本发明公开了一种微机电系统芯片及其制造方法,属于微机电系统技术领域。
微机电系统是在半导体制造技术基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、liga、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。
常用的微机电系统驱动结构包括静电驱动被广泛应用,其中静电驱动主要采用梳齿结构。梳齿结构一般分为两类,一类是面内梳齿结构,用作面内结构驱动,一类是上下梳齿结构,用作面外驱动。面外驱动的动齿和固齿一高一低不在一个平面。上下梳齿结构可以用来制作扫描微镜,三轴加速度计、三轴陀螺仪。但是要制作高低梳齿,现有的高低梳齿设计中,传统的memes制造工艺利用键合工艺分别刻蚀高低梳齿,或者利用多次光刻分别刻蚀高低梳齿,需要高精度对准,对工艺要求高且成品率低,存在多次刻蚀,加工复杂等缺陷。
本发明所要解决的技术问题是面外齿驱动器加工复杂等缺陷,提出了一种可实现外面驱动芯片及其制作方法。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
采用四层结构,驱动器布置于第三层,质量块与转轴布置在第一层层,第二层布置支持结构,其中驱动器采用面内驱动器结构,可以实现面内驱动,通过中层支撑结构产生面外驱动转矩,带动质量块运动,该结构工艺上利于实现,不挑战工艺难点,可以大大简化面外运动加工难度,实现大角度,大质量块驱动。
说明书:
1.一种微机电系统芯片,其特征在于包括第一层结构(1),第二层结构(2),第三层结构(3),第四层结构(4)。其中第一层结构(1)包括柔性连接(1-1),第一层质量块(1-2),第一层固定端(1-3),驱动焊盘(1-4)。第一层质量块(1-2)连接柔性连接(1-1),柔性连接(1-1)连接质量块(1-2)与第一层固定端(1-3),驱动焊盘(1-4)位于第一层固定端。第二层结构(2)包括支撑结构(2-1),第二层键合区域(2-2),第二层键合下部区域(2-2)位于支持结构(2-1)下表面。第三层结构(3)包括驱动器(3-1),第三层键合上部区域(3-2),第三层固定端(3-3),第三层质量块(3-4)。驱动器连接第三层固定端(3-3)与第三层质量块(3-4),第三层键合上部区域(3-2)位于第三层质量块(3-5)上表面,第三层键合上部区域(3-2)与第二层键合下部区域(2-2)键合在一起。第四层结构(4)包括衬底(4-1),空腔(4-2),衬底(4-1)用于支撑固定端,空腔为了保留一定活动空间。优选的,第一层结构,第二层结构,第三层结构均为单晶硅材料。
优选的,第四层结构可以是单晶硅材料,也可以是二氧化硅材料。
优选的,电热驱动器为单晶硅材料,可采用v形梁,u形梁,z形梁,或者他们的组合。
优选的,静电驱动器为单晶硅材料,由多个梳齿构成,梳齿之间间距0.3um~5um。
优选的,该质量块可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种。
优选的,该柔性连接,为单晶硅材料,可以是扭转梁,回形梁,折叠梁。
优选的,该空腔可以是全镂空结构,也可以是半镂空结构,主要是预留空间给质量块运动。
附图说明
图1:芯片结构
图2:面内静电驱动器
图3:面内电热驱动v形梁
图4:面内电热驱动u形梁
图5:面内电热驱动z形梁
图中,第一层结构(1),第二层结构(2),第三层结构(3),第四层结构(4),柔性连接(1-1),第一层质量块(1-2),第一层固定端(1-3),驱动焊盘(1-4),支撑结构(2-1),第二层键合区域(2-2),驱动器(3-1),第三层键合上部区域(3-2),第三层固定端(3-3),第三层质量块(3-4),第三层质量块(3-5),衬底(4-1),空腔(4-2)
下面简单描述该混合驱动器制造方法之一。
1)选择第一soi圆片(5),作为第三层结构(3)和第四层结构(4),该soi圆片包括底硅层(5-1)、氧埋层(5-2)和顶硅层(5-3);
2)在顶硅层(5-3)的表面图形化形成驱动器(3-1),第三层键合上部区域(3-2),第三层质量块(3-5);
3)选择第二soi圆片(6)作为第一层结构(1)和第二结构层;该soi圆片包括底硅层(6-1)、氧埋层(6-2)和顶硅层(6-3);
4)在底硅层(6-3)的表面图形化形成支撑结构(2-2),第二层键合下部区域(2-3);
5)将第一soi圆片(5)与第二soi圆片(6)键合,形成新圆片(7);
6)在新圆片(7)的表面淀积金属层并图形化,柔性连接(1-1),第一层质量块(1-2),第一层固定端(1-3),驱动焊盘(1-4),第一层键合区域(1-5)最终形成所述微机电系统芯片。
本发明采用上述技术方案,具有以下有益效果:本发明采用面内驱动器和支撑结构,产生面外的驱动扭矩,可以实现快速扫描和大角度扫描驱动结构。并采用soi硅片加工,soi的正面单晶硅器件层即为机械结构层,背面为支撑结构。驱动器直接采用drie平面刻蚀,一次成型。简化了制造工艺,大大降低加工成本和加工难度,提高成品率。
本文发布于:2024-09-21 11:12:30,感谢您对本站的认可!
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