一种具有限位功能的MEMS偏转装置及其制备方法与流程

本发明涉及微机电系统mems，具体涉及一种具有限位功能的mems偏转装置及其制备方法。

背景技术：

1、三维结构的mems器件，在具有微电子产品的电性能指标外，还具有可动微结构的机械性能指标。对于具有可动结构的mems器件如惯性测量单元（imu）、微振镜等，在应用中常会遇到冲击、振动等恶劣环境，从而导致可动结构断裂失效，继而影响器件乃至系统的整体可靠性。为了提高mems器件的抗过载能力，通常采用增加止档结构来限制可动结构的位移量，从而避免了因位移过大而导致可动结构断裂。

2、然而，常规的止档结构虽然是在加工mems可动结构的同时制作出来的，但这种止档结构只能对可动结构在平面内的位移进行限位，当mems器件受到垂直于平面的过载时，仍会导致结构断裂，现有加工工艺无法解决mems结构在z轴方向上的过载问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种具有限位功能的mems偏转装置及其制备方法，通过利用同一掩模将可动结构的容置空间和垂直限位结构同时制备，在提高垂直限位结构的精度和稳定性的同时，降低工艺成本。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种具有限位功能的mems偏转装置的制备方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括第一区域与沿第一方向位于所述第一区域两侧的第二区域，所述第一方向平行于所述衬底的表面；在所述第二区域的衬底表面形成第二掩模；在所述第一区域的衬底表面形成第一掩模，所述第一掩模的层厚小于所述第二掩模的层厚；以所述第一掩模和所述第二掩模为掩模刻蚀所述衬底，以在所述第二区域内形成第一驱动结构，并在所述第一区域内形成容置空间以及位于所述容置空间内的初始垂直限位结构；去除所述第一掩模，以及部分所述第二掩模，暴露出所述初始垂直限位结构；以保留的所述第二掩模为掩模刻蚀暴露的初始垂直限位结构，以降低所述初始垂直限位结构的高度，形成顶面低于所述第一驱动结构顶面的垂直限位结构；在所述第一衬底的表面键合第二衬底；在所述第二区域上的第二衬底内形成第二驱动结构；去除所述第二掩模。

3、可选的，形成所述第二掩模的方法包括：在所述衬底的表面形成第二掩模材料层；在所述第二掩模材料层的表面形成光刻层，所述光刻层包括在第二区域上的若干间隔排列的光刻梳齿单元，所述光刻层覆盖所述第一区域；以所述光刻层为掩膜，刻蚀所述第二掩模材料层，直至暴露所述衬底的表面，形成所述第二掩膜；形成所述第二掩膜之后，去除所述光刻层。

4、可选的，形成所述第一掩模的方法包括：在所述衬底的表面以及所述第二掩模的表面形成初始第一掩模；刻蚀所述初始第一掩模以形成所述第一掩模，所述第一掩模包括至少四个第一掩模单元。

5、可选的，所述第一驱动结构包括若干沿所述第一方向间隔分布的第一梳齿，所述第二驱动结构包括若干沿所述第一方向间隔分布的第二梳齿，并且，所述第一梳齿与所述第二梳齿沿所述第一方向交替分布。

6、可选的，所述第二驱动结构还包括镜面，所述镜面在所述第一衬底表面的投影位于所述容置空间内。

7、可选的，在形成所述第二驱动结构之前，还包括：减薄所述第二衬底。

8、可选的，形成所述第一掩模的工艺包括沉积工艺，形成所述第二掩模的工艺包括热氧化工艺。

9、可选的，以所述第一掩模和第二掩模为模版刻蚀所述衬底的工艺包括深硅刻蚀，刻蚀暴露的初始垂直限位结构的工艺包括干法刻蚀。

10、相应的，本发明的技术方案还提供一种具有限位功能的mems偏转装置，包括：第一衬底，所述第一衬底包括第一区域与沿第一方向位于所述第一区域两侧的第二区域，所述第一区域的衬底具有容置空间，所述第二区域的衬底具有第一驱动结构，所述第一方向平行于所述衬底的表面；垂直限位结构，位于所述容置空间内，所述垂直限位结构的顶面低于所述第一驱动结构的顶面；第二衬底，位于所述第一衬底的上方；第二驱动结构，经所述第二衬底图案化形成，位于与所述第二区域相对应的所述第一衬底上方。

11、可选的，所述第二衬底还包括镜面，所述镜面在所述第一衬底表面的投影位于所述容置空间内。

12、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

13、本发明的技术方案提供一种具有限位功能的mems偏转装置的制备方法，由于第一衬底包括相邻的第一区域与沿第一方向位于第一区域两侧的第二区域，在第一区域的衬底表面形成第一掩模，在第二区域的衬底表面形成第二掩模，因此，通过第二掩模定义形成第一驱动结构的区域和可动结构的容置空间区域，通过第一掩模定义位于可动结构的容置空间内的垂直限位结构的位置。由于以第一掩模和第二掩模为掩模刻蚀衬底，以在第二区域内形成第一驱动结构，并在第一区域内形成容置空间以及位于容置空间内的初始垂直限位结构，因此，对于mems器件中的可动结构而言，可动结构的容置空间和垂直限位结构通过第一掩模同时制备，自对准设计实现了工艺和结构的协同优化，显著降低工艺偏差和应力影响，能够显著提高垂直限位结构的精度和稳定性。由于第一掩模的层厚小于第二掩模的层厚，因此，去除第一掩模，在暴露出初始垂直限位结构的同时，第二掩模会被减薄但保留下来。由于以保留的第二掩模为掩模刻蚀降低初始垂直限位结构的高度，以形成垂直限位结构，并且垂直限位结构的顶面低于第一驱动结构的顶面，因此，通过刻蚀工艺控制垂直限位结构的高度有利于精确限制可动结构的垂直位移量，从而避免了因垂直位移过大而导致可动结构断裂。因此，基于梳齿电极驱动的mems器件，通过利用同一掩模（第一掩模）将可动结构的容置空间和垂直限位结构同时制备，在提高垂直限位结构的精度和稳定性的同时，将垂直限位结构在制备mems器件的同时制备出来，工艺成本低，适于大规模生产。

14、本发明的技术方案提供的垂直限位结构通过上述垂直限位结构的制备方法得到，因此也具有上述技术效果，在此不再赘述。

1.一种具有限位功能的mems偏转装置的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二掩模的方法包括：在所述衬底的表面形成第二掩模材料层；在所述第二掩模材料层的表面形成光刻层，所述光刻层包括在第二区域上的若干间隔排列的光刻梳齿单元，所述光刻层覆盖所述第一区域；以所述光刻层为掩膜，刻蚀所述第二掩模材料层，直至暴露所述衬底的表面，形成所述第二掩膜；形成所述第二掩膜之后，去除所述光刻层。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一掩模的方法包括：在所述衬底的表面以及所述第二掩模的表面形成初始第一掩模；刻蚀所述初始第一掩模以形成所述第一掩模，所述第一掩模包括至少四个第一掩模单元。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一驱动结构包括若干沿所述第一方向间隔分布的第一梳齿，所述第二驱动结构包括若干沿所述第一方向间隔分布的第二梳齿，并且，所述第一梳齿与所述第二梳齿沿所述第一方向交替分布。

5.如权利要4所述的制备方法，其特征在于，所述第二驱动结构还包括镜面，所述镜面在所述第一衬底表面的投影位于所述容置空间内。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第二驱动结构之前，还包括：减薄所述第二衬底。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一掩模的工艺包括沉积工艺，形成所述第二掩模的工艺包括热氧化工艺。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以所述第一掩模和第二掩模为模版刻蚀所述衬底的工艺包括深硅刻蚀，刻蚀暴露的初始垂直限位结构的工艺包括干法刻蚀。

9.一种具有限位功能的mems偏转装置，其特征在于，通过如权利要求1至8任一项所述的制备方法得到，包括：

10.如权利要求9所述的具有限位功能的mems偏转装置，其特征在于，所述第二衬底还包括镜面，所述镜面在所述第一衬底表面的投影位于所述容置空间内。