CN101475136B - 一种静电排斥力驱动的mems变形镜的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法，主要包括在硅基底上进行多层薄膜沉积、干法和湿法刻蚀等工艺，其特征在于：引入两层氮化硅薄膜和底面刻蚀工艺。本发明的静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作工艺，不仅能够消除静电拉入(pull-in)现象，增大MEMS变形镜的光学像差校正能力，而且避免了因镜面释放孔带来的衍射损耗，极大地提高了MEMS变形镜镜面的填充因子和光反射效率。
Description
技术领域
本发明涉及微光机电系统技术领域，特别涉及一种适用于自适应光学系统的静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法。
背景技术
在变形镜领域，静电驱动的MEMS变形镜具有响应速度快、能耗低、体积小、单元密度高等优点，而成为一种最具发展潜力的微变形镜。传统的静电吸引型MEMS变形镜因为存在静电拉入(pull-in)现象，其行程不会超过上下电极初始间隙的三分之一。通过采用静电排斥力驱动，可以消除静电pull-in现象，从而提高变形镜的行程。然而，现有的静电排斥力驱动MEMS变形镜都是采用仅含一层氮化硅的表面工艺制作而成，在制作过程中，结构层的释放都是通过镜面释放孔来实现，这样的工艺不仅不能制作连续面型MEMS静电排斥型变形镜，而且会因为释放孔的引入而降低镜面的填充因子，引起很大的衍射损耗，最终使变形镜的应用范围受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种采用两层氮化硅的表面工艺并从底面释放制作静电排斥力驱动MEMS变形镜的方法。该方法不仅可以制作连续面型MEMS静电排斥型变形镜，而且将变形镜的镜面填充因子提高到接近100％，从而避免了因为镜面释放孔而引起的衍射损耗，大大提高了镜面光反射率和光能利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法，引入两层氮化硅和底面刻蚀工艺，通过以下工艺流程制作而成：
(1)在硅基底上沉积厚度为0.1～1μm的第一层氮化硅薄膜，作为下绝缘层；
(2)沉积厚度为0.5～1.5μm的第一层多晶硅或非晶硅，然后刻蚀第一层多晶硅或非晶硅，刻蚀深度等于第一层多晶硅或非晶硅的厚度，形成变形镜的下电极；
(3)沉积厚度为1～5μm的第一层二氧化硅或磷硅玻璃，然后刻蚀二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀深度等于第一层二氧化硅或磷硅玻璃的厚度，形成变形镜上电极的支撑锚点；
(4)沉积厚度为1～3μm的第二层多晶硅或非晶硅，然后刻蚀多晶硅或非晶硅，刻蚀深度等于第二层多晶硅或非晶硅的厚度，形成变形镜的上电极和释放孔；
(5)沉积厚度为0.5～3μm的第二层二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀深度等于第二层二氧化硅或磷硅玻璃的厚度，形成第二层氮化硅和镜面的支撑锚点；
(6)沉积厚度为0.2～1μm的第二层氮化硅薄膜，作为上绝缘层；
(7)沉积厚度为1～5μm的第三层多晶硅或非晶硅，作为镜面结构层；
(8)底面湿法刻蚀基底硅，一直刻到第一层氮化硅底面；
(9)底面干法刻蚀第一层氮化硅，一直刻到第一层二氧化硅或磷硅玻璃底面，形成底面释放孔；
(10)将整个器件放入浓度为50％～70％，温度为25℃～30℃的HF溶液中10～30分钟，进行二氧化硅或磷硅玻璃的湿法腐蚀，以释放结构层；
(11)在烘干后的器件上表面溅射一层0.1～0.5μm厚的金属薄膜作为增反膜，金属薄膜可以是金、铝或钛铂金。
本发明与现有技术相比所具有的优点：本发明通过采用引入两层氮化硅和底面刻蚀工艺，使腐蚀液从底面湿法腐蚀牺牲层以释放结构层，这样避免了在镜面直接开释放孔所引起的衍射损耗，大大提高了镜面填充因子和光反射率。
附图说明
图1在硅基底上沉积第一层氮化硅后的结构图；
图2在第一层氮化硅上面沉积并干法刻蚀第一层多晶硅后的结构图；
图3在第一层二氧化硅上干法刻蚀形成锚点后的结构图；
图4沉积第二层多晶硅并干法刻蚀形成上电极后的结构图；
图5沉积第二层二氧化硅并干法刻蚀出支撑锚点后的结构图；
图6沉积第二层氮化硅后的结构图；
图7沉积第三层多晶硅后的结构图；
图8形成释放孔后的底视图；
图9最终的单个变形镜结构示意图；
图中：1为硅基底，2为第一层氮化硅，3为第一层多晶硅或非晶硅，4为第一层二氧化硅或磷硅玻璃，5为上电极支撑锚点，6为第二层多晶硅或非晶硅，7为第二层二氧化硅或磷硅玻璃，8为第二层氮化硅及其镜面的支撑锚点，9为第二层氮化硅，10为第三层多晶硅或非晶硅，11为硅基底上的释放孔，12为金属薄膜。
具体实施方式
下面以采用静电排斥力驱动的单个MEMS变形镜的制作方法为例，结合附图详细介绍本发明。
本实施例的静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法，其具体步骤如下：
(1)首先在硅基底1上沉积厚度为0.6μm的第一层氮化硅2作为下绝缘层，如图1所示；
(2)然后，继续沉积厚度为0.5μm的第一层多晶硅或非晶硅3并对其进行干法刻蚀，刻蚀深度等于第一层多晶硅或非晶硅3的厚度，形成变形镜的下电极，如图2所示；
(3)再在其上沉积厚度为2μm的第一层二氧化硅或磷硅玻璃4并对其进行干法刻蚀，形成上电极的支撑锚点5，刻蚀深度等于第一层二氧化硅或磷硅玻璃4的厚度，如附图3所示；
(4)然后，继续沉积厚度为2μm的第二层多晶硅或非晶硅6并对其进行干法刻蚀，形成变形镜的上电极和释放孔，刻蚀深度等于第二层多晶硅或非晶硅6的厚度，如图4所示；
(5)在上述步骤所得结构及其释放孔的上面继续沉积厚度为1μm的第二层二氧化硅或磷硅玻璃7并对其进行干法刻蚀，刻蚀深度等于第二层二氧化硅或磷硅玻璃7的厚度，形成第二层氮化硅的支撑锚点8，如图5所示；
(6)然后，沉积厚度为0.2μm的第二层氮化硅9，并对其进行干法刻蚀以形成上绝缘层，刻蚀深度等于第二层氮化硅9的厚度，如图6所示；
(7)继续沉积2μm厚的第三层多晶硅或非晶硅10，并对其进行干法刻蚀以形成变形镜镜面的结构层，刻蚀深度等于第三层多晶硅或非晶硅10的厚度，如图7所示；
(8)从硅基底1底面进行湿法刻蚀，一直刻到第一层氮化硅2；然后，从底面对第一层氮化硅2进行干法刻蚀，一直刻到第一层二氧化硅或磷硅玻璃3的底面，形成底面释放孔11，如图8所示；
(9)然后将整个器件放入浓度为50％～70％，温度为25℃～30℃的HF溶液中10～30分钟，进行第一层二氧化硅或磷硅玻璃4和第二层二氧化硅或磷硅玻璃7的湿法腐蚀，以释放结构层；
(10)最后将结构层释放后的器件烘干，并在其最上层多晶硅或非晶硅10的表面溅射一层0.2μm厚的金膜12，以增加变形镜镜面的反射率，最终的单个变形镜结构如图9所示。
以上的制作方法同样适合于连续面型静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作，只是结构示意图不同。
Claims (2)
1.一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法，其特征在于引入两层氮化硅薄膜和底面刻蚀工艺，通过以下工艺流程制作而成：
(1)在硅基底上沉积厚度为0.1～1μm的第一层氮化硅薄膜，作为下绝缘层；
(2)沉积厚度为0.5～1.5μm的第一层多晶硅或非晶硅，然后刻蚀第一层多晶硅或非晶硅，刻蚀深度等于第一层多晶硅或非晶硅的厚度，形成变形镜的下电极；
(3)沉积厚度为1～5μm的第一层二氧化硅或磷硅玻璃，然后刻蚀第一层二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀深度等于第一层二氧化硅或磷硅玻璃的厚度，形成变形镜上电极的支撑锚点；
(4)沉积厚度为1～3μm的第二层多晶硅或非晶硅，然后刻蚀第二层多晶硅或非晶硅，刻蚀深度等于第二层多晶硅或非晶硅的厚度，形成变形镜的上电极和释放孔；
(5)沉积厚度为0.5～3μm的第二层二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀第二层二氧化硅或磷硅玻璃，刻蚀深度等于第二层二氧化硅或磷硅玻璃的厚度，形成第二层氮化硅和镜面的支撑锚点；
(6)沉积厚度为0.2～1μm的第二层氮化硅薄膜，作为上绝缘层；
(7)沉积厚度为1～5μm第三层多晶硅或非晶硅；
(8)底面湿法刻蚀硅基底，一直刻到第一层氮化硅；
(9)底面干法刻蚀第一层氮化硅，一直刻到第一层二氧化硅或磷硅玻璃底面；
(10)将整个器件放入浓度为50％～70％，温度为25℃～30℃的HF溶液中10～30分钟，进行第一层二氧化硅或磷硅玻璃的湿法腐蚀和第二层二氧化硅或磷硅玻璃的湿法腐蚀，以释放结构层；
(11)在烘干后的器件上表面溅射一层0.1～0.5μm厚的金属薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜的制作方法，其特征在于：所述步骤(11)中的金属薄膜可以为金、铝或钛铂金。
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