具有通过电磁致动控制的可倾斜悬置结构的MEMS设备制造技术

MEMS设备通过以下方式获得：在半导体本体上形成临时偏置结构；以及在半导体本体上形成致动线圈，致动线圈至少具有一个第一端匝、一个第二端匝、以及中间匝，中间匝被布置在第一端匝和第二端匝之间，并且通过临时偏置结构被电耦合至第一端匝。以此方式，在电镀生长期间中间端匝以与第一端匝近似相同的电势被偏置，并且在生长结束时，致动线圈具有近似均匀的厚度。在电镀生长结束时，临时偏置结构的部分被选择性地去除，以将第一端匝与中间匝电分离，并且与虚设偏置区域电分离，虚设偏置区域与第一端匝相邻。

MEMS devices with tiltable mounting structure controlled by electromagnetic actuation

【技术实现步骤摘要】
具有通过电磁致动控制的可倾斜悬置结构的MEMS设备相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月14日提交的第102018000011127号意大利专利申请的优先权权益，该申请的全部内容在法律允许的最大范围内通过引用的方式并入本文。
本申请涉及具有通过电磁致动控制的可倾斜悬置结构的MEMS(微机电系统)设备。尤其是，以下将参考微反射镜设备，而不暗示任何一般性的损失。
技术介绍
具有可倾斜结构并且承载反射性表面的MEMS设备是已知的，该可倾斜结构是使用半导体技术制造的。例如，此类MEMS设备被使用在便携式电子设备中，诸如便携式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机(包括超薄笔记本计算机)、PDA、平板计算机、移动电话、智能电话、以及光学设备，并且被使用在用于引导光的特定设备中，该光由光源根据期望的形式生成。凭借MEMS设备的减小的尺寸，可以满足有关面积消耗(包括面积以及厚度二者)的严格要求。例如，MEMS反射镜设备被使用在小型化投影仪模块中，并且被使用在诸如微型投影仪和飞行时间测距系统的设备中，该小型化投影仪模块能够在一定距离处投影图像或生成期望的光图案，。例如，与图像捕捉模块组合，这种投影仪模块使产生三维(3D)相片或允许捕捉三维图像的视频相机成为可能。备选地，投影仪模块可以被使用在三维场景识别系统中，该三维场景识别系统测量由通过微型投影仪发射的单色射线或光束击中表面、并朝向接收器反射回所使用的时间(因此形成飞行时间测距系统)。另一种应用测量被反射的射线或光束(例如红外类型的)在检测器阵列上的位置，其中被反射的射线或光束的位置取决于反射表面的距离(因此，利用结构化光变形方法)。大体上，MEMS反射镜设备包括反射镜元件，该反射镜元件被悬置在腔体之上并且由半导体本体制成，以便是可移动的，通常具有倾斜或旋转移动(例如能够滚动和俯仰)，以便以期望的方式引导入射光束。例如，图1是微型投影仪9的示意性图示，包括光源1(诸如激光源)，光源1生成由三个单色光束形成的光束2，对于每个基色(例如，红、绿、蓝)一个单色光束。光束2穿过示意性示出的光学系统3，由反射镜元件5朝向屏幕6偏转。在示出的示例中，反射镜元件5是二维类型的，其被控制以绕着竖直轴线A以及水平轴线B转动。如在图2中示出的，反射镜元件5绕着竖直轴线A的旋转生成快速水平扫描。反射镜元件5绕着水平轴线B(垂直于竖直轴线A)的旋转生成通常是锯齿类型的慢速竖直扫描。所获得的整体扫描方案在图2中示出，并且由7来表示。在图1的系统的变型中，微型投影仪可以具有两个微反射镜，该两个微反射镜顺序布置在光束2的路径上，每个微反射镜绕着自身的轴线转动；即，一个微反射镜绕着水平轴线B转动，并且另一个微反射镜绕着竖直轴线A转动，以便生成与图2中的扫描方案相同的扫描方案。作为替代，在图3的场景识别系统中，光源11生成光射线12，光射线12穿过聚焦光学系统13(示意性示出)，由反射镜元件15朝向对象14偏转，并且由对象14朝向检测器16反射。此处，光射线12可以在可见光、不可见光的范围中，或者可以具有任何有用频率。被连接到光源11、反射镜元件15、以及检测器16的控制器17确定飞行时间以便重建场景。备选地，场景可以经由结构化光变形方法重建。在这种情况中，由微反射镜15偏转的光束12被用于在两个方向上扫描对象。例如，微型投影仪可以在对象上投影小条纹；对象的凸起或凹陷区域(由于其深度)在由照相机检测的光射线中生成变形，该变形可以由适当的电子设备处理以检测深度信息。图1和图3的反射镜元件5、15的旋转由致动系统控制，致动系统现有地是静电、电磁、或压电类型的。例如，图4和图5示出了电磁致动微反射镜20。微反射镜20包括固定结构21以及悬置结构22，固定结构21和悬置结构22由半导体材料的本体24形成，本体24具有第一表面24A和第二表面24B(图5)。本体24可以由单片基板形成或由接合在一起的多个基板形成。腔体23(图5)在本体24中从第二表面24B延伸，在底部定界悬置结构22，并且由固定结构21横向定界。在实践中，悬置结构22由膜形成，因为腔体23的存在，所以膜具有小于固定结构21的厚度。悬置结构22包括由框架28通过第一对扭臂或弹簧26承载的可倾斜结构25，框架28也被悬置并且在此具有包围可倾斜结构25的矩形框架的形状。转而，框架28经由第二对扭臂或弹簧29由固定结构21承载。第一臂26沿着第一旋转轴线A延伸，并且被配置为使可倾斜结构25能够绕着第一旋转轴线转动。第二臂29沿着第二旋转轴线B延伸，并且被配置为使框架28能够绕着第二旋转轴线B转动，第二旋转轴线B横切于、尤其是垂直于第一旋转轴线A。在这种情况中，第一旋转轴线A可以形成快速轴线，并且在这种情况中绕着第一旋转轴线A的旋转引起悬置结构22的快速运动(例如，共振运动)；第二旋转轴线B可以形成慢速轴线，并且在这种状况中绕着第二旋转轴线B的旋转引起整个悬置结构22的慢速运动。悬置结构22的旋转由施加在本体24的第一表面24A上的磁致动引起。为此，钝化层30(图5)在本体的第一表面24A之上延伸，并且在此由堆叠布置的第一和第二介电材料层31、32形成。线圈35在框架28上方的钝化层30上延伸，其形成至少一个匝36，此处是多个匝36。线圈35具有第一和第二端35A、35B，第一和第二端35A、35B经由相应的掩埋连接线37A、37B(在图5中只有掩埋连接线37A可见)耦合到相应的接触焊盘42A、42B(在图5中只有接触焊盘42A可见)。线圈35由传导性材料制成，并且包括金属(诸如，铜)的质量块43以及种子层44(例如，也是铜的)，质量块43和种子层44被堆叠布置。线圈35被设计为在使用中与例如在微反射镜20外部的致动设备46协作(图6与图7)。例如，图6和图7示出了可能的实现方式，其中致动设备46由C形磁性元件形成，C形磁性元件具有第一和第二磁极47、48，第一和第二磁极47、48相互间隔开并且由支撑件49承载，支撑件49例如由铁磁性或甚至非磁性材料制成。尤其是如在图7中可见的，微反射镜20在磁极47、48之间由相同的支撑件49承载，并且被布置为相对于由致动设备46生成的磁场的方向呈45°。利用所描述的设备，通过以预设频率供应A.C.电流，能够获得可倾斜结构绕着两个旋转轴线A、B的旋转。尤其是，通过同时向线圈35供应适当幅度且处于不同频率(其中之一接近谐振频率)的两个电流，线圈生成磁场，该磁场通过感应而引起框架28绕着第二旋转轴线B旋转以及可倾斜结构22绕着第一旋转轴线A旋转。在微反射镜20中，线圈35通过电镀生长获得。为此，在沉积第一介电材料层31、形成掩埋连接线37A、37B、沉积并打开第二介电材料层32以形成去往掩埋连接线37A、37B的连接过孔之后，连续种子层41被形成(例如，经由溅射被沉积)，并且根据线圈所期望的螺旋形状被图案化，以形成种子层44。种子层也可以保持在钝化层30的其他部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造MEMS设备的方法，所述方法包括：/n在半导体本体上形成临时偏置结构；/n在所述半导体本体上形成致动线圈，所述致动线圈具有第一端匝、第二端匝、以及中间匝，所述中间匝被布置在所述第一端匝和所述第二端匝之间，并且通过所述临时偏置结构被电耦合至所述第一端匝；/n选择性地去除所述临时偏置结构的部分，从而将所述第一端匝与所述中间匝电分离，并且与虚设偏置区域电分离，所述虚设偏置区域与所述第一端匝相邻；以及/n选择性地去除所述半导体本体的部分，以限定固定结构、悬置结构和支撑结构，所述悬置结构承载所述致动线圈并且由所述固定结构承载，所述支撑结构将所述悬置结构耦合到所述固定结构，并且配置为允许所述悬置结构相对于所述固定结构具有至少一个自由度。/n

【技术特征摘要】
20181214 IT 1020180000111271.一种用于制造MEMS设备的方法，所述方法包括：
在半导体本体上形成临时偏置结构；
在所述半导体本体上形成致动线圈，所述致动线圈具有第一端匝、第二端匝、以及中间匝，所述中间匝被布置在所述第一端匝和所述第二端匝之间，并且通过所述临时偏置结构被电耦合至所述第一端匝；
选择性地去除所述临时偏置结构的部分，从而将所述第一端匝与所述中间匝电分离，并且与虚设偏置区域电分离，所述虚设偏置区域与所述第一端匝相邻；以及
选择性地去除所述半导体本体的部分，以限定固定结构、悬置结构和支撑结构，所述悬置结构承载所述致动线圈并且由所述固定结构承载，所述支撑结构将所述悬置结构耦合到所述固定结构，并且配置为允许所述悬置结构相对于所述固定结构具有至少一个自由度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述临时偏置结构包括：
在所述半导体本体上形成钝化层；
在所述钝化层内形成掩埋传导性区域，所述掩埋传导性区域具有第一接触部分和第二接触部分；
在所述钝化层上形成传导性材料的种子结构，所述种子结构包括第一种子部分、第二种子部分和第三种子部分，所述第一种子部分与所述第一接触部分电接触，所述第二种子部分与所述第二接触部分电接触，并且所述第二种子部分属于所述虚设偏置区域，所述第二种子部分和所述第三种子部分彼此连续并且彼此电接触；
选择性地覆盖所述种子结构；以及
通过在所述第一种子部分上生长所述中间匝以及在所述第三种子部分上生长所述第一端匝的至少一部分，在所述种子结构上电镀生长所述致动线圈，其中所述掩埋传导性区域通过所述第二种子部分将所述第一种子部分与所述第三种子部分保持在相同的电势。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一端匝是所述致动线圈的内匝，其中所述第二端匝是所述致动线圈的外匝，以及其中所述虚设偏置区域与所述内匝相邻。


4.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述掩埋传导性区域包括：
形成传导性层并且图案化所述传导性层，以成形所述掩埋传导性区域以及至少一个电连接区域，所述至少一个电连接区域具有第一连接部分和第二连接部分，所述第一连接部分与所述第一端匝电接触；以及
在所述固定结构上形成导电区域，所述导电区域与所述电连接区域的所述第二连接部分电接触。


5.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述种子结构包括：形成种子层并且图案化所述种子层，以形成所述第二种子部分和线圈形种子区域，所述线圈形种子区域包括所述第一种子部分和所述第三种子部分，并且其中选择性地去除所述临时偏置结构的部分包括：去除所述种子层的在所述第一端匝与所述虚设偏置区域之间的部分。


6.根据权利要求2所述的方法，其中形成种子结构包括形成种子层；其中选择性地覆盖所述种子结构包括形成具有线圈形开口的电镀生长掩模；其中，在电镀生长所述致动线圈之后，所述电镀生长掩模被去除；以及其中选择性地去除所述种子层的部分包括去除所述种子层的在所述致动线圈的所述匝之间的部分以及在所述第一端匝与所述虚设偏置区域之间的部分。


7.根据权利要求2所述的方法，其中所述种子结构具有第一厚度，并且所述掩埋传导性区域具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述种子结构具有介于50nm与500nm之间的厚度，并且所述掩埋传导性区域具有介于300nm与700nm之间的厚度。


9.根据权利要求2所述的方法，其中所述种子结构由在铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卡尔米纳蒂，S·克斯坦蒂尼，R·吉亚诺拉，L·蒙塔格纳，F·M·C·卡尔皮格纳诺，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT