CN1323321C

CN1323321C - 光干涉式显示单元的制造方法

Info

Publication number: CN1323321C
Application number: CNB031480721A
Authority: CN
Inventors: 林文坚; 蔡熊光
Original assignee: Qualcomm MEMS Technologies Inc
Current assignee: Qualcomm MEMS Technologies Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: CN1567079A

Abstract

本发明是关于一种光干涉式显示单元的制造方法，该制造方法适用于一透明基材之上，在基材上依序形成第一电极及牺牲层。在第一电极及牺牲层内形成至少二开口并定义出光干涉式显示单元的位置，接着在开口之内形成一耐热绝缘无机支撑物，在该牺牲层及该支撑物上再形成第二电极，最后，以一远端等离子蚀刻制造工艺移除牺牲层。

Description

光干涉式显示单元的制造方法

技术领域

本发明涉及一种结构释放制造方法，特别是涉及一种适用于光干涉式显示单元结构上的结构释放结构及其制造方法。

背景技术

在微机电结构系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)中，为了能制造悬浮微结构，如悬臂梁(cantilever)、横梁(beam)、薄板(membrane)、微流道(channel)、孔穴(cavity)、微接头(joint or hinge)、连杆(link)、曲柄(crank)、齿轮(gear)、齿条(rack)等等，牺牲层技术的发展成为一个重要的关键，其中，移除牺牲层的制造工艺是采用一结构释放蚀刻制造工艺，因此，微机电结构系统中的结构释放结构对于移除牺牲层的制造工艺有关键性的影响。

现以一干涉式平面显示结构为例，先来介绍现有的结构释放蚀刻制造工艺。光干涉式显示单元为一微机电系统，而光干涉式显示单元的作用，是能制造出一平面显示器。平面显示器由于具有体积小、重量轻的特性，在可携式显示设备，以及小空间应用的显示器市场中极具优势。现今的平面显示器除液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机电激发二极管(Organic Electro-Luminescent Display，OLED)和等离子显示器(PlasmaDisplay Panel，PDP)等等之外，光干涉式平面显示模式则提供使用者另一种选择。

图1A、图1B显示了现有的光干涉式显示单元的制造方法。请参看图1A，在一透明基材109上先依序形成第一电极110及牺牲层111，再于电极110及牺牲层111中形成开口112以适用于形成支撑物在其内。接着，在开口112内形成支撑物106。然后，形成电极114于牺牲层111及支撑物106之上。最后，请参看图1B，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除图1A所示的牺牲层111而形成腔室116(牺牲层111的位置)，腔室116的长度D即为牺牲层111的厚度。

在微机电制造工艺中，是以牺牲层的观念来制作微悬浮结构。制作悬浮可动的微结构，是利用元件结构层与牺牲层材料之间的选择性蚀刻(selective etching)，将牺牲层去除而留下结构层，此过程则称之为结构释放蚀刻。不同于IC制造工艺之处，选择性蚀刻方式必须为等向性蚀刻(isotropic etching)，如此才可在结构层处造成底切或侧蚀(undercut orunderetching)现象，顺利地使结构层与基底(substrate)分离。

最广为采用结构释放蚀刻制造工艺是湿式结构释放制造工艺，在蚀刻完成之后通常必须再经历清洗(rinsing)与干燥(drying)两个步骤，微结构才可真正悬浮于基底之上，但是过程中却非常容易发生结构与基底之间的沾粘(stiction)现象，导致元件无法操作的情况，因此，以二氟化氙为蚀刻剂的干式蚀刻可以解决湿式蚀刻所产生的问题。

二氟化氙(Xenon Difluoride，XeF₂)在常温常压下为固态，在低压的环境下会升华成气态物质。二氟化氙对于硅材质，例如单晶硅、多晶硅及非晶硅，及某些金属材质，例如钼金属、钼合金…等等，具有相当高的蚀刻率。氙是钝气，二氟化氙相当不稳定，当二氟化氙进行蚀刻的机制是由氙将两个氟自由基带至反应位置，当二氟化氙接触到待蚀刻材质时，二氟化氙会分解并放出两个氟自由基。二氟化氙均相蚀刻的效果极佳，因而具有优异的侧向蚀刻能力。因此，二氟化氙被用于微机电系统制造工艺中，移除牺牲层的结构释放蚀刻制造工艺中，作为蚀刻剂之用。一般而言，由于二氟化氙的活性相当的高，亦即二氟化氙分解产生氟自由基的活化能相当的低，即使在室温下，当二氟化氙一碰到待蚀刻材质几乎是立刻发生反应，因此，二氟化氙对材质层的蚀刻速度不太会因升温而加速。二氟化氙蚀刻制造工艺一般是在摄氏70度的温度下操作即可。

请参看图2，图2是现有的光干涉式显示单元俯视图。光干涉式显示单元200具有分隔结构202，如虚线2021所示，位于相对的两边，而支撑物204位于光干涉式显示单元200的另外两对边，分隔结构202与支撑物204位于两电极之间。支撑物204与支撑物204及支撑物204与分隔结构间具有间隙，气态二氟化氙会由间隙渗入而对牺牲层(图中未示)进行蚀刻。以气态二氟化氙为蚀刻剂的结构释放蚀刻的速度会因所要蚀刻的牺牲层材质的不同而有所差异，一般而言，蚀刻速度可超过每分钟10微米，对有些材质的蚀刻速度甚至可到达每分钟20-30微米。对目前光干涉式显示单元的尺寸而言，一次结构释放蚀刻仅需数十秒至3分钟。

以气态二氟化氙为蚀刻剂进行结构释放蚀刻制造工艺虽然具有上述优点，但是二氟化氙本身的特性在结构释放蚀刻制造工艺上具有无法降低成本的劣势。二氟化氙价格昂贵，而且对水气特别敏感且不稳定，二氟化氙一碰到水气立刻产生氟化氢，氟化氢不仅危险，而且会降低蚀刻的效率。再者，类似以二氟化氙为蚀刻剂进行结构蚀刻的制造工艺鲜少见于半导体制造工艺及一般平面显示器的制造工艺上，因此，目前半导体制造工艺及液晶显示器制造工艺中已发展成熟的蚀刻机台并不适用于以二氟化氙为蚀刻剂进行结构释放蚀刻的制造工艺。光干涉式显示器的主要制造工艺大多可沿用半导体或一般平面显示器的制造工艺设备，而结构释放蚀刻的制造工艺需要完全不同的机台设计，制造工艺设备的重新整合对光干涉式显示器的发展及产量会造成极大的障碍。

发明内容

由于以二氟化氙为蚀刻剂的蚀刻设备的发展并未成熟，不利于光干涉式显示器的发展及产量。而且蚀刻剂二氟化氙的价格昂贵且不稳定，因此，若能运用半导体或一般平面显示器的蚀刻制造工艺设备来进行结构释放蚀刻制造工艺，将可轻易整合光干涉式显示器的制造工艺设备，而且以低廉的成本进行结构释放蚀刻制造工艺。

一般半导体或一般平面显示器的蚀刻设备不适用于结构释放蚀刻的原因在于侧向蚀刻能力差，即使是使用含有氟基或是氯基的蚀刻剂，例如三氟化氮(Nitrogen Trifluoride，NF₃)或六氟化硫(SulphurHexafluoride，SF₆)等蚀刻性质极佳的蚀刻剂，其蚀刻速率也仅介于每分钟3微米至10微米之间，比以二氟化氙为蚀刻剂的蚀刻速度慢数倍至十数倍。这对于光干涉式显示器的生产速度(Throughput)有极不利的影响。

远端等离子是在等离子发生器中产生等离子之后，先将等离子中带电的成分部分或完全滤除后，再送入反应室中进行反应。侧向蚀刻主要的控制机制在于有效成分的扩散，远端等离子中主要的成分是自由基，因此，其生命周期较长，而能有效的进行主要是侧向蚀刻的结构释放蚀刻。另外，自由基不带电，较不易受到电场的影响，均向蚀刻的效果较好，也较利于侧向蚀刻。

另外，提高远端等离子(Remote Plasma)蚀刻制造工艺的温度是为一加速蚀刻速度、减少蚀刻制造工艺时间的方法，因为升温会使远端等离子中自由基的能量提高，而降低反应的活化能，另外，也会加速分子的扩散速度。但是，目前光干涉式显示单元的制造工艺中，支撑物是采用聚胺酯、环氧树脂等有机聚合物。而结构释放蚀刻制造工艺是在支撑物形成之后才进行。一般而言，有机物不耐高温，若结构中已形成有有机成分的元素，后续制造工艺的温度就会受到限制，大致而言后续制造工艺的温度不能高于摄氏250度。因此，即使升温可以加速蚀刻剂的蚀刻速度，但是升温也受到限制。

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种光干涉式显示单元的制造方法，其可加速结构释放蚀刻制造工艺的蚀刻速度，不必受限于温度的限制。

本发明的另一目的是提供一种光干涉式显示单元结构，光干涉式显示单元结构的制造方法，其可以增加含有氟基或氯基的蚀刻剂的侧向蚀刻的速度。

本发明的又一目的是提供一种光干涉式显示单元结构结构释放蚀刻制造工艺，其可以使用含有氟基或氯基的蚀刻剂来取代二氟化氙，使结构释放蚀刻降低制造成本，避免了制造工艺设备重新整合的困难。

本发明的再一目的是提供一种光干涉式显示单元结构结构释放蚀刻制造工艺，其可以使用现有的蚀刻制造工艺设备，避免了制造工艺设备重新整合的困难。

根据本发明的上述目的，在本发明一较佳实施例中提出一种光干涉式显示单元结构，具有第一电极及第二电极，两电极间以支撑物支撑。支撑物采用无机耐温的材质所制造，例如旋涂式玻璃(Spin-On-Glass)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)，当然也可采用一般介电材质，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或金属氧化物等等，重要的是，必须采用耐热绝缘无机材料。

另外，在第二电极上，也可以形成孔洞，孔洞贯穿第二电极并暴露出位于第二电极下方的牺牲层，以加速结构释放蚀刻制造工艺。因此，现有适用于半导体或一般平面显示器的远端等离子蚀刻制造工艺，以含有氟基或氯基的蚀刻剂，例如，选自于四氟化碳、三氯化硼、三氟化氮、六氟化硫或是其任意组合所组成的族群为蚀刻剂的蚀刻制造工艺，进行光干涉式显示单元的结构释放蚀刻制造工艺。在使用耐热绝缘无机材料形成支撑柱的情况下，远端等离子蚀刻制造工艺的温度环境不再受限于必须低于摄氏250度，而是可以提高超过摄氏250度，甚至在高达摄氏500度之下进行远端等离子蚀刻制造工艺。因此，所需的结构释放蚀刻制造工艺的时间与使用二氟化氙制造工艺相当。

根据本发明提供的光干涉式显示单元的制造方法中，以耐热绝缘无机物取代原来的有机聚合物来形成支撑柱使现有蚀刻制造工艺取代二氟化氙蚀刻制造工艺成为可能，进而避免了制造工艺设备重新整合的困难。远端等离子的使用增加了蚀刻等离子的生命周期及等离子侧向蚀刻的能力，更加速了结构释放蚀刻的速度，缩短结构释放蚀刻所需的时间，进而增加光干涉式显示器的生产速度。

附图说明

图1A、图1B是现有的光干涉式显示单元的制造方法的示意图。

图2是现有的光干涉式显示单元的俯视示意图。

图3A、图3B、图3C是本发明较佳实施例的一种光干涉式显示单元的制造方法的示意图。

106：支撑物

109、301：透明基材

110、114、302、304：电极

111、306：牺牲层

112、308：开口

116、306：腔室

200：光干涉式显示单元

202：分隔结构

2021：虚线

206：箭头

310：材质层

314：孔洞

D：长度

具体实施方式

为了使本发明所提供的光干涉式显示单元的制造方法更加清楚起见，现以本发明实施例详细说明如何运用本发明所提供的光干涉式显示单元结构，并进一步由实施例来解释本发明的优点。

图3A、图3B、图3C表示了本发明较佳实施例的一种光干涉式显示单元结构的制造方法。请参照图3A，在一透明基材301上先依序形成第一电极302及牺牲层306，其中，牺牲层306可以采用透明材质，如介电材质，或是不透明材质，例如金属材质、多晶硅或非晶硅，在本实施例中采用非晶硅作为牺牲层306的材质。以一微影蚀刻制造工艺于第一电极302及牺牲层306中形成开口308，开口308适用支撑物设置于其内。

接着，在牺牲层306形成一材质层310并填满开口308。材质层310适于形成支撑物之用，材质层310所使用的材质为耐热绝缘无机材质，例如以旋涂法形成硅酸盐，例如旋涂式玻璃(Spin-On-Glass)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)，当然也可采用一般介电材质，例如以化学气相沉积制造工艺形成的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或金属氧化物等等。

请参照图3B，经由一微影蚀刻制造工艺在材质层310上定义出支撑物312，接着，在牺牲层306及支撑物312上方形成一第二电极304。在第二电极304之上可以形成至少一孔洞314，以缩短后续结构释放蚀刻制造工艺所需的时间。移除部分位于牺牲层306之上的材质层310以形成支撑物312的方法也可以包括一化学机械研磨制造工艺。

最后，以含有氟基或氯基的蚀刻剂，例如四氟化碳、三氯化硼、三氟化氮、六氟化硫为前驱物以产生一远端等离子蚀刻牺牲层306，其中，远端等离子除了由支撑物与支撑物间的间隙(图中未示)进行蚀刻，若第二电极304之上具有孔洞314，则亦可由孔洞314渗入来蚀刻牺牲层306而以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层306而形成图3C所示的腔室316。

与现有技术相比较，形成支撑物的材质为耐热绝缘无机材质，所以，在结构释放蚀刻制造工艺中，可以将制造工艺温度提升到摄氏250度以上，甚至可以将温度提升到摄氏500度。当蚀刻制造工艺温度提高之后，远端等离子中的活性物质，例如自由基与牺牲层的材质反应活化能降低，蚀刻反应速度增加，使整个结构释放蚀刻制造工艺所需的时间缩短。

另外，可存在于可动电极上的孔洞也可以缩减结构释放蚀刻制造工艺所需的时间，而使适用于半导体制造工艺或平面显示器制造工艺的蚀刻制造工艺可以运用在光干涉式显示单元结构释放蚀刻制造工艺之上。因此，避免了二氟化氙蚀刻制造工艺设备与其他沉积蚀刻制造工艺设备整合的困难。再者，因为不需要使用昂贵的二氟化氙蚀刻制造工艺，可以降低制造的成本。

虽然本发明已以较佳实施例公布如上，但是这并不是限定本发明的范围，任何同技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作出相应的改动。

Claims

1、一种光干涉式显示单元的制造方法，适用于一基材之上，其特征在于：该方法主要包括：

在基材之上形成一第一电极；

在上述第一电极之上形成一牺牲层；

在上述牺牲层及第一电极内形成至少二开口并定义出该光干涉式显示单元的位置；

在上述开口内形成一耐热绝缘无机支撑物；

在上述牺牲层及耐热绝缘无机支撑物之上形成一第二电极，其中所述的第二电极还包括至少一孔洞，该孔洞暴露出下方的上述牺牲层；以及

以一远端等离子蚀刻制造工艺移除牺牲层。

2、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的第二电极为一可动电极。

3、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的远端等离子蚀刻制造工艺中形成一远端等离子的前驱物包括含有氟基或氯基的蚀刻剂。

4、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的远端等离子蚀刻制造工艺中形成一远端等离子的前驱物是选自四氟化碳、三氟化硼、三氟化氮、六氟化硫或其任意组合所组成的族群。

5、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层的材质可以为介电材质、金属材质或硅材质。

6、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的耐热绝缘无机支撑物的材质可以是硅酸盐或介电材质。

7、根据权利要求6所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的硅酸盐可以是旋涂式玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。

8、根据权利要求6所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的介电材质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或金属氧化物。

9、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的耐热绝缘无机支撑物的形成方法还包括：

在上述开口之内及上述牺牲层之上形成一耐热绝缘无机材质层；以及

移除位于牺牲层上的部分耐热绝缘无机材质层。

10、根据权利要求9所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的形成上述耐热绝缘无机材质层的方法为旋涂法。

11、根据权利要求9所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的形成上述耐热绝缘无机材质层的方法为化学气相沉积法。

12、根据权利要求9所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的移除位于牺牲层上的部分耐热绝缘无机材质层可以是一微影蚀刻制造工艺。

13、根据权利要求9所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的移除位于牺牲层上的部分耐热绝缘无机材质层可以是一化学机械研磨制造工艺。

14、根据权利要求1所述的光干涉式显示单元的制造方法，其特征在于其中所述的远端等离子蚀刻制造工艺的温度介于摄氏250度至摄氏500度。