高占空比MEMS微镜、微镜阵列及制备方法

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)技术领域，特别是涉及一种高占空比MEMS微镜、微镜阵列及制备方法。

背景技术

MEMS微镜主要由驱动结构和光反射镜面组成，可以实现光束在水平或垂直方向的偏转或扫描。静电驱动MEMS微镜具有串扰低、开关速度快、体积小、易于大规模集成等优点，可用于激光扫描、投影、光纤通信网络等领域。特别是在光纤通信网络中，静电驱动MEMS微镜及微镜阵列是实现光衰减、光开关、光交叉连接的主要方式，可广泛应用于骨干网或大型交换网，具有广泛的产业利用价值。

静电驱动MEMS微镜主要分为两种方式：平板结构MEMS微镜和垂直梳齿结构MEMS微镜。平板结构MEMS微镜的驱动结构可以位于镜面的下方，因此很容易形成高占空比的MEMS微镜结构，但是MEMS微镜镜面的尺寸、形状、最大偏转角受到芯片结构及制作工艺的限制，特别是对于二轴MEMS微镜而言，难以实现大的角度偏转；垂直梳齿结构MEMS微镜的驱动结构通常分布于镜面的四周，可以实现大的角度偏转。垂直梳齿驱动是实现MEMS微镜偏转的主要方式之一，但难以形成高占空比的MEMS微镜结构，这成为MEMS微镜及微镜阵列应用的主要障碍之一。因此，具有大角度、高占空比的MEMS微镜成为急于攻克的重要技术难题。

综上所述，如何改进MEMS微镜及微镜阵列以消除上述缺陷，是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高占空比MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，用于解决现有技术中MEMS微镜及微镜阵列角度偏转小、占空比低，难以满足应用要求等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高占空比MEMS微镜，其特征在于，所述MEMS微镜包括：依次叠置的第一基底、第二基底及基板；

第一基底，所述第一基底包括加强筋、第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一弹性梁、第二弹性梁、隔离槽、第一内框架、第一外框架、反射镜硅层、第三外框架，所述第一可动梳齿位于所述反射镜硅层下方，所述加强筋位于所述反射镜硅层下方；

第二基底，所述第二基底位于所述第一基底下方，所述第二基底包括第一固定梳齿、第二固定梳齿、第二内框架、第二外框架；

其中，所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；所述第一内框架、第二内框架形成内框架，所述第一外框架、第二外框架、第三外框架形成外框架；

基板，所述基板位于所述第二基底下方，所述基板中形成有收容空间，以提供运行空间；

金属反射镜，所述金属反射镜位于所述反射镜硅层的上表面；

若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

可选地，所述第一可动梳齿沿第一方向排列，所述第二可动梳齿位于所述第一内框架的外围并沿第二方向排列；所述第一弹性梁沿所述第一方向设置并连接所述反射镜硅层及所述第一内框架，所述第二弹性梁沿所述第二方向设置并连接所述第一内框架及所述第一外框架。

可选地，还包括位于所述第二弹性梁下部的第二附加弹性梁，所述第二弹性梁与所述第二附加弹性梁之间相互隔离或通过介质层相连接。

可选地，还包括位于所述第一内框架上方的第三内框架，且所述第三内框架延伸至所述第二可动梳齿的上方，以形成隐藏式梳齿。

可选地，所述基板为包括数个第一电极通孔、数个第二电极通孔及所述收容空间的第三基底，其中，所述第一电极通孔及第二电极通孔的表面覆盖有介质层；所述第二外框架形成有第一电极槽及位于所述第一电极槽周围的第一电极绝缘槽，且所述第一电极通孔与所述第一电极槽相贯通；所述第一电极槽及所述第一电极通孔的所述介质层表面形成有第一金属电极，所述第二电极通孔的所述介质层表面形成有第二金属电极，从而形成所述金属电极。

可选地，所述基板为包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间的第四基底，其中，在所述第一外框架区域还形成有第三电极通孔下部、第四电极通孔下部；

在所述第三外框架区域还形成有分别与所述第三电极通孔下部、第四电极通孔下部对应贯通的第三电极通孔上部、第四电极通孔上部；

其中，所述第三电极通孔下部及第三电极通孔上部组成第三电极通孔，所述第四电极通孔下部及第四电极通孔上部组成第四电极通孔；

位于所述外框架在所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的周围形成有电极绝缘槽；

所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接、且所述基板绝缘槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接，或所述绝缘填充槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接；

所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的表面分别形成有第三金属上电极及第四金属上电极；位于所述第四基底的下表面，所述绝缘填充槽围合区内形成有第三金属下电极及第四金属下电极，从而形成上下双面的所述金属电极。

可选地，所述MEMS微镜阵列为若干个权利要求1-6中任一所述的高占空比MEMS微镜沿第一方向和/或第二方向排列组合而成的阵列。

本发明还提供一种高占空比MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供第一基底，所述第一基底包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层、第二介质层、第二器件层组成的叠层结构；

刻蚀所述第二器件层及所述第二介质层，形成加强筋、第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一弹性梁、第二弹性梁、隔离槽、第一内框架、第一外框架；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第三介质层、第三器件层，将所述第二基底与所述第一基底键合；

刻蚀所述第三器件层及所述第三介质层，在所述第三器件层中形成第一固定梳齿、第二固定梳齿、第二内框架、第二外框架；其中，所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

提供基板，将所述基板与所述第二基底键合，且所述基板中形成有电极通孔，以提供电连接；所述基板中还形成有收容空间，以提供运行空间；

刻蚀所述第一器件层及所述第一介质层，形成反射镜硅层、第三外框架；所述第一可动梳齿位于所述反射镜硅层下方，所述加强筋位于所述反射镜硅层下方；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

形成若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

本发明还提供又一种高占空比MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供一基板，于所述基板中形成收容空间、绝缘填充槽和基板绝缘槽，所述基板绝缘槽与绝缘填充槽上下相对应；

提供第一基底，所述第一基底包括依次叠置的第一衬底层、第一介质层、第一器件层、第二介质层、第二器件层组成的叠层结构；

刻蚀所述第二器件层，形成加强筋、第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一弹性梁、第二弹性梁、隔离槽、电极通孔下部、第一内框架、第一外框架；

提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第三介质层、第三器件层，将所述第二基底与所述第一基底键合；

刻蚀所述第三器件层及所述第三介质层，在所述第三器件层中形成第一固定梳齿、第二固定梳齿、绝缘槽、第二内框架、第二外框架；其中，所述第一固定梳齿位于所述第一可动梳齿下方且与所述第一可动梳齿交错排列，所述第二固定梳齿位于所述第二可动梳齿下方且与所述第二可动梳齿交错排列；

所述基板与所述第二基底通过金属键合或硅硅键合固定在一起；

刻蚀所述第一器件层及所述第一介质层，形成反射镜硅层、第三外框架、电极通孔上部；所述第一可动梳齿位于所述反射镜硅层下方，所述加强筋位于所述反射镜硅层下方；

于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜；

形成上下双面的若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

可选地，还形成位于所述第二弹性梁下部的第二附加弹性梁，所述第二附加弹性梁是在刻蚀所述第三器件层及所述第三介质层时形成的。

如上所述，本发明的高占空比MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，具有以下有益效果：本发明MEMS微镜的第一可动梳齿、第一固定梳齿位于反射镜硅层的下方，在实现两个方向大角度偏转的同时，提高了MEMS微镜的占空比，有效减小了MEMS微镜的体积。反射镜硅层下方带有加强筋结构，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。此外，本发明的MEMS微镜提供了包括双面电极结构在内的多种电极引出形式，应用时可以根据实际情况进行选择，更有利于MEMS微镜及微镜阵列的市场化应用。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

附图说明

图1(a)显示为第一基底包括2层介质层的结构示意图。

图1(b)显示为第一基底包括1层介质层的结构示意图。

图2显示为刻蚀第二介质层104及第二器件层105的结构示意图。

图3显示为键合第二基底的结构示意图。

图4显示为刻蚀第三介质层201及第三器件层202的结构示意图。

图5显示为键合第三基底的结构示意图。

图6显示为去除第一衬底层101的结构示意图。

图7显示为刻蚀第一器件层103的结构示意图。

图8显示为溅射金属形成金属反射镜119、第一金属电极311、第二金属电极321的结构示意图。

图9显示为形成附加第二弹性梁216的结构示意图。

图10显示为第二弹性梁116和附加第二弹性梁216之间连接有第四介质层203的结构示意图。

图11显示为形成隐藏式梳齿的结构示意图。

图12显示为所述第一基底为SOI衬底时，最终得到MEMS微镜的结构示意图。

图13显示为形成有第三电极通孔下部130a、第四电极通孔下部131a及第四电极绝缘槽下部127a的结构示意图。

图14显示为在图13结构的基础上，键合第二基底的结构示意图。

图15显示为实施例六中刻蚀第二基底的结构示意图。

图16显示为第四基底的结构示意图。

图17显示为在图15结构的基础上，键合第四基底的结构示意图。

图18显示为形成第三电极通孔上部130b、第四电极通孔上部131b、第四电极绝缘槽上部127b的结构示意图。

图19显示为形成金属反射镜119、第三金属上电极120、第四金属上电极121的结构示意图。

图20显示为第四基底与第三器件层202通过金属接触层403键合，最终得到MEMS微镜的结构示意图。

图21显示为MEMS微镜的俯视结构示意图。

图22显示为MEMS微镜阵列的结构示意图。

元件标号说明

101 第一衬底层 102 第一介质层

103 第一器件层 104 第二介质层

105 第二器件层 111 加强筋

108 硅衬底 107 埋氧层

112 第一可动梳齿 113 第一弹性梁

115 第二可动梳齿 117 隔离槽

116 第二弹性梁 124a 第一外框架

114a 第一内框架 202 第三器件层

201 第三介质层 204 第二衬底层

203 第四介质层 212 第一固定梳齿

205 第五介质层 214 第二内框架

215 第二固定梳齿 218 第一电极槽

224 第二外框架 301 第四器件层

217 第一电极绝缘槽 312 第二电极通孔

313 第一电极通孔 114b 第三内框架

118 反射镜硅层 119 金属反射镜

124b 第三外框架 321 第二金属电极

311 第一金属电极 106 顶层硅

216 第二附加弹性梁 131a 第四电极通孔下部

130a 第三电极通孔下部 227 第三电极A类绝缘槽

127a 第四电极绝缘槽下部 411 第一绝缘填充槽

401 第四基底 130b 第三电极通孔上部

247 电极边缘绝缘槽 427 第二基板绝缘槽

437 第三基板绝缘槽 447 第四基板绝缘槽

417 第一基板绝缘槽 127b 第四电极绝缘槽上部

412 第二绝缘填充槽 420 第三金属下电极

131b 第四电极通孔上部 237 第三电极B类绝缘槽

127 第四电极绝缘槽 431 第一金属层空隙

421 第四金属下电极 413 第三绝缘填充槽

403 金属接触层 120 第三金属上电极

432 第二金属层空隙 114 内框架

414 第四绝缘填充槽 11 第一方向

121 第四金属上电极 12 第二方向

124 外框架

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种高占空比MEMS微镜的制备方法，参阅图21，所述制备方法包括如下步骤(需要说明的是，图1-20并非是严格意义上的截面图，而仅作为说明流程工艺的结构示意图)：

S11：提供第一基底，所述第一基底包括依次叠置的第一衬底层101、第一介质层102、第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105组成的叠层结构或SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底108、埋氧层107、顶层硅106。

其中，所述硅衬底108、埋氧层107、顶层硅106在结构上分别等同于所述第一衬底层101、第一介质层102；所述顶层硅106在结构上等同于所述第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105组成的组合结构，如图1(a)及图1(b)所示。

具体地，所述第一基底可以是D-SOI衬底结构(包括2层介质层)，即包括第一衬底层101、第一介质层102、第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105，也可以是SOI衬底结构(包括1层介质层)，即包括硅衬底108、埋氧层107、顶层硅106。无论哪种结构，都采用相同的工艺流程。所述制备方法以D-SOI衬底作为示例，应当理解的是，SOI衬底也同样适用该制备方法，此处不再赘述。

S12：刻蚀所述第二介质层104及第二器件层105，形成加强筋111、第一可动梳齿112、第二可动梳齿115、第一弹性梁113、第二弹性梁116、隔离槽117、第一内框架114a、第一外框架124a，所述隔离槽117位于所述第一内框架114a外侧，如图2所示；

具体地，所述加强筋111用于为后续形成的反射镜硅层118提供加固支撑，以保证器件稳固，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。

进一步地，所述第一可动梳齿112沿第一方向11排列，所述第二可动梳齿115位于所述第一内框架114a的外围并沿第二方向12排列；所述第一弹性梁113沿所述第一方向11设置并连接所述反射镜硅层118及所述第一内框架114a，所述第二弹性梁116沿所述第二方向12设置并连接所述第一内框架114a及所述第一外框架124a。

可选地，所述加强筋111、第一可动梳齿112、第二可动梳齿115、第一弹性梁113、第二弹性梁116为同步制作，节省工艺流程。

S13：提供第二基底，所述第二基底包括依次叠置的第三介质层201、第三器件层202、第四介质层203、第二衬底层204、第五介质层205，将所述第三介质层201与所述第二器件层105键合，如图3所示。

具体地，所述第一衬底层101、第二衬底层204包括硅、锗等材料，所述第一介质层102、第二介质层104、第三介质层201、第四介质层203、第五介质层205包括氧化硅、氮化硅等绝缘材料，所述第一器件层103、第二器件层105、第三器件层202包括硅、锗等材料。

进一步地，所述制备方法还包括：

S14：去除所述第二基底的第二衬底层204、第四介质层203、第五介质层205；

S15：刻蚀所述第三器件层202、第三介质层201，在所述第三器件层202形成第一固定梳齿212、第二固定梳齿215、第二内框架214、第二外框架224；其中，所述第一固定梳齿212位于所述第一可动梳齿112下方且与所述第一可动梳齿112交错排列，所述第二固定梳齿215位于所述第二可动梳齿115下方且与所述第二可动梳齿115交错排列，如图4所示。

具体地，所述第一内框架114a、第二内框架214包含于内框架114，所述第一外框架124a、第二外框架224包含于外框架124，所述第一弹性梁113及第二弹性梁116分别作为两个转动轴；所述第一固定梳齿212、第一可动梳齿112之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述反射镜硅层118能够以所述第一弹性梁113为旋转轴在所述内框架114内转动；类似的，所述第二固定梳齿215、第二可动梳齿115之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述内框架114能够以所述第二弹性梁116为旋转轴在所述外框架124内转动。

具体地，所述第一固定梳齿212、第一可动梳齿112位于所述反射镜硅层118的下方，从而节省空间，达到高的占空比，同时满足大的偏转角度。

实施例二

在实施例一的基础上，所述制备方法还包括如下步骤：

S2：提供基板，将所述基板与所述第二基底键合，且所述基板中形成有电极通孔，以提供电连接；所述基板中还形成有收容空间，以提供运行空间。

具体地，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21：刻蚀所述第二外框架224形成第一电极槽218及位于所述第一电极槽218周围的第一电极绝缘槽217，如图4所示。

具体地，所述S21与步骤S15同步完成。

S22：所述基板为第三基底，所述第三基底包括第四器件层301和覆盖于所述第四器件层301表面的介质层，所述第三基底与所述第三器件层202键合；所述第四器件层301包括所述电极通孔，所述电极通孔包括数个第一电极通孔313及数个第二电极通孔312，所述第一电极通孔313与所述第一电极槽218相贯通，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312的表面覆盖有所述介质层，如图5所示；

S23：去除所述第一基底的第一衬底层101，如图6所示；

S24：刻蚀所述第一介质层102及第一器件层103，形成反射镜硅层118、第三外框架124b；所述第一可动梳齿112位于所述反射镜硅层118下方，所述加强筋111位于所述反射镜硅层118下方，如图7所示；所述第三外框架124b包含于所述外框架124。

所述制备方法还包括如下步骤：

S31：在所述反射镜硅层118的上表面溅射金属形成金属反射镜119；

S32：形成若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。具体包括：于所述第一电极槽218及所述第一电极通孔313的所述介质层表面溅射金属形成第一金属电极311，于所述第二电极通孔312的所述介质层表面溅射金属形成第二金属电极321，如图8所示。

可选地，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312的顶面面积小于底面面积。

具体地，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312可以是凸型结构，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312可以是圆柱状或棱柱状。

可选地，所述第三基底为凹形结构，以提供所述收容空间，即所述反射镜硅层118的活动空间。

具体地，所述第一电极通孔313为1个从而形成1个第一金属电极311；所述第二电极通孔312为4个从而形成4个第二金属电极321。

具体地，所述第一金属电极311用作所述第一可动梳齿112及所述第二可动梳齿115的公共电极，所述4个第二金属电极321分别用作所述第一固定梳齿212及所述第二固定梳齿215的电极。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例与实施例一的不同之处在于：

所述步骤S15中，刻蚀所述第三器件层202、第三介质层201，还形成有位于所述第二弹性梁116下部的第二附加弹性梁216，最终得到的所述MEMS微镜的结构如图9所示。

可选地，所述第二弹性梁116与所述第二附加弹性梁216之间还连接有第四介质层203，最终得到的所述MEMS微镜的结构如图10所示。

所述第二弹性梁116与第二附加弹性梁216共同作为转动轴。

实施例四

在实施例二的基础上，本实施例与实施例二的不同之处在于：

步骤S24中，还形成有位于所述第一内框架114a上方的第三内框架114b，且所述第三内框架114b延伸至所述第二可动梳齿115的上方，以形成隐藏式梳齿。最终得到的所述MEMS微镜的结构如图11所示。

实施例五

在实施例一的基础上，步骤S11中选用的所述第一基底为SOI衬底时，最终得到的所述MEMS微镜的结构如图12所示。

其中，所述隔离槽117贯穿顶层硅106，以实现电隔离。

实施例六

在实施例一的基础上，本实施例还包括如下步骤：

S41：提供一基板，于所述基板中形成收容空间、基板绝缘槽和绝缘填充槽，所述基板绝缘槽与绝缘填充槽上下相对应，如图16所示。

具体地，所述基板为包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间的第四基底401。作为示例，所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接，如图19所示，所述绝缘填充槽包括第一绝缘填充槽411、第二绝缘填充槽412，所述基板绝缘槽包括第一基板绝缘槽417、第二基板绝缘槽427、第三基板绝缘槽437、第四基板绝缘槽447，其中，所述第二基板绝缘槽427、第四基板绝缘槽447位于所述第四基底401两侧，所述第三基板绝缘槽437与所述收容空间连通；

作为另一示例，如图20所示，所述绝缘填充槽包括第三绝缘填充槽413、第四绝缘填充槽414。

S42：所述基板与所述第二基底通过硅硅键合或金属键合固定在一起；具体地，所述第四基底与所述第二基底可以通过硅硅键合直接键合在一起，或通过金属接触层403键合在一起，如图17、20所示；当通过所述金属接触层403键合在一起时，所述金属键合层403与所述绝缘填充槽相对应的位置还设置有金属层空隙，即第一金属层空隙431及第二金属层空隙432。

所述第一基底与第二基底的键合、刻蚀等步骤与实施例一中步骤类似，可参阅图13-15，此处不再赘述。

具体地，所述第三器件层202中还形成有第三电极A类绝缘槽227及位于边缘的电极边缘绝缘槽247，所述第三电极A类绝缘槽227与所述第一基板绝缘槽417相连通，形成第三电极绝缘槽。

所述制备方法还包括：

S51：去除所述第一基底的第一衬底层101，如图17所示；

S52：刻蚀所述第一介质层102及第一器件层103，形成反射镜硅层118、第三外框架124b、电极通孔上部(所述电极通孔上部包括第三电极通孔上部130b、第四电极通孔上部131b)；所述第一可动梳齿112位于所述反射镜硅层118下部两侧，所述加强筋位于所述反射镜硅层118下方，如图18所示；

S53：于所述反射镜硅层的上表面形成金属反射镜，如图19所示。

所述制备方法还包括：

S6：形成上下双面的若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

所述步骤S6具体包括：

在所述第一外框架124a区域形成第三电极通孔下部130a、第四电极通孔下部131a；其中，所述第三电极通孔下部130a、第四电极通孔下部131a分别与所述第三电极通孔上部130b、第四电极通孔上部131b对应贯通；

其中，所述第三电极通孔下部130a及第三电极通孔上部130b组成第三电极通孔，所述第四电极通孔下部131a及第四电极通孔上部131b组成第四电极通孔；

位于所述外框架124在所述第三电极通孔的周围、及所述第四电极通孔的周围形成电极绝缘槽；

所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接、且所述基板绝缘槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接，或所述绝缘填充槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接。

所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的表面分别形成有第三金属上电极120及第四金属上电极121；位于所述第四基底的下表面，所述绝缘填充槽围合区内形成有第三金属下电极420及第四金属下电极421，从而形成上下双面的所述金属电极。

作为示例，如图19所示，位于所述外框架124在所述第三电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第三电极A类绝缘槽227、所述电极边缘绝缘槽247，位于所述第四电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、所述电极边缘绝缘槽247、第四电极绝缘槽127；

所述绝缘填充槽包括第一绝缘填充槽411、第二绝缘填充槽412，所述基板绝缘槽包括第一基板绝缘槽417、第二基板绝缘槽427、第三基板绝缘槽437、第四基板绝缘槽447，其中，所述第二基板绝缘槽427、第四基板绝缘槽447位于所述第四基底401两侧，所述第三基板绝缘槽437与所述收容空间连通。所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽417相对应或相连接。所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接、且所述基板绝缘槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接。

作为另一示例，如图20所示，位于所述外框架124在所述第三电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第三电极B类绝缘槽237，位于所述第四电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第四电极绝缘槽127；

所述绝缘填充槽包括第三绝缘填充槽413、第四绝缘填充槽414，所述绝缘填充槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接。

此外，本实施例中也可实现实施例三、四中的带有第二附加弹性梁216、第三内框架114b的MEMS微镜，此处不再赘述。

实施例七

本实施例提供一种高占空比MEMS微镜，所述MEMS微镜包括依次叠置的第一基底、第二基底及基板，所述第一基底包括依次叠置的第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105组成的叠层结构或顶层硅106；

其中，所述顶层硅106在结构上等同于所述第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105组成的组合结构，如图1(a)及图1(b)所示。

具体地，所述第一基底可以是D-SOI衬底结构(包括2层介质层)，即包括第一衬底层101、第一介质层102、第一器件层103、第二介质层104、第二器件层105，也可以是SOI衬底结构(包括1层介质层)，即包括硅衬底108、埋氧层107、顶层硅106。无论哪种结构，都采用相同的工艺流程。所述MEMS微镜以D-SOI衬底作为示例，应当理解的是，SOI衬底也同样适用该制备方法，此处不再赘述。

进一步地，所述第二器件层105形成有加强筋111、第一可动梳齿112、第二可动梳齿115、第一弹性梁113、第二弹性梁116、隔离槽117、第一内框架114a、第一外框架124a；

具体地，所述加强筋111用于为后续形成的反射镜硅层118提供加固支撑，以保证器件稳固，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。

进一步地，所述第一可动梳齿112沿第一方向11排列，所述第二可动梳齿115位于所述第一内框架114a的外围并沿第二方向12排列；所述第一弹性梁113沿所述第一方向11设置并连接所述反射镜硅层118及所述第一内框架114a，所述第二弹性梁116沿所述第二方向12设置并连接所述第一内框架114a及所述第一外框架124a。

可选地，所述加强筋111、第一可动梳齿112、第二可动梳齿115、第一弹性梁113、第二弹性梁116为同步制作，节省工艺流程。

所述第二基底位于所述第一基底下方，所述第二基底包括依次叠置的第三介质层201、第三器件层202，所述第三介质层201与所述第二器件层105键合；所述第三器件层202形成有第一固定梳齿212、第二固定梳齿215、第二内框架214、第二外框架224；

其中，所述第一固定梳齿212位于所述第一可动梳齿112下方且与所述第一可动梳齿112交错排列，第二固定梳齿215位于所述第二可动梳齿115下方且与所述第二可动梳齿115交错排列。

进一步地，所述第一器件层103形成有反射镜硅层118、第三外框架124b；所述第一可动梳齿112位于所述反射镜硅层118下部两侧，所述加强筋位于所述反射镜硅层118下方；

具体地，所述第一内框架114a、第二内框架214形成内框架114，所述第一外框架124a、第二外框架224、第三外框架124b形成外框架124，所述第一弹性梁113及第二弹性梁116分别作为两个转动轴；所述第一固定梳齿212、第一可动梳齿112之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述反射镜硅层118能够以所述第一弹性梁113为旋转轴在所述内框架114内转动；类似的，所述第二固定梳齿215、第二可动梳齿115之间产生的相互作用力作为驱动力，使得所述内框架114能够以所述第二弹性梁116为旋转轴在所述外框架124内转动。

进一步地，所述反射镜硅层118的上表面溅射金属形成金属反射镜119；

具体地，所述第一固定梳齿212、第一可动梳齿112位于所述反射镜硅层118的下方，从而节省空间，达到高的占空比，同时满足大的偏转角度。

所述基板位于所述第二基底下方，所述基板中形成有收容空间，以提供运行空间。

所述MEMS微镜还包括若干个金属电极，若干个所述金属电极分别与所述第一可动梳齿、第二可动梳齿、第一固定梳齿、第二固定梳齿电连接。

在此基础上，所述MEMS微镜还可以包括以下几种结构：

(1)可选地，如图8所示，所述基板为包括数个第一电极通孔313、数个第二电极通孔312及所述收容空间的第三基底，其中，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312的表面覆盖有介质层；所述第二外框架224形成有第一电极槽218及位于所述第一电极槽218周围的第一电极绝缘槽217，且所述第一电极通孔313与所述第一电极槽218相贯通；所述第一电极槽218及所述第一电极通孔313的所述介质层表面形成有第一金属电极311，所述第二电极通孔312的所述介质层表面形成有第二金属电极321，从而形成所述金属电极。

具体地，所述第三基底包括第四器件层301和覆盖于所述第四器件层301表面的介质层，所述第三基底与所述第三器件层202键合；

可选地，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312的顶面面积小于底面面积；

具体地，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312可以是凸型结构，所述第一电极通孔313及第二电极通孔312可以是圆柱状或棱柱状。

可选地，所述第三基底为凹形结构，以形成所述收容空间，提供所述反射镜硅层118的活动空间。

具体地，所述第一电极通孔313为1个从而形成1个第一金属电极311；所述第二电极通孔312为4个从而形成4个第二金属电极321。

具体地，所述第一金属电极311用作所述第一可动梳齿112及所述第二可动梳齿115的公共电极，所述4个第二金属电极321分别用作所述第一固定梳齿212及所述第二固定梳齿215的电极。

(2)进一步地，所述第四介质层203还形成有位于所述第二弹性梁116下部的第二附加弹性梁216，所述第二弹性梁116与所述第二附加弹性梁216之间相互隔离(如图9所示)或通过介质层相连接(即第四介质层203，如图10所示)。

所述第二弹性梁116与第二附加弹性梁216共同作为转动轴。

(3)进一步地，如图11所示，还包括位于所述第一内框架114a上方的第三内框架114b，且所述第三内框架114b延伸至所述第二可动梳齿115的上方，以形成隐藏式梳齿。

(4)进一步地，当选用的所述第一基底包括顶层硅106时，最终得到的所述MEMS微镜的结构如图12所示。

其中，所述隔离槽117贯穿顶层硅106，以实现电隔离。

(5)可选地，所述基板为包括绝缘填充槽、基板绝缘槽及所述收容空间的第四基底，其中，在所述第一外框架124a区域还形成有第三电极通孔下部130a、第四电极通孔下部131a；

在所述第三外框架124b区域还形成有分别与所述第三电极通孔下部130a、第四电极通孔下部131a对应贯通的第三电极通孔上部130b、第四电极通孔上部131b；

其中，所述第三电极通孔下部130a及第三电极通孔上部130b组成第三电极通孔，所述第四电极通孔下部131a及第四电极通孔上部131b组成第四电极通孔；

位于所述外框架124在所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的周围形成有电极绝缘槽；

所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接、且所述基板绝缘槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接，或所述绝缘填充槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接；所述第三电极通孔及所述第四电极通孔的表面分别形成有第三金属上电极120及第四金属上电极121；位于所述第四基底的下表面，所述绝缘填充槽围合区内形成有第三金属下电极420及第四金属下电极421，从而形成上下双面的所述金属电极。

可选地，所述第四基底与所述第二基底可以通过硅硅键合直接键合在一起，或通过金属接触层403键合在一起，如图19-20所示。当通过所述金属接触层403键合在一起时，所述金属键合层403与所述绝缘填充槽相对应的位置还设置有金属层空隙，即第一金属层空隙431及第二金属层空隙432。

作为示例，如图19所示，位于所述外框架124在所述第三电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第三电极A类绝缘槽227、所述电极边缘绝缘槽247，位于所述第四电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、所述电极边缘绝缘槽247、第四电极绝缘槽127；

所述绝缘填充槽包括第一绝缘填充槽411、第二绝缘填充槽412，所述基板绝缘槽包括第一基板绝缘槽417、第二基板绝缘槽427、第三基板绝缘槽437、第四基板绝缘槽447，其中，所述第二基板绝缘槽427、第四基板绝缘槽447位于所述第四基底401两侧，所述第三基板绝缘槽437与所述收容空间连通。所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽417相对应或相连接。所述绝缘填充槽延伸至与所述基板绝缘槽相对应或相连接、且所述基板绝缘槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接。

具体地，所述隔离槽117、电极边缘绝缘槽247、第二基板绝缘槽427、第一绝缘填充槽411相互连通，所述隔离槽117、电极边缘绝缘槽247、第四基板绝缘槽447、第二绝缘填充槽412相互连通，从而实现所述MEMS微镜与外部的电隔离。所述第三电极A类绝缘槽227与所述第一基板绝缘槽417相连通，形成第三电极绝缘槽；所述第三电极绝缘槽、第四电极绝缘槽127用以实现梳齿之间的电隔离。

作为另一示例，如图20所示，位于所述外框架124在所述第三电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第三电极B类绝缘槽237，位于所述第四电极通孔的周围的所述电极绝缘槽包括所述隔离槽117、第四电极绝缘槽127；

所述绝缘填充槽包括第三绝缘填充槽413、第四绝缘填充槽414，所述绝缘填充槽与所述电极绝缘槽上下相对应或相连接。

可选地，如图20所示，还形成有位于所述第一内框架114a上方的第三内框架114b。

需要说明的是，本实施例中上下双面的所述金属电极不局限于应用在结构(5)中，在上述结构(1)-(4)中也可以使用，参照结构(5)及所述制备方法，在所述外框架中设置相应的上电极即可实现，此处不再赘述。

实施例八

本实施例提供一种MEMS微镜阵列，如图22所示，所述MEMS微镜阵列为若干个实施例七中所述高占空比MEMS微镜沿第一方向11和/或第二方向12排列组合而成的阵列，所述高占空比MEMS微镜之间通过所述隔离槽117、电极绝缘槽、基板绝缘槽、绝缘填充槽中的若干个结构组合实现电隔离。

综上所述，本发明提供了一种高占空比MEMS微镜、微镜阵列及制备方法，该MEMS微镜的第一可动梳齿、第一固定梳齿位于反射镜硅层的下方，在实现两个方向大角度偏转的同时，提高了MEMS微镜的占空比，有效减小了MEMS微镜的体积。反射镜硅层下方带有加强筋结构，有效改善了MEMS微镜在静止及运动过程中的表面平整度。此外，本发明的MEMS微镜提供了包括双面电极结构在内的多种电极引出形式，应用时可以根据实际情况进行选择，更有利于MEMS微镜及微镜阵列的市场化应用。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。