DE112006000131T5

DE112006000131T5 - Verfahren und Struktur zum Ausbilden eines integrierten räumlichen Lichtmodulators

Info

Publication number: DE112006000131T5
Application number: DE112006000131T
Authority: DE
Inventors: Xiao Cupertino Yang; Dongmin Saratoga Chen; Kegang Fremont Huang
Original assignee: Miradia Inc
Current assignee: Miradia Inc
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2007-11-22
Also published as: JP2008527426A; US7172921B2; US20060148121A1; WO2006074175A2; WO2006074175A3; US20070128771A1; US7670880B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators, wobei das Verfahren umfasst:
Vorsehen eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche;
Bearbeiten eines Vorrichtungssubstrats, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden umfasst;
Abscheiden einer Abstandsschicht auf der Elektrodenschicht;
Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht; und
Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem Vorrichtungssubstrat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterbearbeitungsverfahren. Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zum Ausbilden eines integrierten räumlichen Lichtmodulators. Nur beispielhaft wurde die Erfindung auf ein Verfahren zum Ausbilden von Abstandsstrukturen angewendet, die in einer gebundenen Substratstruktur vorhanden sind. Das Verfahren und die Struktur können ebenso auf andere Anwendungen, wie z.B. Stellglieder, Sensoren, Detektoren und Anzeigekomponenten, angewendet werden.
Räumliche Lichtmodulatoren (SLMs) weisen zahlreiche Anwendungen auf den Gebieten von optischer Informationsverarbeitung, Projektionsanzeigen, Video- und Graphikmonitoren und Fernsehgeräten auf. Reflektierende SLMs sind Vorrichtungen, die einfallendes Licht in einem räumlichen Muster modulieren, um ein Bild entsprechend einem elektrischen oder optischen Eingangssignal zu reflektieren. Das einfallende Licht kann in der Phase, Intensität, Polarisation oder Ablenkungsrichtung moduliert werden. Ein reflektierender SLM besteht typischerweise aus einer ein- oder zweidimensionalen Matrix von adressierbaren Bildelementen (Pixeln), die in der Lage sind, einfallendes Licht zu reflektieren. Quellenpixeldaten werden zuerst von einer zugehörigen Steuerschaltung verarbeitet, dann in die Pixelmatrix mit einem Vollbild auf einmal geladen.
Die zur Herstellung von SLMs verwendeten Herstellungsprozesse sind verschiedenartig. In einigen der Herstellungsprozesse werden mehrere Substrate aneinander gebunden, um die SLM-Struktur auszubilden. Einige von diesen Herstellungsprozessen erfordern die Ausrichtung der Substrate mit Toleranzen in der Größenordnung von Mikrometern vor dem Binden, was ein zeitraubender und aufwändiger Prozess sein kann.
Daher besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf für verbesserte Verfahren und Strukturen für integrierte SLMs.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Halbleiterbearbeitungsverfahren bereitgestellt. Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zum Ausbilden eines integrierten räumlichen Lichtmodulators. Lediglich beispielhaft wurde die Erfindung auf ein Verfahren zum Ausbilden von Abstandsstrukturen angewendet, die in einer gebundenen Substratstruktur vorhanden sind. Das Verfahren und die Struktur können ebenso auf andere Anwendungen, wie z.B. Stellglieder, Sensoren, Detektoren und Anzeigekomponenten, angewendet werden.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche, die Bearbeitung eines Vorrichtungssubstrats, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden umfasst, und die Abscheidung einer Abstandsschicht auf der Elektrodenschicht. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht und das Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem Vorrichtungssubstrat.
In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche, die Bereitstellung eines zweiten Substrats mit einer Vielzahl von Elektroden und die Abscheidung einer Abstandsschicht auf dem zweiten Substrat. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht, das Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem zweiten Substrat und das Verdünnen des ersten Substrats. Das Verfahren umfasst ferner die Strukturierung des ersten Substrats, um eine Maske auszubilden; und das Ausbilden einer Vielzahl von beweglichen Strukturen aus dem ersten Substrat, wobei mindestens eine der beweglichen Strukturen auf mindestens eine der Vielzahl von Elektroden ausgerichtet ist.
In noch einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung von integrierten räumlichen Lichtmodulatoren bereitgestellt. Die Anordnung von integrierten räumlichen Lichtmodulatoren umfasst eine mit einem Vorrichtungssubstrat gekoppelte Elektrodenschicht, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden und mindestens eine Ausrichtungsmarkierung umfasst, und eine dreidimensionale Abstandsstruktur, wobei die Abstandsstruktur Seitenbereiche, die in einer zum Vorrichtungssubstrat parallelen Ebene definiert sind, untere Bereiche, die mit dem Vorrichtungssubstrat gekoppelt sind, und obere Bereiche entgegengesetzt zu den unteren Bereichen aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine halbtransparente Siliziumschicht, die mit den oberen Bereichen der Abstandsstruktur gekoppelt ist, wobei die halbtransparente Siliziumschicht einen Gelenkstützbereich umfasst, der mit den oberen Bereichen der Abstandsstruktur gekoppelt ist, wobei eine Vielzahl von Gelenken mit den Gelenkstützbereichen gekoppelt sind, und eine Vielzahl von beweglichen Elementen, die in Bezug auf die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung durch Abbildung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung durch die halbtransparente Siliziumschicht ausgerichtet werden.
Zahlreiche Vorteile werden unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren erreicht. In einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise die Ausrichtungstoleranzen, die während des Substratbindungsprozesses verwendet werden, stark gelockert. Überdies werden die Abmessungen des in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Verbundsubstrats verringert, was die Kosten senkt und die Schichtgleichmäßigkeit erhöht. Diese erhöhte Schichtgleichmäßigkeit erstreckt sich beispielsweise auf die Dicke einer Mikrospiegelschicht, die im Verbundsubstrat vorliegt. Außerdem sehen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellte Abstandhalter eine Bindungsoberfläche mit verringerter Oberflächenrauheit vor, was zu einer Erhöhung der Bindungsfestigkeit führt. In Abhängigkeit vom Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere dieser Vorteile existieren. Diese und weitere Vorteile wurden in der ganzen vorliegenden Patentbeschreibung und insbesondere nachstehend beschrieben.
Verschiedene zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können mit Bezug auf die ausführliche Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen, die folgen, vollständiger erkannt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte schematische Seitenansichtsdarstellung eines herkömmlichen SOI-Substrats und eines Elektrodensubstrats vor dem Waferbinden.
2 ist eine vereinfachte schematische Seitenansichtsdarstellung eines SOI-Substrats und eines Vorrichtungssubstrats mit einer integrierten Abstandhalterstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3A-3G sind vereinfachte schematische Darstellungen eines Prozessablaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein vereinfachter Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten SLM gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein vereinfachter Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten SLM gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG VON SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Halbleiterbearbeitungsverfahren bereitgestellt. Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zum Ausbilden eines integrierten räumlichen Lichtmodulators. Lediglich beispielhaft wurde die Erfindung auf ein Verfahren zum Ausbilden von Abstandsstrukturen angewendet, die in einer gebundenen Substratstruktur vorhanden sind. Das Verfahren und die Struktur können ebenso auf andere Anwendungen, wie z.B. Stellglieder, Sensoren, Detektoren und Anzeigekomponenten, angewendet werden.
1 ist eine vereinfachte schematische Seitenansichtsdarstellung einer herkömmlichen Substratstruktur mit Silizium auf Isolator (SOI) und eines Elektrodensubstrats vor dem Waferbinden. In einigen Anwendungen wird das SOI-Substrat 100 so bearbeitet, dass es eine Vielzahl von Ablenkungsvorrichtungen (nicht dargestellt), die aus der Schicht 114 ausgebildet werden, umfasst. Die Ablenkungsvorrichtungen können Spiegelstrukturen wie z.B. bewegliche Spiegel sein. Solche Spiegelstrukturen können für Anzeigevorrichtungen verwendet werden, wie z.B. eine Anordnung von Mikrospiegeln, die einen räumlichen Lichtmodulator oder dergleichen bilden. Wie in der Figur dargestellt, ist die Schicht 110 Silizium, die Schicht 112 ist ein vergrabenes Oxid und die Schicht 114 ist Einkristallsilizium. Andere ähnliche Substratmaterialien, beispielsweise Polysilizium oder amorphes Silizium, werden in anderen Ausführungsbeispielen verwendet, um die Schichten 110 bis 114 auszubilden.
Die Schicht 114 des SOI-Substrats wird unter Verwendung von Halbleiterbearbeitungsverfahren bearbeitet, um Stützelemente 116 auszubilden, die sich von der Oberfläche der Schicht 114 erstrecken. Maskierungs- und Ätzprozesse, die Fachleuten gut bekannt sind, werden verwendet, um die Stützelemente 116 auszubilden. In einem typischen Prozess definiert die Tiefe 130 des Ätzschritts die Höhe der Stützelemente, während die seitlichen Abmessungen der Maskierungsschicht das zweidimensionale Profil der Stützelemente definiert. Die Oberflächenmorphologie an der Oberfläche 132 ist eine Funktion des Ätzprozesses und wird typischerweise so ausgewählt, dass eine glatte Oberfläche mit einer gleichmäßigen Ätztiefe bereitgestellt wird. Obwohl die Stützelemente 116 in nur einer Dimension in der Figur dargestellt sind, bilden sie typischerweise zweidimensionale Strukturen, die vertiefte Bereiche 118 definieren, die von Stützelementen 116 umgeben sind. Aus einer Schicht aus Einkristallsilizium hergestellte Stützelemente sehen einen Grad an mechanischer Steifigkeit für die Verbundstruktur vor und werden unter Verwendung von gut entwickelten Halbleiterbearbeitungsverfahren bearbeitet.
Das Elektrodensubstrat 105 kann ein integriertes Schaltungsbauelement mit einer Vielzahl von Elektrodenvorrichtungen 122 sein, wie gezeigt. Das integrierte Schaltungsbauelement kann Ansteuervorrichtungen, die mit jeder der Elektroden gekoppelt sind (nicht dargestellt), umfassen. In einer Anwendung umfassen die Ansteuervorrichtungen eine CMOS-Schaltung, die in Bearbeitungsschritten (nicht dargestellt) vor der Ausbildung der Vielzahl von Elektrodenvorrichtungen 122 hergestellt wird. Die Ansteuervorrichtungen können verwendet werden, um Spannungen an die Elektroden anzulegen, um ausgewählte Spiegelvorrichtungen zu betätigen, die auf der SOI-Substratstruktur vorhanden sind. Vorzugsweise wird die Elektrodensubstratstruktur unter Verwendung eines Siliziumwafers oder eines anderen ähnlichen Substratmaterials hergestellt. Weitere Details sowohl der SOI- als auch Elektrodensubstratstrukturen sind in der US-Patentanmeldung Seriennummer 10/756 936, eingereicht am 13.01.2004, im gemeinsamen Besitz und hiermit durch den Hinweis für alle Zwecke aufgenommen, zu finden.
In einigen Anwendungen werden die Substrate 100 und 105 verbunden, um eine Verbundsubstratstruktur zu bilden. Waferbindungsverfahren werden verwendet, um die Substrate zu verbinden und eine mechanische Bindung zu bilden. Die Stützelemente 116, die sich von der unteren Oberfläche des Substrats 100 erstrecken, werden an die obere Oberfläche des Elektrodensubstrats an den Stellen 120 gebunden. Aus Silizium hergestellte Stützelemente können beispielsweise eine hermetische Dichtung bilden, wenn sie an Siliziumbereiche gebunden werden, die auf der oberen Oberfläche eines Siliziumelektrodensubstrats vorhanden sind. Die vertieften Bereiche 118 bilden Hohlräume über den Elektroden 122 nach dem Bindungsprozess. Nach dem Binden wird das Substrat 100 unter Verwendung von chemisch-mechanischem Polieren (CMP), Schleifen, Rückätzen, irgendeiner Kombination von diesen und dergleichen verdünnt. In einer Anwendung stellt die vergrabene Oxidschicht 112 eine Ätzstoppschicht während des Verdünnungsprozesses bereit. Nach dem Freilegen der Schicht 114 werden Spiegelstrukturen in der Schicht 114 strukturiert und hergestellt, wie vorstehend beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, werden die zwei Substrate vor dem Waferbinden ausgerichtet. Die Ausrichtung der Stützelemente auf die Elektroden wird gesteuert, um die korrekte räumliche Beziehung zwischen den über den Bereichen 118 ausgebildeten Spiegeln und den Elektroden 122 sicherzustellen. Überdies wird die Ausrichtung der Stützelemente 116 auf die Bindungsbereiche 120 am Elektrodensubstrat gesteuert, um sicherzustellen, dass die Stützelemente den gewünschten Kontakt mit dem Siliziummaterial des Elektrodensubstrats und nicht beispielsweise einer Elektrode herstellen. Waferausrichtungsverfahren wurden entwickelt, beinhalten jedoch manchmal zusätzliche Bearbeitungsschritte, was die Bearbeitungskosten erhöht und den Durchsatz verringert.
2 ist eine vereinfachte schematische Seitenansichtsdarstellung eines ersten Substrats und eines Vorrichtungssubstrats mit integrierter Abstandhalterstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur dargestellt, ist das erste Substrat ein SOI-Substrat 200 und umfasst eine Anzahl von Schichten. In einem Ausführungsbeispiel ist das SOI-Substrat ein mehrlagiges Substrat mit einer Schicht aus Silizium (210), einer Schicht aus vergrabenem Oxid (212) und einer zusätzlichen Schicht aus Silizium (214). In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind die Siliziumschichten 210 und 214 Einkristall-Siliziumschichten, obwohl dies für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist. Alternative Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Schichten aus Polysilizium, amorphem Silizium und anderen geeigneten Substratschichten. Die vergrabene Oxidschicht dient als Ätzstopp in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem das Substrat 200 durch die Entfernung der Schichten 210 und 212 nach dem Binden an das Substrat 205 verdünnt wird. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Siliziumauflageschicht 214 im Vergleich zur Schicht 114 aus Silizium, die in 1 dargestellt ist, in der Dicke verringert werden.
Wie in 2 dargestellt und nachstehend genauer beschrieben, werden Abstandsstrukturen 220 als Teil des Vorrichtungssubstrats 205 hergestellt und nicht aus der Schicht 214 ausgebildet. Folglich wird die Dicke der Schicht 214 in einigen Ausführungsbeispielen verringert, was die Kosten des SOI-Substrats verringert. Wenn die Dicke der Schicht 214 verringert wird, kann überdies die Gleichmäßigkeit der Schicht erhöht werden, was zu einer erhöhten Gleichmäßigkeit der in der Schicht 214 hergestellten Mikrospiegel gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung führt. Außerdem ermöglicht die Ausbildung der Abstandsstrukturen als integrierte Struktur auf dem Substrat 205 die Entfernung des Ätzschritts, der verwendet wird, um Stützelemente 116 auszubilden, wie in 1 dargestellt. Mit Bezug auf 1 ist die Morphologie der Oberfläche 132, anstatt dass sie durch den Ätzprozess definiert ist, eine Funktion der zur Herstellung des SOI-Substrats verwendeten Prozesse. Folglich können Polier- und Endbearbeitungsschritte verwendet werden, um eine glattere Oberfläche für die Schicht 214 bereitzustellen, als sie typischerweise durch einen Ätzprozess erzeugt wird.
Das Vorrichtungssubstrat 205 umfasst eine Anzahl von Schichten, von denen nur einige ausgewählte in 2 dargestellt sind. Eine Schicht, die in den Figuren dargestellt ist, umfasst Elektroden 222a und 222b. In einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 222a eine Elektrode, die dazu ausgelegt ist, die Neigung des Mikrospiegels in einer ersten Richtung zu steuern, und die Elektrode 222b ist eine Elektrode, die dazu ausgelegt ist, die Neigung des Mikrospiegels in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung zu steuern. Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, werden zusätzliche Metall-, Isolator- und Kontaktlochschichten sowie andere Vorrichtungen typischerweise auf dem Substrat 205 hergestellt. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfassen diese zusätzlichen Schichten und Vorrichtungen eine CMOS-Schaltung, die in Bearbeitungsschritten vor der Ausbildung der Elektroden 222 hergestellt wird und verwendet wird, um die Elektroden anzusteuern. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden diese Schichten zusammen mit der Schicht, die die Elektroden 222 umfasst, unter Verwendung von Standard-CMOS-Prozessen hergestellt.
Um einen vertikalen Zwischenraum zwischen den Elektroden 222 und der Schicht 214 bereitzustellen, in der Mikrospiegel in einem Ausführungsbeispiel ausgebildet werden, werden Abstandsstrukturen 220 auf der Oberfläche des Substrats 205 ausgebildet. In Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen die Abstandsstrukturen vorbestimmte Abmessungen auf. In einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Höhe der Abstandsstruktur 1,9 μm. Alternativ liegt die Höhe im Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 2,5 μm in anderen Ausführungsbeispielen. Die Höhe hängt natürlich von den speziellen Anwendungen ab. Außerdem sind die seitlichen Abmessungen der Abstandsstrukturen vorbestimmt. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Abstandsstrukturen eine seitliche Breite von 0,5 μm auf und sind in einem zweidimensionalen Muster ausgebildet, das sich in die Ebene der Figur erstreckt. In alternativen Ausführungsbeispielen liegt die seitliche Breite der Abstandsstrukturen im Bereich von etwa 0,25 μm bis etwa 1,0 μm.
Die Abmessungen der Abstandsstrukturen in einigen Ausführungsbeispielen werden in Bezug auf die Abmessungen der in der Schicht 214 ausgebildeten Mikrospiegel definiert. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Neigungswinkel der Mikrospiegel in einem aktivierten Zustand beispielsweise 12°. Daher können die Breite, Länge und Tiefe der Mikrospiegel zusammen mit der Beziehung der Mikrospiegel zu den Gelenken, an denen sich die Mikrospiegel drehen, als Eingaben in die Bestimmung der Abstandsstrukturabmessungen verwendet werden. Lediglich als Beispiel definiert für quadratische Mikrospiegel mit diagonalen Gelenken, die von Ecke zu Ecke verlaufen, der Abstand von der Mitte des Mikrospiegels zur Ecke des Mikrospiegels die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks. Der Neigungswinkel von 12° definiert den Winkel zwischen der Unterseite des rechtwinkligen Dreiecks und der Hypotenuse. Folglich kann man die minimale Höhe der Abstandsstruktur, für die ein Kontakt zwischen der Ecke des Mikrospiegels und dem Substrat 205 hergestellt wird, wenn sich der Mikrospiegel im aktivierten Zustand befindet, berechnen. Elektroden, die sich über der Oberfläche des Substrats 205 erstrecken, zusammen mit anderen Vorrichtungsmerkmalen wirken sich natürlich auf den Rechenprozess und die erzeugten Ergebnisse aus.
Wie in 2 dargestellt, werden die Abstandsstrukturen aus Siliziumoxid (Si_xO_y) hergestellt, aber dies ist für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Andere geeignete Materialien können innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Abstandhalter, die aus Siliziumnitrid (Si_xN_y) hergestellt werden, werden beispielsweise in alternativen Ausführungsbeispielen verwendet. In noch weiteren Ausführungsbeispielen wird Siliziumoxynitrid (SiON) verwendet, um die Abstandsstrukturen herzustellen, Überdies wird Polysiliziummaterial, einschließlich amorphen Polysiliziums, in noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Materialien mit geeigneten Eigenschaften, einschließlich der Ausbildung einer starken Bindung mit der Schicht 214, einer guten Haftung am Substrat 205, und mechanischer Steifigkeit, sind annehmbare Ersatzstoffe für Si_xO_y-Materialien.
Überdies wird in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Prozess, der zum Abscheiden der Schicht oder Schichten, aus der/denen die Abstandsstrukturen hergestellt werden, verwendet wird, angesichts der auf dem Vorrichtungssubstrat vorliegenden Strukturen durchgeführt. Eine gewisse CMOS-Schaltung kann beispielsweise durch Durchführen von Hochtemperatur-Abscheidungsprozessen nachteilig beeinflusst werden, da diese Hochtemperatur-Abscheidungsprozesse Metalle beschädigen können oder zur Diffusion von Übergängen führen können, die zur CMOS-Schaltung gehören. In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden folglich Niedertemperatur-Abscheidungs-, -Strukturierungs- und -Ätzprozesse wie z.B. Prozesse, die bei Temperaturen von weniger als 500°C durchgeführt werden, verwendet, um die Schicht auszubilden, aus der die Abstandsstrukturen hergestellt werden. In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel werden Abscheidungs-, Strukturierungs- und Ätzprozesse, die bei weniger als 400°C durchgeführt werden, verwendet, um die Schicht auszubilden, aus der die Abstandsstrukturen hergestellt werden.
3A-3E sind vereinfachte schematische Darstellungen eines Prozessablaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 3A dargestellt, wird das Substrat 205 bereitgestellt und bearbeitet, wie vorstehend beschrieben. Die anfänglichen Bearbeitungsschritte umfassen typischerweise die Ausbildung einer CMOS-Schaltung. Zusätzliche Details der Herstellungsprozesse für das Vorrichtungssubstrat sind in der gleichzeitig anhängigen und im gemeinsamen Besitz stehenden US-Patentanmeldung Nummer 10/756 923, eingereicht am 13. Januar 2004, vorgesehen, die durch den Hinweis für alle Zwecke aufgenommen wird. Die Elektroden 222a und 222b werden typischerweise durch die Abscheidung und/oder Strukturierung einer Metallschicht ausgebildet. Nach der Ausbildung der Elektroden wird eine Schicht 310 mit einer Dicke von t₁ auf dem Substrat 205 abgeschieden. Die Schicht 310 ist eine Slliziumdioxid-(SiO₂)Schicht in einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dies ist jedoch, wie vorstehend beschrieben, für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Andere geeignete Materialien können innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Schicht 310 wird in alternativen Ausführungsbeispielen beispielsweise durch Abscheidung von Siliziumnitrid-(Si₃N₄) oder Siliziumoxynitrid-(SiON)Schichten ausgebildet. Überdies wird in noch einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung Polysiliziummaterial, einschließlich amorphen Polysiliziums, abgeschieden, um die Schicht 310 auszubilden.
Die abgeschiedene Schicht 310 weist eine vorbestimmte Dicke t₁ auf, wie anfänglich abgeschieden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Dicke t₁ 2,6 μm. In anderen Ausführungsbeispielen liegt die Dicke im Bereich von etwa 1,0 μm bis etwa 3,0 μm. Die Dicke hängt natürlich von den speziellen Anwendungen ab. Wie in 3A dargestellt, ist die obere Oberfläche 312 der abgeschiedenen Schicht 310 über das Substrat 205 in 3A gleichmäßig, was zu einer planaren Oberfläche führt. Eine planare Oberfläche nach der Abscheidung ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. In einem speziellen Abscheidungsprozess führt die strukturierte Art der Elektroden 222 dazu, dass die Dicke der Schicht 310 als Funktion der seitlichen Position variiert, was eine obere Oberfläche 312 erzeugt, die nicht vollständig flach ist.
Um die obere Oberfläche 312 der abgeschiedenen Schicht 310 zu planarisieren, wird ein wahlweiser CMP-Schritt in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Die durch den CMP-Prozess erzeugten Ergebnisse sind durch die gestrichelte Linie 314 in 3A und die Dicke t₂ in den 3A und 3B dargestellt. Abstandsmaterial, das über der Linie 314 vorhanden ist, wird während des CMP-Prozesses entfernt, was zu einer sehr polierten und planarisierten Schicht 316 mit der Dicke t₂ führt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die mittlere quadratische (RMS) Rauheit der planarisierten Oberfläche 314 geringer als oder gleich etwa 5 Å. Wie nachstehend beschrieben wird, erleichtert die während des CMP-Prozesses hergestellte äußerst glatte Oberfläche das Binden des Verbundsubstrats an das Vorrichtungssubstrat. In Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Höhe t₂ der Abstandsstruktur nach dem CMP-Prozess etwa 1,9 μm. Alternativ liegt die Höhe in anderen Ausführungsbeispielen im Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 2,5 μm. Die Höhe hängt natürlich von den speziellen Anwendungen ab.
3B stellt einen Photolithographieprozess dar, in dem eine Photoresistschicht abgeschieden und strukturiert wird, um eine Ätzmaske 320 auf der Oberfläche 314 der Abstandsschicht 316 auszubilden. Wie in der Figur dargestellt, wurde die Abstandsschicht auf die Dicke t₂ planarisiert und verdünnt, was die Oberfläche 314 als obere Oberfläche der Abstandsschicht bereitstellt. Der Photolithographieprozess ist gut bekannt und, wie für einen üblichen Fachmann ersichtlich ist, können die Abmessungen der Ätzmaske 320 während der Photolithographie eng gesteuert werden. Die Ätzmaske 320 kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet werden, das gegen den Ätzprozess beständig ist, der verwendet wird, um das Abstandsmaterial zu ätzen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird eine Ätzmaske aus Metall wie z.B. Al oder TiN verwendet. Obwohl die Ätzmaske 320 in einer Dimension in 3B dargestellt ist, ist für einen Fachmann ersichtlich, dass ein zweidimensionales Muster auf der Oberfläche 314 ausgebildet werden kann, um Abstandsbereiche mit der gewünschten Geometrie zu erzeugen. Lediglich als Beispiel stellt 3G eine vereinfachte Draufsicht auf ein zweidimensionales Muster dar, das für die Abstandsbereiche möglich ist.
3C stellt das Substrat 205 und strukturierte Abstandsbereiche 330 nach einem Ätzprozess dar. Wie in der Figur dargestellt, wurden Teile der Abstandsschicht 316 während des Ätzprozesses entfernt, was zur Ausbildung der Abstandsbereiche 330 führt. Die seitlichen Abmessungen der Abstandsbereiche 330 sind eine Funktion der Geometrie der Ätzmaske 320 und des Ätzprozesses. Wie in der Figur dargestellt, ist der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Abstandsbereichen entlang der Linie 338 13,5 μm. Für Mikrospiegel mit einer quadratischen Form ist der Abstand von Mitte zu Mitte in der zur Linie 338 senkrechten Richtung derselbe. Für rechteckige Mikrospiegel kann der Abstand in senkrechten Richtungen natürlich variieren. Außerdem weisen die zu den Elektroden 222 gehörenden Mikrospiegel Abmessungen auf, die kleiner sind als der Abstand der Abstandsbereiche von Mitte zu Mitte, was ermöglicht, dass sich die Mikrospiegel in Reaktion auf an den Elektroden vorliegende elektrische Signale bewegen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, in denen die Abstandsbereiche aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid oder Kombinationen davon hergestellt werden, stellen Vorteile auf der Basis der elektrischen und thermischen Eigenschaften des Abstandsbereichsmaterials bereit. Diese Materialien unter anderen sehen beispielsweise einen hohen Grad an elektrischer Isolation vor, wobei das Vorrichtungssubstrat von der Spiegelschicht 214 elektrisch isoliert wird. Überdies werden von einigen Ausführungsbeispielen die thermischen Eigenschaften des zum Abscheiden der Abstandsschicht verwendeten Materials wie z.B. thermische Isolation bereitgestellt. Lediglich als Beispiel kann das von den in der Schicht 214 hergestellten Mikrospiegeln absorbierte Licht die Temperatur der Mikrospiegel erhöhen. Ein thermisch isolierender Abstandsbereich verringert folglich beispielsweise die Leitung von Wärme von den Mikrospiegeln zum Vorrichtungssubstrat. Andere geeignete Abstandsbereichsmaterialien wie z.B. Polysiliziummaterial, einschließlich amorphen Polysiliziums, sind durch elektrische und thermische Eigenschaften gekennzeichnet, die in alternativen Ausführungsbeispielen Vorteile bereitstellen.
Wie in 3C dargestellt, wurde isotropes Ätzen verwendet, um die Abstandsbereiche 330 festzulegen. Das Ätzprofil definiert vertikale Wände für die Abstandsbereiche mit einer vorbestimmten Dicke. In der Darstellung ist die seitliche Dicke 339 der Abstandsbereiche 0,5 μm. In anderen Ausführungsbeispielen variiert die Dicke der Abstandsbereiche von etwa 0,25 μm bis etwa 1 μm. Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, ist der Füllfaktor des räumlichen Lichtmodulators eine Funktion der Dicke der Abstandsbereiche. Eine gewisse Krümmung der oberen Oberfläche 336 der Oxidschichten 332, die zwischen den Elektroden 222 abgeschieden sind, ist in der Figur dargestellt, aber dies ist für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Außerdem ist die Krümmung des Oxids 334 benachbart zu den Abstandsbereichen 330 in der Figur dargestellt, aber dieser Effekt ist eine Funktion des Ätzprozesses. Ein Ätzprozess, der an der oberen Oberfläche der Elektroden 222 endet, wird in einem alternativen Prozess verwendet, der zur gleichzeitigen Freilegung der Elektroden und Passivierung der Oberfläche des Substrats 205 führt. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Ätzprozess vor dem Freilegen der Elektrodenschicht beendet, was ermöglicht, dass die Abstandsschicht 316 nicht nur mechanische Abstützung in Form von Abstandsbereichen 330, sondern zusätzliche Passivierungsvorteile für die Elektroden auf dem Substrat 205 vorsieht.
Wie vorstehend erörtert, werden in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Prozesse, die zum Abscheiden, Strukturieren und Ätzen der Schicht oder Schichten, aus der/denen die Abstandsstrukturen hergestellt werden, verwendet werden, bei niedrigen Temperaturen durchgeführt. Diese Bearbeitungsschritte können beispielsweise im Hinblick auf die auf dem Vorrichtungssubstrat vor der Ausbildung der Abstandsstrukturen vorliegenden Strukturen wie z.B. CMOS-Schaltung durchgeführt werden. Da eine gewisse CMOS-Schaltung durch Durchführen von Hochtemperatur-Abscheidungsprozessen, die Metalle beschädigen können, die CMOS-Transistoren koppeln, oder zur Diffusion von Übergängen, die zu der CMOS-Schaltung gehören, führen können, nachteilig beeinflusst werden kann, werden Niedertemperatur-Abscheidungsprozesse gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet. In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden überdies Niedertemperatur-Abscheidungs-, -Strukturierungs- und Ätzprozesse wie z.B. Prozesse, die bei Temperaturen von weniger als 500°C durchgeführt werden, verwendet, um die Schicht oder Schichten auszubilden, aus der/denen die Abstandsstrukturen hergestellt werden. In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel werden Abscheidungs-, Strukturierungs- und Ätzprozesse, die bei weniger als 400°C durchgeführt werden, verwendet, um die Schicht auszubilden, aus der die Abstandsstrukturen hergestellt werden. Ein üblicher Fachmann würde viele Variationen, Modifikationen und Alternativen innerhalb des Schutzbereichs von Niedertemperaturprozessen erkennen.
3D stellt den Prozessschritt zum Binden des SOI-Substrats an das Substrat 205 dar, um eine Verbundsubstratstruktur auszubilden. Wie dargestellt, wird die Ätzmaske entfernt und das SOI-Substrat und das Vorrichtungssubstrat werden über die Oberfläche 340 der Schicht 214 und die oberen Oberflächen 314 der Abstandsstrukturen 330 aneinander gebunden, um Hohlräume 356 auszubilden. Das Binden kann unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren stattfinden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel geschieht das Binden unter Verwendung eines kovalenten Bindeprozesses bei Raumtemperatur. Jede der Flächen wird gereinigt und z.B. durch Plasmaaktivierung oder durch Nassbearbeitung aktiviert. Die aktivierten Oberflächen werden miteinander in Kontakt gebracht, um eine Klebewirkung zu verursachen. In einigen Bindeprozessen wird eine mechanische Kraft an jeder Substratstruktur bereitgestellt, um die Flächen zusammenzupressen. In Ausführungsbeispielen, in denen die Schicht 214 Silizium ist und die Abstandsbereiche Siliziumoxid sind, werden Siliziumauflagebindungen zwischen den zwei Flächen erzeugt. In alternativen Ausführungsbeispielen wird eine Oxidschicht auf der Oberfläche 340 vor dem Binden ausgebildet, um eine Oxid-Oxid-Bindungsgrenzfläche bereitzustellen. Die obere Oberfläche 314 der Schicht, aus der die Abstandsstrukturen ausgebildet werden, wird durch einen CMP-Prozess in einem Ausführungsbeispiel poliert, während die Bindungsoberfläche der Schicht 214 ebenso poliert wird, was eine äußerst glatte Oberfläche vorsieht, die für kovalente Bindungsprozesse förderlich ist. Ein üblicher Fachmann würde natürlich viele andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen.
Da die Abstandsbereiche und die Elektroden auf dem Substrat 205 ausgebildet werden, werden die Ausrichtungstoleranzen für den Waferbindeprozess im Vergleich zu den unter Verwendung der in 1 dargestellten Struktur vorliegenden Toleranzen stark gelockert. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Toleranzanforderung zum Ausrichten der zwei Substrate vor der Verbindung beispielsweise geringer als 1 cm. Toleranzanforderungen in der Größenordnung von Millimetern stehen daher durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu Toleranzanforderungen in der Größenordnung von Mikrometern für die in 1 dargestellte Struktur zur Verfügung.
3E stellt die Prozessschritte zum Entfernen der Schichten 210 und 212 des SOI-Substrats dar. Wie dargestellt, werden nach dem Verbinden der Substrate, um eine gebundene oder Verbundsubstratstruktur auszubilden, die Schichten 210 und 212 entfernt, um die Schicht 214 freizulegen. Die vergrabene Oxidschicht 212 dient in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Ätzstopp, wobei das SOI-Substrat durch die Entfernung der Schichten 210 und 212 nach dem Waferbinden verdünnt wird. Plasmaablösen wird in einigen Ausführungsbeispielen verwendet, um die vergrabene Oxidschicht 212 zu entfernen und die Schicht 214 freizulegen. Die Entfernung der Schichten 210 und 212 wird in alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von CMP-Prozessen durchgeführt. Ein üblicher Fachmann würde viele Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Nach dem Verdünnungsprozess wird die Schicht 214 freigelegt, was die Schicht für die Ausbildung von Mikrospiegeln in der Schicht 214 verfügbar macht.
3F stellt die Prozessschritte zum Ausbilden von Mikrospiegeln in der Schicht 214 des SOI-Substrats dar. Strukturieren und Ätzen der Schicht 214 führt zur Herstellung von Mikrospiegeln 350. Wie in der Figur dargestellt, werden typischerweise Spiegel 350 über den Hohlräumen 356 ausgebildet und werden in Bezug auf die Elektroden 222a und 222b angeordnet, um die Steuerung der Spiegel durch an den Elektroden vorliegende elektrische Signale zu erleichtern. Folglich ist es erwünscht, die Strukturierung und Ätzung der aus der Schicht 214 ausgebildeten Mikrospiegel auf die Elektroden auszurichten, die auf dem Vorrichtungssubstrat vorliegen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Dicke der Siliziumschicht 214 auf ein Niveau verringert, bei dem die Siliziumschicht im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums halbtransparent ist. Wenn beispielsweise die Dicke der Siliziumschicht 214 auf 0,3 μm verringert wird, kann das Vorrichtungssubstrat durch die Schicht 214 abgebildet werden. Folglich wird die Strukturierung der Schicht 214 für die Ausbildung der Gelenke 354 und der Zwischenraumöffnungen 352 durch Abbildung von Ausrichtungsmarkierungen, die auf der oberen Oberfläche des Vorrichtungssubstrats 205 vorhanden sind, durchgeführt.
Wie in 3F dargestellt, sind die Gelenke durch gestrichelte Linien 354 dargestellt. Gelenkstützbereiche 370 sind in der Siliziumschicht 214 vorhanden und an die Abstandsstrukturen 330 gebunden. Als Beispiel sind die in der Figur dargestellten Gelenke Torsionsfedergelenke, die senkrecht zur Kante der Mikrospiegelstruktur 350, die in der Figur dargestellt ist, ausgerichtet sind. Diese Gelenke sehen eine Bewegung der rechten Seite der Mikrospiegel zum Vorrichtungssubstrat hin in der durch den Pfeil 358 dargestellten Richtung vor. In alternativen Ausführungsbeispielen werden die Gelenke diagonal von einer Ecke des Mikrospiegels zur anderen ausgebildet, was ermöglicht, dass sich der Mikrospiegel um andere Achsen dreht. Beispiele von Mikrospiegel-Gelenkkonstruktionen, einschließlich diagonaler Gelenke, sind in der US-Patentanmeldung Seriennummer 10/756 936, eingereicht am 13.01.2004, im gemeinsamen Besitz und hiermit durch den Hinweis für alle Zwecke aufgenommen, zu finden. In diesen Ausführungsbeispielen wird die Schicht 214 strukturiert und geätzt, um Öffnungen 352 und Gelenke 354 in Abhängigkeit von der speziellen Geometrie des Gelenks und der Mikrospiegel auszubilden.
3G ist eine vereinfachte Draufsicht auf Abstandsbereiche 330 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Obwohl 3G nicht maßstäblich gezeichnet ist, stellt sie die allgemeinen Merkmale der Abstandsbereiche dar. Obwohl die Abmessungen der Abstandsbereiche 330 und der Hohlräume 356 als etwa gleich in der Größe in der Figur dargestellt sind, ist dies insbesondere für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Wie in der Figur dargestellt, bilden die oberen Teile 314 der Abstandsbereiche ein zweidimensionales Waffelpackmuster, wenn es von oben betrachtet wird. Die Schicht 214 ist in dieser Darstellung für Deutlichkeitszwecke nicht dargestellt. Typischerweise wären die zu dieser Struktur gehörenden Mikrospiegel quadratische Mikrospiegel mit Torsionsfedergelenken. Die Breite der Abstandsbereiche wird so ausgewählt, dass eine Abstützung für die Gelenkstützbereiche 370 bereitgestellt wird, während ein ausreichender Füllfaktor für optische Anwendungen bereitgestellt wird. Überdies werden der Abstand von benachbarten Abschnitten von Mitte zu Mitte, der seitliche Zwischenraum zwischen einzelnen Mikrospiegeln und den Abstandsbereichen und andere geometrische Konstruktionsparameter gemäß optischen und mechanischen Systemzielen ausgewählt.
4 ist ein vereinfachter Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten SLM gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Prozessablauf 400 umfasst das Vorsehen eines ersten Substrats in Schritt 402. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das erste Substrat ein mehrlagiges SOI-Substrat mit Einkristall-Siliziumschichten, die eine vergrabene Oxidschicht umgeben. In Schritt 404 wird ein Vorrichtungssubstrat bearbeitet, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden. Zusätzliche Schichten werden in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wobei die Elektrodenschicht die letzte durch die Bearbeitungsschritte definierte Schicht ist.
Die Geometrie und Struktur der Elektroden werden so ausgewählt, dass sie mit Spiegeln korrelieren, die in mindestens einer Schicht des ersten Substrats ausgebildet werden. In einigen Ausführungsbeispielen umfassen die auf dem Vorrichtungssubstrat ausgebildeten Schichten Schichten, die unter Verwendung von Standard-CMOS-Prozessen, einschließlich Verbindungsverdrahtung und Kontaktlochausbildung, definiert werden.
In Schritt 406 wird eine Abstandsschicht auf der Elektrodenschicht des Vorrichtungssubstrats abgeschieden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht eine Siliziumoxidschicht, wie vorstehend beschrieben. Andere Abstandsschichtmaterialien, einschließlich Siliziumnitrids, amorphen Siliziums und Niedertemperatur-Polysiliziums, werden in alternativen Ausführungsbeispielen verwendet. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Ausbildung der Abstandsschicht unter Verwendung von Niedertemperatur-Abscheidungsprozessen, beispielsweise bei Temperaturen von weniger als 500 °C, durchgeführt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Abstandsschicht unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses ausgebildet, der bei einer Temperatur von weniger als etwa 400°C durchgeführt wird. In diesen Ausführungsbeispielen wirken sich die Abscheidung und Bearbeitung der Abstandsschicht nicht nachteilig auf die vorher auf dem Vorrichtungssubstrat hergestellte Schaltung aus. Die Dicke der Abstandsschicht ist eine vorbestimmte Dicke. In einem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Abstandsschicht, wie abgeschieden, etwa 2,0 μm. In alternativen Ausführungsbeispielen liegt die Dicke im Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 5,0 μm.
In Schritt 408 wird eine Photoresistschicht auf der Abstandsschicht abgeschieden. Die Photoresistschicht wird in Schritt 410 strukturiert und anschließende Bearbeitungsschritte werden verwendet, um eine Ätzmaske auszubilden. Die Ausbildung einer Ätzmaske ist für Fachleute ersichtlich. In Schritt 412 wird die Ätzmaske verwendet, um ausgewählte Teile der Abstandsschicht zu ätzen, um Abstandsstrukturen auszubilden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird der Ätzprozess beendet, wenn die Elektrodenschicht freiliegt. In anderen Ausführungsbeispielen wird der Ätzprozess vor dem Freilegen der am Vorrichtungssubstrat vorliegenden Elektroden beendet, was eine Passivierungsschicht für die Elektroden vorsieht. Die seitliche Form der Abstandsstrukturen ist eine Funktion des in Schritt 412 verwendeten Ätzprozesses. In einem Ausführungsbeispiel wird anisotropes Ätzen verwendet, das vertikale Seitenwände bereitstellt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Kombination von anisotropem (trockenem) und isotropem (nassem) Ätzen verwendet, um vertikale Seitenwände über einer Mehrheit der Abstandsstruktur in Kombination mit einer chemisch geätzten Oberfläche bereitzustellen, wenn der Ätzprozess beendet ist.
In Schritt 414 wird die Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen, die sich auf dem Vorrichtungssubstrat befinden, verbunden. Wie vorstehend erörtert, wird eine Vielfalt von Waferbindeverfahren in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Bindeprozess ein kovalenter Bindeprozess bei Raumtemperatur, der hermetische Bindungen an der Grenzfläche zwischen den Abstandsstrukturen und der Bindungsoberfläche des ersten Substrats ausbildet.
Es sollte erkannt werden, dass die in 4 dargestellten speziellen Schritte einen speziellen Prozessablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorsehen. Eine andere Folge von Schritten kann gemäß alternativen Ausführungsbeispielen auch durchgeführt werden. Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die vorstehend umrissenen Bearbeitungsschritte in einer anderen Reihenfolge durchführen. Die Reihenfolge, in der die Substrate bearbeitet werden, kann beispielsweise verändert werden, wobei das Vorrichtungssubstrat vor dem ersten Substrat bearbeitet wird. Die in 4 dargestellten einzelnen Schritte können überdies mehrere Unterschritte umfassen, die in verschiedenen Sequenzen durchgeführt werden können, wie für den einzelnen Schritt geeignet. In Schritt 404 können beispielsweise die auf dem Vorrichtungssubstrat ausgebildeten Vorrichtungen mehrere Vorrichtungsmerkmale umfassen, die in verschiedenen Sequenzen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung definiert werden können. Ferner können in Abhängigkeit von den speziellen Anwendungen zusätzliche Bearbeitungsschritte hinzugefügt oder entfernt werden. Ein üblicher Fachmann würde viele Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen.
5 ist ein vereinfachter Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten SLM gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Prozessablauf 500 umfasst das Vorsehen eines ersten Substrats in Schritt 502. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das erste Substrat ein mehrlagiges SOI-Substrat mit Siliziumschichten, die eine vergrabene Oxidschicht umgeben. In einigen Ausführungsbeispielen sind die Siliziumschichten Einkristall-Siliziumschichten, obwohl dies für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist. in Schritt 504 wird ein Vorrichtungssubstrat bearbeitet, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden. Zusätzliche Schichten werden in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wobei die Elektrodenschicht die durch die Bearbeitungsschritte definierte letzte Schicht ist. Die Geometrie und Struktur der Elektroden werden so ausgewählt, dass sie mit Spiegeln korrelieren, die in mindestens einer Schicht des ersten Substrats ausgebildet werden.
In Schritt 506 wird eine Abstandsschicht auf der Elektrodenschicht des Vorrichtungssubstrats abgeschieden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht ein Siliziumoxid, wie vorstehend beschrieben, obwohl dies für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist. Andere Abstandsschichtmaterialien, einschließlich Siliziumnitrids, amorphen Siliziums und Polysiliziums, werden in alternativen Ausführungsbeispielen verwendet. In einigen Ausführungsbeispielen wird eine Kombination dieser Schichten abgeschieden, um eine mehrlagige Verbundabstandsstruktur auszubilden. Die Dicke der Abstandsschicht ist eine vorbestimmte Dicke. In dem durch den Prozessablauf in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Abstandsschicht so ausgewählt, dass sie größer ist als die letztliche Höhe der Abstandsstrukturen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Abstandsschicht etwa 3,0 μm.
In Schritt 508 wird ein CMP-Prozess durchgeführt, um die Dicke der wie abgeschiedenen Abstandsschicht zu verringern und eine gleichmäßige obere Oberfläche für die Abstandsschicht zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel ist die RMS-Rauheit der oberen Oberfläche der Abstandsschicht etwa 5 Å, nachdem der CMP-Prozess beendet ist. Wie vorstehend beschrieben, führt der CMP-Prozess zu äußerst glatten Bindungsoberflächen der Abstandsstruktur, was die in späteren Schritten ausgebildete Bindung verbessert. In einem speziellen Ausführungsbeispiel entfernt der CMP-Prozess einen oberen Teil der Abstandsschicht, was zu einer Abstandsschicht führt, die etwa 1,9 μm dick ist.
In Schritt 510 wird eine Photoresistschicht auf der Abstandsschicht abgeschieden. Die Photoresistschicht wird in Schritt 512 strukturiert und anschließende Bearbeitungsschritte werden verwendet, um eine Ätzmaske auszubilden. Die Ausbildung einer Ätzmaske ist für Fachleute ersichtlich. In Schritt 514 wird die Ätzmaske verwendet, um die Abstandsschicht zu ätzen, um Abstandsstrukturen auszubilden. Die Ätzmaske schützt die polierten Oberflächen der Abstandsstrukturen während des Ätzprozesses. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird der Ätzprozess beendet, wenn die Elektrodenschicht freiliegt. In anderen Ausführungsbeispielen wird der Ätzprozess vor dem Freilegen der auf dem Vorrichtungssubstrat vorliegenden Elektroden beendet, was eine Passivierungsschicht für die Elektroden vorsieht. Die seitliche Form der Abstandsstrukturen ist eine Funktion des in Schritt 514 verwendeten Ätzprozesses. In einem Ausführungsbeispiel wird anisotropes Ätzen verwendet, das vertikale Seitenwände bereitstellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Kombination von anisotropem (trockenem) und isotropem (nassem) Ätzen verwendet, um vertikale Seitenwände über einer Mehrheit der Abstandsstruktur in Kombination mit einer chemisch geätzten Oberfläche bereitzustellen, wenn der Ätzprozess beendet ist.
In Schritt 516 wird die Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen, die sich auf dem Vorrichtungssubstrat befinden, verbunden. Wie vorstehend erörtert, wird in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Vielfalt von Waferbindungsverfahren verwendet, einschließlich kovalenter Bindung bei Raumtemperatur.
Es ist auch selbstverständlich, dass die hierin beschriebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele nur Erläuterungszwecken dienen und dass verschiedene Modifikationen oder Änderungen angesichts derer Fachleuten vorgeschlagen werden und innerhalb des Gedankens und Geltungsbereichs dieser Anmeldung und des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche enthalten sein sollen.
Zusammenfassung
Ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche, das Bearbeiten eines Vorrichtungssubstrats, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden umfasst, und das Abscheiden einer Abstandschicht auf der Elektrodenschicht. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht und das Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem Vorrichtungssubstrat. In einem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren nach dem Schritt des Abscheidens einer Abstandsschicht ferner das Durchführen von chemisch-mechanischem Polieren der Abstandsschicht, um eine obere Oberfläche der Abstandsschicht zu planarisieren.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche; Bearbeiten eines Vorrichtungssubstrats, um mindestens eine Elektrodenschicht auszubilden, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden umfasst; Abscheiden einer Abstandsschicht auf der Elektrodenschicht; Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht; und Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem Vorrichtungssubstrat.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Schritt des Abscheidens einer Abstandsschicht das Durchführen von chemisch-mechanischem Polieren der Abstandsschicht umfasst, um eine obere Oberfläche der Abstandsschicht zu planarisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat ein Substrat mit Silizium auf Isolator ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abstandsschicht aus einem Material hergestellt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Polysilizium, amorphem Silizium und Niedertemperatur-Polysilizium besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Abstandsstrukturen thermisch isolierend sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Abstandsstrukturen elektrisch isolierend sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Abstandsschicht unter Verwendung eines Niedertemperatur-Abscheidungsprozesses abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Niedertemperatur-Abscheidungsprozess ein Abscheidungsprozess ist, der bei einer Temperatur von weniger als 400°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Vorrichtungssubstrat eine CMOS-Schaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abstandsstrukturen eine Höhe zwischen 0,5 μm und 2,5 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ausbildens das Ätzen der Abstandsschicht zum Ausbilden der Abstandsstrukturen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verbindens unter Verwendung eines Ausrichtungsprozesses mit einer Toleranzanforderung von weniger als 1 cm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Verbindens das Ausbilden einer kovalenten Bindung bei Raumtemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Verbindens einen Plasmaaktivierungsprozess und einen kovalenten Bindungsprozess bei Raumtemperatur umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten räumlichen Lichtmodulators, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen eines ersten Substrats mit einer Bindungsoberfläche; Vorsehen eines zweiten Substrats mit einer Vielzahl von Elektroden; Abscheiden einer Abstandsschicht auf dem zweiten Substrat; Ausbilden von Abstandsstrukturen aus der Abstandsschicht; Verbinden der Bindungsoberfläche des ersten Substrats mit den Abstandsstrukturen auf dem zweiten Substrat; Verdünnen des ersten Substrats; Strukturieren des ersten Substrats, um eine Maske auszubilden; und Ausbilden einer Vielzahl von beweglichen Strukturen aus dem ersten Substrat, wobei mindestens eine der beweglichen Strukturen auf mindestens eine der Vielzahl von Elektroden ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Verdünnens des ersten Substrats das Entfernen einer ersten Siliziumschicht und einer vergrabenen Oxidschicht umfasst, um eine zweite halbtransparente Siliziumschicht freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Strukturierens des ersten Substrats, um eine Ätzmaske auszubilden, das Abbilden des zweiten Substrats durch die zweite halbtransparente Siliziumschicht umfasst, um mindestens eine der Vielzahl von beweglichen Strukturen auf mindestens eine der Vielzahl von Elektroden auszurichten.
Anordnung von integrierten räumlichen Lichtmodulatoren mit: einer Elektrodenschicht, die mit einem Vorrichtungssubstrat gekoppelt ist, wobei die Elektrodenschicht eine Vielzahl von Elektroden und mindestens eine Ausrichtungsmarkierung umfasst; einer dreidimensionalen Abstandsstruktur, wobei die Abstandsstrukturen Seitenbereiche, die in einer zum Vorrichtungssubstrat parallelen Ebene definiert sind, untere Bereiche, die mit dem Vorrichtungssubstrat gekoppelt sind, und obere Bereiche entgegengesetzt zu den unteren Bereichen aufweisen; und einer halbtransparenten Siliziumschicht, die mit den oberen Bereichen der Abstandsstruktur gekoppelt ist, wobei die halbtransparente Siliziumschicht umfasst: einen Gelenkstützbereich, der mit den oberen Bereichen der Abstandsstruktur gekoppelt ist; eine Vielzahl von Gelenken, die mit den Gelenkstützbereichen gekoppelt sind; und eine Vielzahl von beweglichen Elementen, die in Bezug auf die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung durch Abbilden der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung durch die halbtransparente Siliziumschicht ausgerichtet werden.
Anordnung von integrierten räumlichen Lichtmodulatoren nach Anspruch 18, wobei die Abstandsstruktur aus einer Schicht hergestellt wird, die bei einer Temperatur von weniger als 400°C abgeschieden wird, wobei die Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Polysilizium, amorphem Silizium und Polysilizium besteht.
Anordnung von integrierten räumlichen Lichtmodulatoren nach Anspruch 19, wobei die Schicht unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierprozesses nach der Abscheidung poliert wird.