MEMS器件及其制备方法、MEMS微镜与流程

专利2025-11-03  2


本技术涉及半导体,特别是涉及一种mems器件及其制备方法及mems微镜。


背景技术:

1、mems微镜是一种mems器件,是一种基于微机电系统(micro electro mechanicalsystem,mems)技术制造而成的微小可驱动反射镜。它可以在驱动作用下对光束进行偏转、调制、开启闭合及相位控制。mems微镜具有重量轻,体积小,易于大批量生产,生产成本较低,光学、机械性能和功耗方面表现优异的特点,因此广泛应用于投影、显示、光通信、激光雷达等场景中。

2、随着对mems微镜的功能和性能的要求不断提升,对器件的可动结构的转动角度也提出了更高的要求。目前,本领域主要通过对可动结构背部执行额外的刻蚀工艺,减轻可动结构的重量,以实现更大的转动角度。且刻蚀后,会在可动结构的背部形成加强筋结构,在减轻可动结构的重量的同时,不牺牲器件刚性。

3、为了实现更高性能要求,在加工过程中,通常通过减薄晶圆厚度来减小加强筋结构的厚度,以进一步减轻可动结构的重量,但极薄晶圆在加工过程中极难处理,容易碎裂,很难实现量产。目前,本领域通过仅减薄位于可动结构区域的晶圆的厚度,使得加强筋结构的厚度减小,而晶圆整体的厚度不变,在保障器件的机械强度的同时,实现了更好的性能。但是,在工艺制程上仍有许多问题需要克服,产品的可靠性以及良率仍然有待提高。


技术实现思路

1、有鉴于此,本技术实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种mems器件及其制备方法、mems微镜。

2、第一方面,本技术实施例提供了一种mems器件的制备方法,包括:

3、提供衬底,所述衬底包括彼此相对的第一表面和第二表面,所述衬底包括从所述第一表面至所述第二表面的方向依次层叠的第一半导体材料层、第一介质层、第二半导体材料层、第二介质层、以及第三半导体材料层,所述第一介质层包括掩膜部,所述掩膜部包括掩膜区和非掩膜区;

4、在所述第二表面侧形成器件结构层,所述器件结构层的至少部分用于形成可动结构;

5、在所述第一表面侧对所述第一半导体材料层进行刻蚀,以形成暴露所述第一介质层的所述掩膜部的第一凹槽;

6、以所述第一介质层的位于所述掩膜区的部分为掩膜,通过所述第一凹槽进行刻蚀,以在所述第二半导体材料层中形成暴露所述第二介质层的多个第二凹槽,所述第二半导体材料层的位于相邻两所述第二凹槽之间的部分被保留以形成加强筋结构,在垂直于所述第一表面和所述第二表面的方向上,所述加强筋结构位于所述可动结构的投影范围内。

7、结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述提供衬底包括:

8、提供所述第一半导体材料层;

9、在所述第一半导体材料层上形成所述第一介质层;

10、对所述第一介质层的所述掩膜部执行图案化工艺,去除所述第一介质层的位于所述非掩膜区的部分,保留所述第一介质层的位于所述掩膜区的部分;

11、在执行图案化工艺后的所述第一介质层上设置所述第二半导体材料层。

12、结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,形成所述第一凹槽和形成所述第二凹槽在同一刻蚀工序中先后实现。

13、结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述加强筋结构的第一端的面积小于所述加强筋结构的第二端的面积,所述第一端为所述加强筋结构的远离所述第二介质层的一端,所述第二端为所述加强筋结构的靠近所述第二介质层的一端。

14、结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述加强筋结构的侧壁与所述第二端的夹角的范围为50°至60°,所述侧壁连接所述第一端和所述第二端。

15、结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,形成所述第二凹槽的工艺包括湿法刻蚀工艺。

16、第二方面,本技术实施例提供了一种mems器件,采用如第一方面任意一项所述的mems器件的制备方法制备得到。

17、第三方面,本技术实施例提供了一种mems微镜,包括:

18、衬底,包括彼此相对的第一表面和第二表面,所述衬底包括从所述第一表面至所述第二表面的方向依次层叠的第一半导体材料层、第一介质层、第二半导体材料层、第二介质层、以及第三半导体材料层;

19、镜面和线圈,位于所述第一表面侧;

20、第一凹槽,位于所述第一半导体材料层中且贯穿所述第一半导体材料层;

21、多个第二凹槽,位于所述第二半导体材料层中且贯穿所述第二半导体材料层,所述第二凹槽与所述第一凹槽连通;

22、所述第二半导体材料层的位于相邻两所述第二凹槽之间的部分被保留以形成加强筋结构,在垂直于所述第一表面和所述第二表面的方向上,所述加强筋结构位于所述镜面和所述线圈的投影范围内;其中,所述第一介质层覆盖所述加强筋结构的第一端,所述第一端为所述加强筋结构的远离所述第二介质层的一端。

23、第四方面,本技术实施例提供了一种mems微镜,包括:

24、衬底,包括彼此相对的第一表面和第二表面,所述衬底包括从所述第一表面至所述第二表面的方向依次层叠的第一半导体材料层、第一介质层、第二半导体材料层、第二介质层、以及第三半导体材料层;

25、镜面和线圈,位于所述第一表面侧;

26、第一凹槽,位于所述第一半导体材料层中且贯穿所述第一半导体材料层;

27、多个第二凹槽,位于所述第二半导体材料层中且贯穿所述第二半导体材料层,所述第二凹槽与所述第一凹槽连通;

28、所述第二半导体材料层的位于相邻两所述第二凹槽之间的部分被保留以形成加强筋结构,在垂直于所述第一表面和所述第二表面的方向上,所述加强筋结构位于所述镜面和所述线圈的投影范围内;

29、其中,所述加强筋结构的第一端的面积小于所述加强筋结构的第二端的面积,所述第一端为所述加强筋结构的远离所述第二介质层的一端,所述第二端为所述加强筋结构的靠近所述第二介质层的一端。

30、结合本技术的第四方面,在一可选实施方式中,所述加强筋结构的侧壁与所述第二端的夹角的范围为50°至60°,所述侧壁连接所述第一端和所述第二端。

31、本技术实施例所提供的mems器件的制备方法及采用该方法制备得到的mems器件,通过第二半导体材料层的厚度来定义加强筋结构的厚度,相比于通过刻蚀工艺来形成具有一定厚度的加强筋结构,降低了刻蚀工艺的精确度和稳定性对加强筋结构厚度的均匀性的影响,使得加强筋结构厚度的均匀性更好,有利于提高产品稳定性和良率;通过第二半导体材料层的厚度来定义加强筋结构的厚度,而衬底中未形成第一凹槽的部分可以作为支撑结构,从而可以实现既满足器件的可动结构所在的部分厚度较小,又保证器件的刚性需求,降低碎裂的风险;在形成第一凹槽时,第一介质层可以作为刻蚀停止层,降低工艺难度;在形成第二凹槽时,第一介质层的位于掩膜区的部分作为掩膜,不需要在形成第一凹槽后执行对掩膜层进行图案化的步骤,降低了工艺难度,节省了工艺流程;并且,在形成可动结构时,衬底中的第一半导体材料层、第一介质层、第二半导体材料层、第二介质层、以及第三半导体材料层可以为可动结构提供很好的机械支撑,避免先形成加强筋结构后形成器件结构层造成的支撑强度差、器件容易碎裂的风险,进一步提高了产品的良率。

32、本技术实施例提供的mems微镜,加强筋结构为第二半导体材料层的位于相邻两第二凹槽之间的部分,通过第二半导体材料层的厚度来定义加强筋结构的厚度,并且第一介质层覆盖加强筋结构的第一端,保障了加强筋结构厚度的均匀性,有利于提高产品稳定性和良率。

33、本技术实施例提供的mems微镜,加强筋结构为第二半导体材料层的位于相邻两第二凹槽之间的部分,通过第二半导体材料层的厚度来定义加强筋结构的厚度,使得加强筋结构厚度的均匀性更好,有利于提高产品稳定性和良率;加强筋结构的第一端的面积小于加强筋结构的第二端的面积,在保障加强筋结构强度的同时,减小加强筋结构的重量,提升了器件的抗冲击性。

34、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本技术的实践了解到。


技术特征:

1.一种mems器件的制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的mems器件的制备方法,其特征在于,所述提供衬底包括:

3.根据权利要求2所述的mems器件的制备方法,其特征在于,形成所述第一凹槽和形成所述第二凹槽在同一刻蚀工序中先后实现。

4.根据权利要求1所述的mems器件的制备方法,其特征在于,所述加强筋结构的第一端的面积小于所述加强筋结构的第二端的面积,所述第一端为所述加强筋结构的远离所述第二介质层的一端,所述第二端为所述加强筋结构的靠近所述第二介质层的一端。

5.根据权利要求4所述的mems器件的制备方法,其特征在于,所述加强筋结构的侧壁与所述第二端的夹角的范围为50°至60°,所述侧壁连接所述第一端和所述第二端。

6.根据权利要求4或5所述的mems器件的制备方法,其特征在于,形成所述第二凹槽的工艺包括湿法刻蚀工艺。

7.一种mems器件,其特征在于,采用如权利要求1至6任意一项所述的mems器件的制备方法制备得到。

8.一种mems微镜,其特征在于,包括:

9.一种mems微镜,其特征在于,包括:

10.根据权利要求9所述的mems微镜,其特征在于,所述加强筋结构的侧壁与所述第二端的夹角的范围为50°至60°,所述侧壁连接所述第一端和所述第二端。


技术总结
本申请实施例涉及一种MEMS器件及其制备方法、MEMS微镜,其中MEMS器件的制备方法包括:提供衬底,衬底包括彼此相对的第一表面和第二表面,衬底包括从第一表面至第二表面的方向依次层叠的第一半导体材料层、第一介质层、第二半导体材料层、第二介质层、以及第三半导体材料层,第一介质层包括掩膜部,掩膜部包括掩膜区和非掩膜区;在第二表面侧形成器件结构层,器件结构层的至少部分用于形成可动结构;在第一表面侧对第一半导体材料层进行刻蚀,以形成暴露第一介质层的掩膜部的第一凹槽;以第一介质层的位于掩膜区的部分为掩膜,通过第一凹槽进行刻蚀,以在第二半导体材料层中形成暴露第二介质层的多个第二凹槽,第二半导体材料层的位于相邻两第二凹槽之间的部分被保留以形成加强筋结构,在垂直于第一表面和第二表面的方向上,加强筋结构位于可动结构的投影范围内。由此,使得加强筋结构厚度的均匀性更好。

技术研发人员:王俊力,谢红梅,闾新明
受保护的技术使用者:芯联集成电路制造股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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