CN1220067A - 薄膜致动反射镜阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种M×N薄膜致动反射镜(295)阵列(200)包括一有源矩阵(210)和一M×N致动机构(220)阵列。各致动机构(220)包括一第一薄膜电极(292)、一薄膜电致位移元件(275)、一第二薄膜电极(265)、一弹性件(255)、一导管(282)以及一绝缘件(284)。在该阵列中,绝缘件(284)由某种绝缘材料如氧化物或氮化物做成,并形成于导管(282)顶面与第一薄膜电极(292)底面之间,因此减小了在第一薄膜电极(292)和第二薄膜电极(265)之间形成电接触的可能性。

Description

薄膜致动反射镜阵列及其制造方法

本发明的技术领域

本发明涉及一种光学投影系统，并且，尤其涉及一种用于该系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列及其制造方法。

背景技术

在现有技术的各种图像显示系统中，已知一种能够大规模提供高质量的图像显示的光学投影系统。在这种光学投影系统中，由灯泡发出的光均匀地照在例如一M×N致动反射镜阵列上，从而使各反射镜与各致动器相耦合。致动器可由当施以电场即发生变形的电致位移材料、诸如压电或电致伸缩材料做成。

来自各反射镜的反射光束入射到例如遮光板的孔阑上。通过给各致动器施加一电信号，使各反射镜相对于入射光束的位置发生改变，从而使来自各反射镜的反射光束的光路产生偏移。当各反射光束的光路发生改变时，通过孔阑的各反射镜的反射光量被改变，因此，调制了光束的强度。通过孔阑的调制光束经一适当的光学装置、如投影透镜透射到一投影屏上，从而在投影屏上显示出图像。

图1为一个M×N薄膜致动反射镜阵列100的剖面视图，其中M和N为整数，该阵列公开在题为“用于光学投影系统中的薄膜致动反射镜阵列”的美国序列号为08/602,928的共有未决的专利申请中。

阵列100包括一有源矩阵110、一钝化层116、一蚀止层118以及一M×N致动机构阵列120。

有源矩阵110包括一衬底112、一M×N晶体管阵列(未示出)以及一M×N连接端阵列114。各连接端114与晶体管阵列中相应的一个晶体管电连接。

钝化层116由例如磷硅玻璃(PSG)或氮化硅做成，厚度为0.1～2μm，布置在有源矩阵110的顶表面上。

蚀止层118由氮化硅制成，厚度为0.1～2μm，布置在钝化层116上面。

各致动机构120都有一远端和一近端，并且还包括位于其远端的一个顶尖(未示出)和竖直贯穿其身的一个蚀孔(未示出)。各致动机构20都配以一第一薄膜电极132、一薄膜电致位移元件126、一第二薄膜电极124、一弹性件122以及一导管128。第一薄膜电极132由导电且反光的材料如铝(Al)或银(Ag)做成，布置在薄膜电致位移元件126顶表面，并且被一水平条134分割成致动部分130和反光部分140，该水平条134切断了致动与反光部分130,140之间的电连接。其致动部分130接地，因此起到反射镜和共偏置电极的双重作用。反光部分140用作反射镜。薄膜电致位移元件126由压电材料如钛酸铅锆(PZT)或电致伸缩材料如铌酸铅镁(PMN)做成，布置在第二薄膜电极124顶表面。第二薄膜电极124由导电材料如铂/钽(Pt/Ta)做成，布置在弹性件122顶表面，并且通过导管128及连接端114与一相应的晶体管电连接，其中，用干蚀刻方法把第二薄膜层124等割成一M×N第二薄膜电极阵列124，从而各第二薄膜电极124与其它第二薄膜电极124(未示出)都互不导电，因此，使之可作为一个信号电极。弹性件122由氮化物如氮化硅做成，布置在第二薄膜电极124的下面。弹性件122近端的底部支撑在有源矩阵110顶表面，蚀止层118和钝化层116局部地插入其间，因此使致动机构120成为悬臂结构。导管128由某种金属如钨(W)制成，它从薄膜电致位移元件126顶表面开始向下延伸到一相应的连接端114的顶表面，从而将第二薄膜电极122与连接端114电连接。从薄膜电致位移元件126顶表面向下延伸的导管128和置于各薄膜致动反射镜150的薄膜电致位移元件126顶表面上的第一薄膜电极132之间互不导电。

上述的M×N薄膜致动反射镜150的阵列100有某些缺陷，其中之一是每个致动反射镜150的第一和第二电极132、124之间可能发生短路。在这种阵列中，由于每个薄膜致动反射镜150的导管128从相应的连接端114延伸到电致位移元件126的顶表面，因而在布置第一薄膜电极132过程中需要格外小心。第一薄膜电极132必须与各薄膜致动反射镜150的导管128完全绝缘，否则就会导致第一薄膜电极132和第二薄膜电极124电连接而造成它们之间的短路。

发明的描述

因此，本发明的一个主要目的是提供一种M×N薄膜致动反射镜阵列，使每个薄膜致动反射镜具有一种新颖结构可以防止第一和第二电极之间发生短路。

本发明的另一个目的是提供制造这种M×N薄膜致动反射镜阵列的方法。

根据本发明的第一个方面，提供有一种用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列，其中M和N为整数。该阵列包括：一有源矩阵和一种M×N致动机构阵列。各致动机构包括一弹性件，其近端底部支撑在有源矩阵顶表面，因而使该弹性件成为悬臂状；一第一薄膜电极，与大地导电连接因而可兼作反射镜和偏致电极；一第二薄膜电极；一导管，从第二薄膜电极顶表面向下延伸到有源矩阵使这两者电连接，从而使第二薄膜电极作为一信号电极；置于第一和第二薄膜电极之间的一薄膜电致位移元件；以及一绝缘件，该绝缘件置于导管顶表面和第一薄膜电极底表面之间，因而使第一和第二薄膜电极之间绝缘。

根据本发明的另一方面，提供有制造用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的一种方法，其中M和N为整数。这种方法包括以下步骤：准备一包括一衬底的有源矩阵和一M×N连接端阵列；在该有源矩阵顶表面上形成一钝化层；在该钝化层上沉积一蚀止层；在该该蚀止层上形成一薄膜牺牲层；在该薄膜牺牲层上按照某种方式制作一M×N空穴对阵列以使各空穴对中的一个空穴围绕一个连接端；在包含空穴的薄膜牺牲层顶面依次沉积一弹性层、一第二薄膜层和一薄膜电致位移层；摆布该电致位移层和该第二薄膜层以形成相应的一M×N电致位移元件阵列和一M×N第二薄膜电极阵列；形成一M×N导管阵列，各导管从第二薄膜电极伸到相应的连接端顶面；形成一M×N绝缘体阵列；在该M×N绝缘体阵列和薄膜电致位移元件阵列顶面上沉积一第一薄膜层，从而形成一多层结构；将该多层结构放入一M×N致动反射镜结构阵列内直到暴露出薄膜牺牲层；以及用某种腐蚀剂或化学剂去掉该薄膜牺牲层从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。

附图简述

通过以下对优选实施例以及附图的描述将使本发明上述的和其它的目的及特点变得更明显。附图中：

图1是表示以前公开的一M×N薄膜致动反射镜阵列的局部剖面示意图；

图2是表示出根据本发明第一优选实施例的一M×N薄膜致动反射镜阵列的局部剖视图；

图3A～3M是表明示于图2的M×N薄膜致动反射镜阵列的制作方法的局部剖视图；

图4是表示出根据本发明第二优选实施例的M×N薄膜致动反射镜阵列的局部剖视图；以及

图5A～5D是表明示于图4的M×N薄膜致动反射镜阵列的制作方法的局部剖视图。

本发明的实施例

图2,4,3A～3M以及图5A～5D给出了根据本发明的第一和第二优选实施例的用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜295,395的阵列200,300的剖视图，其中M和N为整数，以及表明分别示于图2和图4的M×N薄膜致动反射镜295,395的阵列200,300的制作方法的剖面示意图。请注意图2,4,3A～3M和图5A～5D中的同类部件用相同参照数字表示。

图2给出了根据本发明的第一优选实施例的M×N薄膜致动反射镜295的阵列200的剖视图，该阵列200包括一有源矩阵210和一M×N薄膜致动机构220的阵列。

源矩阵210包括一衬底212、一M×N晶体管阵列(未示出)和一M×N连接端214的阵列。各连接端214与晶体管阵列中相应的一个晶体管电连接。

钝化层216由磷硅玻璃(PSG)或氮化硅做成，厚度为0.1～2μm，布置在衬底212的顶表面。

蚀止层218由氮化硅制成，厚度为0.1～2μm，布置在钝化层216顶表面。

各致动机构220包括一第一薄膜电极292、一薄膜电致位移元件275、一第二薄膜电极265、一弹性件255、一导管282以及一绝缘件284。第一薄膜电极292由导电并反光材料如铝(Al)或银(Ag)制成，布置在薄膜电致位移元件275的顶表面。第一薄膜电极292与大地电连接从而可兼作反射镜和共用偏置电极。薄膜电致位移元件275由压电材料如钛酸铅锆(PZT)或电致伸缩材料如铌酸铅镁(PMN)制成，布置在第一和第二薄膜电极292,265之间。第二薄膜电极265由导电材料如铂/钽(Pt/Ta)制成，布置在弹性件255顶表面，通过导管282与相应的晶体管及连接端214电连接，并与其它薄膜致动反射镜295中的第二薄膜电极265电绝缘，从而使第二薄膜电极可作为各致动反射镜295的一信号电极。弹性件255由氮化物如氮化硅制成，布置在第二薄膜电极265下面。弹性件255近端底部支撑在有源矩阵210顶表面从而使致动机构220成为悬臂状。导管282由某种金属如钨(W)制成，从第二薄膜电极265顶面伸到相应连接端214的顶面，从而将第二薄膜电极265电连接到连接端214上。绝缘件284形成于导管282顶面和第一薄膜电极292底面之间。因而防止了第一薄膜电极292与第二薄膜电极265电连通。

图3A～3M给出了表明示出图2中的M×N薄膜致动反射镜295的阵列200的制作方法的局部剖面示意图。

阵列200的制作过程首先是准备一包括一衬底的有源矩阵210、一M×N连接端214的阵列以及一M×N晶体管阵列(未示出)。衬底212由绝缘材料如硅片做成。各连接端214与晶体管阵列中相应的一个晶体管电连接。随后一步是用如CVD或旋转喷涂方法在有源矩阵210顶表面形成一厚度为0.1～2μm、材料例如为磷硅玻璃(PSG)或氮化硅的钝化层216。之后，如图3A所示，用如溅射或CVD的方法在钝化层216顶表面上沉积一厚度为0.1～2μm的氮化硅蚀止层218。

然后，如图3B所示，在蚀止层218顶表面形成一薄膜牺牲层240。如果该薄膜牺牲层240的材料是金属则采用溅射或蒸镀方法形成，如果该薄膜牺牲层240的材料是PSG则采用CVD或旋转喷涂方法形成，如果该薄膜牺牲层240的材料是多晶硅，则采用CVD方法形成。

下一步如图3C所示，用在玻璃板上旋转抛光(SOG)或化学机械抛光(CMP)然后清洗的方法把薄膜牺牲层240顶表面抛平。

然后，如图3D所述，用干蚀刻或湿蚀刻方法在薄膜牺牲层240内按某特定方法生成一M×N空穴242对阵列使各空穴对中一个空穴242与一个连接端214成一直线。

在下一步中，如图3E所示，用CVD方法在包括空穴242的薄膜牺牲层240顶表面沉积一厚度为0.1～2μm、材料为某种氮化物如氮化硅的弹性层250。在沉积过程中，通过改变反应气体随时间的函数关系来控制弹性层250内部的应力。

然后，如图3F所示，用溅射或真空蒸镀的方法在弹性件250顶表面上形成一厚度为0.1～2μm、由导电材料如Pt/Ta做成的第二薄膜层260。接着用干蚀刻方法把第二薄膜层260等割成图2所示的一M×N第二薄膜电极265的阵列，其中，各第二薄膜电极265与其它第二薄膜电极265电绝缘。

然后，如图3G所示，用蒸镀、溶胶(Sol-Gel)、溅射或CVD的方法在M×N第二薄膜电极265的阵列顶表面上沉积一厚度为0.1～2μm、由压电材料如PZT或电致伸缩材料如PMN做成的薄膜电致位移层270。接着用快速热退火(RTA)的方法对薄膜电致位移层270进行热处理使其产生相变。

由于薄膜电致位移层270足够薄，因此如果它由压电材料作成则无需对它进行极化，因为它可以被在薄膜致动反射镜295工作中施加的电信号极化。

下一步如图3H所示，用蚀刻方法制作一M×N孔280的阵列，其中，各孔由薄膜电致位移层270顶面伸到相应连接端214的顶面。

下一步如图3I所示，用升离方法在各孔280中的一部分内以某种特定方法注入某种金属如钨(W)形成导管282，以使该导管282与第二薄膜层260以及相应连接端214电接触。

随后，如图3J所示，用升离方法在各孔280的剩余部分内填充某种绝缘材料如氧化物或氮化物，形成一绝缘件284。绝缘材料需填充至使该绝缘件284顶面与薄膜电致位移层270顶面齐平的程度，这样可以减小在第二薄膜电极265与将形成于薄膜电致位移层270上面的第一薄膜层290之间形成电接触的可能性。

之后，如图3K所示，用溅射或真空蒸镀的方法在薄膜电致位移层270和绝缘件284的顶表面形成一厚度为0.1～2μm、由导电且反光材料如铝(Al)或银(Ag)做成的第一薄膜层290，因此形成一多层结构252。

在下一步中，如图3L所示，用光蚀刻法或激光修剪法把多层结构252摆布成一M×N半成品致动反射镜245的阵列，直到露出薄膜牺牲层240。每个M×N半成品致动反射镜245包括一第一薄膜电极292、一薄膜电致位移元件275、第二薄膜电极265以及一弹性件255。

紧跟上一步的是在各半成品致动反射镜245上完全覆盖一薄膜保护层(未示出)。

接着用某种腐蚀剂或化学剂如氟化氢(HF)蒸气通过湿蚀刻方法将薄膜牺牲层240去掉，从而为各薄膜致动反射镜295形成一驱动空间。

下一步是去掉薄膜保护层。

最后，用光蚀刻法或激光修剪法把有源矩阵210完全切割成某预定形状，从而形成M×N薄膜致动反射镜295的阵列200，如图3M所示。

图4给出了表示根据本发明的第二实施例的一M×N薄膜致动反射镜395的阵列300的剖视图，阵列300包括一有源矩阵310和一M×N致动机构320的阵列。

第二实施例M×N薄膜致动反射镜395的阵列300的剖面图示于图4中，其中，第二实施例与第一实施例除了绝缘件284的形成方式不同之外大体相似。在第二实施例中，绝缘件284覆盖了导管282的顶表面，同时还覆盖了薄膜电致位移元件275。换句话说，绝缘件284为一层状介于第一薄膜电极292和薄膜电致位移件275之间，并且它由导管282顶表面伸到薄膜电致位移元件275的远端。在这种情况下，绝缘件284由某电致位移陶瓷材料如MZr_xTi_yO₃做成，其中，M为铅并且可由下列元素中的一种或多种部分地或完全地替换：钙，钡，镁，锂，铜，银，金或镉。而且，MZr_xTi_yO₃还可掺以少量的镁，钠，铌，镧或锌。

另外，图5A～5D给出了表明根据本发明的第二优选实施例的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法的局部剖视图，其中，直到在导管282和薄膜电致位移件275的顶表面形成绝缘件284这一步骤之前，第二实施例的制造步骤都与图3A～3I所示的第一实施例的制造步骤相同。

在图5A中，用蒸镀、硅胶(Sol-Gel)、溅射或CVD的方法在每个致动机构320中的导管282和薄膜电致位移层270的顶表面上形成绝缘件284，该绝缘件完全覆盖了导管282和薄膜电致位移层270。

随后，用溅射或真空蒸镀的方法在绝缘件284顶表面上形成一厚度为0.1～2μm、由导电且反光材料如铝(Al)或银(Ag)做成的第一薄膜层390，从而形成一多层结构352，如图5B所示。

在下一步中，如图5C所示，用光蚀刻法或激光修剪法把多层结构352摆布成一M×N半成品致动反射镜345的阵列，直到露出薄膜牺牲层240。每个M×N半成品致动反射镜345包括一第一薄膜电极392、一绝缘件284、一薄膜电致位移元件275、第二薄膜电极265以及一弹性元件255。

随后的各步骤与第一实施例相似，从而形成M×N薄膜致动反射镜395的阵列300，如图5D所示。

与现有技术的M×N薄膜致动反射镜150的阵列100及其制造方法相比，在本发明的M×N薄膜致动反射镜295,395的阵列200,300及其制造方法中，通过引入在每个薄膜致动反射镜395的导管282和第一薄膜电极392之间的绝缘体284，减小了第一和第二薄膜电极之间短路的可能性。

应指出，虽然薄膜致动反射镜295,395及其制造方法是按照每个薄膜致动反射镜具有单压电晶片结构的情况进行描述，但是上面提出的各种想法同样可应用于每个薄膜致动反射镜具有双压电晶片结构的情况，后一种情况涉及到一额外的电致位移层和电极层及其形成方法。

尽管只按照某些优选实施例对本发明进行了描述，但是在不脱离由下述权利要求提出的本发明的精神实质和范围的前提下，可以对本发明做其它各种改进和变动。

Claims (13)

1、一种用于某种光学投影系统的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；以及

一M×N致动机构阵列，各致动机构包括一弹性件，其近端的底部支撑在该有源矩阵上从而如悬臂样伸出；一第一薄膜电极，与地电连接从而可兼作反射镜和偏置电极；一第二薄膜电极，一导管，从第二薄膜电极顶面向下延伸到有源矩阵并将后两者电连接，从而使第二薄膜电极成为信号电极；一薄膜电致位移元件，置于第一和第二薄膜电极之间；以及一绝缘件，其中该绝缘件被置于导管顶表面和第一薄膜电极底表面之间，因而使第一和第二薄膜电极电绝缘。

2、如权利要求1的阵列，其特征在于，绝缘件由某种氮化物做成。

3、如权利要求1的阵列，其特征在于，绝缘件由某种电致位移材料做成。

4、如权利要求3的阵列，其特征在于，绝缘件为层状。

5、如权利要求4的阵列，其特征在于，绝缘件覆盖了导管和薄膜电致位移元件的顶面。

6、一种制造用于某种光学投影系统的一M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，其中，M和N为整数，该方法包括下面的步骤：

准备一包括一衬底和一M×N连接端阵列的有源矩阵；

在该有源矩阵顶表面上形成一钝化层；

在该钝化层顶表面上沉积一蚀止层；

在该蚀止层顶表面上形成一薄膜牺牲层；

在该薄膜牺牲层内按某特定方法制作一M×N空穴对阵列使各空穴对中的一个空穴围绕一个连接端；

在包含空穴的薄膜牺牲层顶表面上依次沉积一弹性层、一第二薄膜层和一薄膜电致位移层；

把该电致位移层和第二薄膜层摆布形成一M×N电致位移元件阵列和一M×N第二薄膜电极阵列；

形成一M×N导管阵列，各导管从第二薄膜电极伸到相应连接端的顶表面；

形成一M×N绝缘件阵列；

在该M×N绝缘件阵列和薄膜电致位移元件阵顶表面上沉积一第一薄膜层从而形成一多层结构；

摆布该多层结构成为一M×N致动反射镜机构阵列，直到露出薄膜牺牲层；以及

用某种腐蚀剂或化学剂去除薄膜牺牲层从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。

7、如权利要求6的方法，其特征在于，所述形成一薄膜牺牲层的步骤还包括抛平其顶表面的步骤。

8、如权利要求6的方法，其特征在于，所述形成M×N导管阵列的步骤进一步包括形成一M×N孔阵列的步骤，每个孔由薄膜电致位移层顶面伸到相应的连接端顶面。

9、如权利要求8的方法，其特征在于，通过向每个孔内注入某种金属到第二薄膜层，从而形成M×N导管阵列，每个导管从相应的连接端顶面伸到第二薄膜电极。

10、如权利要求6的方法，其特征在于，绝缘件由某种氮化物做成。

11、如权利要求6的方法，其特征在于，绝缘件由某种电致位移材料做成。

12、如权利要求6的方法，其特征在于，绝缘件为层状并完全覆盖每个导管和该薄膜电致位移层。

13、如权利要求12的方法，其特征在于，用蒸镀、硅胶、溅射或CVD方法中的一种方法形成绝缘件。

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