CN1191447A - 具有一调平元件的薄膜致动反射镜阵列 - Google Patents
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Abstract
一种用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列,包括:一有源矩阵,包括一基底、一M×N MOS晶体管阵列,M条源线、N条门线、一M×N连接端子阵列和一M×N调平元件阵列;依次形成在该有源矩阵的顶上的钝化层、腐蚀剂阻止层及一M×N致动机构阵列,各致动机构近端的第一边部分位于该连接端子的顶上而该近端的第二边部分位于该调平元件的顶上,其间部分插入有该腐蚀剂阻止层和该钝化层,从而使该致动机构伸出悬臂。
Description
本发明涉及一种用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列；且更具体地，涉及一种具有一调平元件的各薄膜致动反射镜阵列。
在现有技术的可用的各种视频显示系统中，已知一种光学投影系统能够以大标度提供高质量的显示。在这样一光学投影系统中，来自一灯的光被均匀地照射到例如M×N致动反射镜阵列上，其中各反射镜被与各致动器相耦合，这些致动器可由响应于施加至其的电场而变形的例如压电或电致伸缩材料的电致位移材料制成。
来自各反射镜的反射的光束被入射到例如一光反射体的孔径上。通过将一电信号施加给各致动器，各反射器与入射光束的相对位置被改变，从而导致来自各反射镜的反射束的光路中的偏差。当各反射束的光路被改变时，自各反射镜反射的通过该孔径的光量被改变，从而调制该束的强度，通过该孔径被调制后的束经例如一投射透镜的适当的光学装置被透射到一投影屏幕上，从而在其上显示一图象。
在图1中，示出了一种制造M×N薄膜致动反射镜101的阵列100的顶视图，其中M和N为整数，该方法在题为“用于光学投影系统的薄膜致动反射镜阵列“的专利申请序列号为08/602,928的专利申请中被公开。
在图2A及2B中，提供有分别沿图1A中的A-A线及B-B线、沿A-A线及C-C线所截取的概略性截面视图。
该阵列100包括一有源矩阵110、一钝化层120、一腐蚀剂阻止层130和一M×N致动机构200的阵列。
该有源矩阵110包括一基底112、一M×N晶体管阵列(未示出)和一M×N连接端子114的阵列。
该由例如磷硅玻璃(PSG)或氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的钝化层120被设置在有源矩阵110的顶上。
该由氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层130被定位在钝化层120上。
各致动机构200被提供有第一薄膜电极185、一薄膜电致位移元件175、第二薄膜电极165、一弹性元件155和一导管195。由导电及反光材料制成的第一薄膜电极185被设置在薄膜电致位移元件175的顶上并被电连接至地，从而起反射镜及共偏置电极的作用。由压电材料或电致伸缩材料制成的薄膜电致位移元件175被设置在第二薄膜电极165的顶上。由导电材料制成的第二薄膜电极165被设置在弹性元件155的顶上，通过导管195和连接端子114被电连接至一相应的晶体管，并与另一薄膜致动反射镜101中的第二薄膜电极165电断开，从而使其起到信号电极的作用。由氮化物制成的弹性元件155被定位于第二薄膜电极165的下方。由金属制成的导管195从薄膜电致位移元件175的顶部延伸至一相应连接端子114的顶部。在各薄膜致动反射镜101中的从薄膜电致位移元件175的顶部向下延伸的导管195与位于薄膜电致位移元件175顶部的第一薄膜电极185相互不进行电连接。各致动机构200具有一近端210和一远端220，该近端被划分成第一和第二边部分212、214。在近端210的一底部被相连至有源矩阵110的顶部，其间部分地插入有腐蚀剂阻止层130和钝化层120，从而使致动机构200伸出悬臂。
上述的M×N薄膜致动反射镜101的阵列100中存在有某些缺陷。由于各致动机构200中近端210的底部被附连至有源矩阵110的顶部以使致动机构伸出悬臂且有源矩阵110的各连接端子114位于近端210的第一边部分212的下方，近端210中的第一边部分212的顶部不同于该近端210中第二边部分的顶部以使致动机构变得倾斜。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列，其中M及N为整数，各薄膜致动反射镜具有一调平元件。
本发明的另一个目的在于提供一种制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法。
根据本发明的一个方面，提供有一种用于光学投影系统的薄膜致动反射镜阵列，其中M及N为整数，该阵列包括：包括一基底、一M×N MOS晶体管阵列、M条源线、N条门线、一M×N连接端子阵列和一M×N调平元件阵列的有源矩阵，其中各晶体管具有一源极、一栅极和一漏极，各源极位于同一列内，通过一条源线相互电连接，各栅极位于同一行中，通过这些门线相互电连接，各漏极与相应的连接端子电连接，并且调平元件的顶部位于与连接端子的顶部相同的水平上；形成在该有源矩阵顶上的一钝化层；形成在该钝化层顶上的一腐蚀剂阻止层；及一M×N致动机构阵列，各致动机构包括有第一电极，一电致位移元件、第二电极、一弹性元件和一导管，其中第一电极位于电致位移元件的顶上并电连接至地，起反射镜及共偏置电极的作用，该电致位移元件位于第二电极的顶上，该第二电极位于该弹性元件的顶上并通过该导管和连接端子被电连接至一相应的晶体管，从而起到信号电极的作用，该弹性元件位于第二电极的底部，并且该导管从电致位移元件的顶部延伸至连接端子的顶部，并且各致动机构被设有近端和一远端，该近端被划分成第一和第二边部分，该近端的第一边部分位于有源矩阵中的连接端子的顶上且该近端的第二边部分位于该调平元件的顶上，其间部分地插入有腐蚀剂阻止层和钝化层，从而使致动机构伸出悬臂。
根据本发明的另一方面，提供有一种制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，该方法包括有步骤，制备包括有一M×N MOS晶体管阵列和M条源线的基底；在包括有晶体管的基底的顶上沉积一金属层；将金属层构型成一M×N调平元件阵列，一M×N连接端子阵列和N条门线，从而形成一有源矩阵；在该有源矩阵的顶上沉积一钝化层和一腐蚀剂阻止层；在该腐蚀剂阻止层的顶上形成具有M×N对空腔阵列的一待除层；分别在该待除层的顶上沉积一弹性层和一第二层；将该第二层等切割成一M×N第二膜电极阵列；分别在这些第二电极的顶上沉积一电致位移层和第一层，从而形成一多层化结构；将该多层化结构构型成一M×N半成品的致动机构阵列，直至曝露出该待除层，各半成品的致动机构包括第一电极、一电致位移元件、第二电极、一弹性元件；从电致位移元件的顶部到相应连接端子的顶部形成一M×N导管阵列，从而形成一M×N致动机构的阵列；去除该待除层，从而形成一M×N薄膜致动反射镜阵列。
通过结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得显然，附图；
图1为先前公开的M×N薄膜致动反射镜阵列的顶视图；
图2A和2B分别为沿图1中的A-A线及B-B线和沿A-A线及C-C线截取的概略性截面视图；
图3A和3B为根据本发明的一M×N薄膜致动反射镜阵列的概略性截面视图；
图4A和4B为根据本发明的两实施例的M×N薄膜致动反射镜阵列中有源矩阵的顶视图；及
图5A至5J为说明根据本发明制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法。
图3A至3B、4A至4B和5A至5B分别给出了根据本发明的两实施例的用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的截面视图、该薄膜致动反射镜301中的有源矩阵310的顶视图和说明制造用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的方法的概略性截面视图，其中M和N为整数。应指出在这些图中出现的相同部件以相同的参考数字表示。
在图3A及3B中，给出M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的概略性截面视图，该阵列300包括一有源矩阵310、一钝化层320、一腐蚀剂阻止层330和一M×N致动机构410的阵列。
该有源矩阵310包括一基底312、一M×N晶体管430的阵列、M条源线442、N条门线444(见图4A和4B)、一M×N连接端子446的阵列和一M×N调平元件448的阵列。在有源矩阵310的顶上形成由例如磷硅玻璃(PSG)或氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的钝化层320。
在钝化层320的顶上形成由氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层330。
各致动机构410包括第一薄膜电极385、一薄膜电致位移元件375、第二薄膜电极365、一弹性元件355和一导管395。在薄膜电致位移元件375的顶上形成由导电及反光材料，例如铝(Al)或银(Ag)制成的第一薄膜电极385并电连接至地，从而起反射镜及共偏置电极的作用。在第二薄膜电极365的顶上形成由压电材料例如锆钛酸铅(PZT)或电致伸缩材料例如镁铌酸铅(PMN)制成的薄膜电致位移元件375。在弹性元件355的顶上形成由导电材料例如铂/钽(Pt/Ta)制成的第二薄膜电极365且通过导管395和连接端子446电连接至一相应的晶体管，且与其它薄膜致动反射镜301的第二薄膜电极365电断开，从而使其起到信号电极的作用。在第二薄膜电极365的下方形成由氮化物，例如氮化硅制成的弹性元件355。由金属，例如钨(W)制成的导管395从薄膜电致位移元件375的顶部延伸至连接端子的顶部。从薄膜电致位移元件375的顶部向下延伸的导管395和位于各薄膜致动反射镜301中的薄膜电致位移元件375的顶上的第一薄膜电极385相互间没有电连接。各致动机构410具有一近端420和一远端425，该近端420被划分成第一和第二边部分422、424，其中该近端420的第一边部分422被附连至有源矩阵310中的连接端子446的顶部且该近端420的第二边部分424被附连至有源矩阵310中的调平元件448的顶部，在它们之间分别部分地插入有腐蚀剂阻止层330和钝化层320，从而使致动机构410伸出悬臂。
在图4A和4B中，提供有根据本发明的两实施例的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300中的有源矩阵310的顶视图。
各晶体管430具有源极432、栅极434和漏极436，位于同一列中的各源极432被相互电连接作为源线442，位于同一行中的各栅极434被相互电连接作为门线444，及各漏极436被电连接成一相应的连接端子446。源线442与门线444电断开。各连接端子446位于薄膜致动反射镜301中近端420的第一边部分422的下方并且各调平元件448位于薄膜致动反射镜301中近端420的第二边部分424的下方。调平元件448被装入有源矩阵310中以使调平元件448的顶部与连接端子446的顶部相一致。如图4A所示，根据本发明的一实施例，各调平元件448通过将连接端子446从相邻薄膜致动反射镜301的近端420的第一边部分422延伸至该薄膜致动反射镜301中近端420的第二边部分424而被形成。如图4B所示，根据本发明的另一实施例，各调平元件448被形成以使门线444位于该薄膜致动反射镜301中近端420的第二边部分424之下。
在图5A至5J中，示出了说明制造图3中所示的薄膜致动反射镜301的阵列300的方法的概略性截面视图。
制造阵列300的过程开始于制备包括一M×N MOS晶体管430阵列和M条源线442的一基底312。位于同一列中的各源极432通过一源线442被相互电连接，如图4A、4B和5A所示。
接着，通过使用溅射法，在包括有晶体管430的基底312的顶上沉积一由例如钨(W)制成的金属层440，如图5B所示。
接着，该金属层440被构型成一N条门线444阵列、一M×N连接端子446阵列和一M×N调平元件448阵列，从而形成一有源矩阵310。位于同一行中的各栅极434通过门线444之一被相互电连接。各漏极436被电连接至一相应的连接端子446，如图4A、4B和5C所示。
在接着的步骤中，通过使用例如CVD法或旋转涂覆法在有源矩阵310的顶上形成一由例如PSG或氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的钝化层320。
然后，通过使用例如溅射或CVD法在钝化层320的顶上沉积一由氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层330，如图5D所示。
然后，通过使用大气压化学汽相淀积(APCVD)法在腐蚀剂阻止层330的顶上形成一由例如PSG制成且具有0.5-2μm厚度的薄膜待除层340。
接着，通过使用干或湿蚀刻法在薄膜待除层340中形成一M×N对空腔345的阵列以使各对中的一空腔345围绕连接端子446之一，如图5E所示。
在下一步骤中，通过使用CVD法，在包括这些空腔的薄膜待除层340的的顶上沉积一由氮化物，例如氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的弹性层350。
然后，通过使用溅射或真空蒸镀法，在弹性层350的顶上形成由导电材料，例如pt/Ta制成且具有0.1-2μm厚度的第二薄膜层(未示出)。然后通过使用干蚀刻法将该第二薄膜层等切割成一M×N第二薄膜电极365的阵列，其中各第二薄膜电极365与其它的第二薄膜电极365电断开，如图5F所示。
然后，通过使用蒸镀、Sol-Gel、溅射或CVD法，在该M×N第二薄膜电极365的阵列的顶上沉积一由压电材料，例如PZT或电致伸缩材料，例如PMN制成的且具有0.1-2μm厚度的薄膜电致位移层370。
接着，通过使用溅射或真空蒸镀法，在薄膜电致位移层370的顶上形成由导电且反光材料，例如铝(Al)或银(Ag)制成的且具有0.1-2μm厚度的第一薄膜层380，从而形成一多层化的结构390，如图5G所示。
在接着的步骤中，如图5H所示，通过使用光刻或激光修剪法，将该多层化结构390构型成一M×N半成品的致动机构400的阵列，直至曝露出薄膜待除层340。各半成品的致动机构400包括第一薄膜电极385、一薄膜电致位移元件375、第二薄膜电极365和一弹性元件355。
在接着的步骤中，通过使用蚀刻法而形成一M×N孔阵列(未示出)，其中各孔从薄膜电致位移元件375的顶部延伸至一相应连接端子446的顶部。
在随后的步骤中，通过使用例如搬移法以金属，例如钨(W)填充各孔而形成导管395，从而形成一M×N致动机构410的阵列，如图5I所示。
然后，通过使用采用腐蚀剂或化学物，例如氟化氢(HF)蒸气的湿蚀刻法而去除薄膜待除层340，从而形成M×N薄膜致动反射镜301的阵列300，如图5J所示。
在本发明的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300中，有源矩阵310包括一M×N连接端子446的阵列和一调平M×N元件448的阵列。连接端子446和调平元件448分别位于薄膜致动反射镜301中近端420的第一边部分422和第二边部分424的下方。并且它们两者的顶部相互在同一水平上，从而使近端420的第一边部分422和第二边部分424的顶部相互位于同一水平上。
尽管仅相对于优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离由所附权利要求限定的精神和范围的前提下，可作出其它的改型和变化。
Claims (8)
1、一种用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列，其中M和N为整数，该阵列包括：
一有源矩阵，包括一基底、一M×N MOS晶体管阵列，M条源线、N条门线、一M×N连接端子阵列和一M×N调平元件阵列；
一钝化层，形成在该有源矩阵的顶上；
一腐蚀剂阻止层，形成在该钝化层的顶上；及
一M×N致动机构阵列，各致动机构包括第一电极、一电致位移元件、第二电极、一弹性元件和一导管，其中第一电极位于该电致位移元件的顶上并被电连接至地，从而起到反射镜和共偏置电极的作用，该电致位移元件位于第二电极的顶上，该第二电极位于该弹性元件的顶上并通过该导管和连接端子被电连接至一相应晶体管，从而起到信号电极的作用，该弹性元件被定位在第二电极的底部，并且该导管从该电致位移元件的顶部延伸至该连接端子的顶部，及各致动机构被设置有一近端和一远端，该近端被划分成一第一和一第二边部分，该近端的第一边部分位于该有源矩阵中该连接端子的顶上而该近端的第二边部分位于该有源矩阵中该调平元件的顶上，其间部分插入有该腐蚀剂阻止层和该钝化层，从而使该致动机构伸出悬臂。
2、根据权利要求1的阵列，其中各晶体管被电连接至一相应的连接端子。
3、根据权利要求1的阵列，其中该调平元件的顶部与该连接端子的顶部在同一水平上。
4、根据权利要求3的阵列，其中通过将该连接端子从一相邻的薄膜致动反射镜中近端的第一边部分延伸至该薄膜致动反射镜中近端的第二边部分而形成各调平元件。
5、根据权利要求3的阵列，其中形成各调平元件以使门线位于该薄膜致动反射镜中近端的第二边部分之下。
6、一种制造用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，其中M和N为整数，该方法包括有以下步骤：
制备包括一M×N MOS晶体管阵列和M条源线的一基底；
在包括有该晶体管阵列的基底的顶上沉积一金属层；
将该金属层构型成一M×N调平元件阵列、一M×N连接端子阵列和N条门线，从而形成一有源矩阵；
在该有源矩阵的顶上分别沉积一钝化层和一腐蚀剂阻止层；
在该腐蚀剂阻止层的顶上形成一具有M×N对空腔阵列的薄膜待除层；
在该薄膜待除层的顶上分别形成一弹性层和第二薄膜层；
将该第二薄膜层等切割成一M×N第二薄膜电极阵列；
在该些第二薄膜电极的顶上分别沉积一薄膜电致位移层和第一薄膜层，从而形成一多层化结构；
将该多层化结构构型成一M×N半成品的致动机构阵列，直至曝露出薄膜待除层，各半成品的致动机构包括第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件、第二薄膜电极、一弹性元件；
形成一从该薄膜电致位移元件的顶部到一相应连接端子的顶部的M×N导管阵列，从而形成一M×N致动机构阵列；
去除该薄膜待除层，从而形成一M×N薄膜致动反射镜阵列。
7、根据权利要求6的方法，其中该金属层由钨(W)制成。
8、根据权利要求7的方法，其中该金属层通过使用溅射法而沉积成。
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