CN1195116A - 具有一组合层的薄膜致动镜 - Google Patents

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Abstract

一种发明的M×N薄膜致动镜阵列包括一个有源矩阵、一个组合层和一个M×N激励结构阵列。该有源矩阵包括基底、扩散阻挡层、光截断层和M×N个连接端子阵列。由氮化物组成的厚度为1500—2500A的组合层形成在有源矩阵的顶端。每一个激励结构包括上电极、电致位移元件、下电极、弹性元件和导管。在本发明的阵列中,该组合层同时用作钝化层和蚀刻剂阻止层,减少了加在光截断层上的应力。

Description

具有一组合层的薄膜致动镜
本发明涉及用于光学投影系统中的M×N薄膜致动镜的一阵列；更具体地，涉及具有能够作为一钝化层和一蚀刻剂阻止层的一层的薄膜致动镜。
在本领域可以获得的各种视频显示系统中，众所周知光学投影系统能够提供大尺寸的高质量显示。在此光学投影系统中，从一光源来的光均匀地照射在一如M×N的致动镜阵列上，其中各镜与各致动器耦合。各致动器可以用诸如响应于施于其的电场而变形的压电或电致伸缩材料的电致位移材料制成。
从每个镜面反射的光束入射在例如一光档板的一小孔上。通过对每一个致动器施加一电信号，来改变每一个镜与入射光束的相对位置，从而引起来自每一镜面的反射光束的光路偏移。由于每一反射光束的光路被改变了，从每一镜面反射的穿过该小孔的光量即被改变，由此调节该光束的强度。被调节的穿过该小孔的光束经诸如投射透镜的合适的光学装置被传至一投影屏上，以由此在其上显示一图象。
在图1中，有一剖面图显示了以前公开的M×N薄膜致动镜101阵列100，其中M和N是整数，该阵列用于一光学投影系统，阵列100包括一有源矩阵110、一钝化层120、一蚀刻剂阻止层130和M×N致动结构200的一个阵列。
有源矩阵110包括：一基底112、一扩散阻挡层114、一光截断(photo-interrupt)层116和M×N连接端子阵列118。基底层112由诸如硅晶片的绝缘材料制成。由诸如钛(Ti)制成的扩散阻挡层114防止硅扩散进入连接端子118。由诸如氮化钛(TiN)制成的光截断层116防止有源矩阵110感应出光电流(photo-current)。
由诸如PSG制成并具有1.0μ厚度的钝化层120位于有源矩阵110的顶端。
由氮化硅制成并具有2000A厚度的蚀刻剂阻止层130位于钝化层120的顶端。
每一个致动结构200有一个近端的和一个远端的端点，并包括一个上薄膜电极175、一个由压电或静电材料制成的薄膜电致位移元件165、一下薄膜电极155、由绝缘材料制成的一弹性元件145和一导管180。由诸如Al、Ag或Pt的反光和导电材料制成的上薄膜电极175位于薄膜电致位移元件165的顶端并与地作电连接，由此作为一偏置电极和一镜面。薄膜电致位移元件165位于下薄膜电极155的顶端。由诸如Ta或Pt/Ta的导电材料制成的下薄膜电极155位于弹性元件145的顶端并通过导管180与相应的连接端子118作电连接，由此作为一信号电极。该弹性元件145位于下薄膜电极155的底端，并且它的在近端端点的底端部分附着于有源矩阵110的顶端，蚀刻阻止层130和钝化层120部分地插入其中，以此使激发结构200伸出悬臂。导管180从薄膜电致位移元件165的顶端延伸至相应连接端子118的顶端，并与上薄膜电极175断开，由此将下薄膜电极155与相应连接端子118作电连接。
有某些不足与上述M×N薄膜致动镜101的阵列100相联。形成于光截断层116的顶端的层，例如钝化层120和蚀刻剂阻止层130，引起加于光截断层116上的应力，这又使组成光截断层116的TiN的晶体结构变形，这又增加了其中形成断裂的可能性，对结构的整体性和阵列100的功能整体性有不利影响。
因此，本发明的一个主要目的是提供M×N薄膜致动镜阵列，设计制作该阵列是为了防止由加于光截断层上的应力引起的在光截断层中形成的断裂。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于制作此种M×N薄膜致动镜阵列。
根据本发明的一个方面，提供了一种M×N薄膜致动镜阵列，其中M和N是整数，该阵列用于一光学投影系统，该阵列包括：包括一基底、一扩散阻挡层、一光截断层和一个M×N连接端子的阵列的有源矩阵，其中该扩散阻挡层位于基底和连接端子之间，而光截断层位于扩散阻挡层的顶端；形成于该有源矩阵的顶端上的一组合层；以及一个M×N致动结构的阵列，每一个致动结构具有一近端和一远端端点，并包括一个上电极、一个电致位移元件、一个下电极，一个弹性元件和一个导管，其中该上电极位于电致位移元件的顶端并与地作电连接以由此用作镜面和公共偏置电极，该电致位移元件位于下电极的顶端，下电极位于弹性元件的顶端并通过导管与相应的连接端子作电连接以由此用作信号电极，该弹性元件位于下电极的底端并且位于其近端端点处的底部附着于有源矩阵，部分地插入组合层，而该导管从电致位移元件的顶端延伸至连接端子的顶端。
根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，用于制作一个M×N薄膜致动镜阵列，其中M和N是整数，该方法用于一光学投影系统，该方法包括下列步骤；准备一个包括一基底、一扩散阻挡层；一光截断层、一个M×N连接端子阵列的有源矩阵；在该有源矩阵的顶端淀积一组合层；形成一个包括一个M×N对空穴的阵列的待除层；在该待除层的顶端形成一个弹性层、一个下层、一个电致位移层和一个上层以由此形成一个多层结构；在此多层结构形成图形以形成一个M×N半完成致动结构阵列，直到露出了待除层，每一个半完成致动结构包括一个弹性元件、一个下电极、一个电致位移元件和一个上电极；形成一个M×N导管阵列，由此形成一个M×N致动结构阵列；并去除该待除层以由此形成一个M×N薄膜致动镜的阵列。
本发明的以上和其它目的和特征将通过对下述参考附图的优选实施例的描述变得显而易见，其中：
图1给出了一个以前公知的一个M×N薄膜致动镜阵列的原理剖面图；
图2给出了一个根据本发明的一个M×N薄膜致动镜阵列的原理剖面图；及
图3A至3H说明了一种用于制作图2所示的该M×N薄膜致动镜阵列的方法的原理剖面图。
图2和图3A至3H是给出该M×N薄膜致动镜301阵列300的剖面图，其中M和N是整数，该阵列用于一光学投影系统，并且说明了一种用于根据本发明制作该阵列的方法的原理性剖面图。应注意：图2和图3A至3H中出现的类似部分用类似的数字代表。
在图2中，提供了一个给出根据本发明的该M×N薄膜致动镜301阵列300的剖面图，该阵列300包括：一个有源矩阵310、一个组合层和一个M×N致动结构410阵列。
有源矩阵310具有一基底312、一扩散阻挡层314、一光截断层316和一个M×N连接端子318阵列。基底312由如硅晶片的绝缘材料制成。由钛(Ti)制成并具有300-500A的厚度的扩散阻挡层314位于基底312的顶端。由氮化钛制成并具有1200-1500A厚度的光截断层316位于扩散阻挡层314的顶端。
能够作为钝化层和蚀刻剂阻止层的、由如富含硅氮化物(Silicon-rich  nitride)(SiNx)制成的、并具有1500---2500A厚度的组合层320形成于有源矩阵310的顶端。
每一个致动结构410具有一近端和一远端端点，并包括一个上电极375、一个电致位移元件365、一个下电极355、一个弹性元件345和一个导管380。由例如Al、Ag或Pt的光反射和导电材料制成的上电极375位于电致位移元件365的顶端并与地作电连接，由此用作偏置电极和镜。由压电或电致伸缩材料制成的电致位移元件365位于下电极355的顶端。由导电材料
(例如Ta或Pt/Ta)制成的下电极355位于弹性元件345的顶端并通过导管380与相应的连接端子318作电连接，由此用作信号电极。由绝缘材料制成的弹性元件345位于下电极355的下端，并且在其远端端点处的底部由组合层320附着于有源矩阵310的顶部，部分地插入其中，由此使激励结构410伸出悬臂。导管380从电致位移元件365的顶端延伸至相应的连接端子318的顶端，由此将下电极355与相应的连接端子318作电连接。
在图3A至3H中，提供了说明一种用于制作根据本发明图2所示的该M×N薄膜致动镜301阵列300的方法的原理性剖面图。
如图3A所示，用于制作阵列300的过程是从准备有源矩阵310开始的，该矩阵包格一基底312、一扩散阻挡层314、一光截断层316、一个M×N晶体管318阵列。
下一步，由氮化物制成并具有1500-2500A厚度的组合层320通过在0.1-1.0乇的压力和750-850℃的温度下利用一种低压化学蒸气淀积(LPCVD)方法而淀积在有源矩阵310的顶端，如图3B所示。
然后，通过利用大气压化学蒸气淀积(APCVD)方法和随后的CMP方法在组合层320的顶端形成由例如PSG组成的、并具有2.2-3.0μm厚度的待除层330。
下一步是，如图3C所示，用如下的方法在待除层330中产生M×N对空穴335阵列；通过利用干或湿蚀刻法使在每一对中的空穴335之一包围一个连接端子318。
下一步通过利用LPCVD方法在包含空穴335的待除层330的顶端淀积由氮化物(例如氮化硅)组成的、并具有0.1-1.0μm厚度的弹性层340。
之后，通过利用溅射或CVD方法在弹性层340的顶端形成由例如Pt/Ta的导电材料组成的、具有0.1-1.0μm厚度的下层(未示出)。如图3D所示，该下层随后被通过利用干蚀刻方法等刻制(iso-cut)成一个M×N下电极355阵列。
然后，由例如PZT的压电材料或例如PMN的电致伸缩材料组成的、并具有0.1-1.0μm的厚度的电致位移层360被通过利用溶胶-凝胶(Sol-Ge1)、溅射或CVD方法而淀积在下电极355的顶端。
随之，如图3E所示，通过利用溅射方法，由例如铝(Al)、银(Ag)或铂(Pt)的导电和光反射材料组成的厚度为0.1-1.0μm的上层370被淀积在电致位移层360的顶端，由此形成一个多层结构390。
下一步，如图3F所示，通过利用光刻法或激光裁剪(Laser  trimming)法将该多层结构390构图成一个M×N半完成致动结构400的阵列，直到暴露出待除层330，其中每一个半完成致动结构400包括一个上电极375、一个电致位移元件365、一个下电极355和一个弹性元件345。
下一步，在此半完成致动结构400中制造一个M×N导管380阵列，其中每一个导管380从电致位移元件365的顶端延伸至相应的连接端子318的顶端，并与上电极375作电连接，以由此形成一个M×N激励结构410阵列，如图3G所示。
随后，通过利用使用蚀刻剂或例如氟化氢(HF)的化学蒸气的湿蚀刻法来去除待除层330，以由此形成该M×N薄膜致动镜301阵列300，如图3H所示。
在本发明的M×N薄膜致动镜301阵列300中，通过由将能够用作钝化和蚀刻剂阻止层的组合层320布置于其中而达到减少其顶端上形成的层数的办法来减少了加在光截断层316上的应力。另外，阵列300中组合层的布置简化了其制作。
虽然对本发明的描述只参考了某些优选实施例，在不背离所附权利要求给出的本发明的精神和范围的前提下，可作其它修改和变化。

Claims (11)

1、一种M×N薄膜致动镜阵列，其中M和N是整数，该阵列用于一光学投影系统，该阵列包括：
包括一基底和一个M×N连接端子的阵列的有源矩阵；
形成于该有源矩阵的顶端上的一组合层；
以及一个M×N致动结构的阵列，每一个致动结构具有一近端和一远端端点，并包括一个上电极、一个电致位移元件、一个下电极，一个弹性元件和一个导管，其中该上电极位于电致位移元件的顶端并与地作电连接以由此用作镜面和公共偏置电极，该电致位移元件位于下电极的顶端，下电极位于弹性元件的顶端并通过导管与相应的连接端子作电连接以由此用作信号电极，该弹性元件位于下电极的底端并且位于其近端端点处的底部附着于有源矩阵，部分地插入组合层，而该导管从电致位移元件的顶端延伸至连接端子的顶端。
2、如权利要求1的阵列，其中该有源矩阵还包括一个扩散阻挡层和一个光截断层。
3、如权利要求2的阵列，其中该扩散阻挡层位于该基底的顶部。
4、如权利要求2的阵列，其中该光截断层位于该扩散阻挡层的顶端。
5、如权利要求2的阵列，其中该组合层位于该光截断层的顶端。
6、如权利要求1的阵列，其中该组合层由富含硅氮化物(Silicon-rich  nitride)(SiNx)组成。
7、如权利要求1的阵列，其中该组合层的厚度为1500-2500A。
8、一种方法，用于制作一个M×N薄膜致动镜阵列，其中M和N是整数，该方法用于一光学投影系统，该方法包括下列步骤；
准备一个包括一基底、一扩散阻挡层；
一光截断层、一个M×N连接端子阵列的有源矩阵；
在该有源矩阵的顶端淀积一组合层；
形成一个包括一个M×N对空穴的阵列的待除层；
在该待除层的顶端形成一个弹性层、一个下层、一个电致位移层和一个上层以由此形成一个多层结构；
在此多层结构形成图形以形成一个M×N半完成致动结构阵列，直到露出了待除层，每一个半完成致动结构包括一个弹性元件、一个下电极、一个电致位移元件和一个上电极；
形成一个M×N导管阵列，由此形成一个M×N致动结构阵列；
并去除该待除层以由此形成一个M×N薄膜致动镜的阵列。
9、如权利要求8的方法，其中该组合层被通过利用LPCVD的方法淀积。
10、如权利要求8的方法，其中该组合层在0.1-1.0乇的压力下被淀积。
11、如权利要求8的方法，其中该组合层在750-850℃的温度下被淀积。
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