一种二维微镜的制作方法

本实用新型涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种二维微镜。

背景技术：

自1980年第一款扫描式硅镜发布以来，微机电系统，microelectromechanicalsystem，以下简称mems，被广泛应用于光学扫描领域，并发展出大量的技术及产品。光学扫描领域已经成为了mems研究的重要方向。而随着技术的发展，在过去的十年间，微型投影技术和众多的医学成像技术的应用，成为了当前mems光学扫描装置，尤其是激光扫描装置发展的主要方向。微型投影技术的发展，促使了一系列新型产品的出现，比如手机大小的微型激光投影仪或者带有激光投影功能的智能手机、驾驶车辆时车内放置的可用于显示导航信息的抬头显示器hud，虚拟现实技术vr、增强现实技术ar等在内的各种可穿戴设备等。

静电驱动是mems微镜的主要驱动方式之一。工作时，通过周期性的电信号驱动微镜，产生静电力，使微镜的镜面作周期性运动。

现有的静电驱动式二维微镜，多采用可动框架与固定框架组合的形式，以实现二维偏转，可动框架上必须设置电隔离槽，以使动静梳齿之间保持绝缘。为了使可动框架上被电隔离槽分隔开的区域连接在一起，保持相对固定，就必须使用填充式电隔离槽。但是，填充式电隔离槽在制作时需经过沟槽刻蚀、绝缘层淀积/氧化、多晶硅填充等多道工序，这大大增大了生产工艺的复杂度，增加了生产成本。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有微镜采用的填充式电隔离槽造成的生产工艺复杂，生产成本高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种二维微镜，由soi晶圆制成，所述soi晶圆包括：第一器件层、第一绝缘层和第二器件层，所述第一器件层、所述第一绝缘层和所述第二器件层从上至下依次堆叠；

所述第一器件层包括镜面和可动框架，所述镜面设于所述可动框架的中心位置，所述可动框架设有第一电隔离槽，所述第一电隔离槽为分隔式电隔离槽，所述第一电隔离槽将所述镜面和所述可动框架电隔离；

所述第二器件层包括加固框架，所述加固框架设于所述可动框架的下方，所述加固框架的位置与所述可动框架的位置相配合。

进一步的，所述可动框架设有第二静梳齿，所述第二静梳齿沿y轴方向排布；

所述第一器件层还包括驱动杆，所述驱动杆的一端和所述镜面刚性连接，所述驱动杆的另一端沿y轴向远离所述镜面的方向延伸，所述驱动杆上排布有第二动梳齿，所述第二动梳齿和所述第二静梳齿交错排布。

进一步的，所述第一器件层还包括第一固定框架、第一扭转轴和第二扭转轴；

所述第一固定框架设于所述可动框架的四周；

所述第一扭转轴的一端和所述第一固定框架相连，所述第一扭转轴的另一端和所述可动框架相连；

所述第二扭转轴的一端和所述镜面相连，所述第二扭转轴的另一端和所述可动框架相连。

进一步的，所述可动框架还设有第一动梳齿，所述第一动梳齿沿x轴方向排布；

所述第二器件层包括第二固定框架，所述第二固定框架设于所述加固框架的四周；

所述第二固定框架设有第一静梳齿，所述第一静梳齿和所述第一动梳齿垂直方向上交错排布。

进一步的，所述第一固定框架设有锚点和第二电隔离槽，所述第二电隔离槽设于所述锚点的四周；

所述第一扭转轴的一端和所述锚点相连，所述第一扭转轴的另一端和所述可动框架相连。

进一步的，所述第二固定框架设有第三电隔离槽，所述第三电隔离槽围绕所述第一静梳齿设置。

进一步的，所述第一电隔离槽朝所述镜面延伸的一端的宽度逐渐增大。

进一步的，所述加固框架的宽度为t1，所述可动框架的宽度为t2，其中0.5≤t1/t2≤1.5。

进一步的，所述加固框架设有凹槽，所述凹槽的开口方向朝向所述第二扭转轴。

进一步的，所述soi晶圆还包括第二绝缘层和衬底层，所述soi晶圆由所述第一器件层、所述第一绝缘层、所述第二器件层、所述第二绝缘层和所述衬底层从上至下依次堆叠形成；

所述soi晶圆设有空腔，所述可动框架、所述镜面、所述加固框架均位于所述空腔的正上方。

采用上述技术方案，本实用新型所述的二维微镜具有如下有益效果：

本实用新型所述二维微镜包括第一器件层、第一绝缘层和第二器件层，所述第一器件层包括镜面和可动框架，所述可动框架设有第一电隔离槽，所述第一电隔离槽为分隔式电隔离槽；所述第二器件层包括加固框架，所述加固框架设于所述可动框架的下方，与所述可动框架的位置相配合。本实用新型所述二维微镜通过采用分隔式电隔离槽和加固框架相组合的方式，所述第一器件层的第一电隔离槽只需进行刻蚀工艺，不必进行填充，即能保证所述镜面和所述可动框架电隔离，通过在所述第二器件层设置所述加固框架，所述加固框架将所述可动框架上被第一电隔离槽分隔开的区域连接在一起，不仅避免了填充式电隔离槽的复杂工艺，还能起到加固所述可动框架的刚性的作用，大大降低了生产的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种二维微镜的俯视图；

图2为本实用新型实施例的一种二维微镜的侧视图；

图3为本实用新型实施例的一种第一器件层；

图4为本实用新型实施例的一种第二器件层；

图5为图1中a-a方向的断面图；

图6为图3中a框的细节图；

图7为图3中b框的细节图；

图8为本实用新型的一种衬底层；

以下对附图作补充说明：

110-第一器件层；111-镜面；112-可动框架；113a-第一电隔离槽；113b-第二电隔离槽；114-第一固定框架；115a-第一扭转轴；115b-第二扭转轴；116-锚点；117-第一动梳齿；118a-第二动梳齿；118b-第二静梳齿；119-驱动杆；120-孤岛结构；121-导电块；

210-第一绝缘层；

310-第二器件层；311-凹槽；312-加固框架；313c-第三电隔离槽；314-第二固定框架；317-第一静梳齿；

410-第二绝缘层；510-衬底层；511-空腔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例1：

如图1和图2所示，一种二维微镜，由soi晶圆制成，所述soi晶圆包括：第一器件层110、第一绝缘层210和第二器件层310，所述第一器件层110、所述第一绝缘层210和所述第二器件层310从上至下依次堆叠；

如图3所示，所述第一器件层110包括镜面111和可动框架112，所述镜面111设于所述可动框架112的中心位置，所述可动框架112设有第一电隔离槽113a，所述第一电隔离槽113a为分隔式电隔离槽，所述第一电隔离槽113a将所述镜面111和所述可动框架112电隔离；

如图4所示，所述第二器件层310包括加固框架312，所述加固框架312设于所述可动框架112的下方，所述加固框架312的位置与所述可动框架112的位置相配合。

本实用新型所述二维微镜，所述镜面111连接在所述可动框架112内，随着所述可动框架112一起绕x轴转动，同时所述镜面111可在所述可动框架112内绕y轴转动，因此同时获得两轴偏转运动。

通过上述技术方案的实施，本实用新型第一电隔离槽113a只需进行刻蚀工艺，不必进行填充，即能保证所述镜面111和所述可动框架112电隔离，通过所述加固框架312将所述可动框架112上被所述第一电隔离槽113a分隔开的区域连接在一起，不仅避免了填充式电隔离槽的复杂工艺，还能起到加固所述可动框架112的刚性的作用，大大降低了生产的成本。

所述镜面111的上表面蒸镀有金属反射层，材料为金或铝，厚度在50～500nm之间。

如图3所示，所述可动框架112设有第二静梳齿118b，所述第二静梳齿118b沿y轴方向排布；

所述第一器件层110还包括驱动杆119，所述驱动杆119的一端和所述镜面111刚性连接，所述驱动杆119的另一端沿y轴向远离所述镜面111的方向延伸，所述驱动杆119上排布有第二动梳齿118a，所述第二动梳齿118a和所述第二静梳齿118b交错排布，共同组成所述二维微镜y轴驱动梳齿结构。

需要说明的是，本实用新型实施例中未对所述梳齿结构的数目、尺寸、间距等特征作说明，所述梳齿结构的数目、尺寸、间距等具体特征均需根据实际的需求进行设计，因此其他实施例中对所述梳齿结构进行调整和修改的，均在本实用新型的保护范围内。

所述第一电隔离槽113a将所述第二动梳齿118a和所述第一动梳齿117a电隔离，使得x轴和y轴的电信号互不干扰，所述第一电隔离槽113a通过深刻蚀工艺形成，无需填充，降低了工艺复杂度。

如图3所示，所述第一器件层110还包括第一固定框架114、第一扭转轴115a和第二扭转轴115b；

所述第一固定框架114设于所述可动框架112的四周；

所述第一扭转轴115a的一端和所述第一固定框架114相连，所述第一扭转轴115a的另一端和所述可动框架112相连，所述第一扭转轴115a为所述二维微镜提供x轴方向的偏转；

所述第二扭转轴115b的一端和所述镜面111相连，所述第二扭转轴115b的另一端和所述可动框架112相连，所述第二扭转轴115b为所述二维微镜提供y轴方向的偏转。

所述可动框架112上还设有第一动梳齿117，所述第一动梳齿117沿x轴方向排布；

如图4所示，所述第二器件层310包括第二固定框架314，所述第二固定框架314设于所述加固框架312的四周；

如图5所示，所述第二固定框架314设有第一静梳齿317，所述第一静梳齿317和所述第一动梳齿117垂直方向上交错排布，共同组成所述二维微镜x轴驱动梳齿结构，所述x驱动梳齿结构为动静梳齿垂直排布。

需要说明的是，本实用新型其他实施例中所述x轴驱动梳齿结构也可采用平面排布，其中所述第一静梳齿317设置在第一器件层110的第一固定框架114上，与所述第一动梳齿117交错排布。

如图3所示，所述第一固定框架114设有锚点116，所述第一扭转轴115a的一端和所述锚点116相连，所述第一扭转轴115a的另一端和所述可动框架112相连。

所述第一固定框架114还设有第二电隔离槽113b，所述第二电隔离槽113b设于所述锚点116的四周，所述第二电隔离槽113b将所述锚点116和所述第一固定框架114电隔离；

所述锚点116的表面上设置有金属焊盘，所述金属焊盘通过金属蒸镀工艺形成；该实施例中，所述金属焊盘材料为金，厚度在50～500nm之间。

具体的，如图6所示，通过引线连接所述金属焊盘，外部电路提供的电信号由锚点116引入，经过导电块121传递到所述第二动梳齿118a，其中所述导电块121是由两条所述第一电隔离槽113a隔离出的区域；另外，被所述第一电隔离槽113a分隔开的区域将由所述加固框架312固定，其与所述可动框架112之间夹有所述第一绝缘层210，达到两层之间绝缘的效果；需要说明的是，本实用新型所述锚点116和所述金属焊盘的数目、尺寸和具体的排布位置需要根据实际情况进行设计。

所述加固框架312的宽度为t1，所述可动框架112的宽度为t2，其中0.5≤t1/t2≤1.5，所述加固框架312的厚度范围可在10～100μm之间变化。

需要说明的是，仅对所述加固框架312尺寸或厚度进行改变均在本实用新型的保护范围内；另外，所述第一电隔离槽113a和所述加固框架312的排布位置根据实际情况有不同的组合设计方式的均属于本实用新型的保护范围。

如图4所示，所述第二固定框架314设有第三电隔离槽313c，所述第三电隔离槽313c围绕所述第一静梳齿317设置，所述第三电隔离槽313c将所述第一静梳齿317和所述第二固定框架314电隔离，靠近所述第一静梳齿317的位置设有金属焊盘，同时所述第一器件层110上设有窗口，所述窗口开口至所述第二器件层310的金属焊盘，通过引线将外部电路信号从所述金属焊盘引入到所述第一静梳齿317。

如图7所示，所述第一电隔离槽113a还设于所述可动框架112上部靠近所述第二扭转轴115b的位置，所述第一电隔离槽113a包围出一孤岛结构120，所述孤岛结构120经由所述第一绝缘层210和所述加固框架312与所述可动框架112连接在一起，所述加固框架312设有一凹槽311，结合图4，所述凹槽311的开口方向朝向所述第二扭转轴115b；所述可动框架112、所述第一电隔离槽113a、所述孤岛结构120和所述凹槽311构成了应力缓解结构，缓解了由所述第二扭转轴115b带来的应力集中。

其中，所述第一电隔离槽113a朝所述镜面111延伸的一端的宽度逐渐增大，所述第一电隔离槽113a的末端呈楔形状，所述可动框架112上形成一切角β，所述孤岛结构120靠近所述第二扭转轴115b部分具有切角α，该实施例中，切角α和β为直切角，角度在20度～80度之间；其他实施例中，切角α和β也可以是具有弧度的圆切角，角度根据实际需求进行设计，仅改变切角的类型和角度的均属于本实用新型的保护范围。

所述凹槽311的形状可以是矩形，也可以是半圆形，或者是其它形状，且所述凹槽311的大小是根据实际需求进行设计的，因此仅改变所述凹槽311的形状和大小的均属于本实用新型的保护范围。

如图3所示，还包括一x轴应力缓解槽，所述x轴应力缓解槽可缓解由所述第一扭转轴115a传导的应力。

如图2所示，所述soi晶圆还包括第二绝缘层410和衬底层510，所述soi晶圆由所述第一器件层110、所述第一绝缘层210、所述第二器件层310、所述第二绝缘层410和所述衬底层510从上至下依次堆叠形成；

其中，所述第一绝缘层210和所述第二绝缘层410均为二氧化硅掩埋层，所述衬底层为单晶硅衬底层，所述第一器件层110和所述第二器件层310的厚度在10～100μm之间，所述二氧化硅掩埋层的厚度在0.1～3μm之间，所述单晶硅衬底层的厚度在100～800μm之间。

如图8所示，所述soi晶圆设有空腔511，定义了所述二维微镜的可动范围，所述空腔511通过刻蚀所述衬底层510和所述第二绝缘层410形成。所述可动框架112、所述镜面111、所述第一扭转轴115a、所述第二扭转轴115b、所述x轴梳齿结构和所述y轴梳齿结构均位于所述空腔511的正上方。

本实用新型通过将所述第一电隔离槽113a与所述加固框架312组合在一起，不仅将两轴之间的电信号有效地隔离，使得两轴电信号互不干扰，而且能将所述可动框架112上被分隔区域固定在一起，同时又能提高所述可动框架112的刚性；另外，通过所述应力缓解结构有效地解决了应力集中问题，极大地提高了二维微镜的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。