一种热驱动mems微镜阵列器件及其制造方法
【专利摘要】一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1?1、驱动臂1?2、镜框1?3、上层PAD1?4和器件层电引线1?5，布线层2包括下层PAD2?1、多层电引线2?2和边沿PAD2?3，驱动臂1?2通过器件层电引线1?5连接到上层PAD1?4，上层PAD1?4和下层PAD2?1键合在一起，下层PAD2?1通过多层电引线2?2连接到边沿PAD2?3上，布线层2置于基底3上，镜面1?1通过驱动臂1?2连接在镜框1?3上，上层PAD1?4置于镜框1?3的底面，所述多层电引线2?2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1?2位于镜面1?1的侧面。优点：通过直接键合多层布线的圆片和微镜阵列圆片的方式，减少了常规TSV或Bonding工序，降低了微镜阵列的引线制作的成本问题。
【专利说明】
一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法，特别是涉及电热式微镜阵列，属于微机电技术领域。
【背景技术】
[0002]基于热双层材料(bimorph)结构的电热MEMS微镜有很多其它驱动方式不可比拟的优势，比如同时获得大转角、大位移、高镜面填充率和低电压。Bimorph是薄膜结构，需要与娃衬底分离，即结构释放。目前Bimorph的释放主要依靠对薄膜下的娃进行Undercut，这个释放工艺已经取得了很多应用，但是这个Undercut工艺很容易造成过度侧向刻蚀、侧向刻蚀的非均匀甚至留下一些残余硅等结构非均匀性问题，进而导致芯片与芯片的响应特性差异，对于微镜阵列而言，就会导致单元与单元之间的差异。同时，现有热式MEMS微镜阵列器件(如CN 104020561 B)只能将所有引线都引到芯片边沿，可用来制作I XN阵列结构，或小阵列的MXN阵列结构。但需要制作较大的MXN阵列结构时，将中心单元的引线引导到芯片的边沿就变得十分困难，且会造成引线电阻分布不均和散热困难等技术问题。
[0003]关于现有MEMS器件阵列的制作方法是利用TSV和键合技术实现阵列引线封装的技术问题。
[0004]例如，美国专利申请号20140055767，名称MIRROR ARRAY，包含微镜阵列和TSV穿孔，需要制作TSV穿孔，以及利用键合技术(Bonding)解决了微镜阵列引线的技术问题。
[0005 ] 再如，中国专利申请号:2 01310 5117 7 8.4 “一种T SV-MEMS组合”专利，是分别制作TSV裸片和MEMS裸片，然后通过粘结剂进行粘合，粘合过程中需要在TSV裸片上面制作粘合材料(0009)，并在MEMS裸片上制作凹槽(0010)，最后进行键合。
[0006]TSV工艺本身加工工序复杂，例如申请号:201310159364.X，名称为:一种TSV背面露头工艺，用于制作TSV。该制作方法包括研磨工艺(0013)，背部第一次刻蚀(0014)，介质保护层制作和刻蚀(0015)，背面覆盖感光材料(0016)，曝光显影(0017)，第二次刻蚀(0020)，第三次刻蚀(0021)等工序。
[0007]如将该发明专利用在大规模高填充率电热式MEMS微镜阵列的封装，会存在良率低、成本高和芯片破碎率高的问题。例如电热式MEMS微镜8X8阵列的焊盘数量为256个，假设TSV技术的良率<99.5%，那么256个焊盘至少存在I个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在I个焊盘失效，整个产品就不能正常使用。TSV技术应用在电热式MEMS微镜阵列中，不仅成本高，且良率低。
[0008]公开号为CN 104241220 A的中国专利申请，同时利用TSV技术、Bump技术、MEMS传感器芯片与ASIC芯片互连技术(Flipchip)，实现了超小尺寸的MEMS传感器无塑封装。如将该发明专利用在大规模高填充率电热式MEMS微镜阵列的封装，会存在良率低、成本高和芯片破碎率高的问题。例如电热式MEMS微镜8X8阵列的焊盘数量为256个，假设TSV技术的良率<99.5%，那么256个焊盘至少存在I个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在I个焊盘失效，整个产品就不能正常使用。TSV技术应用在电热式MEMS微镜阵列中，不仅成本高，且良率低。
【发明内容】
[0009]本发明解决的技术问题是:如何降低微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。
[0010]本发明的技术方案是:一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括MX N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元I包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1_5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
[0011]本发明的优点和技术效果:本申请通过直接键合多层布线的圆片和微镜阵列圆片的方式，减少了常规TSV或Bond ing工序，降低了微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。
【附图说明】
[0012]图1:实施例1所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0013]图2:实施例1所述的热驱动MEMS微镜单元I。
[0014]图3:实施例2选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
[0015]图4:实施例2在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
[0016]图5:实施例2选择圆片作为基底3的步骤。
[0017]图6:实施例2在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
[0018]图7:实施例2将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片5的步骤。
[0019]图8:实施例2去除第一新圆片5的底硅层5-1的步骤。
[0020]图9:实施例2去除第一新圆片5的底硅层5-1和氧埋层5-2的步骤。
[0021]图10:实施例2在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1 (对照图8)的步骤。
[0022]图11:实施例2在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1 (对照图9)的步骤。
[0023 ]图12:实施例2图形化顶硅层5-3 (对照图1O )的步骤。
[0024]图13:实施例2图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3(对照图11)的步骤。
[0025]图14:实施例3选择圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
[0026]图15:实施例3在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
[0027]图16:实施例3选择圆片作为基底3的步骤。
[0028]图17:实施例3在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
[0029]图18:实施例3将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片6的步骤。
[0030]图19:实施例3减薄第二新圆片6背面至设定厚度的步骤。
[0031]图20:实施例3在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1的步骤。
[0032]图21:实施例3图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3的步骤。
[0033]图22:实施例4所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0034]图23:实施例4所述的热驱动MEMS微镜单元I。
[0035]图24:实施例4选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
[0036]图25:实施例4在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
[0037]图26:实施例4释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态的步骤。
[0038]图27:实施例4选择圆片作为基底3的步骤。
[0039]图28:实施例4在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
[0040]图29:实施例4将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片7的步骤。
[0041 ]图30:实施例4去除第三新圆片7的底硅层7-1的步骤。
[0042]图31:实施例4去除第三新圆片7的底硅层7-1和氧埋层7-2的步骤。
[0043]图32:实施例4在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1 (对照图30)的步骤。
[0044]图33:实施例4在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1 (对照图31)的步骤。
[0045]图34:实施例4图形化顶硅层7_3(对照图33)的步骤。
[0046]图35:实施例4图形化氧埋层7-2和顶硅层7-3(对照图34)的步骤。
[0047]图36:实施例5选择圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。
[0048]图37:实施例5在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5的步骤。
[0049]图38:实施例5释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态的步骤。
[0050]图39:实施例5选择圆片作为基底3的步骤。
[0051]图40:实施例5在基底3表面淀积并图形化形成布线层2的步骤。
[0052]图41:实施例5将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片8的步骤。
[0053]图42:实施例5减薄第四新圆片8背面至设定厚度的步骤。
[0054]图43:实施例5在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1的步骤。
[0055]图44:实施例5图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3的步骤。
[0056]图中，I是热驱动MEMS微镜单兀，1-1是镜面，1-1-1是反射层，1-2是驱动臂，1-3是镜框，I_4是上层PAD，1-5是器件层电引线，2是布线层，2_1是下层PAD2-1，2_2是多层电引线，2-3是边沿PAD，3是基底，4是微镜阵列基底，5是第一新圆片，5_1是底硅层，5_2是氧埋层，5_3顶娃层，6是第二新圆片，7是第二新圆片，7_1是底娃层，7_2是氧埋层，7_3顶娃层，8是第四新圆片。
【具体实施方式】
[0057]一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括MXN个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元I包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2_2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1_1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
[0058]优选的，该镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。
[0059]优选的，该驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线1-5电连接。
[0060]优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的。
[0061]优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是不连续的。
[0062]优选的，i^PN均等于I，即该器件为单镜面微镜芯片。
[0063]—种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤:
1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层
4-3;
2)在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5;
3)选择圆片作为基底3;
4)在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
5)将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片
5；
6)去除第一新圆片5的底硅层5-1，或去除第一新圆片5的底硅层5-1和氧埋层5-2;
7)在顶硅层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1;
8)图形化顶硅层5-3，或图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0064]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
[0065]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化娃-钛-铜-钛-二氧化娃-妈-二氧化硅构成。
[0066]—种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤:
1)选择圆片，作为微镜阵列基底4;
2)在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线
1-5；
3)选择圆片作为基底3;
4)在基底3表面淀积并图形化形成布线层2; 5)将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片
6；
6)减薄第二新圆片6背面至设定厚度；
7)在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化形成镜面1-1的反射层1-1-1;
8)图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0067]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
[0068]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化娃-钛-铜-钛-二氧化娃-妈-二氧化硅构成。
[0069]一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括MXN个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元I包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-
3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2_2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1_1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部。
[0070]一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤:
1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层
4-3;
2)在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5;
3)释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4)选择圆片作为基底3;
5)在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
6)将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片
7；
7)去除第三新圆片7的底硅层7-1，或去除第三新圆片7的底硅层7-1和氧埋层7-2;
8)在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1;
9)图形化顶硅层7-3，或图形化氧埋层7-2和顶硅层7-3，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0071 ]优选的，该驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
[0072]优选的，该驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
[0073]—种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤:
1)选择圆片，作为微镜阵列基底4;
2)在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线
1-5；
3)释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4)选择圆片作为基底3; 5)在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
6)将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片
8；
7)减薄第四新圆片8背面至设定厚度；
8)在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1;
9)图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0074]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。
[0075]优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化娃-钛-铜-钛-二氧化娃-妈-二氧化硅构成。
[0076]实施例1
如图1、图2所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M X N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元I包括镜面1-1、驱动臂1-
2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的侧面。
[0077]该镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。
[0078]该驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线1-5电连接。
[0079]该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的，也可以是不连续的。
[0080]M和N可以均等于I，即该器件为单镜面微镜芯片。
[0081 ] 驱动臂可以是正反叠放Bimorph级联而成，如专利CN 103091835 B。驱动臂也可以通过热膨胀系数不同的材料叠层而成，可以实现微镜的大角度或者大位移驱动。同时，驱动臂可嵌入式电阻层，可以实现低电压驱动，见专利CN 203101727 U。驱动臂还可以是LSF结构，包括多段Bimorph结构和直梁构成，也可以是S结构，S结构由正反叠放Bimorph级联而成，包括正向叠放的Bimorph、反向叠放的B imorph和三明治结构。其中正向叠放或者反向叠放Bimorph结构可包括多层复合材料，采用嵌入式电阻层，其中优选驱动臂末端带有热隔离结构。其中的Bimorph的两层主要材料可以用二氧化硅和铝，也可以用铜和钨，还可用二氧化硅和铜，多晶硅和铜等；电阻层可采用多晶硅、铂、钨、钛、铝等。各个导电层之间的绝缘或电隔离可采用二氧化硅、氮化硅等。
[0082]所述驱动臂包含多层薄膜，其中变形Bimorph结构其厚度范围是0.5um~4um，隔离层其厚度范围0.01um~0.5um，加热器其厚度范围0.0111111~0.311111。优选的41和5102厚度分别为lum，l.lum，隔离层厚度0.lum，加热器厚度0.2umo
[0083 ]所述镜面，包括镜面反射层和镜面支撑，反射层厚度范围30nm?500nm，镜面支撑厚度范围1um?50um;优选的，金属反射层厚度10nm，镜面支撑厚度20um; 实施例2
本实施例是实施例1的制造方法，选择SOI圆片作为微镜基底4。
[0084]如图3?图11所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤:
I)如图3所示，选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶娃层4_3。
[0085]2)如图4所示，在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5。驱动臂包含分别生长刻蚀金属结构层以及电隔离层和加热层，金属生长方式可以是溅射，蒸发，绝缘材料生长方式可以是化学气相沉积，物理气相沉积，刻蚀可以是湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
[0086]3)如图5所示，选择圆片作为基底3。圆片可采用普通硅片，或者玻璃片作为基底材料，优选为硅片。
[0087]4)如图6所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2。由于微镜阵列中独立电引线较多，为了将引线引至边缘，中间驱动引线引出过程，会与边缘引线会存在交叉，这里采用多层布线的方式，反复淀积金属层与电隔离层，通过开Via通孔，制作引线至芯片边缘。弓丨线制作材料为金属材料，生长方式可以使物理气相沉积，化学气相沉积，电镀，电隔离层为绝缘材料，生长方式可以使物理气相沉积，化学气相沉积，电镀。刻蚀可以是湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
[0088]5)如图7所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第一新圆片5。键合方式是金属共晶键合。
[0089]6)如图8所示，去除第一新圆片5的底硅层5-1，或如图9所示，去除第一新圆片5的底娃层5_1和氧埋层5_2。去除方式可以是机械减薄，湿法刻蚀，也可以是干法刻蚀。
[0090]7)如图10或图11所不，在顶娃层5-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-1-1;淀积材料可以是Au，Al等，淀积方式可以是蒸发，也可以是溅射，该金属层作为微镜镜面，图形化方法可以是干法刻蚀，也可以是湿法刻蚀，也可以采用剥离工艺。
[0091]8)如图12所示，图形化顶硅层5-3，或如图13所示图形化氧埋层5-2和顶硅层5-3，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0092]该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
[0093]实施例3
本实施例是实施例1的制造方法，选择圆片作为微镜基底4。
[0094]如图14?图21所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤:
1)如图14所示，选择圆片，作为微镜阵列基底4;
2)如图15所示，在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5;
3)如图16所示，选择圆片作为基底3;
4)如图17所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
5)如图18所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第二新圆片6;
6)如图19所示，减薄第二新圆片6背面至设定厚度； 7)如图20所示，在第二新圆片6的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-
1-1;
8)如图21所示，图形化第二新圆片6的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0095]该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
[0096]实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部，镜面1-1上部表面处于驱动臂1-2上方，驱动臂1-2不占据表面面积。该结构布置使得芯片镜面面积与整个芯片面积之比更大，即是芯片填充率更大。同时，驱动臂1-1与镜面连接于腔体内部，更容易得到保护。
[0097]如图22、图23所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M X N个热驱动MEMS微镜单元1、布线层2和基底3，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元I包括镜面1-1、驱动臂1-2、镜框1-3、上层PAD1-4和器件层电引线1-5，布线层2包括下层PAD2-1、多层电引线
2-2和边沿PAD2-3，驱动臂1-2通过器件层电引线1-5连接到上层PAD1-4，上层PAD1-4和下层PAD2-1键合在一起，下层PAD2-1通过多层电引线2-2连接到边沿PAD2-3上，布线层2置于基底3上，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在镜框1-3上，上层PAD1-4置于镜框1-3的底面，所述多层电引线2-2包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂1-2位于镜面1-1的下部。
[0098]实施例5
本实施例是实施例4的制造方法，选择SOI圆片作为微镜基底4。
[0099]如图24?35所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤:
1)如图24所示，选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶娃层4-3 ；
2)如图25所示，在顶硅层4-3的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5;
3)如图26所示，释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态。释放的方式可以是DRIE各向同性刻蚀，XeF2刻蚀，湿法刻蚀，释放后驱动臂1-1处于悬浮状态，驱动臂一端连接镜面下部，一端连接至衬底2上，且处于镜面1-1下部，镜面1-1目前没有被释放，与衬底2连接，释放驱动臂1-1的优选方法是DRIE各向同性刻蚀和XeF2刻蚀。
[0100]4)如图27所示，选择圆片作为基底3;
5)如图28所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
6)如图29所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第三新圆片7;
7 )如图30所示，去除第三新圆片7的底硅层7-1，或如图31所示，去除第三新圆片7的底娃层7_1和氧埋层7_2 ；
8)如图32或图33所示，在顶硅层7-3的表面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1_1_1;
9)如图34所示，图形化顶硅层7-3，或如图35所示图形化氧埋层7_2和顶硅层7_3，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0101 ]该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
[0102]实施例6
本实施例是实施例4的制造方法，选择圆片作为微镜基底4。
[0103]如图36?44所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，包括如下步骤:
1)如图36所示，选择圆片，作为微镜阵列基底4;
2)如图37所示，在微镜阵列基底4的表面淀积并图形化形成驱动臂1-2、上层PAD1-4和器件层电引线1-5;
3)如图38所示，释放驱动臂1-2，使驱动臂1-2处于悬浮状态；
4)如图39所示，选择圆片作为基底3;
5)如图40所示，在基底3表面淀积并图形化形成布线层2;
6)如图41所示，将基底3上的下层PAD2-1与微镜阵列基底4的上层PAD1-4进行键合，形成第四新圆片8;
7)如图42所示，减薄第四新圆片8背面至设定厚度；
8)如图43所示，在第四新圆片8的正面淀积金属层并图形化，形成镜面1-1的反射层1-
1-1;
9)如图44所示，图形化第四新圆片8的正面，形成镜面1-1和镜框1-3，露出边沿PAD2-3，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。
[0104]该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成，也可依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
[0105]本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，将阵列引线引至边缘，解决了引线问题，避免利用TSV圆片进行键合，减少了工艺步骤，降低了成本。
[0106]本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，背面采用DRIE释放，驱动臂底部娃可完成被刻蚀，undercut量也能够得到很好的控制。
[0107]本专利中利用表面布线圆片与制作的驱动臂圆片进行键合，引线至底部便于后续进行真空，气密封装。
【主权项】
1.一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M X N个热驱动MEMS微镜单元(I)、布线层(2)和基底(3)，其中M、N为大于等于I的整数，热驱动MEMS微镜单元(I)包括镜面(1-1)、驱动臂(1-2)、镜框(1-3)、上层PAD(l-4)和器件层电引线(1-5)，布线层(2)包括下层PAD(2-1)、多层电引线(2-2)和边沿PAD(2-3)，驱动臂(1-2)通过器件层电引线(1-5)连接到上层PAD(l-4)，上层PAD(l-4)和下层PAD(2-1)键合在一起，下层PAD(2-1)通过多层电引线(2-2)连接到边沿PAD(2-3)上，布线层(2)置于基底(3)上，镜面(1-1)通过驱动臂(1-2)连接在镜框(1-3)上，上层PAD(l-4)置于镜框(1-3)的底面，所述多层电引线(2-2)包括至少一层金属层和至少一层绝缘层，驱动臂(1-2)位于镜面(1-1)的侧面。2.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1-2)位于镜面(1-1)的下部。3.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述镜面(1-1)为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂(1-2)在所述镜面(1-1)的4个边支撑。4.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1-2)包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述器件层电引线(1-5)电连接。5.根据权利要求4所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1-2)中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂(1-2)的每一层可以是连续的。6.根据权利要求4所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂(1-2)中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂(1-2)的每一层可以是不连续的。7.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述M和N均等于I，即该器件为单镜面微镜芯片。8.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底(4)，该SOI圆片包括底硅层(4-1)、氧埋层(4-2)和顶娃层(4-3)； 2)在顶硅层(4-3)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1-2)、上层PAD(l-4)和器件层电引线 α-5); 3)选择圆片作为基底(3); 4)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2); 5)将基底(3)上的下层PAD(2-1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(l-4)进行键合，形成第一新圆片(5); 6)去除第一新圆片(5)的底硅层(5-1)，或去除第一新圆片(5)的底硅层(5-1)和氧埋层(5-2)； 7)在顶硅层(5-3)的表面淀积金属层并图形化，形成镜面(1-1)的反射层(1-1-1); 8)图形化顶硅层(5-3)，或图形化氧埋层(5-2)和顶硅层(5-3)，形成镜面(1-1)和镜框(1-3),最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。9.根据权利要求8所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。10.根据权利要求8所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。11.根据权利要求1所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 1)选择圆片，作为微镜阵列基底(4); 2)在微镜阵列基底(4)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1-2)、上层PAD(l-4)和器件层电引线(1-5); 3)选择圆片作为基底(3); 4)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2); 5)将基底(3)上的下层PAD(2-1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(l-4)进行键合，形成第二新圆片(6); 6)减薄第二新圆片(6)背面至设定厚度； 7)在第二新圆片(6)的正面淀积金属层并图形化形成镜面(1-1)的反射层(1-1-1); 8)图形化第二新圆片(6)的正面，形成镜面(1-1)和镜框(1-3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。12.根据权利要求11所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。13.根据权利要求11所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。14.根据权利要求2所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 1)选择SOI圆片，作为微镜阵列基底(4)，该SOI圆片包括底硅层(4-1)、氧埋层(4-2)和顶娃层(4-3)； 2)在顶硅层(4-3)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1-2)、上层PAD(l-4)和器件层电引线 α-5); 3)释放驱动臂(1-2)，使驱动臂(1-2)处于悬浮状态； 4)选择圆片作为基底(3); 5)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2); 6)将基底(3)上的下层PAD(2-1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(l-4)进行键合，形成第三新圆片(7); 7)去除第三新圆片(7)的底硅层(7-1)，或去除第三新圆片(7)的底硅层(7-1)和氧埋层(7-2)； 8)在顶硅层(7-3)的表面淀积金属层并图形化，形成镜面(1-1)的反射层(1-1-1); 9)图形化顶硅层(7-3)，或图形化氧埋层(7-2)和顶硅层(7-3)，形成镜面(1-1)和镜框(1-3),最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。15.根据权利要求14所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。16.根据权利要求14所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。17.根据权利要求2所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 1)选择圆片，作为微镜阵列基底(4); 2)在微镜阵列基底(4)的表面淀积并图形化形成驱动臂(1-2)、上层PAD(l-4)和器件层电引线(1-5); 3)释放驱动臂(1-2)，使驱动臂(1-2)处于悬浮状态； 4)选择圆片作为基底(3); 5)在基底(3)表面淀积并图形化形成布线层(2); 6)将基底(3)上的下层PAD(2-1)与微镜阵列基底(4)的上层PAD(l-4)进行键合，形成第四新圆片(8); 7)减薄第四新圆片(8)背面至设定厚度； 8)在第四新圆片(8)的正面淀积金属层并图形化，形成镜面(1-1)的反射层(1-1-1); 9)图形化第四新圆片(8)的正面，形成镜面(1-1)和镜框(1-3)，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。18.根据权利要求15所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。19.根据权利要求15所述一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于所述驱动臂(1-2)中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。
【文档编号】B81B7/04GK106082107SQ201610400892
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】陈巧, 孙其梁, 丁金玲, 王伟, 谢会开
【申请人】无锡微奥科技有限公司