MEMS器件及其制造方法、电子装置与流程

mems器件及其制造方法、电子装置
技术领域
1.本技术涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种mems器件及其制造方法、电子装置。


背景技术：

2.mems振镜是一种mems器件，其是一种基于微机电系统(micro-electro-mechanical system，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振镜具有重量轻，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。
3.随着对mems振镜的功能和性能进行提升的要求，mems振镜的结构设计也越来越复杂，为增大mems振镜的转角，将mems振镜设计成上梳齿和下梳齿相互交错的结构来增大扭矩。由于对一个衬底采用两次的深反应离子刻蚀(deep reactive ion etching，简称drie)工艺，形成上下交错的梳齿，而第二次刻蚀时刻蚀形成的聚合物残留更多的积累在梳齿表面，阻碍了对梳齿的刻蚀，从而容易导致硅草的产生并且在mems振镜工作的过程中，这种硅草会损伤梳齿，造成短路，进而降低mems振镜的性能和可靠性，减短mems振镜的使用寿命。
4.因此，有必要提出一种新的mems器件及其制造方法、电子装置，以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本技术的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.针对目前存在的问题，本技术提供一种mems器件的制造方法，包括：
7.提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括第一区域和位于所述第一区域外侧的第二区域，所述第二衬底包括第三区域和位于所述第三区域外侧的第四区域；
8.刻蚀所述第一衬底以在所述第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿；
9.刻蚀所述第二衬底以在所述第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿；
10.执行键合工艺，以使所述第一衬底形成有所述第一梳齿的一面和所述第二衬底形成有所述第二梳齿的一面相接合构成器件基底，并且多个所述第一梳齿与多个所述第二梳齿彼此交错设置。
11.示例性地，多个所述第一梳齿与多个所述第二梳齿彼此交错嵌套设置，其中，所述第一梳齿的一端部突凸出于所述第一衬底的所述第二区域的表面，和/或，所述第二梳齿的一端部突凸出于所述第二衬底的所述第四区域的表面。
12.示例性地，所述第一衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述刻蚀所述第一衬底以在所述第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿，包括：
13.先刻蚀所述第二区域内的所述器件层以去除第一预定厚度的所述器件层，再刻蚀所述第一区域内的所述器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第一梳齿；或者
14.先刻蚀所述第一区域内的所述器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第一梳齿，再刻蚀所述第二区域内的所述器件层以去除第一预定厚度的所述器件层。
15.示例性地，所述第二衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述刻蚀所述第二衬底的所述第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿，包括：
16.先刻蚀所述第四区域内的所述器件层以去除第二预定厚度的所述器件层，再刻蚀所述第三区域内的器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第二梳齿结构，或者
17.先刻蚀所述第三区域内的器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第二梳齿结构，再刻蚀所述第四区域内的所述器件层以去除第二预定厚度的所述器件层。
18.示例性地，所述第一预定厚度的范围在0.5μm-2μm。
19.示例性地，所述第二预定厚度的范围在0.5μm-2μm。
20.示例性地，所述执行键合工艺，以使所述第一衬底形成有所述第一梳齿的一面和所述第二衬底形成有所述第二梳齿的一面相接合形成器件基底之后，所述方法还包括：
21.对所述第一衬底进行减薄；和/或，对所述第二衬底进行减薄。
22.示例性地，所述第一衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述第二衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，其中，对所述第一衬底进行减薄，包括：对所述第一衬底进行减薄，以去除所述第一衬底的基底层露出所述第一衬底的绝缘层；和/或，对所述第二衬底进行减薄，包括：对所述第二衬底进行减薄，以去除所述第二衬底的基底层露出所述第二衬底的绝缘层。
23.示例性地，在所述减薄的步骤之后，所述方法还包括：
24.对露出的所述绝缘层进行图案化，以在所述绝缘层中定义出焊盘图案开口和镜面图案开口；
25.在所述焊盘图案开口中形成焊盘，以及在所述镜面图案开口中形成镜面；
26.去除露出的所述绝缘层，以使所述第一梳齿或所述第二梳齿形成可动梳齿。
27.示例性地，在形成所述可动梳齿之后，所述方法还包括：
28.自背离所述镜面的一侧刻蚀所述器件基底形成第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体和所述镜面位置对应，以使所述镜面能够在所述第一腔体中活动，所述第二腔体露出所述第一梳齿和所述第二梳齿。
29.本技术还提供一种mems器件，所述mems器件根据上述任一项mems器件的制造方法制备获得。
30.本技术还提供一种电子装置，所述电子装置包括上述的mems器件。
31.根据本技术提供的mems器件的制造方法，通过将第一梳齿和第二梳齿分别形成在第一衬底和第二衬底上，然后采用键合工艺形成第一梳齿与第二梳齿交错的结构，以制造mems器件，由于分别在第一衬底和第二衬底上只进行一次刻蚀而形成梳齿，避免了针对一个衬底进行多次刻蚀形成梳齿所导致的聚合物残留积累在梳齿表面的问题，从而避免了聚合物残留对梳齿的刻蚀的阻碍，进而有效减少了硅草的产生，可以使该mems器件能够实现大转角转动的同时，提高了mems器件的可靠性、性能和使用寿命。
附图说明
32.本技术的下列附图在此作为本技术的一部分用于理解本技术。附图中示出了本技术的实施例及其描述，用来解释本技术的原理。
33.附图中：
34.图1a至图1c示出了根据相关技术的mems振镜的制造方法依次实施所获得的器件的截面示意图；
35.图1d示出了根据相关技术的mems振镜制造过程中产生的硅草的示意图；
36.图2示出了根据本技术一实施例的mems器件的制造方法的示意性流程图；
37.图3a至图3l示出了根据本技术一实施例的mems器件的制造方法依次实施所获得的器件的截面示意图。
具体实施方式
38.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
39.应当理解的是，本技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
40.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
41.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的振镜的不同取向。例如，如果附图中的振镜翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。振镜可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
42.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、
元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
43.目前，根据相关技术制造mems振镜的方法包括，通过在同一衬底的同一表面上分别刻蚀出上梳齿和下梳齿来实现上梳齿和下梳齿相互交错的结构，上述刻蚀步骤会采用dire刻蚀工艺，然而drie刻蚀过程中，会产生一种不希望出现的副产品——硅草(如图1d所示)，它们会影响器件的性能和可靠性。下面结合图1a、图1b和图1c描述根据相关技术的mems振镜的制造方法，其中，图1a至图1c根据相关技术的mems振镜的制造方法依次实施所获得的器件的截面示意图。
44.首先，提供衬底，该衬底包括器件层110，埋氧层120和基底层130，其中，器件层110朝向埋氧层120的一侧形成有多个凹槽。采用等离子刻蚀(rie)工艺刻蚀器件层110表面上的二氧化硅(sio2)，以形成图案化的硬掩膜层101，该图案化的硬掩膜层101定义相邻梳齿间的间隙，并且定义镜面结构周围的间隔区域，如图1a所示。接着，以图案化的硬掩膜层101为掩膜，采用drie工艺刻蚀器件层110至埋氧层120，以形成上梳齿111，并形成相邻梳齿之间的间隙和镜面结构周围的间隔区域，其中，上梳齿111悬置于埋氧层120上方，如图1b所示。接着，采用drie工艺刻蚀与埋氧层120连接的梳齿，以减小该梳齿的高度，形成下梳齿112。
45.具体地，drie(deep reactive ion etching)刻蚀，即深反应离子刻蚀，是一种利用等离子体产生的高能离子和自由基来刻蚀硅的工艺，它可以实现高深宽比、高刻蚀速率和高掩膜选择比的要求。drie刻蚀工艺的一种常用工艺是bosch工艺，它是一种循环的刻蚀过程，每个循环包括两个步骤：沉积和刻蚀。在沉积步骤中，使用含氟的气体(如c4f8)在刻蚀区域的侧壁和底部沉积一层保护膜，防止侧壁被刻蚀。在刻蚀步骤中，使用含硫的气体(如sf6)来刻蚀硅，同时去除底部的保护膜，使刻蚀区域向下延伸。这样，通过反复的沉积和刻蚀循环，可以形成深度和宽度的比例高达100:1的沟槽或通孔，而在mems振镜的制备过程中，由于对一个衬底采用两次的drie刻蚀工艺，形成上下交错的梳齿，而第二次刻蚀时刻蚀形成的聚合物残留更多的积累在梳齿表面，阻碍了对梳齿的刻蚀，从而容易导致硅草的产生。
46.具体地，硅草的产生是由于在刻蚀步骤中，碳氟化合物的流量过高，导致保护膜的沉积速率大于去除速率，使得保护膜在刻蚀区域的底部堆积。这些保护膜的堆积物会形成碳团簇，作为纳米掩膜，阻碍硅的刻蚀，从而在硅表面形成纳米级的突起，即硅草。硅草的形成也受到其他刻蚀参数的影响，如功率、温度和时间。硅草会导致器件表面的粗糙度增加，从而增加摩擦、磨损和应力。硅草也会降低器件的刻蚀速率和均匀性，从而影响器件的尺寸精度和一致性，进而影响器件的性能。
47.为了解决相关技术中存在的问题，本技术提出一种mems器件的制造方法，下面结合图2和图3a至图3l描述根据本技术提供的mems器件的制造方法，其中，图2示出了根据本技术一实施例的mems器件的制造方法的示意性流程图；图3a至图3l示出了根据本技术一实施例的mems器件的制造方法依次实施所获得的器件的截面示意图。
48.在一个实施例中，如图2所示，本技术提供的mems器件的制造方法，包括以下步骤：
49.步骤s1：提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括第一区域和位于所述第一区域外侧的第二区域，所述第二衬底包括第三区域和位于所述第三区域外侧的第四区域；。
50.具体地，如图3a和图3b所示，提供第一衬底310和第二衬底320，第一衬底310包括第一区域和位于第一区域外侧的第二区域，其中，位于第一区域的第一衬底310可以用于形成第一梳齿，而第二区域则可以用于后续的键合，第二衬底320包括第三区域和位于所述第三区域外侧的第四区域，位于第三区域的第二衬底320部分可以用于形成第二梳齿。
51.在一个实施例中，第一衬底310和第二衬底320可以是以下所提到的材料中的至少一种：si、ge、sige、sic、sigec、inas、gaas、inp或者其它iii/v化合物半导体，或者第一衬底310和第二衬底320还可以为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)或绝缘体上锗(geoi)等。
52.在一个具体示例中，如图3a所示，第一衬底310和第二衬底320均为soi衬底，如图3a所示，第一衬底310包括依次层叠的器件层3101、绝缘层3102和基底层3103，其中，绝缘层3102设置在器件层3101和基底层3103之间。如图3b所示，第二衬底320包括依次层叠的器件层3201、绝缘层3202和基底层3203，其中，绝缘层3202设置在器件层3201和基底层3203之间。
53.值得一提的是，第一衬底310和第二衬底320可以一者为soi衬底另一者为其他类型的衬底。
54.进一步，本技术的方法还包括步骤s2：刻蚀所述第一衬底以在所述第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿。
55.可以采用任意适合的深硅刻蚀工艺刻蚀第一衬底形成第一梳齿，在一个示例中，可以先如图3a所示，先刻蚀第二区域内的器件层3101以去除第一预定厚度的器件层3101，再如图3c所示，再刻蚀第一区域内的器件层3101停止于绝缘层3102，以形成多个第一梳齿311。或者，在其他示例中，也可以先刻蚀第一区域内的器件层301停止于绝缘层3102，以形成多个第一梳齿311，再刻蚀第二区域内的器件层3101以去除第一预定厚度的器件层3101，通过该刻蚀可以使得第一梳齿311的一端部凸出于第一衬底的第二区域的表面；在其他一些示例中，也可以不对第二区域进行刻蚀，即第一梳齿311的一端部与第一衬底的第二区域的表面齐平。
56.可以采用任意适合的深硅刻蚀工艺刻蚀第一区域内的器件层3101停止于绝缘层3102，以形成多个第一梳齿311，例如可以在第一区域内的器件层3101上形成定义有第一梳齿311的形状和位置的图案化的掩膜层，以该图案化的掩膜层为掩膜刻蚀器件层3101停止于绝缘层3102，以形成多个第一梳齿311。
57.可选地，所述第一预定厚度的范围在0.5μm-2μm，例如0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm、1.4μm，或者还可以是其他适合的尺寸，该尺寸取决于第一梳齿和预定形成的第二梳齿预定要交错嵌套的尺寸。
58.刻蚀形成的多个第一梳齿311的至少一部分低于第一衬底310的位于第二区域的表面，例如第一梳齿311包括第一端部和与第一端部相对的第二端部，其中，第一端部连接第一衬底310，第二端部凸出于第一衬底310的位于第二区域的表面。其中，每个第一梳齿311沿第一方向延伸预定高度，而多个第一梳齿311沿第二方向间隔设置，其中，第一方向垂直于第一衬底310的表面，第二方向与第一衬底310的表面平行，可选地，相邻的两个第一梳齿311之间的间隙的范围在4μm-6μm之间。
59.在一些实施例中，如图3a和图3c所示，还可以对第一衬底310的第二区域内的部分
器件层3101进行刻蚀，以定义出后续形成的反射镜的部分结构(也即用于支撑镜面层的支撑结构312)。该支撑结构312的形成可以分多步进行，且可以和第一梳齿的形成步骤交叉进行，或者部分步骤可以和第一梳齿311的形成同时进行，例如，可以首先如图3a所示，在刻蚀第二区域内的器件层3101以去除第一预定厚度的器件层3101之后，对器件层3101预定形成反射镜的区域进行刻蚀，以形成反射镜的支撑结构的背离镜面一侧的表面的形状，然后，如图3c所示，还可以在刻蚀形成第一梳齿的同时，刻蚀反射镜的支撑结构312外侧的器件层3101，以形成位于支撑结构312外侧的间隔，其中，形成间隔的刻蚀可以不使用dire刻蚀工艺。
60.步骤s3：刻蚀所述第二衬底以在所述第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿。
61.示例性地，多个所述第二梳齿至少部分地嵌于所述第二衬底内，其中，所述第一梳齿的一端部凸出于所述第一衬底的所述第二区域的表面，和/或，所述第二梳齿的一端部凸出于所述第二衬底的所述第四区域的表面。通过使得第一梳齿和/或第二梳齿中的任意一个突出设置，可以使得后续键合后，第一梳齿和第二梳齿能够交错嵌套设置。值得一提的是，还可以只使得第一梳齿和第二梳齿交错而不嵌套，此时，第一梳齿的一端部可以和第一衬底的所述第二区域的表面齐平或者第一梳齿的端部可以低于第一衬底的所述第二区域的表面，第二梳齿的一端部可以和第二衬底的所述第四区域的表面齐平或者第二梳齿的端部可以低于第二衬底的所述第四区域的表面。
62.可以采用任意适合的方法刻蚀第二衬底形成第二梳齿，在一个示例中，可以先如图3b所示，先刻蚀第四区域内的器件层3201以去除第二预定厚度的器件层3201，再如图3d所示，再刻蚀第三区域内的器件层3201停止于绝缘层3202，以形成多个第二梳齿322，其中，相邻的两个第二梳齿322之间的间隙的范围在4μm-6μm之间。或者，在他示例中，也可以先刻蚀第三区域内的器件层3201停止于绝缘层3202，以形成多个第二梳齿322，再刻蚀第四区域内的器件层3201以去除第二预定厚度的器件层3201，通过该刻蚀可以使得第二梳齿322的一端部凸出于第二衬底的第四区域的表面；在其他一些示例中，也可以不对第四区域进行刻蚀，即第二梳齿322的一端部与第二衬底的第四区域的表面齐平。
63.可以采用任意适合的刻蚀方法刻蚀第三区域内的器件层3201停止于绝缘层3202，以形成多个第二梳齿322，例如可以在第三区域内的器件层3201上形成定义有第二梳齿322的形状和位置的图案化的掩膜层，以该图案化的掩膜层为掩膜刻蚀器件层3201停止于绝缘层3202，以形成多个第二梳齿322。
64.可选地，所述第二预定厚度的范围在0.5μm-2μm，例如0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm、1.4μm，或者还可以是其他适合的尺寸，该尺寸取决于第一梳齿和预定形成的第二梳齿预定要交错嵌套的尺寸。其中，第一预定厚度和第二预定厚度可以相同或者也可以不同。
65.刻蚀形成的多个第二梳齿322的至少一部分低于第二衬底320的位于第四区域的表面，例如第二梳齿322包括第三端部和与第三端部相对的第四端部，其中，第三端部连接第二衬底320，第四端部相对第二衬底320的位于第四区域的表面更凸出。其中，每个第二梳齿322沿第一方向延伸预定高度，而多个第二梳齿322沿第二方向间隔设置，其中，第一方向垂直于第二衬底320的表面，第二方向与第二衬底320的表面平行。
66.值得注意的是，本技术图示的实施例中，以第一梳齿311相对其外侧的第一衬底310的表面更凸出以及第二梳齿322相对其外侧的第二衬底320的表面更凸出，但可以理解
的是也可以使两者中的一者凸出设置，也能够实现第一梳齿311和第二梳齿322交错嵌套。
67.继续如图3b和图3c所示，本技术的方法还包括：对第二衬底320的器件层3201预定和反射镜相对应的区域进行刻蚀，以形成空腔3204，可选地，刻蚀形成空腔3204的步骤可以在刻蚀第四区域内的器件层3201以去除第二预定厚度的器件层3201的步骤之后进行，或者也可以在之前进行。
68.步骤s4：执行键合工艺，以使所述第一衬底形成有所述第一梳齿的一面和所述第二衬底形成有所述第二梳齿的一面相接合构成器件基底，并且多个所述第一梳齿与多个所述第二梳齿彼此交错设置。
69.在一个具体示例中，如图3e所示，执行键合工艺，以使第一衬底310形成有所述第一梳齿311的一面和第二衬底320形成有第二梳齿322的一面相接合构成器件基底300，并且多个第一梳齿311与多个第二梳齿322彼此交错嵌套设置；彼此交错嵌套设置是指第一梳齿311和第二梳齿322沿与器件基底300的表面平行的方向交错排布，并且第一梳齿311伸入相邻的第二梳齿322之间的空隙及第二梳齿322伸入相邻的第一梳齿311之间的空隙，如图3f所示；其中，第一衬底310形成有第一梳齿311的一面和第二衬底320形成有第二梳齿322的一面相接合，例如第一衬底310位于第二区域的表面与第二衬底320位于第四区域的表面相键合。
70.mems器件制造中会采用多种键合工艺，根据不同的材料和结构，可以选择合适的键合方式。一般来说，常用的键合工艺有硅硅键合和具有导电性的胶粘剂键合。硅硅键合是一种将两个表面平整洁净的硅片在一定条件下通过表面的化学键互相连接起来的技术。硅硅键合往往与表面硅加工和体硅加工相结合，用在mems的加工工艺中。具有导电性的胶粘剂键合是利用具有导电性的胶粘剂作为中间介质层，通过低温低压使两片晶圆连接在一起，这种键合工艺适用于异质材料的连接，具有温度低、成本低、操作简单等优点。示例地，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的键合工艺，本技术对此不做限定，以将第一衬底310和第二衬底320键合，并使第一衬底310和第二衬底320组成如图3f所示的一体结构的器件基底300。
71.在一个实施例中，在将第一衬底310的第一表面与第二衬底320的第一表面键合之前，将第一衬底310与第二衬底320对准，如图3e所示，使第一梳齿311对准相邻的第二梳齿322的空隙，使第二梳齿322对准相邻的第一梳齿311的空隙。
72.mems器件制造中的对准一般可以采用光学对准，利用晶圆上的标记或图案进行对齐。
73.在本技术中通过分别刻蚀第一衬底和第二衬底形成第一梳齿311和第二梳齿322，再将第一衬底和第二衬底结合为一体，由于分别在第一衬底和第二衬底上只进行一次刻蚀而形成梳齿，没有因二次刻蚀形成的聚合物残留积累在梳齿表面，避免了聚合物残留对梳齿的刻蚀的阻碍，从而不容易导致硅草的产生，从而提高了器件的性能和可靠性。
74.进一步，为了实现制备mems器件，本技术的制造方法还包括以下步骤：对第一衬底310进行减薄；和/或，对第二衬底320进行减薄，具体减薄第一衬底310还是减薄第二衬底320可以根据实际情况合理设定，或者，还可以对第一衬底310和第二衬底320均进行减薄。
75.在一个具体示例中，如图3g所示，对第一衬底310进行减薄，以去除第一衬底310的基底层3103露出第一衬底310的绝缘层3102。可以采用任意适合的方法进行对衬底进行减
薄，例如采用机械研磨、化学机械研磨或者刻蚀工艺中的一种多种来实现。示例地，可以采用化学机械研磨工艺和湿法刻蚀工艺将第一衬底310减薄至预定厚度，其中，执行机械研磨工艺，使第一衬底310还保留有埋氧层3102和部分基底层3103，执行湿法刻蚀工艺，使第一衬底310去除基底层3103并暴露绝缘层3102，获得如图3g所示的结构。
76.进一步，减薄之后，本技术的方法还包括以下步骤：对露出的所述绝缘层进行图案化，以在所述绝缘层中定义出焊盘图案开口和镜面图案开口；在所述焊盘图案开口中形成焊盘，以及在所述镜面图案开口中形成镜面；去除露出的所述绝缘层，以使所述第一梳齿或所述第二梳齿形成可动梳齿。
77.在一个具体示例中，在对第一衬底310进行减薄之后，如图3h至图3j所示，对露出的第一衬底310的绝缘层3102进行图案化，以在绝缘层3102中定义出焊盘图案开口和镜面图案开口，再在焊盘图案开口中形成焊盘330，以及在镜面图案开口中形成镜面340，其中，可以先形成焊盘330再形成镜面340，或者还可以先形成镜面340再形成焊盘330，或者还可以同时进行。其中，镜面和焊盘形成在第一梳齿311的外侧的第一衬底310上。可选地，焊盘的数量可以为一个或者多个，其中，焊盘可以用于使第一梳齿和第二梳齿和外部电路电连接。
78.镜面可以是通过金属(例如金、银或铝等金属材料中的一种或多种)形成的反射镜面。在一个实施例中，可以通过任意适合的方法形成镜面，例如在所述第一衬底的绝缘层3102上沉积镜面材料层，再对镜面材料层执行平坦化工艺例如化学机械研磨工艺，以形成镜面340，还可以同时形成焊盘。
79.在一个示例中，以第一梳齿311用作可动梳齿为例，为了实现第一梳齿311的可动，则需要去除露出的第一衬底310的绝缘层3102，以使第一梳齿311形成可动梳齿。第一梳齿可以沿第一梳齿排列方向(即图3j中的x-x方向)的轴线转动，并且第一梳齿可以和镜面340连接，从而能够驱动镜面340扭转。可以采用任意适合的方法去除绝缘层3102，例如氢氟酸蒸气刻蚀或湿法刻蚀工艺等去除露出的绝缘层3102。其中，以氢氟酸蒸气刻蚀去除绝缘层为例，氢氟酸蒸气刻蚀工艺是一种利用氢氟酸蒸气对硅片进行蚀刻的工艺，可以有效避免粘附问题，提高mems性能。该工艺的基本原理是：将器件基底300放置在一个密闭的反应室内，通过加热产生氢氟酸蒸气。氢氟酸蒸气与衬底表面的例如二氧化硅的绝缘层3102反应，生成水和六氟硅酸。六氟硅酸与器件基底300表面的硅反应，生成水和四氟化硅。四氟化硅是一种挥发性的气体，可以从反应室内排出，实现对绝缘层3102的蚀刻。
80.进一步，为了增加镜面的活动空间，在形成所述可动梳齿之后，本技术的方法还包括：如图3k和图3l所示，自背离镜面340的一侧刻蚀器件基底300形成第一腔体361和第二腔体362，其中，第一腔体361和镜面340位置对应，以使具有镜面340的反射镜能够在所述第一腔体361中活动，第二腔体362露出第一梳齿311和第二梳齿322，从而增加梳齿的活动空间。其中，第一腔体361和第二腔体362可以同时形成或者也可以先后形成。
81.可选地，第一腔体361的形成可以通过一步或者多部刻蚀形成，例如，可以先和第二腔体362同步形成，例如可以先刻蚀第二衬底320的基底层3203，直到露出绝缘层3202，再刻蚀去除露出的绝缘层3202，例如通过氢氟酸蒸气刻蚀或湿法刻蚀工艺等去除绝缘层3202，此时形成了第二腔体362，第二腔体362和前序步骤中形成的空腔3204连通，并且自反射镜的外侧形成有间隔，因此，使得反射镜能够在空腔3204和第二腔体362组成的空间内活
动。
82.值得一提的是，本技术中主要以mems振镜为例对本技术的方法进行描述，但是可以理解的是，其他需要形成交错的梳齿结构的mems器件也可以适用本技术的方法，上述方法仅作为示例，并没有严格的先后顺序限定，在不矛盾的前提下，还可以交替进行或者调换顺序进行。
83.至此完成了本技术的方法的一些步骤的描述，对于形成完整的器件还可能包括其他步骤，在此不再赘述。
84.本技术提供的mems器件的制造方法具有以下有益效果：通过将第一梳齿和第二梳齿分别形成在第一衬底和第二衬底上，然后采用键合工艺形成第一梳齿与第二梳齿交错的结构，以制造mems器件，由于分别在第一衬底和第二衬底上只进行一次刻蚀而形成梳齿，避免了针对一个衬底进行多次刻蚀形成梳齿所导致的聚合物残留积累在梳齿表面的问题，从而避免了聚合物残留对梳齿的刻蚀的阻碍，进而有效减少了硅草的产生，可以使该mems器件能够实现大转角转动的同时，提高了mems器件的可靠性、性能和使用寿命。
85.本技术还提供一种mems器件，该mems器件可以由上述mems器件的制造方法制造而成。下面结合图3l对本技术实施例中提供的mems器件做进一步的说明。
86.在一个实施例中，如图3l所示，mems振镜400包括第一衬底310和第二衬底320，多个间隔设置于第一衬底310的第一梳齿311，多个间隔设置于第二衬底320的第二梳齿322，设置于第一衬底310的第二表面的镜面和焊盘，设置于第二衬底320的第二表面一侧的第一腔体361和第二腔体362；其中，第一衬底310的第一表面和第二衬底320的第一表面相互键合，第一梳齿311与第二梳齿322形成相互交错的结构。示例性地，第一梳齿311伸入相邻的第二梳齿322之间的空隙，第二梳齿322伸入相邻的第一梳齿311之间的空隙，也即第一梳齿311和第二梳齿322交错排列且嵌套。可选地，多个第一梳齿311可以具有大体相同的高度，该高度也即是指在与第一衬底的表面垂直的方向上的尺寸，或者，在一些实施例中，在多个第一梳齿311的排列方向上，第一梳齿的尺寸可以大体相同或者不同，或者部分相同，部分不同。
87.可选地，多个第二梳齿322可以具有大体相同的高度，该高度也即是指在与第二衬底320的表面垂直的方向上的尺寸，或者，在一些实施例中，在多个第二梳齿322的排列方向上，第二梳齿322的尺寸可以大体相同或者不同，或者部分相同，部分不同。
88.在一些实施例中，第一衬底310的第一表面与第二衬底320的第一表面相互键合，例如可以是第一衬底310和第二衬底320直接键合，或者也可以是通过键合层间接键合，该键合层可以包括氧化物层，或者其他适合的材料。
89.在一个实施例中，本技术实施例的mems器件可以为mems振镜，mems振镜可以是静电梳齿驱动式mems振镜，该静电梳齿驱动式mems振镜包括可旋转的反射镜(也即镜面340和镜面所覆盖的器件层)和相互交错的梳齿(也即第一梳齿311和第二梳齿322)。反射镜是由硅或其他材料制成的薄片，它的一面涂有金属或其他反射材料，反射镜还连接有悬臂梁或其他支撑结构，梳齿分别设置在反射镜的周围，形成平行板电容。当给梳齿施加交变电压时，梳齿之间形成一个静电场并且产生静电力，梳齿会受到静电力的作用产生扭矩并且旋转，同时梳齿会驱动反射镜轴向旋转并做角度扫描，从而改变反射光束的方向和实现光束的偏转。梳齿的形状、数量、间距等参数影响着梳齿的静电受力和驱动位移。静电梳齿驱动
式mems振镜的优点是结构简单、驱动电压低、响应速度快、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等。
90.本技术提供的mems振镜具有以下有益效果：通过将第一梳齿和第二梳齿分别定义在第一衬底和第二衬底上，然后采用键合工艺形成第一梳齿与第二梳齿交错的结构，以制造该mems振镜，因此，在该mems振镜能够实现大转角转动的同时，本技术提供的mems振镜的制造方法在制造过程中无硅草产生，提高了mems振镜的可靠性，同时增大了mems振镜的视场角，提高了mems振镜的扫描速度以及对光束或图像的控制精度，综上所述，本技术提供的mems振镜具有更好的性能和更长的使用寿命。
91.本技术还提供了一种电子装置，包括上述mems器件，其中，该mems器件为上述实施例描述的mems器件，或根据上述mems器件的制造方法制造的mems器件。
92.示例地，以mems器件为mems振镜为例，本技术提供的电子装置可以包括以下几个部分：mems振镜，驱动电路，激光光源，光学系统，控制系统和外壳。mems振镜是电子装置的核心部分，它决定了光束的扫描范围，速度，分辨率和稳定性。驱动电路是为mems振镜提供电压或电流信号的部分，它需要与mems振镜的工作模式和驱动方式相匹配。激光光源是为电子装置提供光学信号的部分，它需要与mems振镜的光学特性和应用需求相适应。光学系统是为电子装置提供光学元件的部分，它需要与mems振镜的光学参数和光束的扫描方式相协调。控制系统是为电子装置提供控制信号和数据处理的部分，它需要与mems振镜的控制接口和应用功能相兼容。外壳是为电子装置提供保护和固定的部分，它需要与mems振镜的尺寸和外形相匹配。
93.本技术提供的电子装置，可以是激光雷达、激光投影仪、激光传感器、激光显示器、vr/ar设备等任何具有相似功能或性能的电子产品或设备，也可为任何包括上述mems振镜的中间产品，其中，激光雷达是一种利用激光光束对目标进行探测和测量的装置，包括上述mems振镜的激光雷达可以通过改变单个发射器的发射角度进行扫描，由此形成一种面阵的扫描视野，这种激光雷达具有体积小，重量轻，功耗低，扫描速度快，分辨率高，稳定性好的优点，适用于包括自动驾驶、无人机、机器人等场景中；激光投影仪是一种利用激光光束对屏幕或墙面进行图像投射的装置，包括上述mems振镜的激光投影仪可以通过对激光光束进行快速扫描，形成高清晰度的图像，这种激光投影仪具有亮度高，色彩鲜艳，对比度强，投影距离远，寿命长的优点，适用于包括家庭影院、商业演示、教育培训等场景中；激光传感器是一种利用激光光束对物理量或化学量进行检测和测量的装置，包括上述mems振镜的激光传感器可以通过对激光光束进行调制和控制，实现对目标的精确测量，这种激光传感器具有灵敏度高，精度高，抗干扰能力强，响应速度快的优点，适用于包括医疗、环境、安防等场景中；激光显示器是一种利用激光光源和mems振镜等扫描技术，将图像直接投射到人眼视网膜或其他介质上的显示设备，包括上述mems振镜的激光显示器可以实现高速、高精度、大角度的光束扫描，从而实现高分辨率、高亮度、高对比度的激光显示，激光显示器的应用场景包括智能眼镜、抬头显示器、全息投影、3d深度摄像头等；vr设备是一种利用虚拟现实(virtual reality，vr)技术，将用户置于一个全方位的虚拟环境中，让用户感受到身临其境的沉浸感的设备，ar设备是一种利用增强现实(augmented reality，ar)技术，将虚拟物体叠加到真实场景中，让用户感受到虚实结合的体验的设备，vr/ar设备通常是一种佩戴式的眼镜或头盔，也可以是非佩戴式的手机或平板，可以通过屏幕、镜片、传感器、摄像头、投
影仪、光学系统等实现虚拟环境的呈现和交互，以及虚拟物体的生成和定位，包括上述mems振镜的vr/ar设备可以实现激光光束的精确控制，从而实现虚拟现实和增强现实的图像呈现，这种vr/ar设备的应用场景包括教育、娱乐、医疗、游戏、元宇宙等。综上所述，本技术提供的电子装置，由于使用了上述mems振镜，因而具有更好的性能。
94.本技术已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本技术限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本技术并不局限于上述实施例，根据本技术的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本技术所要求保护的范围以内。本技术的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

技术特征：
1.一种mems振镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括第一区域和位于所述第一区域外侧的第二区域，所述第二衬底包括第三区域和位于所述第三区域外侧的第四区域；刻蚀所述第一衬底以在所述第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿；刻蚀所述第二衬底以在所述第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿；执行键合工艺，以使所述第一衬底形成有所述第一梳齿的一面和所述第二衬底形成有所述第二梳齿的一面相接合构成器件基底，并且多个所述第一梳齿与多个所述第二梳齿彼此交错设置。2.如权利要求1所述的mems振镜的制造方法，其特征在于，多个所述第一梳齿与多个所述第二梳齿彼此交错嵌套设置，其中，所述第一梳齿的一端部突凸出于所述第一衬底的所述第二区域的表面，和/或，所述第二梳齿的一端部突凸出于所述第二衬底的所述第四区域的表面。3.如权利要求1或2所述的mems振镜的制造方法，其特征在于，所述第一衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述刻蚀所述第一衬底以在所述第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿，包括：先刻蚀所述第二区域内的所述器件层以去除第一预定厚度的所述器件层，再刻蚀所述第一区域内的所述器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第一梳齿；或者先刻蚀所述第一区域内的所述器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第一梳齿，再刻蚀所述第二区域内的所述器件层以去除第一预定厚度的所述器件层。4.如权利要求1或2所述的mems振镜的制造方法，其特征在于，所述第二衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述刻蚀所述第二衬底以在所述第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿，包括：先刻蚀所述第四区域内的所述器件层以去除第二预定厚度的所述器件层，再刻蚀所述第三区域内的器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第二梳齿结构，或者先刻蚀所述第三区域内的器件层停止于所述绝缘层，以形成多个所述第二梳齿结构，再刻蚀所述第四区域内的所述器件层以去除第二预定厚度的所述器件层。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一预定厚度的范围在0.5μm-2μm。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二预定厚度的范围在0.5μm-2μm。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行键合工艺，以使所述第一衬底形成有所述第一梳齿的一面和所述第二衬底形成有所述第二梳齿的一面相接合形成器件基底之后，所述方法还包括：对所述第一衬底进行减薄；和/或，对所述第二衬底进行减薄。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，所述第二衬底包括依次层叠的基底层、绝缘层和器件层，其中，对所述第一衬底进行减薄，包括：对所述第一衬底进行减薄，以去除所述第一衬底的基底层露出所述第一衬底的绝缘层；和/或，对所述第二衬底进行减薄，包括：对所述第二衬底进行减薄，以去除所述第二衬底的基底层露出所述第二衬底的绝缘层。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述减薄的步骤之后，所述方法还包括：对露出的所述绝缘层进行图案化，以在所述绝缘层中定义出焊盘图案开口和镜面图案
开口；在所述焊盘图案开口中形成焊盘，以及在所述镜面图案开口中形成镜面；去除露出的所述绝缘层，以使所述第一梳齿或所述第二梳齿形成可动梳齿。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在形成所述可动梳齿之后，所述方法还包括：自背离所述镜面的一侧刻蚀所述器件基底形成第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体和所述镜面位置对应，以使所述镜面能够在所述第一腔体中活动，所述第二腔体露出所述第一梳齿和所述第二梳齿。11.一种mems器件，其特征在于，所述mems器件采用如权利要求1至10中任一项所述的方法制备获得。12.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求11所述的mems器件。

技术总结
一种MEMS器件及其制造方法、电子装置，该方法包括：提供第一衬底和第二衬底，第一衬底包括第一区域和位于第一区域外侧的第二区域，第二衬底包括第三区域和位于第三区域外侧的第四区域；刻蚀第一衬底以在第一区域形成多个间隔设置的第一梳齿；在第二衬底的第三区域形成多个间隔设置的第二梳齿；执行键合工艺，以使第一衬底形成有第一梳齿的一面和第二衬底形成有第二梳齿的一面相接合构成器件基底，并且多个第一梳齿与多个第二梳齿彼此交错设置。本申请的方法有效减少了硅草的产生，提高了MEMS器件的可靠性、性能和使用寿命。性能和使用寿命。性能和使用寿命。


技术研发人员：许继辉
受保护的技术使用者：绍兴中芯集成电路制造股份有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/8/1