DE60316122T2 - Mikroelektromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikroelektromechanisches Bauteil - Google Patents

Mikroelektromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikroelektromechanisches Bauteil Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Mikrobetätigungsglieder und insbesondere auf eine Mikrospiegelvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Mikroelektromechanische Systeme oder MEMS-Vorrichtungen umfassen mikrobearbeitete Substrate, die mit elektronischen Mikroschaltungen integriert sind. Derartige Vorrichtungen könnten z. B. Mikrosensoren oder Mikrobetätigungsglieder bilden, die z. B. basierend auf elektromagnetischen, elektrostriktiven, thermoelektrischen, piezoelektrischen oder piezoresistiven Effekten arbeiten. MEMS-Vorrichtungen wurden bisher auf Isolatoren oder anderen Substraten unter Verwendung von mikroelektronischen Techniken, wie z. B. Photolithographie, Dampfaufbringung und Ätzen, gebildet.
  • Ein Beispiel einer MEMS-Vorrichtung umfasst eine Mikrospiegelvorrichtung. Die Mikrospiegelvorrichtung kann als ein Lichtmodulator zur Amplituden- und/oder Phasenmodulation einfallenden Lichts betrieben werden. Eine Anwendung einer Mikrospiegelvorrichtung ist in einem Anzeigesystem. So sind mehrere Mikrospiegelvorrichtungen derart in einem Array angeordnet, dass jede Mikrospiegelvorrichtung eine Zelle oder ein Pixel der Anzeige bereitstellt. Eine herkömmliche Mikrospiegelvorrichtung umfasst einen elektrostatisch betätigten Spiegel, der zur Drehung um eine Achse des Spiegels getragen wird. So kann eine Drehung des Spiegels um die Achse verwendet werden, um einfallendes Licht zu modulieren, indem das einfallende Licht in unterschiedliche Richtungen geleitet wird. Um die Mikrospiegelvorrichtung zu betreiben, verwendet die Mikrospiegelvorrichtung einen Treiberschaltungsaufbau.
  • Die US 2002/109903 A1 bezieht sich auf ein mikroelektromechanisches System, das konfiguriert ist, um unerwünschtes Streulicht und leckendes Licht zu unterdrücken, um so die optische Funktion und Zuverlässigkeit zu verbessern. In dieser digitalen Mikrospiegelvorrichtung ist als die Adressschaltung einer Zelle ein SRAM monolithisch auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats gebildet und auf dem SRAM ist ein reflektierender digitaler optischer Schalter oder ein optisches modulierendes Element monolithisch als eine Zelle, die aus drei Schichten eines Metalls, wie z. B. Aluminium, hergestellt ist, über einen Oxidfilm gebildet. Jedes reflektierende optische modulierende Element besitzt einen Vorspannbus und Joch-Adresselektroden als die erste Metallschicht, ein Torsionsgelenk, Gelenkunterstützungsabschnitte, Joch- und Spiegeladresselektroden als die zweite Metallschicht und einen Spiegel als die dritte Metallschicht. Ein optisch absorbierender und nicht leitfähiger Film ist gebildet, um einen Abschnitt oder die gesamte erste Metallschicht zu bedecken und einen darunter liegenden Film (isolierenden Film) zu bedecken. Zusätzlich ist der Film gebildet, um ein Loch, das an der Oberfläche der dritten Metallschicht gebildet ist, zu vergraben.
  • Dünnfilm-Mikrospiegelarrays sind beschrieben durch K-H: Whang u. a., „Thin-Film Micromirror array for High-Brightness Projection Displays", Japanese Journal of Applied Physics, Tokio, JP, Band 37, Nr. 12B, Dezember 1998, Seiten 7.074–7.077, XP000880292.
  • Die US-A-5620931 offenbart eine monolithische Mikrostruktur vom Kapazitätstyp und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Die Mikrostruktur umfasst ein Halbleitersubstrat, eine Mehrzahl von Stützen, die sich von der Oberfläche des Substrats erstrecken, eine Brücke, die von den Stützen aufgehängt ist, und ein elektrisch leitfähiges, im Wesent lichen feststehendes Element, das an dem Substrat verankert ist. Die Brücke umfasst ein Element, das seitlich in Bezug auf die Oberfläche des Substrats bewegbar ist. Das im Wesentlichen feststehende Element ist relativ zu dem seitlich bewegbaren Element derart positioniert, dass das seitlich bewegbare Element und das im Wesentlichen feststehende Element einen Kondensator bilden. Ein Schaltungsaufbau könnte auf dem Substrat angeordnet sein und funktionsmäßig mit dem bewegbaren Element und dem im Wesentlichen feststehenden Element zum Verarbeiten eines Signals basierend auf einer relativen Positionierung des bewegbaren Elements und des im Wesentlichen feststehenden Elements gekoppelt sein.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bilden eines MEMS bereitzustellen, das ein wirksames Integrieren eines Treiberschaltungsaufbaus mit einem Betätigungselement ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung darstellt, die nützlich für ein Verständnis der Erfindung ist.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung darstellt, die nützlich für ein Verständnis der Erfindung ist.
  • 3A bis 3H stellen ein Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • 4A, 4C und 4E stellen ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Kontaktbereichs der 3A, 3C bzw. 3E während der Bildung einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Anzeigesystems, das eine Mikrospiegelvorrichtung umfasst, das nützlich für ein Verständnis der Erfindung ist, darstellt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zur Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden könnte. Diesbezüglich wird eine Richtungsterminologie, wie z. B. „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderer/e/es", „hinterer/e/es" usw., unter Bezugnahme auf die Orientierung der gerade beschriebenen Figur/en verwendet. Da Komponenten der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl unterschiedlicher Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist in keinster Weise einschränkend. Es wird darauf verwiesen, dass weitere Ausführungsbeispiele eingesetzt und strukturelle oder logische Veränderungen durchgeführt werden könnten, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll deshalb in keinem einschränkenden Sinn aufgefasst werden und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • 1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Die Mikrospiegelvorrichtung 10 ist ein Mikrobetätigungsglied, das auf einer Elektrisch-Zu-Mecha nisch-Umwandlung beruht, um eine Kraft zu erzeugen und eine Bewegung oder Betätigung eines Körpers oder Elements zu bewirken. Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie unten beschrieben wurde, eine Mehrzahl von Mikrospiegelvorrichtungen 10 angeordnet, um ein Array von Mikrospiegelvorrichtungen zu bilden. So könnte das Array von Mikrospiegelvorrichtungen verwendet werden, um eine Anzeige zu bilden. So bildet jede Mikrospiegelvorrichtung 10 einen Lichtmodulator zur Modulation einfallenden Lichts und stellt eine Zelle oder ein Pixel der Anzeige bereit. Zusätzlich könnte die Mikrospiegelvorrichtung 10 auch in anderen Bilderzeugungssystemen, wie z. B. Projektoren, verwendet werden und könnte außerdem zum optischen Adressieren verwendet werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Mikrospiegelvorrichtung 10 ein Substrat 20, eine Platte 30 und ein Betätigungselement 40. Vorzugsweise ist die Platte 30 im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche 22 des Substrats 20 orientiert und von der Oberfläche 22 beabstandet, um so einen Hohlraum 50 zwischen denselben zu definieren. Das Betätigungselement 40 ist zwischen der Oberfläche 22 des Substrats 20 und der Platte 30 angeordnet. So ist das Betätigungselement 40 innerhalb des Hohlraums 50 positioniert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Betätigungselement 40 relativ zu dem Substrat 20 durch einen Träger oder Ständer 24 getragen, der sich von der Oberfläche 22 des Substrats 20 erstreckt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Betätigungselement 40 so betätigt, um sich zwischen einer ersten Position 47 und einer zweiten Position 48 relativ zu dem Substrat 20 und der Platte 30 zu bewegen. Vorzugsweise bewegt oder neigt sich das Betätigungselement 40 in einem Winkel um eine Drehachse. So ist die erste Position 47 des Betätigungselements 40 als im Wesentlichen horizontal und im Wesentlichen parallel zu dem Substrat 20 dargestellt und die zweite Position 48 des Betätigungselements 40 ist als in einem Winkel zu der ersten Position 47 orientiert darge stellt. Eine Bewegung oder Betätigung des Betätigungselements 40 relativ zu dem Substrat 20 und der Platte 30 ist unten detailliert beschrieben.
  • Vorzugsweise ist die Platte 30 eine transparente Platte 32 und das Betätigungselement 40 ist ein reflektierendes Element 42. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die transparente Platte 32 eine Glasplatte. Weitere geeignete planare durchscheinende oder transparente Materialien könnten jedoch verwendet werden. Beispiele eines derartigen Materials umfassen Quarz und Kunststoff.
  • Das reflektierende Element 42 umfasst eine reflektierende Oberfläche 44. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das reflektierende Element 42 aus einem einheitlichen Material mit einem geeigneten Reflexionsvermögen zur Bildung der reflektierenden Oberfläche 44 gebildet. Beispiele eines derartigen Materials umfassen Polysilizium oder ein Metall, wie z. B. Aluminium. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das reflektierende Element 42 aus einem Basismaterial, wie z. B. Polysilizium, mit einem reflektierenden Material, wie z. B. Aluminium oder Titannitrid, das auf dem Basismaterial angeordnet ist, um die reflektierende Oberfläche 44 zu bilden, gebildet. Zusätzlich könnte das reflektierende Element 42 aus einem nicht leitfähigen Material gebildet sein oder könnte aus einem leitfähigen Material gebildet sein oder dasselbe umfassen.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 1 dargestellt ist, moduliert die Mikrospiegelvorrichtung 10 Licht, das durch eine Lichtquelle (nicht gezeigt) erzeugt wird, die sich auf einer Seite der transparenten Platte 32 gegenüber von dem Substrat 20 befindet. Die Lichtquelle könnte z. B. Umgebungs- und/oder künstliches Licht umfassen. So läuft Eingangslicht 12, das auf die transparente Platte 32 einfällt, durch die transparente Platte 32 in den Hohlraum 50 und wird durch die reflektierende Oberfläche 44 des reflektierenden Elements 42 als Ausgangslicht 14 reflektiert. So läuft das Ausgangslicht 14 aus dem Hohlraum 50 heraus und zurück durch die transparente Platte 32.
  • Die Richtung des Ausgangslichts 14 wird durch die Position des reflektierenden Elements 42 bestimmt oder gesteuert. Wenn z. B. das reflektierende Element 42 in der ersten Position 47 ist, wird das Ausgangslicht 14 in einer ersten Richtung 14a geleitet. Wenn das reflektierende Element 42 jedoch in der zweiten Position 48 ist, wird das Ausgangslicht 14 in einerzweiten Richtung 14b gerichtet. So moduliert oder variiert die Mikrospiegelvorrichtung 10 die Richtung des Ausgangslichts 14, das durch das Eingangslicht 12 erzeugt wird. So kann das reflektierende Element 42 verwendet werden, um Licht in ein optisches Bilderzeugungssystem und/oder von demselben weg zu lenken.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Position 47 eine neutrale Position des reflektierenden Elements 42 und stellt dahingehend einen „AN"-Zustand der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar, dass Licht z. B. zu einem Betrachter oder auf einen Anzeigebildschirm reflektiert wird, wie unten beschrieben wird. So ist die zweite Position 48 eine betätigte Position des reflektierenden Elements 42 und stellt dahingehend einen „AUS"-Zustand der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar, dass Licht z. B. zu einem Betrachter oder auf einen Anzeigebildschirm nicht reflektiert wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird das reflektierende Element 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewegt, indem ein elektrisches Signal an eine Elektrode 60 angelegt wird, die auf dem Substrat 20 gebildet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 60 auf der Oberfläche 22 des Substrats 20 benachbart zu einem Ende oder einer Kante des reflektierenden Elements 42 gebildet. Das Anlegen eines elektrischen Signals an die Elektrode 60 erzeugt ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 60 und dem reflektierenden Element 42, das eine Bewegung des reflektierenden Elements 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt. Vorzugsweise verharrt das reflektierende Element 42, wenn das elektrische Signal von der Elektrode 60 entfernt wird, für eine bestimmte Zeitdauer in der zweiten Position 48 oder hält dieselbe. Danach ziehen Wiederherstellungskräfte des reflektierenden Elements 42 das reflektierende Element 42 in die erste Position 47 oder bringen dasselbe dorthin zurück.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein leitfähiges Durchgangsloch 26 in einer Stütze 24 gebildet und erstreckt sich durch dieselbe hindurch. Das leitfähige Durchgangsloch 26 ist elektrisch mit dem reflektierenden Element 42 gekoppelt und insbesondere einem leitfähigen Material des reflektierenden Elements 42. So wird das reflektierende Element 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewegt, indem ein elektrisches Signal an die Elektrode 60 und das reflektierende Element 42 angelegt wird. Insbesondere wird die Elektrode 60 mit einer Polarität mit Energie versorgt und das leitfähige Material des reflektierenden Elements 42 wird mit einer entgegengesetzten Polarität mit Energie versorgt. So erzeugt das Anlegen eines elektrischen Signals einer Polarität an die Elektrode 60 und eines elektrischen Signals einer entgegengesetzten Polarität an das reflektierende Element 42 ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 60 und dem reflektierenden Element 42, das eine Bewegung des reflektierenden Elements 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das reflektierende Element 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewegt, indem ein elektrisches Signal an das reflektierende Element 42 angelegt wird. Insbesondere wird das elektrische Signal mittels eines leitfähigen Durchgangslochs 26 durch die Stütze 24 an das leitfähige Material des reflektierenden Elements 42 angelegt. So erzeugt das Anlegen eines elektrischen Signals an das reflektierende Element 42 ein elektrisches Feld, das eine Bewegung des reflektierenden Elements 42 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt.
  • Zusätzliche Ausführungsbeispiele einer Betätigung der Mikrospiegelvorrichtung 10 sind z. B. in der U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/136,719, eingereicht am 30. April 2002, mit dem Titel „Micro-Mirror Device", die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zugewiesen und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben.
  • 2 stellt ein Ausführungsbeispiel eines reflektierenden Elements 42 dar. Ein reflektierendes Element 142 weist eine reflektierende Oberfläche 144 auf und umfasst einen im Wesentlichen rechteckig geformten äußeren Abschnitt 180 und einen im Wesentlichen rechteckig geformten inneren Abschnitt 184. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die reflektierende Oberfläche 144 auf sowohl dem äußeren Abschnitt 180 als auch dem inneren Abschnitt 184 gebildet. Der äußere Abschnitt 180 weist vier durchgehende Seitenabschnitte 181 auf, die angeordnet sind, um eine im Wesentlichen rechteckig geformte Öffnung 182 zu bilden. So ist der innere Abschnitt 184 innerhalb einer Öffnung 182 positioniert. Vorzugsweise ist der innere Abschnitt 184 symmetrisch innerhalb der Öffnung 182 positioniert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein Paar von Gelenken 186 zwischen dem inneren Abschnitt 184 und dem äußeren Abschnitt 180. Die Gelenkte 186 erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten oder Kanten des inneren Abschnitts 184 zu benachbarten gegenüberliegenden Seiten oder Kanten des äußeren Abschnitts 180. Vorzugsweise wird der äußere Abschnitt 180 durch Gelenke 186 entlang einer Symmetrieachse getragen. Insbesondere wird der äußere Abschnitt 180 um eine Achse, die sich durch die Mitte gegenüberliegender Kanten desselben erstreckt, getragen. So ermöglichen die Gelenke 186 eine Bewegung des reflektierenden Elements 142 zwischen einer ersten Position 47 und einer zweiten Position 48, wie oben beschrieben wurde (1). Insbesondere ermöglichen die Gelenke 186 eine Bewegung des äußeren Abschnitts 180 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ zu dem inneren Abschnitt 184.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Gelenke 186 Torsionsbauteile 188 mit Längsachsen 189, die im Wesentlichen parallel zu der reflektierenden Oberfläche 144 ausgerichtet sind. Die Längsachsen 189 sind kollinear und fallen mit einer Symmetrieachse des reflektierenden Elements 142 zusammen. So verdrehen oder drehen sich die Torsionsbauteile 188 um die Längsachsen 189, um eine Bewegung des äußeren Abschnitts 180 zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ zu dem inneren Abschnitt 184 unterzubringen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird das reflektierende Element 142 relativ zu dem Substrat 20 durch einen Träger oder eine Stütze 24 getragen, der/die sich von der Oberfläche 22 des Substrats 20 erstreckt. Insbesondere trägt die Stütze 24 den inneren Abschnitt 184 des reflektierenden Elements 142 und der äußere Abschnitt 180 des reflektierenden Elements 142 wird durch die Gelenke 186 getragen, die sich von dem inneren Abschnitt 184 erstrecken. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Stütze 24 durch ein leitfähiges Durchgangsloch 26 gebildet, das sich durch den inneren Abschnitt 184 zu einer leitfähigen Schicht des Substrats 20 erstreckt.
  • Die 3A bis 3H stellen ein Ausführungsbeispiel eines Bildens einer Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wie in 3A dargestellt ist, die Mikrospiegelvorrichtung 10 auf einer Teilstruktur 200 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Teilstruktur 200 eine Komplementärmetalloxidhalbleiter-Struktur (CMOS-Struktur; CMOS = complementary metal Oxide semiconductor). Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die CMOS-Struktur eine Drei-Ebenen-Metall-(3LM-) CMOS-Schaltung. So umfasst die Teilstruktur 200 ein Basismaterial 210 und eine Mehrzahl leitfähiger Schichten 220, die auf einer ersten Seite 212 des Basismaterials 210 gebildet sind. Insbesondere umfasst die Teilstruktur 200 eine erste leitfähige Schicht 222, eine zweite leitfähige Schicht 224 und eine dritte leitfähige Schicht 226, die auf der ersten Seite 212 des Basismaterials 210 gebildet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die leitfähigen Schichten 222, 224 und 226 z. B. Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Kupfer (Cu), Gold (Au) und/oder Aluminium (Al).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Teilstruktur 200 eine Oxidschicht 214 und eines von mehreren Gattern 216. Die Oxidschicht 214 ist über der ersten Seite 212 des Basismaterials 210 gebildet. Zusätzlich sind Gatter 216 auf der ersten Seite 212 des Basismaterials 210 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial 210 der Teilstruktur 200 aus Silizium gebildet und die Oxidschicht 214 umfasst z. B. ein Feldoxid (FOX). Zusätzlich sind die Gatter 216 aus Polysilizium gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Teilstruktur 200 eine dielektrische Schicht 218. Die dielektrische Schicht 218 ist über der Oxidschicht 214 und der ersten Seite 212 des Basismaterials 210 gebildet. So ist die leitfähige Schicht 222 der Teilstruktur 200 über der dielektrischen Schicht 218 gebildet. Zusätzlich sind die leitfähigen Schichten 224 und 226 der Teilstruktur 200 über jeweiligen dielektrischen Schichten 234 und 236 der Teilstruktur 200 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die dielektrische Schicht 218 z. B. Borophosphosilikat (BPTEOS) und die dielektrischen Schichten 234 und 236 umfassen z. B. Tetraethylorthosilikat (TEOS). Die leitfähigen Schichten 222, 224 und 226 sind z. B. durch Aufbringung gebildet und werden durch Photolithographie und Ätzen strukturiert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel steht die leitfähige Schicht 222 mit einem oder mehreren Gattern 216 durch leitfähige Durchganglöcher in Verbindung, die durch die dielektrische Schicht 218 gebildet sind. Zusätzlich stehen die leitfähigen Schichten 222, 224 und 226 miteinander durch leitfähige Durchgangslöcher in Verbindung, die durch die dielektrischen Schichten 234 und 236 gebildet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet das leitfähige Material der leitfähigen Schicht 226 einen elektrischen Kontaktbereich 202 der Teilstruktur 200 und ein Array oder einen Betätigungsbereich 204 der Teilstruktur 200. Der elektrische Kontaktbereich 202 definiert eine Fläche, in der eine elektrische Verbindung zu der CMOS-Schaltung der Mikrospiegelvorrichtung 10 hergestellt werden soll, und der Betätigungsbereich 204 definiert eine Fläche, in der ein Betätigungselement 40 der Mikrospiegelvorrichtung 10 gebildet werden soll, wie unten beschrieben ist. Es wird darauf verwiesen, dass 3A eine schematische Darstellung der Teilstruktur 200 ist, und dass eine tatsächliche Konfiguration der leitfähigen Schichten 220 und leitfähigen Durchgangslöcher, die zwischen den leitfähigen Schichten 220 gebildet sind, komplizierter sein könnte, als dies hier dargestellt ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie in den 3A und 4A dargestellt ist, das leitfähige Material der leitfähigen Schicht 226 strukturiert, um eine elektrische Kontaktanschlussfläche 240 für die Mikrospiegelvorrichtung 10 zu bilden. Die elektrische Kontaktanschlussfläche 240 ist z. B. in dem elektrischen Kontaktbereich 202 der Teilstruktur 200 gebildet. So stellt die elektrische Kontaktanschlussfläche 240 einen Punkt für eine elektrische Verbindung zu der CMOS-Schaltung der Mikrospiegelvorrichtung 10 bereit.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3B dargestellt ist, ist zur Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 auf der Teilstruktur 200 eine dielektrische Schicht 250 über der leitfähigen Schicht 226 der Teilstruktur 200 gebildet. Zusätzlich ist eine Schutzschicht 252 über der dielektrischen Schicht 250 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die dielektrische Schicht 250 durch Aufbringen eines dielektrischen Materials über der leitfähigen Schicht 226 gebildet. Das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 250 wird z. B. durch chemische Aufdampfung (CVD; CVD = chemical vapor deposition) oder plasmagestützte CVD (PECVD; PECVD = plasma-enhanced CVD) aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die dielektrische Schicht 250 z. B. TEOS und die Schutzschicht 252 ist aus einem Material gebildet, das resistent gegenüber Ätzmittel ist, das zur nachfolgenden Verarbeitung bei der Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 verwendet wird, wie unten beschrieben ist.
  • Nachdem das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 250 über der leitfähigen Schicht 226 aufgebracht wurde, wird das dielektrische Material planarisiert, um eine im Wesentlichen flache Oberfläche der dielektrischen Schicht 250 zu erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das dielektrische Material durch einen chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Vorgang planarisiert. Vorzugsweise wird, nachdem die dielektrische Schicht 250 planarisiert wurde, eine Schutzschicht 252 gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Schutzschicht 252 durch Aufbringen eines dielektrischen Materials über der dielektrischen Schicht 250 gebildet. Das dielektrische Material der Schutzschicht 252 wird z. B. durch CVD oder PECVD aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schutzschicht 252 z. B. Siliziumcarbid (SiC). Bei einem Ausführungsbeispiel bilden die Teilstruktur 200, die dielektrische Schicht 250 und die Schutzschicht 252 das Substrat 20 der Mikrospiegelvorrichtung 10. So bildet die Schutzschicht 252 die Oberfläche 22 des Substrats 20 (1).
  • Als nächstes werden, wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3C dargestellt ist, ein Array oder ein Betätigungsbereich 204 der Teilstruktur 200 und ein elektrischer Kon taktbereich 202 der Teilstruktur 200 auf der Schutzschicht 252 definiert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der Betätigungsbereich 204 und der elektrische Kontaktbereich 202 durch Aufbringen eines leitfähigen Materials 254 auf der Schutzschicht 252 und Strukturieren und Ätzen des leitfähigen Materials 254, um den Betätigungsbereich 204 und den elektrischen Kontaktbereich 202 auf der Schutzschicht 252 zu definieren, gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das leitfähige Material 254 ein Material, das resistent gegenüber Ätzmittel ist, das zur nachfolgenden Verarbeitung bei der Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 verwendet wird, wie unten beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das leitfähige Material 254 z. B. Titannitrid (TiN).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das leitfähige Material 254 des Betätigungsbereichs 204 strukturiert, um einen leitfähigen Pfad 255 auf der Schutzschicht 252 zu definieren. Bei einem Ausführungsbeispiel steht der leitfähige Pfad 255 mit der leitfähigen Schicht 226 der Teilstruktur 200 durch ein leitfähiges Durchgangsloch in Verbindung, das durch die Schutzschicht 252 und die dielektrische Schicht 250 gebildet ist. Zusätzlich wird bei einem Ausführungsbeispiel das leitfähige Material 254 strukturiert, um eine Elektrode 60 auf der Schutzschicht 252 und genauer gesagt der Oberfläche 22 des Substrats 20 zu definieren, wie oben beschrieben wurde.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wie in den 3C und 4C dargestellt ist, das leitfähige Material 254 des elektrischen Kontaktbereichs 202 strukturiert, um eine Grenze des elektrischen Kontaktbereichs 202 der Teilstruktur 200 auf der Schutzschicht 252 zu umreißen oder zu definieren. Insbesondere wird das leitfähige Material 254 strukturiert, um zu umreißen, wo eine Öffnung 242 (3F) des elektrischen Kontaktbereichs 202 gebildet werden soll. Die Öffnung 242 ist zu der leitfähigen Schicht 226 der Teilstruktur 200 und genauer gesagt der elektrischen Kontaktanschlussfläche 240 gebildet, wie unten beschrieben wird.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3D dargestellt ist, wird, nachdem der Betätigungsbereich 204 und der elektrische Kontaktbereich 202 der Teilstruktur 200 auf der Schutzschicht 252 definiert sind, eine Opferschicht 256 gebildet. Die Opferschicht 256 wird z. B. durch Aufbringen eines Materials über dem leitfähigen Material 254 und der Schutzschicht 252 gebildet. Die Opferschicht 256 ist dahingehend opfermäßig, dass das Material der Opferschicht 256 im Wesentlichen während einer nachfolgenden Verarbeitung bei der Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 entfernt wird, wie unten beschrieben ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Material der Opferschicht 256 ein dielektrisches Material. Das dielektrische Material der Opferschicht 256 wird z. B. durch CVD oder PECVD aufgebracht und umfasst z. B. TEOS. Das dielektrische Material der Opferschicht 256 könnte z. B. auch ein mit Phosphor oder Bor dotiertes Oxid umfassen.
  • Nachdem das Material der Opferschicht 256 über dem leitfähigen Material 254 und der Schutzschicht 252 aufgebracht wurde, wird das Material planarisiert, um eine im Wesentlichen flache Oberfläche der Opferschicht 256 zu erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Material durch ein CMP-Verfahren planarisiert. Nachdem die Opferschicht 256 planarisiert wurde, wird das Betätigungselement 40 gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Betätigungselement 40 das reflektierende Element 42 der Mikrospiegelvorrichtung 10. So wird das reflektierende Element 40 durch Aufbringen einer oder mehrerer Schichten aus einem oder mehreren Materialien über der Opferschicht 256 und Strukturieren der Materialien, um das reflektierende Element 42 zu definieren, gebildet. Die Materialien werden z. B. durch CVD oder PECVD aufgebracht und durch Photolithographie und Ätzen strukturiert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das reflektierende Element 42 Silizium (Si) und die reflektierende Oberfläche 44 des reflektierenden Elements 42 ist durch Silber (Ag), Chrom (Cr) oder ein anderes geeignetes reflektierendes Material gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel steht das reflektierende Element 42 mit dem leitfähigen Material 254 des Betätigungsbereichs 204 und insbesondere dem leitfähigen Pfad 255 aus leitfähigem Material 254 in Verbindung. Das reflektierende Element 42 steht mit dem leitfähigen Material 254 durch ein leitfähiges Durchgangsloch 258 in Verbindung, das durch die Opferschicht 256, gebildet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet das leitfähige Durchgangsloch 258 die Stütze 24 und das leitfähige Durchgangsloch 26 der Mikrospiegelvorrichtung 10, wie in 1 dargestellt und oben beschrieben ist. Zusätzlich stellt die Mikrospiegelvorrichtung 10, wie oben beschrieben wurde, ein Beispiel einer MEMS-Vorrichtung dar und das reflektierende Element 42 stellt ein Betätigungselement der MEMS-Vorrichtung dar.
  • Als nächstes wird, wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3E dargestellt ist, eine Maskenschicht 260 über dem reflektierenden Element 42 und der Opferschicht 256 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Maskenschicht 260 durch Aufbringung gebildet und durch Photolithographie strukturiert, um einen Bereich der Opferschicht 256 frei zu legen. So definiert die Maskenschicht 260, wo ein elektrischer Kontaktbereich 202 der Teilstruktur 200 geätzt werden soll, um eine Öffnung 242 (3F) zu der elektrischen Kontaktanschlussfläche 240 zu bilden.
  • Vorzugsweise wird die Öffnung 242 des elektrischen Kontaktbereichs 202 durch chemisches Ätzen gebildet. So ist die Maskenschicht 260 aus einem Material gebildet, das resistent gegenüber Ätzmittel ist, das zum Ätzen der Öffnung 242 verwendet wird. Beispiele eines Materials, das geeignet für die Maskenschicht 260 ist, umfassen Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder ein Photoresist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Ätzverfahren ein Trockenätzen, wie z. B. ein Fluor-Ätzen auf Plasmabasis unter Verwendung von z. B. SF6, CF4 oder C2F6.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Maskenschicht 260, wie in den 3E und 4E dargestellt ist, eine Maskenöffnung 262, durch die die Öffnung 242 (3F) des elektrischen Kontaktbereichs 202 geätzt wird. Vorzugsweise ist die Maskenöffnung 262 kleiner als eine äußere Grenze und größer als eine innere Grenze aus leitfähigen Material 254, das in dem elektrischen Kontaktbereich 202 der Teilstruktur 200 und auf der Schutzschicht 252 vorgesehen ist. So wird das Ätzen der Öffnung 242 zu der elektrischen Kontaktanschlussfläche 240 durch das leitfähige Material 254 gesteuert, wie unten beschrieben ist.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3F dargestellt ist, ist die Öffnung 242 durch die Opferschicht 256, durch die Schutzschicht 252 innerhalb der Grenze, die durch das leitfähige Material 254 definiert ist, und durch die dielektrische Schicht 250 zu der leitfähigen Schicht 226 der Teilstruktur 200 gebildet. Die elektrische Kontaktanschlussfläche 240 der Mikrospiegelvorrichtung 10 ist deshalb freiliegend.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird die Öffnung 242 durch chemisches Ätzen gebildet. Während eines Ätzens der Öffnung 242 wirkt das leitfähige Material 254, das in dem elektrischen Kontaktbereich 202 vorgesehen ist, als Ätzstopp. Insbesondere maskiert das leitfähige Material 254 einen Abschnitt der Schutzschicht 252 und steuert oder blockiert selektiv ein Ätzen der Schutzschicht 252 und der dielektrischen Schicht 250. So beschränkt das leitfähige Material 254 des elektrischen Kontaktbereichs 202 ein Ätzen auf einen Bereich innerhalb eines Bereichs, der mit der elektrischen Kontaktanschlussfläche 240 zusammenfällt. Da die Maskenöffnung 262 kleiner ist als eine äußere Grenze und größer als eine innere Grenze des leitfähigen Materials 254, das in dem elektrischen Kontaktbereich 202 vorgesehen ist, ist, wie oben beschrieben wurde, ein Abschnitt 254a des leitfähigen Materials 254 freiliegend. So definiert dieser freiliegende Abschnitt 254a des leitfähigen Materials 254 einen Umfang der Öffnung 242.
  • Nachdem die Öffnung 242 gebildet ist, wird die Maskenschicht 260 abgezogen oder entfernt. So werden das reflektierende Element 42 und die Opferschicht 256 freigegeben oder freiliegend. Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wenn die Maskenschicht 260 aus einem Oxid gebildet ist, die Maskenschicht 260 z. B. durch chemisches Ätzen entfernt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird, wenn die Maskenschicht 260 aus Photoresist gebildet ist, die Maskenschicht 260 z. B. durch einen Resistabstreifer entfernt.
  • Als nächstes wird, wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3G dargestellt ist, die Öffnung 242 des elektrischen Kontaktbereichs 202 zeitweilig gefüllt oder verstopft. Die Öffnung 242 wird zeitweilig gefüllt, um die elektrische Kontaktanschlussfläche 240, wie diese durch die Öffnung 242 freiliegt, während einer nachfolgenden Verarbeitung während der Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 zu schützen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Öffnung 242 zeitweilig mit einem Schutzmaterial 264 gefüllt, das resistent gegenüber Ätzmittel ist, das zur nachfolgenden Verarbeitung bei der Bildung der Mikrospiegelvorrichtung 10 verwendet wird, wie unten beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Schutzmaterial 264 z. B. ein Photoresist.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 3H dargestellt ist, wird die Opferschicht 256 im Wesentlichen entfernt. So wird das Material der Opferschicht 256 zwischen dem reflektierenden Element 42 und der Schutzschicht 252 entfernt. So wird das reflektierende Element 42 freigesetzt und das leitfähige Material 254, einschließlich der Elektrode 60, liegt frei.
  • Vorzugsweise wird die Opferschicht 256 durch einen chemischen Ätzvorgang entfernt. So sind die Schutzschicht 252, das leitfähige Material 254 und das Schutzmaterial 264 jeweils so ausgewählt, um resistent gegenüber dem bestimmten Ätzmittel zu sein, das zum Entfernen der Opferschicht 256 verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ätzvorgang zum Entfernen der Opferschicht 256 ein Nassätzen, wie z. B. ein Puffer-Oxid-Ätzen (BOE; BOE = buffered oxide etch).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wenn der freiliegende Abschnitt 254a des leitfähigen Materials 254 einen Umfang der Öffnung 242 definiert, wie oben unter Bezugnahme auf 3F beschrieben wurde, ein zusätzlicher Spielraum gegenüber einer Ätzmitteldurchdringung in die Öffnung 242 und zu der elektrischen Kontaktanschlussfläche 240 realisiert. Insbesondere bilden das Schutzmaterial 264 und der freiliegende Abschnitt 254a des leitfähigen Materials 254 eine seitliche Grenzfläche um den Umfang der Öffnung 242 herum, die resistent gegenüber dem bestimmten Ätzmittel ist, das zum Entfernen der Opferschicht 256 verwendet wird. Eine Länge dieser Grenzfläche kann dimensioniert sein, um einen ausreichenden Spielraum gegenüber einer Ätzmitteldurchdringung in die Öffnung 242 abhängig von einer Rate eines Grenzflächenausfalls während des Ätzens bereitzustellen.
  • Nachdem die Opferschicht 256 im Wesentlichen entfernt wurde, wird das Schutzmaterial 264, das zum Füllen oder Verstopfen der Öffnung 242 verwendet wird, entfernt. So liegt die elektrische Kontaktanschlussfläche 240 der Mikrospiegelvorrichtung 10 frei. Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wenn das Schutzmaterial 264 Photoresist umfasst, das Schutzmaterial 264 z. B. durch einen Resistabstreifer oder Lösungsmittel, wie z. B. Isopropyl-Alkohol oder Aceton, entfernt.
  • Während sich die obige Beschreibung auf die Bildung einer Mikrospiegelvorrichtung bezieht, wird darauf verwiesen, dass das obige Verfahren auch auf die Bildung anderer MEMS-Vorrichtungen anwendbar ist, einschließlich mehrschichtiger MEMS-Vorrichtungen. Zusätzlich wird darauf verwiesen, dass die 3A bis 3H schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels zum Bilden einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind, und dass die tatsächliche Konfiguration von Schichten und Durchgangslöchern der Mikrospiegelvorrichtung komplizierter sein kann, als dies dargestellt ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie in 5 dargestellt ist, die Mikrospiegelvorrichtung 10 in einem Anzeigesystem 500 beinhaltet. Das Anzeigesystem 500 umfasst eine Lichtquelle 510, Quellenoptik 512, einen Lichtprozessor oder eine Steuerung 514 und Projektionsoptik 516. Der Lichtprozessor 514 umfasst mehrere Mikrospiegelvorrichtungen 10, die in einem Array derart angeordnet sind, dass jede Mikrospiegelvorrichtung 10 eine Zelle oder ein Pixel der Anzeige bildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt der Lichtprozessor 514 Bilddaten 518, die ein anzuzeigendes Bild darstellen. So steuert der Lichtprozessor 514 die Betätigung der Mikrospiegelvorrichtungen 10 und die Modulation von Licht, das von der Lichtquelle 510 empfangen wird, basierend auf Bilddaten 518. Das modulierte Licht wird dann zu einem Betrachter oder auf einen Anzeigebildschirm 520 projiziert.

Claims (7)

  1. Ein Verfahren zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Teilstruktur (200), die ein Basismaterial (210) und zumindest eine leitfähige Schicht (220), die auf einer ersten Seite (212) des Basismaterials gebildet ist, umfasst; Bilden einer dielektrischen Schicht (250) über der zumindest einen leitfähigen Schicht der Teilstruktur; Bilden einer Schutzschicht (252) über der dielektrischen Schicht; Aufbringen eines ätzresistenten Materials (254) auf der Schutzschicht (252) in einem elektrischen Kontaktbereich (202) der Teilstruktur (200), wobei eine innere Grenze des ätzresistenten Materials (254) eine Grenze eine zu bildende elektrische Kontaktanschlussfläche (240) betreffend definiert; Bilden einer Opferschicht (256) über der Schutzschicht (252); Bilden eines Betätigungselements (40) über der Opferschicht (256) in einem Betätigungsbereich (204) der Teilstruktur (200); Bilden einer Maskenschicht (260) über dem Betätigungselement (40) und der Opferschicht (256), einschließlich eines Definierens einer Maskenöffnung (262) in der Maskenschicht über der zu bildenden elektrischen Kontaktanschlussfläche, wobei die Maskenöffnung (262) kleiner ist als eine äußere Grenze und größer ist als die innere Grenze des ätzresistenten Materials (254); Ätzen durch die Opferschicht (256) und innerhalb der Grenze die elektrische Kontaktanschlussfläche (240) betreffend durch die Schutzschicht (252) und die dielektrische Schicht (250) bis zu der zumindest einen leitfähigen Schicht der Teilstruktur, um eine Öffnung (242) zu der zumindest einen leitfähigen Schicht (220) der Teilstruktur (200) zu bilden; und Entfernen der Opferschicht (256) zwischen dem Betätigungselement (40) und der Schutzschicht (252).
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Teilstruktur eine Komplementär-Metalloxid-Halbleiterstruktur umfasst.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Basismaterial der Teilstruktur Silizium umfasst und die zumindest eine leitfähige Schicht der Teilstruktur Aluminium umfasst.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Aufbringen eines leitfähigen Materials (254) auf der Schutzschicht und In-Verbindung-Bringen des leitfähigen Materials mit der zumindest einen leitfähigen Schicht der Teilstruktur durch die Schutzschicht und die dielektrische Schicht in dem Betätigungsbereich.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bildens des Betätigungselements (40) innerhalb des Betätigungsbereichs (204) ein In-Verbindung-Bringen des Betätigungselements (40) mit dem leitfähigen Material (254) des Betätigungsbereichs (204) durch die Opferschicht (256) umfasst.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bilden zumindest einer Elektrode (60) auf der Schutzschicht innerhalb des Betätigungsbereichs (204), wobei das Betätigungselement (40) angepasst ist, um sich ansprechend auf das Anlegen eines elektrischen Signals an die zumindest eine Elektrode zu bewegen.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner vor dem Entfernen der Opferschicht (256) folgende Schritte aufweist: Entfernen der Maskenschicht (260); zeitweiliges Füllen der Öffnung (242) innerhalb des elektrischen Kontaktbereichs mit einem Schutzmaterial (264); und wobei der Schritt des Entfernens der Opferschicht zwischen dem Betätigungselement (40) und der Schutzschicht (252) ein Ätzen der Opferschicht (256) umfasst.
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