-2)、上層PAD(l-4)和器件層電引線(1-5); 3)釋放驅(qū)動臂(1-2)，使驅(qū)動臂(1-2)處于懸浮狀態(tài)； 4)選擇圓片作為基底(3); 5)在基底(3)表面淀積并圖形化形成布線層(2); 6)將基底(3)上的下層PAD(2-1)與微鏡陣列基底(4)的上層PAD(l-4)進行鍵合，形成第四新圓片(8); 7)減薄第四新圓片(8)背面至設(shè)定厚度； 8)在第四新圓片(8)的正面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面(1-1)的反射層(1-1-1); 9)圖形化第四新圓片(8)的正面，形成鏡面(1-1)和鏡框(1-3)，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-二氧化硅-鋁-二氧化硅構(gòu)成。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述一種熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件的制造方法，其特征在于所述驅(qū)動臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-鈦-銅-鈦-二氧化硅-鎢-二氧化硅構(gòu)成。
【文檔編號】B81B7/04GK106082107SQ201610400892
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】陳巧, 孫其梁, 丁金玲, 王偉, 謝會開
【申請人】無錫微奧科技有限公司