一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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

技术介绍
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，需要与硅衬底分离，即结构释放。目前Bimorph的释放主要依靠对薄膜下的硅进行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1×N阵列结构，或小阵列的M×N阵列结构。但需要制作较大的M×N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。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。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。再如，中国专利申请号：201310511778.4“一种TSV-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。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。如将该专利技术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1个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在1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。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。如将该专利技术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1个焊盘失效，在MEMS微镜阵列中存在1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。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：如何降低微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。本专利技术的技术方案是：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。本专利技术的优点和技术效果：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Bonding工序，降低了微镜阵列的引线制作的成本的技术问题。附图说明图1：实施例1所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。图2：实施例1所述的热驱动MEMS微镜单元1。图3：实施例2选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。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。图5：实施例2选择圆片作为基底3的步骤。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。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。图8：实施例2去除第一新圆片5的底硅层5-1的步骤。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。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。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。图12：实施例2图形化顶硅层5-3（对照图10）的步骤。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。图14：实施例3选择圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。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。图16：实施例3选择圆片作为基底3的步骤。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。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。图19：实施例3减薄第二新圆片6背面至设定厚度的步骤。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。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。图22：实施例4所述的热驱动MEMS微镜阵列器件。图23：实施例4所述的热驱动MEMS微镜单元1。图24：实施例4选择SOI圆片，作为微镜阵列基底4的步骤。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。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。图27：实施例4选择圆片作为基底3的步骤。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。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。图30：实施例4去除第三新圆片7的底硅层7-1的步骤。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。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。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。图34：实施例4图形化顶硅层7-3（对照图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括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PAD（1‑4）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（1‑4），上层PAD（1‑4）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（1‑4）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。

【技术特征摘要】
1.一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括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PAD（1-4）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（1-4），上层PAD（1-4）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（1-4）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1，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PAD（1-4）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（1-4）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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧，孙其梁，丁金玲，王伟，谢会开，
申请(专利权)人：无锡微奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32