一种结构辅助的电磁MEMS微镜加工方法与流程

一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法
技术领域
1.本发明属于半导体mems器件加工领域，尤其涉及一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法。

背景技术：

2.mems微镜是一种基于半导体微加工技术实现的微机电系统芯片，属于微执行器，可以实现激光光束的精准反射操纵，广泛用于激光扫描、激光投影显示、激光雷达和光通信领域。按照mems微镜的驱动方式主要可以分为静电驱动，电磁驱动，电热驱动和压电驱动等类别。
3.mems微镜作为激光雷达的一种实现激光扫描的解决方案，随着激光雷达向着更远探测距离的发展，激光雷达要求mems微镜光学反射镜面尺寸逐渐增大。较大的反射镜面意味着芯片本身的面积也较大，所以有必要采用更大尺寸的晶圆(如6吋、8吋、甚至更大)有效地降低mems微镜芯片的成本。晶圆尺寸越大，加工过程中晶圆厚度则不能过薄，否则需要更多的辅助和保护工艺才能确保全工艺流程顺利完成，工艺复杂度高。例如薄晶圆加工需要通过临时贴合和去除承载片进行辅助。因此，大尺寸mems微镜晶圆加工一般选择一定初始厚度的硅晶圆，或者是薄晶圆经初步加工后再键合后形成一定厚度晶圆，从而确保全流程具有良好加工效果。然而现阶段厚硅晶圆的常规工艺加工会引起加工成本显著上升，尤其体现在厚硅晶圆的干法等离子刻蚀工艺环节。
4.电磁驱动mems微镜(简称，电磁mems微镜)在激光雷达所需的大镜面尺寸的应用场景中具有一定优势。电磁mems微镜常见有三种驱动布局方案。第一种方案是mems微镜芯片上额外粘结安装的永磁铁与mems微镜芯片之外布置的通电线圈产生的磁场相互作用，从而驱动电磁mems微镜扭转工作。第二种方案与第一种相反，在加工mems微镜结构的同时利用半导体加工工艺在mems微镜结构上集成制作了相匹配的微线圈结构，微线圈通电后产生磁场并与外置永磁铁磁场相互作用驱动mems微镜工作。第三种方案在第一种的基础上做了进一步改进，直接在mems微镜上利用半导体工艺沉积一层磁性薄膜替代外加的永磁铁，mems微镜结构上的软磁性薄膜在外部通电线圈磁化后产生吸引力而驱动mems微镜工作。在mems微镜上粘结安装永磁铁装配精度和工艺要求高，且外加的磁铁会增大mems微镜扭转结构的总质量，降低mems微镜的抗冲击特性，或者造成mems微镜可动结构的质量不对称而进一步影响运动的稳定性；而在mems微镜上沉积磁性薄膜为软磁，软磁的磁性薄膜与外部通电线圈之间只能产生引力而没有斥力，驱动控制相对困难且驱动力较小。相比较而言，第二种实现方案是一种较优选择。然而尽管第二种方案中涉及的各单步半导体加工工艺已经发展较为成熟，结构设计也已经有多种相对成熟的方案，但是其全套加工工艺流程仍然有待提高。例如，全流程工艺中薄硅晶圆的支撑保护所需要的临时键合与解键合工艺较为复杂且需要专门的设备，大尺寸悬置扭转梁镜面结构的干法刻蚀面临热量聚集和疏散难的问题，大尺寸悬空结构在微加工工艺和装配过程中受力时脆弱易失效问题，厚硅晶圆大面积刻蚀时效率低的问题。这些问题的改善和解决才能更好地实现电磁mems微镜芯片良好的可制造性和
较低的成本。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法，改善现有加工方法存在的加工工艺复杂度高和加工成本高的问题。本发明通过利用局部粗糙化后的选择性硅-硅键合、基于常规硅-硅键合的厚硅mems加工工艺、融合高精度激光裁切于mems加工流程、增加临时性的支撑和散热结构等方案，可以减少mems微镜加工过程对薄片加工所需的临时键合和解键合设备和工艺的依赖，降低单晶硅干法刻蚀设备的机时占用从而控制加工成本，提高工艺流程中各单步工艺的相互兼容性，只需要采用常规设备及其工艺的组合就可以实现加工，降低了加工过程的复杂度、降低了加工成本，使电磁mems微镜具备良好的可制造性。
6.本发明的技术方案是：
7.一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法，电磁mems微镜包括反射镜、内框架和外框架，反射镜通过扭转梁与内框架连接，内框架通过扭转梁与外框架连接；其特殊之处在于，包括以下步骤：
8.步骤1、支撑承载层制作；
9.在第一硅片表面制作图形化的键合面，作为支撑承载层；
10.步骤2、键合中间层，得到soi晶圆-a；
11.将第二硅片作为中间层与支撑承载层的键合面键合，得到soi晶圆-a；
12.步骤3、加强筋制作；
13.对soi晶圆-a的中间层进行光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成加强筋组件；所述加强筋组件包括永久加强筋和临时加强筋，所述永久加强筋布置位置对应反射镜和内框架底部；所述临时加强筋布置位置对应反射镜和内框架之间以及内框架与外框架之间；
14.步骤4、键合顶硅层，得到soi晶圆-b；
15.对第三硅片具有氧化硅层的表面进行图形化，并刻蚀形成对特定的微结构区域选择性减薄效果，如扭转梁或镜面背面区域，减薄厚度根据设计需求确定。将其作为顶硅层与步骤3制作完成的soi晶圆-a进行硅-硅键合，对顶硅层进行研磨减薄，得到已经预制部分结构的含有三层单晶硅的soi晶圆-b；
16.步骤5、soi晶圆-b顶硅层及其附属多层结构制作；
17.在soi晶圆-b的顶硅层制作soi晶圆-b顶硅层、第一氧化硅或氮化硅绝缘层、金属导线层、第二氧化硅或氮化硅绝缘层、金属线圈层；
18.步骤6、内外框架结构、扭转梁结构、临时散热和固定梁制作；
19.在步骤5制作完成的soi晶圆-b顶硅层及其附属多层结构的表面，制作mems微镜主要内外框架结构、扭转梁结构、临时散热和固定梁，刻蚀深度至键合氧化硅层；部分扭转梁结构也可以在步骤3中制作；临时散热和固定梁位于反射镜和内框架之间以及内框架与外框架之间，并对应于临时加强筋顶部；将镜面、内框架和外框架三者连接成一个整体，从而实现增加散热通道的效果，并且能对可动结构起到辅助临时固定效果。
20.步骤7、释放mems微镜可动结构；
21.通过激光烧蚀裁切工艺在步骤6制作完成soi晶圆-b的支撑承载层掏出单颗芯片
所需要的运动扭转空腔；
22.将运动扭转空腔作为等离子刻蚀窗口，通过干法刻蚀氧化硅工艺将中间层与顶硅层之间的键合氧化硅层去除，释放mems微镜可动结构；
23.步骤8、反射镜制作；
24.在步骤7制作完成的soi晶圆-b的顶硅层反射镜对应区域通过硬掩膜辅助的金属沉积工艺制作反射镜；
25.步骤9、通过激光烧蚀切割临时散热和固定梁以及临时加强筋，将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式切割成独立mems微镜芯片；
26.或将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式切割成独立mems微镜芯片，之后通过激光烧蚀切割单个芯片中的临时散热和固定梁以及临时加强筋；
27.有些场景中也会在单颗mems芯片封装操作完成后再对临时结构进行切割，因为临时结构在封装操作中也可以起到保护作用，但是切割的效率较低。
28.进一步地，为了避免第一硅片键合面的非键合区域被键合，步骤1中对非键合区域进行表面处理，使键合面的非键合区域表面粗糙化，在步骤7中，由于选择性键合的辅助下裁切后的结构将可以从底部直接脱落被取出去除。
29.进一步地，步骤7中干法刻蚀氧化硅的过程中需要在soi晶圆-b正面贴膜，以确保已经刻穿镂空的晶圆在刻蚀腔体内不会因为背氦外溢而无法进行刻蚀工艺，刻蚀完成后将膜去除；所贴膜一般选择耐受一定温度的uv膜，并且能在完成刻蚀工艺后降低粘度无损揭膜去除。
30.本发明还提供另一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
31.步骤1、顶硅层制作；
32.对第三硅片具有键合所需氧化硅层的表面进行图形化，并刻蚀形成对特定的微结构区域选择性减薄效果，如扭转梁或镜面背面区域，减薄厚度根据设计需求确定；将其作为顶硅层。
33.步骤2、顶硅层和中间层键合；
34.将顶硅层的氧化硅面与作为中间层的第二硅片进行硅-硅键合；
35.步骤3、研磨减薄中间层并制作加强筋；
36.对中间层进行研磨减薄，然后光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成加强筋；加强筋除了常规的布置于镜面和内框架结构底部的用于增强刚度防止镜面变形的永久加强筋之外，根据结构特征重点在临时散热结构底部位置增设了加工过程中起垂直支撑的临时加强筋；
37.步骤4、研磨顶硅层，制作soi晶圆-c；
38.通过干法刻蚀去除步骤3中间层深硅刻蚀后裸露的键合氧化硅层；翻转晶圆，研磨减薄抛光顶硅层至30-200μm厚度，将含有中间层和顶硅层的soi晶圆定义为soi晶圆-c；
39.步骤5、支撑承载层制作；
40.在第一硅片表面制作图形化的键合面，作为支撑承载层；
41.采用激光精密裁切或激光打孔或者湿法单晶硅腐蚀工艺，在第一硅片上制作反射镜扭转运动所需的空腔；
42.步骤6、键合支撑承载层，获得soi晶圆-d；
43.将步骤5制作完成的支撑承载层与soi晶圆-c的中间层键合，获得soi晶圆-d；
44.步骤7、soi晶圆-d顶硅层及其附属多层结构制作；
45.在soi晶圆-d的顶硅层制作、第一氧化硅或氮化硅绝缘层、金属导线层、第二氧化硅或氮化硅绝缘层、金属线圈层；
46.步骤8、内外框架结构、扭转梁结构、临时散热和固定梁制作；
47.在步骤7制作完成的soi晶圆-d顶硅层及其附属多层结构的表面，制作mems微镜主要内外框架结构、扭转梁结构、临时散热和固定梁，刻蚀深度至键合氧化硅层；部分扭转梁结构也可以在步骤3中制作；临时散热和固定梁位于反射镜外围和内框架外围，将反射镜、内框架和外框架三者连接成一个整体，从而实现增加散热通道的效果，并且能对可动结构起到辅助临时固定效果；
48.步骤9、反射镜制作；
49.在步骤8制作完成的soi晶圆-d的顶硅层反射镜对应区域通过硬掩膜辅助的金属沉积工艺制作反射镜；
50.步骤10、将soi晶圆-d通过激光隐形切割的方式将晶圆切割成独立mems微镜芯片。
51.进一步地，步骤5中对非键合区域进行表面处理，使键合面的非键合区域表面粗糙化；步骤5中，在第一硅片上制作反射镜扭转运动所需的空腔，优选为盲孔，原因有两点，一是盲孔的底层支撑承载层在后续的工艺流程中背面仍然是一个完整的平整封闭硅面，导热和散热较好，且可以在刻蚀过程中免贴临时陪片，并承受工艺过程中的涂胶时的真空吸附，防止真空吸附力量传递到中层和顶硅层薄层上造成破损裂纹。二是盲孔底层硅可以对上层的芯片结构起到一定保护作用。底层支撑承载层也可以使用玻璃晶圆，并使用玻璃晶圆的键合和刻蚀工艺达到相应的加工效果。
52.本发明的有益效果是：
53.整体工艺流程基于电磁mems微镜的三层结构，各层针对工艺流程所做的辅助结构可以产生以下有益效果。
54.1、顶硅层作为mems微镜反射镜面、线圈承载层、扭转梁和框架层。由于顶硅层上的反射镜面或框架面积相对较大，但是仅仅通过对称的两根细扭转梁结构所形成的散热通道与外部结构连通，因此干法刻蚀加工过程中的散热较差，会严重影响光刻胶掩膜效果和刻蚀加工效果。本发明利用在镜面或框架外围临时增设的若干连通结构可以明显改善散热保证工艺效果，并且在完成工艺之后可以通过激光裁切方式将其去除而不影响电磁mems芯片的功能。
55.中间层单晶硅层厚度可根据设计调整，在键合形成三层结构叠层前预制其结构，主要作为电磁mems微镜的加强筋增加器件的刚度和可靠性。由于电磁mems微镜的整个可动结构悬置于整个芯片中，加工后期由于工艺流程中的真空吸附，工艺腔内外压强差等因素容易造成悬置结构区域变形，通过对加强筋结构布局的合理调整，可以满足芯片加工过程中整个可动悬置结构的一定密度的垂直支撑层，保证前后工艺的顺利进行。
56.底层则主要起到整个电磁mems芯片的支撑承载层作用，使晶圆在各种工艺加工过程中有良好的支撑，便于涂胶和刻蚀工艺环节中晶圆的真空吸附固定，避免大尺寸薄片加工所需要针对承载片的临时键合和解键合工艺，从而降低工艺复杂度和加工风险，更有利
于在大尺寸晶圆在加工线上实现稳定批量加工和有效控制成本。预先在底层硅键合面制作的局部粗糙化的选择性键合面，可以促使底层硅完成支撑承载使命后得以顺利开腔，从而为给反射镜可动结构提供运动空间。
57.2、考虑到支撑承载底层的厚度，如果采用常规的干法刻蚀工艺加工，效率较低而成本较高，而采用激光精密裁切、激光打孔或者湿法腐蚀开孔的方式替代干法刻蚀，可以显著的降低加工成本，提高加工效率，尤其是对于镜面尺寸较大的电磁mems微镜芯片的改善效果更为明显。而且激光裁切无需光刻和刻蚀，通过机器视觉定位实现精密对准，属于非接触光学加工，也使整个工艺流程受到的限制更小，灵活性增强，兼容性更好。
附图说明
58.图1为现有二维电磁mems微镜结构示意图；
59.图2为本发明二维电磁mems微镜结构示意图；其中a为俯视图，b为剖视图；
60.图3为本发明二维电磁mems微镜实现图形化键合的局部粗糙化示意图；
61.图4为本发明二维电磁mems微镜镜面和框架的临时散热和固定梁示意图；
62.图5为本发明二维电磁mems微镜加强筋结构布局优化以改善支撑效果示意图；
63.图6为本发明二维电磁mems微镜临时和永久加强筋布局位置示意图；
64.图7和图8为本发明实施例1步骤1制备过程对应示意图；
65.图9为本发明实施例1步骤2制备过程对应示意图；
66.图10为本发明实施例1步骤3制备过程对应示意图；
67.图11为本发明实施例1步骤4和步骤5制备过程对应示意图；
68.图12为本发明实施例1步骤6和步骤7制备过程对应示意图；
69.图13和图14为本发明实施例1步骤8制备过程对应示意图；
70.图15为本发明实施例1步骤9制备过程对应示意图；
71.图16和图17为本发明实施例1步骤10制备过程对应示意图；
72.图18为本发明实施例1步骤11制备过程对应示意图；
73.图19和图20为本发明实施例1步骤12制备过程对应示意图；
74.图21为本发明实施例1步骤13和步骤14制备过程对应示意图；
75.图22为本发明实施例1步骤15制备过程对应示意图；
76.图23为本发明实施例1步骤16制备过程对应示意图；
77.图24为本发明实施例1步骤17制备过程对应示意图；
78.图25为本发明实施例1步骤18和步骤19制备过程对应示意图；
79.图26和图27为本发明实施例2步骤1制备过程对应示意图；
80.图28为本发明实施例2步骤2制备过程对应示意图；
81.图29和图30为本发明实施例2步骤3制备过程对应示意图；
82.图31为本发明实施例2步骤4制备过程对应示意图；
83.图32为本发明实施例2步骤5制备过程对应示意图；
84.图33为本发明实施例2步骤6制备过程对应示意图；
85.图34和图35为本发明实施例2步骤7制备过程对应示意图；
86.图36为本发明实施例2步骤8制备过程对应示意图；
87.图37为本发明实施例2步骤9制备过程对应示意图；
88.图38为本发明实施例2步骤10制备过程对应示意图；
89.图39为本发明实施例2步骤11制备过程对应示意图；
90.图40和图41为本发明实施例2步骤12制备过程对应示意图；
91.图42为本发明实施例2步骤13制备过程对应示意图；
92.图43和图44为本发明实施例2步骤14制备过程对应示意图；
93.图45为本发明实施例2步骤15、16制备过程对应示意图；
94.图46为本发明实施例2步骤17制备过程对应示意图；
95.图47为本发明实施例2步骤18、19制备过程对应示意图。
96.图中附图标记为：
97.01、反射镜；011、反射镜金属层；02、内框架；03、外框架；04、扭转梁；5、支撑承载层；51、支撑承载层的激光裁切区域；52、第一键合氧化层；521、非键合区域；522、键合区域；53、运动扭转空腔；6、中间层；61、第二键合氧化层；7、顶硅层；71、离子注入区；73、线圈；74、第一氧化硅或氮化硅绝缘层；75、第二氧化硅或氮化硅绝缘层；78、金属导线层；8、临时散热和固定梁；9、临时加强筋；10、永久加强筋；110、第一双抛硅片；111、第二双抛硅片；112、第三双抛硅片；1121、扭转梁或反射镜面背面区域。
具体实施方式
98.如图1所示，为二维电磁mems微镜结构示意图，包括反射镜01、内框架02和外框架03，反射镜01通过扭转梁04与内框架02连接，内框架02通过扭转梁04与外框架03连接。
99.本发明所提出的结构辅助工艺流程体现在四个方面：
100.首先是额外引入起纯粹支撑作用的底层结构层(称为，支撑承载层5)如图2所示，用于满足上层mems微镜可动结构薄层的承载加工，在支撑结构层的简单辅助下，增加了整个晶圆的结构强度，从而使电磁mems微镜晶圆的加工得以在更大尺寸(如8吋及以上)的晶圆上顺利完成，最终使较大尺寸的mems微镜芯片的成本有效降低，并且降低了mems微镜芯片的加工成本。
101.第二方面，针对mems微镜可动结构薄层在刻蚀过程中散热性较差的问题，引入增强散热和起固定作用的临时散热和固定梁8，如图4所示，有助于保证mems微镜特有的大尺寸悬置可动结构(含反射镜01面，内框架02和扭转梁04)在干法刻蚀过程中良好的散热和mems微镜芯片装配的可操作性。
102.第三方面，引入临时加强筋9，如图5和图6所示，除了保证镜面结构强度，还确保悬置的mems微镜可动结构薄层在微加工工艺过程中的埋腔键合、涂胶吸附、研磨减薄等环节有足够密度的底部垂直支撑点，从而增强工艺可制造性。
103.第四方面，如图3所示，在支撑承载层5引入粗糙键合面，作为非键合区域521，实现图形化的选择性键合。
104.结构辅助基础上，进一步将激光精密裁切或开孔引入到mems微镜的微加工工艺流程中。利用激光精密裁切或开孔工艺加工三层结构中厚度最厚的支撑层单晶硅，改善了使用湿法溶液腐蚀厚硅引起的工艺兼容性问题，同时也改善了采用干法等离子刻蚀厚硅晶圆加工效率低成本高的问题。机器视觉辅助定位的激光裁切工艺在芯片加工完成后还用于释
放针对mems微镜可动结构薄层所增加的散热渠道和起固定作用的临时结构。
105.键合面局部粗糙化的选择性键合一方面保证了底部支撑承载层5对上层硅的充分支撑作用，另一方面匹配了后续激光精密裁切去除部分底层硅形成运动空腔的需求。
106.基于结构辅助和引入激光精密裁切所形成的一整套加工工艺流程，融合了半导体微加工和激光精密加工工艺，充分利用了各单步工艺的优势，也增强各单步工艺之间的兼容性，最终实现了一种成本可控，流程简单可靠的电磁mems微镜的加工工艺。
107.以下结合具体实施例对本发明做进一步描述；
108.实施例1
109.结合附图1至图25对本实施例的工艺进行详述：
110.1.如图7及图8所示，以厚度300-600μm的第一双抛硅片110作为工艺起点，选择其中一个表面通过干法氧化、湿法氧化或pecvd沉积二氧化硅工艺制作50-500nm氧化硅键合层，另一面无需氧化层，如有氧化层可以通过湿法腐蚀去除即可。然后通过光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀实现氧化硅键合层图形化，形成图形化的键合面。
111.2.如图3及图9所示，为了避免第一双抛硅片110键合面的非键合区域521被键合，也可以针对非键合区域521进行等离子刻蚀或者湿法腐蚀使表面粗糙化，刻蚀或腐蚀深度控制在50-500nm。完成底部的支撑承载层5制作。
112.3.如图10，将另一片300-600μm的第二双抛硅片111与第一双抛硅片110的图形化键合面进行键合，进而得到图形化键合soi晶圆。
113.4.研磨减薄抛光该图形化键合soi晶圆的第二双抛硅片111层，直至层厚度降低到50-300μm范围，并将该层定义为中间层6。将含有中间层6和底部支撑承载层5的soi晶圆定义为soi晶圆-a。
114.5.如图11及图6，对soi晶圆-a的中间层6继续进行光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成加强筋和扭转梁04结构。加强筋的具体位置如图6所示，除了常规的布置于反射镜01和内框架02结构底部的用于增强刚度防止镜面变形的永久加强筋10之外，根据结构特征重点在反射镜01和内框架02之间以及内框架02和外框架03之间增设了加工过程中起垂直支撑的临时加强筋9(临时加强筋9只在图6中示出，图11中未示出)。
115.6.如图12，取厚度为300-600μm第三双抛硅片112，通过干法氧化、湿法氧化或pecvd沉积二氧化硅工艺制作50-500nm氧化硅层，另一面无需氧化层，如有氧化层可以通过湿法腐蚀去除即可。
116.7.通过光刻工艺对第三双抛硅片112表面的氧化硅进行图形化，然后进行氧化硅干法刻蚀，氧化硅层刻蚀完成后继续再进行深硅刻蚀，深硅刻蚀用于对特定的微结构区域选择性减薄，如扭转梁或反射镜面背面区域1121，减薄厚度根据设计需求确定。
117.8.如图13及图14，将上述第三双抛硅片112的氧化硅面与soi晶圆-a的中间层6进行硅-硅键合，然后对键合后的顶硅层7(第三双抛硅片112这一层)，进行研磨减薄抛光至30-200μm，得到已经预制部分结构的含有三层单晶硅的soi晶圆-b。
118.9.如图15在soi晶圆-b的顶硅层7表面根据需要pecvd沉积30-100nm厚度的氧化硅或氮化硅并将其通过光刻和刻蚀得到图形化的氧化硅或氮化硅层(因为氧化硅或氮化硅掩膜在沉积后又被去除，所以图15中未标注)。以此作为掩膜，然后利用离子注入和退火工艺制作压阻传感器及其传感器区域周边的欧姆接触区域(离子注入区71)。完成离子注入工艺
后将氧化硅或氮化硅掩膜全部通过湿法腐蚀去除。
119.10.如图16和17，重新在soi晶圆-b顶硅层7表面通过pecvd工艺沉积一层100-1000nm厚度的第一氧化硅或氮化硅层绝缘层74，确保良好的致密性以便得到较好的绝缘和耐压特性。然后通过光刻和干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除局部二氧化硅或氮化硅，确保压阻传感器的欧姆接触区域暴露出来以便后续工艺步骤通过金属导线将其连接引出，其余部分则被二氧化硅或氮化硅薄膜覆盖保护，实现表面的绝缘隔离。
120.11.如图18，在soi晶圆-b顶硅层7的第一氧化硅或氮化硅绝缘层74表面，继续通过蒸镀或者物理气相溅射沉积工艺制作一层100-200nm厚度的al或ti/au/ti或cr/au/cr层作为金属导线层78和金属pad，然后通过光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀工艺对金属层图形化，以实现压阻传感器的电信号的连接引出，其中ti或cr的厚度为10-30nm，au厚度为100-200nm，且ti或cr将au夹在中间。
121.12.如图19和图20，在soi晶圆-b顶硅层7表面的金属导线层78和金属pad层之上再沉积一层100-1000nm厚度的第二氧化硅或氮化硅绝缘层75，确保良好的致密性以便得到较好的绝缘和耐压特性。然后通过光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除局部二氧化硅或氮化硅绝缘薄膜，确保金属导线层78被良好覆盖保护和绝缘隔离。
122.13.如图21，在第二氧化硅或氮化硅绝缘层75之后，继续在该绝缘薄膜之上通过蒸镀或者物理气相溅射沉积的方式制作一层50-150nm厚度的ti/au或cr/au电镀种子层(图中未标注)，其中ti或cr的厚度为10-30nm，au厚度为40-120nm。然后通过厚胶光刻和显影将线圈73所在区域的光刻胶去除，暴露出电镀线圈73区域的种子层。
123.14.通过电镀工艺在soi晶圆-b顶硅层7上制作10-20μm厚度的au电镀线圈73，然后将光刻胶清除并对多余的种子层金属通过干法或湿法腐蚀的方式去除，确保线圈73串联无短路。至此，soi晶圆-b顶硅层硅层7、第一氧化硅或氮化硅绝缘层74、金属导线层78、第二氧化硅或氮化硅绝缘层75、金属线圈73层已制作完成并相互连通。
124.15.如图22，在soi晶圆-b顶硅层7及其附属多层结构之表面，通过喷涂光刻胶、接近式光刻工艺和干法等离子深硅刻蚀工艺制作mems微镜主要内框架02、外框架03、扭转梁04结构、临时散热和固定梁8(图中未示出)，刻蚀深度至键合氧化硅层。临时散热和固定梁8见图4所示，主要位于反射镜01和内框架02、内框架02和外框架03之间，将反射镜01和内框架02，内框架02和外框架03三者相连，为具有满足一定散热通道需求的平面尺寸和厚度尺寸的临时连接结构。
125.16.如图23，通过激光裁切工艺在soi晶圆-b底层的支撑承载层5掏出单颗芯片所需要的运动扭转空腔53。由于前述选择性键合的辅助下裁切后的结构将可以从底部直接脱落被取出去除。
126.17.如图24，从soi晶圆-b底层的运动扭转空腔53作为等离子刻蚀窗口，无需光刻，通过干法刻蚀氧化硅工艺将中间层6与顶硅层7之间的第二键合氧化层61去除，从而释放mems微镜可动结构。干法刻蚀二氧化硅的过程中需要在soi晶圆-b正面贴膜，以确保已经刻穿镂空的晶圆在刻蚀腔体内不会因为背氦外溢而无法进行刻蚀工艺，刻蚀完成后将膜去除。所贴膜一般选择耐受一定温度的uv膜，并且能在完成刻蚀工艺后降低粘度无损揭膜去除。
127.18.如图25，将soi晶圆-b与反射镜金属层011的硬掩膜对准固定，通过硬掩膜辅助
的物理气相沉积或蒸镀沉积al或者ti/au反射镜01于顶硅层7上。完成工艺后去除硬掩膜。
128.19.通过激光烧蚀切割临时散热和固定梁以及临时加强筋，将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式将晶圆切割成独立mems微镜芯片；
129.或将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式将晶圆切割成独立mems微镜芯片，之后通过激光烧蚀切割单个芯片中的临时散热和固定梁以及临时加强筋；
130.有些场景中也会在单颗mems芯片封装操作完成后再对临时结构进行切割，因为临时结构在封装操作中也可以起到保护作用，但是切割的效率较低。
131.实施例2
132.改变实施例1中底层(第一双抛硅片110)与中间层6(第二双抛硅片111)先键合，然后再与顶硅层7(第三双抛硅片112)硅键合的顺序，调整为顶硅层7与中间层6先键合加工，然后再与底层硅键合的工艺顺序。并将底层支撑承载层5的空腔在键合前制作加工。
133.1.如图26和图27，取厚度为300-600μm第三双抛硅片112，通过干法氧化、湿法氧化或pecvd沉积二氧化硅工艺制作50-500nm第二键合氧化层61，另一面无需氧化层，如有氧化层可以通过湿法腐蚀去除即可。
134.2.如图28通过光刻工艺对第三双抛硅片112表面的氧化硅进行图形化，然后进行氧化硅干法刻蚀，氧化硅层刻蚀完成后继续再进行深硅刻蚀，深硅刻蚀用于对特定的微结构区域选择性减薄，如扭转梁或反射镜面背面区域1121，减薄厚度根据设计需求确定。
135.3.如图29和图30，将上述第三双抛硅片112的氧化硅面与300-600μm第二双抛硅片111进行硅-硅键合。
136.4.如图31，研磨减薄抛光该图形化键合soi晶圆的第二双抛硅片111这一层，直至层厚度降低到50-300μm范围，并将该层定义为中间层6。
137.5.如图32，对第二双抛硅片111这一中间层6进行光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成永久加强筋10、扭转梁04(图中未示出)结构。
138.6.如图33，通过干法刻蚀去除上一步第二双抛硅片111深硅刻蚀后裸露的键合氧化硅层。
139.7.如图34和图35，翻转晶圆，研磨减薄抛光第三双抛硅片112这一层至30-200μm厚度，并定义为顶硅层7，将含有中间层6和顶硅层7的soi晶圆定义为soi晶圆-c。
140.8.如图36，取厚度300-600μm的第一双抛硅片110，选择其中一个表面通过干法氧化、湿法氧化或pecvd沉积二氧化硅工艺制作50-500nm第一键合氧化层52，另一面无需氧化层，如有氧化层可以通过湿法腐蚀去除即可。然后通过光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀实现氧化硅层图形化，形成图形化的键合面。
141.9.如图37，采用激光精密裁切或激光打孔或者湿法单晶硅腐蚀工艺，在第一双抛硅片110上制作反射镜01运动扭转空腔53，运动扭转空腔53可以穿透整个第一双抛硅片110的厚度制作为通孔，也可以留下一部分厚度制作为盲孔，从而完成底部的支撑承载层5的加工。此步骤可以将运动所需空腔提早打开是因为中间层6和顶硅层7的研磨减薄已经完成，底层硅在工艺中更多起到的是整个大晶圆的强度支撑，中间层6和顶硅层7已可以依靠优化布局的加强筋结构得到支撑。需要注意的是，空腔优选制作成盲孔，原因有两点，一是盲孔的底层支撑承载层5在后续的工艺流程中背面仍然是一个完整的平整封闭硅面，导热和散热较好，且可以在刻蚀过程中免贴临时陪片，并承受工艺过程中的涂胶时的真空吸附，防止
真空吸附力量传递到中间层6和顶硅层7薄层上造成破损裂纹。二是盲孔底层硅可以对上层的芯片结构起到一定保护作用。底层支撑承载层5也可以使用玻璃晶圆，并使用玻璃晶圆的键合和刻蚀工艺达到相应的加工效果。
142.10.如图38，将制作完盲孔空腔的第一双抛硅片110与soi晶圆-c的中间层6进行对准键合，键合过程中维持键合封闭键合腔内压强与深硅刻蚀工艺的腔体压强相当。键合形成的三层单晶硅结构定义为soi晶圆-d。
143.11.如图39，在soi晶圆-d的顶硅层7硅表面根据需要pecvd沉积30-100nm厚度的氧化硅或氮化硅并将其通过光刻和刻蚀得到图形化的氧化硅或氮化硅层(沉积后又被全部去除，图中未标注)。以此作为掩膜，然后利用离子注入和退火工艺制作压阻传感器及其传感器区域周边的欧姆接触区域(离子注入区71)。完成离子注入工艺后将氧化硅或氮化硅掩膜全部通过湿法腐蚀去除。
144.12.如图40和图41，重新在soi晶圆-d顶硅层7表面通过pecvd工艺沉积一层100-1000nm厚度的第一氧化硅或氮化硅绝缘层74，确保良好的致密性以便得到较好的绝缘和耐压特性。然后通过光刻和干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除局部二氧化硅或氮化硅，确保压阻传感器的欧姆接触区域暴露出来以便后续工艺步骤通过金属导线将其连接引出，其余部分则被第一二氧化硅或氮化硅绝缘保护层74覆盖保护，实现表面的绝缘隔离。
145.13.如图42，在soi晶圆-d顶硅层7的第一氧化硅或氮化硅绝缘层74表面，继续通过蒸镀或者物理气相溅射沉积工艺制作一层100-200nm厚度的al或ti/au/ti或cr/au/cr层作为金属导线层78和金属pad，然后通过光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀工艺对金属层图形化，以实现压阻传感器的电信号的连接引出，其中ti或cr的厚度为10-30nm，au厚度为100-200nm，且ti或cr将au夹在中间。
146.14.如图43和图44，在soi晶圆-d顶硅层7表面的金属导线层78和金属pad层之上再沉积一层100-1000nm厚度的第二氧化硅或氮化硅层绝缘层75，确保良好的致密性以便得到较好的绝缘和耐压特性。然后通过光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除局部第二二氧化硅或氮化硅层绝缘层75，确保金属导线层78被良好覆盖保护和绝缘隔离。
147.15.如图45，在第二氧化硅或氮化硅绝缘层75之后，继续在该绝缘膜之上通过蒸镀或者物理气相溅射沉积的方式制作一层50-150nm厚度的ti/au或cr/au电镀种子层(图中未标示)，其中ti或cr的厚度为10-30nm，au厚度为40-120nm。然后通过厚胶光刻和显影将线圈73所在区域的光刻胶去除，暴露出电镀线圈73区域的种子层。
148.16.通过电镀工艺在soi晶圆-d顶硅层7上制作10-20μm厚度的au电镀线圈73，然后将光刻胶清除并对多余的种子层金属通过干法或湿法腐蚀的方式去除，确保线圈73串联无短路。至此，soi晶圆-b顶硅层7、第一氧化硅或氮化硅绝缘层74、金属导线层78、第二氧化硅或氮化硅绝缘层75、金属线圈73层已制作完成并相互连通。
149.17.如图46，在soi晶圆-d顶硅层7及其附属多层结构之表面，通过喷涂光刻胶、接近式光刻工艺和干法等离子深硅刻蚀工艺制作mems微镜主要内外框架结构、扭转梁、永久加强筋10结构、临时散热和固定梁，刻蚀深度至键合氧化硅层。
150.18.如图47，将soi晶圆-d与反射镜金属层011的硬掩膜对准固定，通过硬掩膜辅助的物理气相沉积或蒸镀沉积al或者ti/au反射镜01于顶硅层7上。完成工艺后去除硬掩膜。
151.19.将soi晶圆-d通过激光隐形切割的方式将晶圆切割成独立mems微镜芯片。

技术特征：

1.一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法，电磁mems微镜包括反射镜(01)、内框架(02)和外框架(03)，反射镜(01)通过扭转梁(04)与内框架(02)连接，内框架(02)通过扭转梁(04)与外框架(03)连接；其特征在于，包括以下步骤：步骤1、支撑承载层(5)制作；在第一硅片表面制作图形化的键合面，作为支撑承载层(5)；步骤2、键合中间层(6)，得到soi晶圆-a；将第二硅片作为中间层(6)与支撑承载层(5)的键合面键合，得到soi晶圆-a；步骤3、加强筋制作；对soi晶圆-a的中间层(6)进行光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成加强筋组件；所述加强筋组件包括永久加强筋(10)和临时加强筋(9)，所述永久加强筋(10)布置位置对应反射镜(01)和内框架(02)底部；所述临时加强筋(9)布置位置对应反射镜(01)和内框架(02)之间以及内框架(02)与外框架(03)之间；步骤4、键合顶硅层(7)，得到soi晶圆-b；对第三硅片具有氧化硅层的表面进行图形化，并刻蚀形成扭转梁或反射镜面背面区域(1121)；将其作为顶硅层(7)与步骤3制作完成的soi晶圆-a进行硅-硅键合，对顶硅层(7)进行研磨减薄，得到已经预制部分结构的含有三层单晶硅的soi晶圆-b；步骤5、soi晶圆-b顶硅层(7)及其附属多层结构制作；在soi晶圆-b的顶硅层(7)制作第一氧化硅或氮化硅绝缘层(74)、金属导线层(78)、第二氧化硅或氮化硅绝缘层(75)、金属线圈(73)层；步骤6、内框架(02)、外框架(03)结构、扭转梁(04)结构、临时散热和固定梁(8)制作；在步骤5制作完成的soi晶圆-b顶硅层(7)及其附属多层结构的表面，制作mems微镜内框架(02)、外框架(03)结构、扭转梁(04)结构、临时散热和固定梁(8)，刻蚀深度至键合氧化硅层；临时散热和固定梁(8)位于反射镜(01)和内框架(02)之间以及内框架(02)与外框架(03)之间，并对应于临时加强筋(9)顶部；步骤7、释放mems微镜可动结构；通过激光烧蚀裁切工艺在步骤6制作完成soi晶圆-b的支撑承载层(5)掏出单颗芯片所需要的运动扭转空腔(53)；将运动扭转空腔(53)作为等离子刻蚀窗口，通过干法刻蚀氧化硅工艺将中间层(6)与顶硅层(7)之间的键合氧化硅层去除，释放mems微镜可动结构；步骤8、反射镜(01)制作；在步骤7制作完成的soi晶圆-b的顶硅层(7)反射镜(01)对应区域通过硬掩膜辅助的金属沉积工艺制作反射镜(01)；步骤9、通过激光烧蚀切割临时散热和固定梁(8)以及临时加强筋(9)，将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式切割成独立mems微镜芯片；或将soi晶圆-b通过激光隐形切割的方式切割成独立mems微镜芯片，之后通过激光烧蚀切割单个芯片中的临时散热和固定梁(8)以及临时加强筋(9)。2.根据权利要求1所述的结构辅助的电磁mems微镜加工方法，其特征在于：步骤1中还包括，对非键合区域(521)进行表面处理，使键合面的非键合区域(521)表面粗糙化。3.根据权利要求2所述的结构辅助的电磁mems微镜加工方法，其特征在于：步骤7中干
法刻蚀氧化硅的过程中，在soi晶圆-b正面贴膜。4.一种结构辅助的电磁mems微镜加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、顶硅层(7)制作；对第三硅片具有键合所需氧化硅层的表面进行图形化，并刻蚀形成扭转梁或反射镜面背面区域(1121)，得到顶硅层(7)；步骤2、顶硅层(7)和中间层(6)键合；将第二硅片作为中间层(6)，将顶硅层(7)的氧化硅面与中间层(6)进行硅-硅键合；步骤3、研磨减薄中间层(6)，并制作加强筋；对中间层(6)进行研磨减薄，然后光刻和深硅刻蚀至键合氧化硅层，形成加强筋；所述加强筋组件包括永久加强筋(10)和临时加强筋(9)，所述永久加强筋(10)布置位置对应反射镜(01)和内框架(02)底部；所述临时加强筋(9)布置位置对应反射镜(01)和内框架(02)之间以及内框架(02)与外框架(03)之间；步骤4、研磨顶硅层(7)，制作soi晶圆-c；通过干法刻蚀去除步骤3中中间层(6)深硅刻蚀后裸露的键合氧化硅层；翻转晶圆，研磨减薄抛光顶硅层(7)至30-200μm厚度，将含有中间层(6)和顶硅层(7)的soi晶圆定义为soi晶圆-c；步骤5、支撑承载层(5)制作；在第一硅片表面制作图形化的键合面，作为支撑承载层(5)；采用激光精密裁切或激光打孔或者湿法单晶硅腐蚀工艺，在第一硅片上制作反射镜(01)扭转运动所需的空腔；步骤6、键合支撑承载层(5)，获得soi晶圆-d；将步骤5制作完成的支撑承载层(5)与soi晶圆-c的中间层(6)键合，获得soi晶圆-d；步骤7、soi晶圆-d顶硅层(7)及其附属多层结构制作；在soi晶圆-d的顶硅层(7)制作第一氧化硅或氮化硅绝缘层(74)、金属导线层(78)、第二氧化硅或氮化硅绝缘层(75)、金属线圈(73)层；步骤8、内框架(02)、外框架(03)结构、扭转梁(04)结构、临时散热和固定梁(8)制作；在步骤7制作完成的soi晶圆-d顶硅层(7)及其附属多层结构的表面，制作mems微镜主要内框架(02)、外框架(03)结构、扭转梁(04)结构、临时散热和固定梁(8)，刻蚀深度至键合氧化硅层；临时散热和固定梁(8)位于反射镜(01)和内框架(02)之间以及内框架(02)与外框架(03)之间，并对应于临时加强筋(9)顶部；步骤9、反射镜(01)制作；在步骤8制作完成的soi晶圆-d的顶硅层(7)反射镜(01)对应区域通过硬掩膜辅助的金属沉积工艺制作反射镜(01)；步骤10、将soi晶圆-d通过激光隐形切割的方式将晶圆切割成独立mems微镜芯片。5.根据权利要求4所述的结构辅助的电磁mems微镜加工方法，其特征在于：步骤5中对非键合区域(521)进行表面处理，使键合面的非键合区域(521)表面粗糙化。

技术总结

本发明属于半导体MEMS器件加工领域，尤其涉及一种结构辅助的电磁MEMS微镜加工方法，改善现有加工方法存在的加工工艺复杂度高和加工成本高的问题。利用局部粗糙化后的选择性硅-硅键合、基于常规硅-硅键合的厚硅MEMS加工工艺、融合高精度激光裁切于MEMS加工流程、增加临时性的支撑和散热结构等方案，可以减少MEMS微镜加工过程对薄片加工所需的临时键合和解键合设备和工艺的依赖，降低单晶硅干法刻蚀设备的机时占用从而控制加工成本，提高工艺流程中各单步工艺的相互兼容性，只需要采用常规设备及其工艺的组合就可以实现加工，降低了加工过程的复杂度、降低了加工成本，使电磁MEMS微镜具备良好的可制造性。MEMS微镜具备良好的可制造性。MEMS微镜具备良好的可制造性。