DE69511999T2

DE69511999T2 - Verbesserungen für mikromechanische Geräte

Info

Publication number: DE69511999T2
Application number: DE69511999T
Authority: DE
Inventors: Robert M. Boysel; Robert J. Gove; Larry J. Hornbeck; Vishal Markandey; Gregory C. Smith
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2015-11-01
Also published as: DE69511999D1; EP0713117B1; EP0713117A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf mikromechanische Vorrichtungen und insbesondere auf Trägerstrukturen in solchen Vorrichtungen und auf ein Verfahren zum Herstellen solcher Trägerstrukturen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) ist eine Art eines lichtablenkenden räumlichen Lichtmodulators (SLM). DMDs gibt es in mehreren verschiedenen Formen, zu denen die mit Biegebalken, die mit einseitig eingespanntem Trägerbalken und die mit Torsionsbalkenaufbauten mit herkömmlichem oder verborgenem Gelenk gehören. Jede DMD-Art umfaßt eine Matrix aus kleinen Spiegeln, die sich aus einer Ruheposition herausbewegen, d. h. die sich in Reaktion auf ein durch ein elektrisches Signal, das typischerweise als Adreßsignal bezeichnet wird, erzeugtes elektrostatisches Feld drehen oder ausgelenkt werden. Die Ruheposition des Spiegels verläuft typischerweise parallel zur Oberfläche der Vorrichtung. Licht wird von der Oberfläche des Spiegels reflektiert, und wenn sich der Spiegel bewegt, ändert sich die Richtung des reflektierten Lichts. Die Ruheposition des Spiegels wird durch einen Balken oder eine Feder, oft als Gelenk bezeichnet, der (bzw. die) den Spiegel trägt und Energie während der Spiegelbewegung speichert. Diese gespeicherte Energie führt dazu, daß der Spiegel in die Ruheposition zurückgestellt wird, wenn die Adreßspannung entfernt oder vermindert wird.
Verformbare Mikrospiegelvorrichtungen werden auch als DMDs bezeichnet. Der Unterschied zwischen digitalen Mikrospiegelvorrichtungen und verformbaren Mikrospiegelvorrichtungen besteht darin, daß die digitalen Mikrospiegelvorrichtungen in einem bistabilen Modus betrieben werden, wie er in dem US-Patent 5,061,049, erteilt am 29. Oktober 1991, "Spatial Light Modulator and Method", gelehrt wird. Die digitale Wirkungsweise der Mikrospiegelvorrichtungen umfaßt das Anlegen einer Vorspannung, die sicherstellt, daß die Spiegel eine maximale Drehung sowohl in der "An-" oder "Aus-"Richtung aufweisen, und zwar unabhängig von der Größe der Adreßspannung. Die Spiegelauslenkung der verformbaren Mikrospiegelvorrichtungen ist eine analoge Funktion der an die Vorrichtung angelegten Spannung. Der Aufbau der digitalen Mikrospiegelvorrichtungen und der verformbaren Mikrospiegelvorrichtungen ist sehr ähnlich. Die offenbarte Erfindung kann in Verbindung mit digitalen oder verformbaren Mikrospiegelvorrichtungen verwendet werden.
DMDs werden typischerweise in Dunkelfeldprojektionsanordnungen verwendet und können z. B. in HDTV-Anwendungen verwendet werden, wo eine große Pixelmatrix für die gewünschte Bildauflösung erforderlich ist. Neben der Fähigkeit der DMD, eine große Auflösung zu erzielen, ist ein weiteres, bei Videoanzeigeanwendungen sehr nützliches Merkmal die Geschwindigkeit, mit der der Spiegel gesteuert werden kann, oder die Ansprechzeit der Vorrichtung. Die kurze Ansprechzeit ermöglicht es bei der gegenwärtigen Generation von DMDs, daß diese 180 000 mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet werden. Jeder Auslenkungszyklus speichert Energie in dem DMD-Balken oder der DMD-Feder und beansprucht mechanisch den Vorrichtungsaufbau.
DMDs gehören zu einer größeren Gruppe von Vorrichtungen, die unter der Bezeichnung mikromechanische Vorrichtungen bekannt sind. Zu mikromechanischen Vorrichtungen gehören Beschleunigungsmesser, Durchflußsensoren, elektrische Motoren und Durchflußsteuervorrichtungen. Diese Vorrichtungen werden oft durch Verfahren hergestellt, die unter der Bezeichnung Mikrobearbeitung (micromachining) bekannt sind. Die Mikrobearbeitung umfaßt die Entfernung unerwünschten Materials entweder von dem Substrat, auf dem die Vorrichtung hergestellt wird, oder von einer oder mehreren Schichten aus Material, das während der Herstellung der Vorrichtung abgeschieden wird. Das Material wird typischerweise zu dem Zweck entfernt, daß sich ein Teil der fertigen Vorrichtung bewegen kann. Z. B. muß Material von einem Motor entfernt werden, damit sich ein Rotor um eine feste Welle drehen kann. Bei einer DMD muß Material von dem Bereich unterhalb des Spiegels entfernt werden, damit der Spiegel ausgelenkt werden kann oder der Spiegel sich drehen kann.
Manchmal wird eine gesamte Schicht, die als Hilfsschicht bezeichnet wird, während des Herstellungsprozesses verwendet. Z. B. werden DMDs typischerweise dadurch hergestellt, daß eine Hilfsschicht über der Schaltungsanordnung erzeugt wird, die erforderlich ist, um den Spiegel auszulenken. Spiegel und ihre Gelenke werden dann auf dieser Abstandsschicht durch Abscheiden und Strukturieren einer oder mehrerer Metallschichten gebildet. Die Metallschichten bestehen typischerweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und sind strukturiert, um einen Spiegel zu definieren, der mit wenigstens einer Gelenkkappe durch ein Gelenk verbunden ist. Bei frühen Formen von DMDs wurden die Hilfsschichten von dem Bereich unterhalb der Spiegel und der Gelenke entfernt, wobei ein Rest der Hilfsschicht zurückgelassen wurde, um die Gelenkkappen zu tragen. Die Spiegel wurden durch Gelenke über den Wannen aufgehängt, die durch Entfernen des Hilfsmaterials gebildet wurden.
Jüngste DMD-Aufbauten umfassen ein Loch oder einen Durchgang in der Hilfsschicht an der Stelle der Gelenkkappe, das erzeugt wird, bevor das Gelenkmetall abgeschieden wird. Wenn das Gelenkmetall auf der Hilfsschicht abgeschieden wird, wird es auch auf den Wänden des Durchgangs abgeschieden, wodurch eine deckenlose hohle Pfostenstruktur erzeugt wird, die als Abstandsdurchgang (spacervia) bekannt ist. Nachdem die Spiegel, Gelenke und Gelenkkappen strukturiert sind, wird die gesamte Hilfsschicht entfernt, wobei nur der Abstandsdurchgang zurückgelassen wird, um die Gelenkkappe frei von dem Vorrichtungssubstrat zu tragen. Andere Arten von DMDs, z. B. die, die als Torsionsbalkenvorrichtung mit "verstecktem Gelenk" bezeichnet werden und in dem US-Patent 5,083,837, erteilt am 28. Januar 1992 mit dem Titel "Multi-Level Deformable Mirror Device" gelehrt werden, verwenden zwei oder mehr Hilfsschichten. Die Torsionsbal ken-DMD mit verborgenem Gelenk verwendet einen Satz von Abstandshalterdurchgängen (spacervias), um die Gelenke über dem Vorrichtungssubstrat zu tragen und einen zweiten Satz an Abstandshalterdurchgängen (spacervias), um den Spiegel über den Gelenken zu tragen.
Eine andere Art von Abstandsdurchgang (spacervia), die eine zusätzliche Metallschicht umfaßt, die auf den Wänden des Durchgangs vor der Abscheidung der Spiegelmetallschicht abgeschieden wird, ist aus dem US-Patent 4,710 732, erteilt am 1. Dezember 1997, bekannt.
Die elektrostatischen Kräfte, die zur Auslenkung der Spiegel verwendet werden, erzeugen mechanische Beanspruchungen in den tragenden Gelenk- und Abstandsdurchgangsstrukturen. Diese Beanspruchungen können zu einem Versagen der Trägerstruktur führen, was die Vorrichtung ruiniert. Es besteht ein Bedarf auf diesem Fachgebiet nach einer verbesserten Trägerstruktur für DMDs und andere mikromechanische Vorrichtungen.
US-Patent 5,011,580, erteilt am 30. April 1991, offenbart ein Verfahren zum Überarbeiten einer elektrischen Multischichtverbindung. Zu dem Verfahren gehört der Schritt des Bildens eines Pfeilers durch metallische Abscheidung eines elektrisch leitfähigen Metallpfeilers in eine Öffnung in einer Pfeilermetallabscheidungsmaske auf einer Kupferbasis. Jedoch ist die metallische Abscheidung während der Herstellung von DMDs nicht praktisch durchführbar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft eine Struktur und ein Verfahren für eine verbesserte Stützpfeilerstruktur, im Englischen auch als "support pillar" bezeichnet, wie sie in den Ansprüchen 16 bzw. 1 definiert sind. Der Stützpfeiler kann in einer mikromechanischen Vorrichtung und insbesondere in einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD) verwendet werden. Während der Herstellung wird eine planare Oberfläche, die mit der oberen Fläche des Pfeilers abschließt, erzeugt, indem eine Abstandsschicht um die Pfeiler aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der Abstandsschicht werden Löcher in die Abstandsschicht strukturiert, um das Pfeilermaterial zu entfernen, das die Pfeiler bedeckt. Die Abstandsschicht kann dann aufgeschmolzen werden, um die Löcher zu füllen und die Oberfläche der Abstandsschicht in einer solchen Weise niedriger zu legen, daß die Oberfläche koplanar zu den oberen Flächen der Stützpfeiler verläuft.
Der Stützpfeiler (eng.: support pillar, support post) kann bei einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung von beliebiger Art, einschließlich herkömmlicher Torsionsbalken-DMDs und DMDs mit verborgenem Gelenk, verwendet werden. DMDs mit verborgenem Gelenk können so hergestellt werden, daß der Stützpfeiler zur Stützung der Gelenke, der Adreßelektroden oder des Spiegels oder einer beliebigen Kombination aus diesen verwendet wird.
Die offenbarte Trägerstruktur und das Verfahren zur Herstellung derselben besitzen mehrere Vorteile gegenüber bisherigen Aufbauten, zu denen die verbesserte Trägerstrukturstabilität, eine weniger chemisch reaktive Abstandshalteroberfläche, auf der sich die Bauelementherstellung fortsetzt, und eine bessere Abstandshalteroberflächenplanarisierung gehören.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile noch besser verstehen zu können, wird nun Bezug auf die nachfolgende Beschreibung genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Teils einer typischen Torsionsbalken-DMD-Matrix mit verborgenem Gelenk gemäß dem Stand der Technik ist.
Fig. 2 eine Explosionsperspektivansicht eines zum Stand der Technik gehörenden Torsionsbalken DMD-Elements mit verborgenem Gelenk ist.
Fig. 3A eine Querschnittsansicht von Metall ist, das auf ein Substrat und eine Schicht aus Hilfsmaterial aufgesputtert wurde.
Fig. 3B eine Querschnittsansicht des Substrats der Fig. 3A ist, nachdem das Metall darauf gesputtert wurde.
Fig. 3C eine Querschnittsansicht des Substrats der Fig. 3A ist, nachdem das Metall darauf gesputtert und die Hilfsschicht entfernt wurde.
Fig. 4A bis 4S Querschnittsansichten sind, die entlang der Gelenkachse eines Elements einer DMD-Matrix genommen wurden und verschiedene Stufen während der Herstellung eines DMD-Elements zeigen, das Stützpfeiler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, die den Schritt der Metallbedeckung des Gelenkstützpfeilers der Fig. 4C zeigt.
Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Teils einer typischen Torsionsbalken-DMD ist, die verbesserte Stützpfeiler gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung aufweist.

GENAUE BESCHREIBUNG

Es wird ein neues Herstellungsverfahren benötigt, um ausreichend stabile und zuverlässige Trägerstrukturen zu liefern, die in DMDs und anderen Arten von mikromechanischen Vorrichtungen verwendet werden können. Um eine Verwechslung zwischen den bestehenden Trägerstrukturen und der hierin gelehrten verbesserten Struktur zu vermeiden, werden die Trägerstrukturen, die zum Stand der Technik gehören, hierin als Abstandshalterdurchgänge (spacervias) bezeichnet, während die hierin gelehrten verbesserten Strukturen als Stützpfeiler (support pillars) bezeichnet werden. Obwohl die in dieser Offenbarung dargestellten speziellen Ausführungsformen nur DMD-Strukturen zeigen, sind die hierin gelehrten Verfahren und Strukturen auf viele andere mikromechanische Vorrichtungen anwendbar.
Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Teils einer Torsionsbalken-DMD-Matrix 100 mit verborgenem Gelenk, die zum Stand der Technik gehört. Die Vorrichtungen mit verborgenem Gelenk basieren auf zwei Stufen von Abstandshalterdurchgängen, die dazu dienen, einen Spiegel 102 frei von einem Substrat 104 zu halten. Die erste Abstandshalterdurchgangsstufe umfaßt einen Gelenkträgerabstandshalterdurchgang 106 und einen Adreßelektrodenträgerabstandshalterdurchgang 108. Der Gelenkträgerabstandshalterdurchgang trägt das Ende eines jeden Torsionsgelenkes 110, so daß es frei über dem Vorrichtungssubstrat 104 hängt. Das Torsionsgelenk 110 ist über eine dicke Metallgelenkkappe 111 oben an dem Gelenkträgerabstandshalterdurchgang 106 befestigt. Die Metallgelenkkappe 111 verstärkt die Verbindung zwischen dem dünnen Metalltorsionsgelenk 110 und dem Gelenkträgerabstandshalterdurchgang 106, indem es einen geeigneten Metall- Metall-Kontakt zwischen dem Gelenkmetall und dem Abstandshalterdurchgangsmetall sicherstellt. Auf jeder Gelenkkappe 111 befindet sich eine Anschlagstelle 112, die die Drehung von einem der beiden angrenzenden Spiegel 102 stoppt, wenn die Spiegel zur Anschlagstelle hin gedreht werden. Der Adreßträgerabstandshalterdurchgang 108 wird verwendet, um eine Adreßelektrode 114 frei über dem Substrat 104 zu halten. Die Adreßträgerabstandshalterdurchgänge 108 und die Gelenkträgerabstandshalterdurchgänge 106 liegen typischerweise auf gleicher Höhe.
Die zweite Abstandshalterdurchgangsstufe umfaßt einen Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116, der den Spiegel 102 über den Torsionsgelenken 110 hält. Der Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116 ist auf einem verdickten Abschnitt des Torsionsgelenks 110 hergestellt, der als Gelenkjoch 118 bezeichnet wird. Genauso wie die Gelenkkappe 111 verstärkt das Gelenkjoch 118 die Verbindung zwischen dem dünnen Metalltorsionsgelenk 110 und dem Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116, indem es einen geeigneten Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Torsionsgelenk 110 und dem Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116 si cherstellt. Die Höhe des Spiegelträgerabstandshalterdurchgangs 116 kann verändert werden, um die maximale Winkelrotation des Spiegels 102 zu kontrollieren.
Die Fig. 2 ist eine Explosionsansicht eines Torsionsbalken- DMD-Elements mit verborgenem Gelenk. Neben den vorher mit Bezug auf die Fig. 1 besprochenen Strukturen zeigt die Fig. 2 einen Metallvorspannungs-/Rücksetz-Bus 200 und Metallkontaktflecken 202, die auf der Oberfläche des Substrats 104 abgeschieden sind. Der Metallvorspannungs-/Rücksetz-Bus 200 trägt die Gelenkträgerabstandshalterdurchgänge 106, und die Metallkontaktflächen 202 tragen die Adreßelektrodenträgerabstandshalterdurchgänge 108. Die Metallkontaktflecken 202 sind über Durchgänge 204 in einer Oxidschutzschicht 203 mit der Adressierungsschaltungsanordnung verbunden, die in der Oberfläche des Substrats 104 gebildet ist. Die Metallkontaktflecken verbinden die Adreßelektrodenträgerabstandshalterdurchgänge 108 mit der Adressierungsschaltungsanordnung. Der Vorspannungs-/Rücksetz- Bus 200 und die Metallkontaktflecken 202 sind typischerweise als Teil der dritten Vorrichtungsmetallisierungsschicht oder M3 hergestellt. Die ersten zwei Metallschichten, M1 und M2, werden dazu verwendet, die Adreßschaltungsanordnung auf dem Substrat zu verbinden.
Unter Rückbezug auf die Fig. 1 ist zu erkennen, daß jeder Spiegel 102 und seine Adreßelektroden 114 die beiden Platten eines Kondensators mit Luftspalt bilden. Wenn eine ausreichende Vorspannung zwischen die Adreßelektrode 114 und den ihr zugeordneten Spiegel 102 angelegt wird, wird die sich ergebende elektrostatische Kraft den Spiegel 102 dazu bringen, daß er zur Adreßelektrode 114 hin ausgelenkt wird, wodurch das Torsionsgelenk 110 eine Torsion erfährt. Wenn die angelegte Spannung groß genug ist, wird der Spiegel 102 so weit ausgelenkt, bis die Spiegelspitze 103 die zugeordnete Anschlagstelle 112 auf der Gelenkkappe 111 berührt, wodurch die Spiegeldrehung gestoppt wird. Wenn die Gelenkkappe 111 die Spiegelspitze 103 nicht berührt und die Drehung des Spiegels 102 nicht stoppt, wird der Spiegel 102 die Adreßelektrode 114 berühren und einen Kurz schluß in bezug auf die Vorspannung erzeugen. Da es eine Adreßelektrode 114 auf jeder Seite der Gelenkachse in jedem Element gibt, kann der Spiegel 102 in beiden Richtungen gedreht werden, so daß er einen von zwei vollständig ausgelenkten Zuständen annehmen kann.
Wenn die Vorspannung von dem Spiegel 102 und den Adreßelektroden 114 entfernt wird, wird die durch die Deformation des Torsionsgelenkes 110 gespeicherte Energie den Spiegel 102 in den nichtausgelenkten oder neutralen Zustand zurücksetzen. Jedoch bringen oft Anziehungskräfte mit kurzer Reichweite zwischen dem Spiegel 102 und der Anschlagstelle 112 den Spiegel 102 dazu, daß er an der Anschlagstelle 112 klebenbleibt. Tritt dieses auf, so kann ein Verfahren, das als Resonanzzurücksetzung bekannt ist, verwendet werden, um die steckengebliebenen Spiegel 102 zu befreien. Das Resonanzrücksetzverfahren verwendet einen Spannungsimpuls oder eine Reihe von Impulsen, um mechanische Energie in dem Spiegel 102 zu speichern. Eine typische Resonanzrücksetzung besteht aus einer Reihe von fünf "-24 Volt"- Impulsen, die an den Spiegel 24 mit der Resonanzfrequenz des Spiegels 102, die ungefähr bei 5 MHz liegt, angelegt werden. Jeder Impuls erzeugt eine sehr starke Anziehung zwischen dem Spiegel 102 und der Adreßelektrode 114. Da die Spiegelspitze 103 an der Anschlagstelle 112 gehalten wird, biegt sich die Mitte des Spiegels 102 zum Substrat 104, und die obere Fläche des Spiegels 102 wird konkav. Wenn der Impuls entfernt wird, hört die Anziehung auf, und der Spiegel 102 biegt sich nach oben, wodurch er konvex wird. Nachfolgende Impulse erhöhen die Spiegeldeformation, wodurch zusätzliche Energie gespeichert wird. Wenn der letzte Rücksetzimpuls entfernt wird, reicht die in dem Spiegel 102 gespeicherte Energie aus, um den Spiegel 102 von der Anschlagstelle 112 zurückzufedern, wobei die in dem Torsionsgelenk 110 gespeicherte Energie den Spiegel 102 in die neutrale Position zurückstellen kann.
Die für die Verformung des Spiegels 102 und die Torsionsgelenke 110 verantwortlichen elektrostatischen Kräfte können auch die Abstandshalterdurchgänge 106, 108, 116 verdrehen und verbiegen, die Teile der Vorrichtung tragen. Die dabei auftretenden Beanspruchungen können zum Brechen der Abstandshalterdurchgänge 106, 108, 116 der zum Stand der Technik gehörenden DMDs führen, wodurch die Vorrichtung zerstört wird. Diese Ausfälle treten normalerweise in zwei verschiedenen Ausfallmodi auf. Der erste Ausfallmodus tritt auf, wenn ein Abstandshalterdurchgang 106, 108, 116 an oder in der Nähe des Punktes der Anbringung eines der durch den oberen Teil des Abstandshalterdurchgangs getragenen Teile Gelenkkappe 111, Adreßelektrode 114 oder Spiegel 102 bricht. Der zweite hauptsächlich auftretende Ausfallmodus tritt auf, wenn ein Abstandshalterdurchgang 106, 116 oder 108 am oder in der Nähe des Punktes der Anbringung an den Vorspannungs- /Rücksetz-Bus 200 oder an das Gelenkjoch 118 unter dem Abstandshalterdurchgang 106, 108, 116 bricht. Der Ausfall der Abstandshalterdurchgänge 106, 108, 116 wurde auf die schlechte Metallbedeckung auf den Abstandshalterdurchgangswänden oder die Stufenbedeckung zurückgeführt, die durch die gegenwärtigen Herstellungsverfahren erzielt wurden. Normalerweise ist das Metall entweder an der Basis oder in der Nähe des oberen Teils des Abstandshalterdurchgangs zu dünn.
Die Adreßelektrodenträgerabstandshalterdurchgänge 108, die Gelenkträgerabstandshalterdurchgänge 106 und die Spiegelträgerabstandshalterdurchgänge 116 des Standes der Technik werden typischerweise durch Ausfüttern eines Loches oder eines Durchganges in einem Hilfsmaterial mit aufgesputtertem Metall hergestellt. Wenn das Hilfsmaterial entfernt wird, verbleibt das Fütterungsmaterial, wodurch ein Abstandshalterdurchgang gebildet wird. Die Fig. 3A zeigt, wie Metallpartikel 300 auf ein Substrat 302 gesputtert werden, das teilweise durch ein Hilfsmaterial 304 bedeckt ist. Während des Sputterns nähert sich das Metall 300 der Oberfläche von allen Richtungen. Daher kann das Metall eine flache horizontale Oberfläche 320 von einem 180º Winkel aus, dargestellt durch den Bereich 306, erreichen.
Der Punkt 308 an der Basis der Wandstruktur 310 wird durch die Wandstruktur 310 abgeschattet und kann nur Metall empfangen, das am Punkt 308 in einem Winkelbereich von 90º, dargestellt durch den Bereich 312, ankommt. Da der Punkt 308 nur Metall von der Hälfte des Winkels empfangen kann, von dem eine ebene Oberfläche Metall empfängt, wird nur ungefähr halbsoviel Metall am Punkt 308, verglichen mit der planaren Fläche ohne Abschattung, abgeschieden. Bei dem Durchgang 314 ist das Abschattungsproblem sogar noch größer. Das Metall muß die unteren Ecken des Durchgangs 314 in nahezu vertikaler Richtung, dargestellt durch den Bereich 316, erreichen. Da mehr Metall den oberen Bereich der Wände, verglichen mit dem unteren Teil, erreicht, entwickelt sich ein überstehender Bereich. Dieser überstehende Bereich trägt weiter dazu bei, daß Metall davon abgehalten wird, den Boden der Wände zu erreichen, was zu einer schlechten Metallbedeckung der unteren Teile der Wand führt.
Die Fig. 3B zeigt eine Metallschicht 318, die auf dem Substrat 302 und dem Abstandshalter 304 der Fig. 3A abgeschieden wurde. Die Metallschicht 318 ist an den Seiten einer Wandstruktur 310 dünner als auf der flachen horizontalen Oberfläche 320. Die Metallschicht 318 ist an dem Bodenteil des Durchgangs 314 besonders dünn. Ein dünner Bereich entwickelt sich auch direkt unterhalb des oberen Teils des Durchgangs 314. Dieser dünne Bereich wird durch den überstehenden Teil 322 verursacht, der sich an dem oberen Teil des Durchgangs 314 entwickelt, während die Metallschicht 314 aufgesputtert wird. Die Fig. 3C zeigt das Substrat 302 und die Metallschicht 318, nachdem das Hilfsmaterial 304 entfernt worden ist. Dadurch wird ein Abstandshalterdurchgang 324 erzeugt, der in dem Durchgang 314 durch das Hilfsmaterial 304 gebildet wurde. Die dünnen schwachen Bereiche der Metallschicht 318 in der Nähe sowohl des oberen als auch des unteren Teils des Abstandshalterdurchgangs 324 neigen zum Ausfall, wenn der Abstandshalterdurchgang 324 beansprucht wird.
Je größer das Seitenverhältnis (d. h. das Verhältnis zwischen Durchgangshöhe und Durchgangsbreite), um so schlechter ist wahrscheinlich die Stufenbedeckung in der Nähe des unteren Teils des Durchgangs. Wenn ein Abstandshalterdurchgang 324 erzeugt wird, muß eine dicke Metallschicht abgeschieden werden, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Metallmenge die unte ren Wände des Durchgangs 314 erreicht. Leider kann die Metalldicke nicht beliebig vergrößert werden. Wenn das Metall abgeschieden wird, wächst der Überhang 322 schneller als die Dicke des Metalls auf den unteren Teilen der Wände und kann möglicherweise den Durchgang verstopfen, wodurch verhindert wird, daß weiteres Metall in den Durchgang 314 eintritt. Es gibt weitere Einschränkungen, die die Metallmenge begrenzen, die in den Durchgang 314 während der typischen DMD-Herstellungsprozesse abgeschieden werden kann. Z. B. können während der Herstellung einer typischen zum Stand der Technik gehörenden DMD mit verborgenem Gelenk der Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116 und der Spiegel 102 während des gleichen Metallabscheidungsschrittes erzeugt werden. Die Abscheidung von zuviel Metall wird den Spiegel 102 verdicken, was die Reflexionsfähigkeit des Spiegels vermindert und eine größere Resonanzrücksetzfrequenz erfordert. Die Wirksamkeit des Rücksetzens vermindert sich aufgrund von frequenzabhängigen Dämpfungseffekten merklich mit ansteigender Rücksetzfrequenz. Darüber hinaus vergrößert die Vergrößerung der Spiegeldicke die Ansprechzeit des Spiegels 102, da das Trägheitsmoment des Spiegels erhöht wird.
Es gibt wenigstens drei Verbesserungen der Abstandshalterdurchgänge 324, die die Stabilität erhöhen können. Zunächst könnte die Bemessung des Abstandshalterdurchgangs 324 vergrößert werden, um eine bessere Metallbedeckung der Seiten des Abstandshalterdurchgangs 324 zu ermöglichen. Da jedoch der Spiegelträgerabstandshalterdurchgang 116 eine offene obere Seite aufweist, die die aktive Fläche des DMD-Spiegels 102 vermindert, führt die Vergrößerung des Spiegelträgerabstandshalterdurchgangs 116 zu einem nicht hinnehmbaren Verlust an aktiver Spiegelfläche. Vergrößerte Adreßträgerabstandshalterdurchgänge 108 vermindern darüber hinaus die nutzbare Größe der Adreßelektroden 114, wodurch die zwischen der Adreßelektrode 114 und dem Spiegel 102 erzeugte elektrostatische Kraft vermindert wird. Ein zweiter Ansatz betrifft das Verändern des Profils des Abstandshalterdurchgangs 324, um Wiedereintrittsabstandshalterkonturen" zu vermeiden. Wiedereintrittskonturen treten auf, wenn der zur Bildung des Abstandshalterdurchgangs 324 verwende te Durchgang 314 sich nach dem Eintreten in das Hilfsmaterial, in dem der Durchgang 314 gebildet ist, weitet. Ein Abstandshalterdurchgang mit einer Wiedereintrittskontur entspricht dem oben beschriebenen mit Überhang. Der Überhang bedingt, daß der Wiedereintrittskonturabstandshalterdurchgang eine schlechte Metallstufenbedeckung in der Nähe des oberen Teils des Abstandshalterdurchgangs 324 aufweist und kann dazu führen, daß die Gelenkkappe 111 oder der Spiegel 102 von dem Abstandshalterdurchgang 324 wegbrechen. Eine andere Lösung besteht darin, ein Oxidfüllmittel auf der Innenseite des Abstandshalterdurchgangs 324 aufzuwachsen, nachdem das Metall abgeschieden wurde. Das Oxidfüllmittel wird auf der Innenseite des Abstandshalterdurchgangs 324 an der Basis des Abstandshalterdurchgangs 324 aufgewachsen, um diesem eine erhöhte mechanische Stabilität zu geben, und zwar an den Stellen, an denen die Metalldicke nicht ausreichend ist. Obwohl diese Verbesserungen die Stabilität der Abstandshalterdurchgänge 324 erhöhen, haben sie bisher noch nicht zu einem ausreichend stabilen zuverlässigen Abstandshalterdurchgang 324 für DMDs geführt.
Eine neue Architektur und ein neues Verfahren, das als Aufschmelzinversabstandshalterdurchgangspfeilerverfahren (RISP) bezeichnet wird, wurde erfunden, um sich den Problemen der mechanischen Schwäche des Abstandshalterdurchgangsaufbaus zuzuwenden. Es ersetzt die Photoresistdurchgänge vorheriger Aufbauten durch Photoresistpfeiler. Da die Pfeiler relativ weit voneinander entfernt liegen, wird die Basis der Pfeiler während des Sputterns nicht so stark abgeschattet wie die Basis eines Abstandshalterdurchgangs. Die Stufenbedeckung eines Pfeilers ist viel größer als die Stufenbedeckung eines Loches oder eines Grabens mit dem gleichen Seitenverhältnis. Daher weist ein Stützpfeiler mit einer RISP-Architektur eine viel größere Stabilität auf als ein im Stand der Technik bekannter Abstandshalterdurchgang 324.
Die Fig. 4A bis 4S zeigen Querschnittsansichten eines DMD-Elements 401 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der verschiedenen Stufen seiner Herstellung. Die Querschnittsansichten sind entlang der als 206 in der Fig. 2 dargestellten Gelenkachse genommen. Die Fig. 4A zeigt einen Substratwafer 400, typischerweise aus Silizium, auf dem die Adressierungsschaltungsanordnung und die zwei Metallisierungsschichten vorher hergestellt worden sind. Die zweite Metallschicht ist mit einer Oxidschutzschicht 403 bedeckt. Es werden Durchgänge 204, dargestellt in der Fig. 2, in der Oxidschicht 403 geöffnet, um den Metallkontaktflecken 202 den Kontakt zu der auf dem Substrat 400 erzeugten Adressierungsschaltungsanordnung zu ermöglichen. Obwohl das in der Fig. 4A nicht dargestellt ist, ist typischerweise eine dünne Metallschicht über der Oxidschutzschicht 403 abgeschieden. Diese dünne Metallschicht, die typischerweise aus Wolfram oder Aluminium besteht, bildet den elektrischen Kontakt zu der Adressierungsschaltungsanordnung auf dem Substrat 400 und kann als Ätzstopper während nachfolgender Ätzschritte wirken.
Es wird eine erste Schicht aus Pfeilermaterial 402, typischerweise eine Schicht aus organischem Positivphotoresist mit einer Dicke von ungefähr 1,0 mm auf das Substrat 400 aufgebracht. Die Schicht aus Pfeilermaterial 402 wird strukturiert und entwickelt, so daß die in der Fig. 4B dargestellten Teile aus Pfeilermaterial 404 übrigbleiben, die einen integralen Bestandteil der Gelenkstützpfeiler bilden werden. Teile der Schicht aus Pfeilermaterial 402 werden auch die Adreßelektrodenstützpfeiler bilden. Jedoch sind die Adreßelektrodenstützpfeiler in dem Querschnitt der Fig. 4A-4S nicht dargestellt. Nachdem die Teile aus Pfeilermaterial 404 gebildet worden sind, können sie mit harter UV-Strahlung gehärtet werden, wobei eine Temperatur von bis zu 220ºC erreicht wird, um zu verhindern, daß sie während der restlichen Prozeßschritte schmelzen oder Blasen bilden.
Es können auch andere Materialien anstelle des Photoresists für die Schicht aus Pfeilermaterial 402 verwendet werden. Zu den anderen Materialien gehören typischerweise Dielektrika wie Polysilizium, Oxid, Nitrid oder Oxinitrid. Wenn ein Dielektrikum verwendet wird, kann die über der Oxidschutzschicht 403 und in die Durchgänge 204 abgeschiedene dünne Metallschicht als ein Ätzstopper verwendet werden, was das gesamte Entfernen des Pfeilermaterials 402 von den Durchgängen 204 erleichtert. Obwohl andere Materialien für die Pfeilermaterialschicht 402 verwendet werden können, wird bevorzugt Photoresist verwendet, da die meisten anderen Materialien separate Strukturierungs- und Ätzschritte erfordern. Z. B. wird eine 1 mm dicke Siliziumdioxidschicht auf dem Substratwafer 400 aufgewachsen und mit einer Schicht aus Photoresist bedeckt. Das Photoresist wird strukturiert und entwickelt, um die Teile der Siliziumdioxidschicht zu schützen, die die Stützpfeiler bilden sollen. Die Siliziumdioxidschicht wird dann geätzt, wobei nur die gewünschten Teile aus Pfeilermaterial 404 zurückgelassen werden.
Nach dem Strukturieren der Schicht aus Pfeilermaterial 402 werden das Substrat und die übrigen Teile aus Pfeilermaterial 404 mit einer Schicht aus Metall 406 bedeckt, was in der Fig. 4C dargestellt ist. Die Metallschicht, die typischerweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und die dritte Metallisierungsschicht M3 bildet, wird typischerweise auf das Substrat bis zu einer Dicke von 4000 Å aufgesputtert. Die Metallisierungsschicht M3 wird strukturiert, um den Vorspannungs- /Rücksetz-Bus 200 und die Metallkontaktflecken 202 zu bilden, die in der Fig. 2 dargestellt wurden. Da die in den Fig. 4A-4S dargestellten Schnittansichten entlang der Gelenkachse genommen wurden, erscheint der Vorspannungs-/Rücksetz-Bus als eine kontinuierliche Schicht, und die Ergebnisse der Strukturierung der M3-Schicht sind nicht dargestellt. Der vollständige Gelenkträgerpfeiler 408 umfaßt die übriggebliebenen Teile aus Pfeilermaterial 404 und eine Verkleidung aus der Metallschicht 406 M3, die den Vorspannungs-/Rücksetz-Bus bildet.
Die Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer teilweise hergestellten DMD 500, die sich nach der Abscheidung der Metallschicht 406 M3 ergibt und die die Stufenbedeckung eines metallisierten Gelenkstützpfeilers 408 aus der Fig. 4C zeigt. Das Pfeilermaterial 404 ist von einer Metallverkleidung umschlossen, die an den Seiten dünner ist als in dem oberen Bereich. Wie oben in Verbindung mit der Fig. 3 erläutert, resul tiert die Verminderung des Metalls an den Seitenwänden im Vergleich zu dem Metall in dem oberen Teil aus der teilweisen Abschattung des Pfeilermaterials 404. Obwohl die Seitenwände weniger Metall als der obere Teil des Pfeilermaterials 404 empfangen, sind die verbleibenden Teile aus Pfeilermaterial so weit genug voneinander entfernt, so daß die Seitenwände Metall von einem weiteren Winkel aus betrachtet, Bereich 312 in der Fig. 3A, empfangen, als das bei den Abstandshalterdurchgängen des Standes der Technik der Fall war. Daher empfangen die Seitenwände mehr Metall und werden gleichförmiger bedeckt als bei den Abstandshalterdurchgängen des Standes der Technik. Die verbesserte Metallbedeckung führt zusammen mit der zusammengesetzten Art des metallisierten Stützpfeilers 408 zu einem stabileren Stützpfeiler, der nicht mehr dazu neigt, von der Gelenkkappe oder dem Substrat wegzubrechen.
In der Fig. 4D ist zu erkennen, daß dann eine erste Abstandshalterschicht, die als Gelenkabstandshalterschicht 410 bezeichnet wird, auf das Substrat über den Gelenkstützpfeilern 408 aufgesponnen wird. Die Gelenkabstandshalterschicht 410 ist typischerweise ungefähr 1,0 mm dick und besteht wie die anderen Photoresistschichten, die in diesem Prozeß verwendet werden, typischerweise aus einem Positivphotoresist. Wie in der Fig. 4D dargestellt, weist die Gelenkabstandshalterschicht 410 einen Höcker 412 über jedem Pfeiler 408 auf. Die Höcker 412 entstehen durch den Prozeß des Aufspinnens des Photoresists und sind nicht erwünscht. Wenn weniger Photoresist zur Bildung der Gelenkabstandshalterschicht 410 verwendet wird, lassen sich die Höcker vermeiden, es können jedoch merkliche Wellen in der Oberfläche des Photoresists entstehen, die durch den "Schatten" des Pfeilers verursacht werden, wenn das Photoresist um den Pfeiler fließt. Die Viskosität des Photoresists, die eine Funktion der Temperatur ist, die Spingeschwindigkeit des Substratwafers 400 und die Dicke der Abstandshalterschicht beeinflussen die Oberfläche der fertigen Schicht. Unter bestimmten Bedingungen kann es von Vorteil sein, mehrere dünne Schichten anstelle einer dicken Schicht abzuscheiden. Die ideale Abstandshalterschicht wäre völlig planar und würde sich von dem Substratwafer 400 zu dem oberen Teil des Pfeilers 408 erstrecken, wobei eine nahezu perfekte planare Oberfläche übriggelassen werden würde, auf der die weitere Herstellung der Vorrichtung erfolgen kann.
Die Höcker 412, die über jedem Pfeiler 408 gebildet wurden, können in einem in den Fig. 4E und 4F dargestellten aus zwei Schritten bestehenden Prozeß entfernt werden. Zunächst wird die Gelenkabstandshalterschicht strukturiert und entwickelt, um eine Übergröße aufweisende Löcher 414 durch die Abstandshalterschicht um jeden Pfeiler 408 zu erzeugen. Dieser Schritt entfernt das Abstandshaltermaterial, das den Höcker 412 auf jedem der Pfeiler 408 bildete. Die Gelenkabstandshalterschicht 410 wird dann belichtet, um ihren Fließwiderstand zu vermindern und aufgeschmolzen, typischerweise durch Backen auf einer Heizplatte, um den Zwischenraum 416 um jeden Pfeiler 408 aufzufüllen. Typischerweise liegt die Oberfläche der Abstandshalterschicht 410 vor dem Aufschmelzprozeß über der Oberfläche der Pfeiler 408. Wenn die Größe der Übergröße aufweisenden Löcher 414 in geeigneter Weise gewählt wird, fließt das Material über den Pfeiler 408 in den Raum 416 um jeden Pfeiler 408 und die Höhe des aufgeschmolzenen Materials entspricht der Höhe der Pfeiler. Neben dem Auffüllen des Raumes 416 um die Pfeiler verbessert der Aufschmelzprozeß darüber hinaus die Planarisierung der Abstandshalterschicht 410 und verdichtet das Abstandshaltermaterial.
Die Planarisierung der Gelenkabstandshalterschicht 410 ist wichtig, um eine konsistente Gelenkstabilität und -integrität sicherzustellen. Darüber hinaus pflanzen sich nicht planare Merkmale auf einer Vorrichtungsschicht durch den Herstellungsprozeß fort und beeinträchtigen auch nachfolgende Schichten. Die Erhöhung der Dichte des Abstandshalterschichtmaterials weist den Prozeßvorteil auf, daß der Widerstand der Schicht gegenüber späteren Ätzschritten verbessert wird. Nach dem Aufschmelzen wird die Gelenkabstandshalterschicht 410 typischerweise einer Härtung mit harter UV-Strahlung bis auf eine Temperatur von ungefähr 200ºC unterzogen, um das Schmelzen und Auf treten von Blasen während nachfolgender Prozeßschritte zu verhindern.
Die Gelenkschicht 418, dargestellt in der Fig. 4G, wird typischerweise durch Sputterabscheidung einer dünnen Aluminiumlegierung auf der Gelenkabstandsschicht 410 gebildet. Die Gelenkschicht 418 ist typischerweise 600 Angström dick und besteht aus 0,2% Ti, 1% Si und dem Rest Aluminium. Gemäß dem durch das US-Patent 5,061,049 gelehrten Herstellungsprozeß mit verborgenem Gelenk wird typischerweise durch Plasmaabscheidung eine Oxidschicht über der Gelenkschicht 418 abgeschieden und in der Form der Torsionsgelenke strukturiert, um die Oxidätzstopper 420 zu bilden.
Eine zweite Stufe aus Pfeilern wird über der Gelenkmetallschicht 418 gebildet, um den Spiegelstützpfeiler zu bilden. Der Spiegelstützpfeiler wird durch den gleichen Prozeß hergestellt, der verwendet wurde, um die Gelenk- und Adreßelektrodenstützpfeiler herzustellen. Eine zweite Schicht aus Pfeilermaterial wird auf dem Substratwafer abgeschieden und strukturiert, um Teile aus Pfeilermaterial 422 übrigzulassen, wie es in der Fig. 4H dargestellt ist. Die zweite Schicht aus Pfeilermaterial ist typischerweise eine 2,2 mm dicke Photoresistschicht, die durch harte UV-Strahlung auf 180ºC gehärtet wurde, um das Schmelzen und die Blasenbildung während der nachfolgenden Verarbeitungsschritte zu vermeiden. Es tritt keine Verschlechterung der Gelenkabstandshalterschicht 410 oder des Gelenkstützpfeilermaterials 404 auf, da die ersten zwei Photoresistschichten auf höhereren Temperaturen (200º und 220ºC) gehärtet wurden.
Als nächstes, dargestellt in der Fig. 41, wird eine dicke Schicht aus Elektrodenmetal 424 über der ersten Gelenkmetallschicht 418 und den übriggebliebenen Teilen der zweiten Schicht aus Pfeilermaterial 422 abgeschieden. Die typischerweise 3750 Angström dicke Elektrodenmetallschicht 424 wird durch Sputterverfahren aufgebracht, um den Spiegelstützpfeiler, die Gelenkkappe und die Adreßelektroden zu erzeugen. Obwohl das in der Fig. 41 nicht dargestellt ist, ist die Elektrodenmetallschicht 424 viel dicker als die Gelenkmetallschicht 418. Während die Elektroden abgeschieden werden, ist das Pfeilermaterial 422 durch das Elektrodenmetall eingekapselt, das den Spiegelstützpfeiler 426 bildet, der aus dem Pfeilermaterial 422 und einer Verkleidung aus Elektrodenmetall 424 besteht. Nachdem das Elektrodenmetall 424 abgeschieden wurde, wird eine Oxidschicht abgeschieden und strukturiert, wie es in der Fig. 4J dargestellt ist, um einen Spiegelstützpfeiler-Ätzstopper 428, einen Gelenkkappen-Ätzstopper 430 und einen Adreßelektroden-Ätzstopper (nicht dargestellt) zu bilden. Der Spiegelstützpfeiler-Ätzstopper 428 wird strukturiert, um den Spiegelstützpfeiler und das Gelenkjoch vor dem nachfolgenden Ätzschritt zu schützen.
Nach dem Strukturieren der Ätzstopper werden sowohl die Elektrodenmetallschicht 424 als auch die Gelenkmetallschicht 418 geätzt, wobei nur die Teile der Metallschichten zurückgelassen werden, die durch Ätzstopper geschützt waren, wie es in der Fig. 4K dargestellt ist. Die Ätzstopper werden dann abgelöst, wie es in der Fig. 4L dargestellt ist.
Es wird dann eine, zweite Photoresistabstandshalterschicht, die als Spiegelabstandshalterschicht 432 bezeichnet wird, auf den Wafer aufgesponnen, siehe die Fig. 4M, und strukturiert mit Übergröße aufweisenden Löchern 434, wie es in der Fig. 4N dargestellt ist, um die Photoresisthöcker 436 zu entfernen und den Spiegelstütztpfeiler 426 freizulegen. Der Abstandshalter wird dann gebacken, bis er planarisiert ist, wie es in der Fig. 40 dargestellt ist. Auch hier wird während des Aufschmelzens der Abstandshalterschicht 432 diese dichter und füllt die Löcher 434 um den Spiegelstützpfeiler 426, bedeckt jedoch nicht den oberen Teil des Pfeilers 426.
Eine Spiegelmetallschicht 438 wird auf der zweiten Abstandshalterschicht 432 und dem oberen Teil des Stützpfeilers 426 abgeschieden. Die Spiegelmetallschicht wird typischerweise in einer Dicke von 4250 Angström aufgesputtert. Eine weitere Oxidschicht wird durch Plasmaabscheidung aufgebracht und strukturiert, um einen Spiegelätzstopper 440 zu bilden, wie es in der Fig. 4Q dargestellt ist. Die Spiegelmetallschicht 438 wird dann einer Plasmaätzung unterzogen, um den Spiegel 442 zu bilden, wie das in der Fig. 4R dargestellt ist.
Die Verarbeitung auf Waferebene ist nun abgeschlossen. Die Vorrichtung muß noch einer Unterätzung unterzogen werden, durch die die übriggebliebenen Spiegelabstandshalter 432 und die Gelenkabstandshalterschichten 410 entfernt werden und der Spiegeloxidätzstopper 440 von dem Spiegel 442 abgelöst wird. Da die Spiegel 442 nach der Entfernung der Spiegelabstandshalterschicht 232 sehr brüchig sind, werden die Vorrichtungen typischerweise vor dem Unterätzen der Vorrichtungen zersägt. Diese Beschränkung resultiert jedoch nicht aus dem offenbarten Prozeß, sondern ist eine Einschränkung, die auch bei bestehenden Verfahren der Waferzertrennung auftritt. Wenn Waferzerteilungsverfahren verfügbar sind, die keine zerstörenden Sägeteilchen erzeugen oder zerstörenden Reinigungsschritte erfordern, können die Prozeßschritte so umgeordnet werden, daß die Vorrichtungen vollendet werden, bevor der Wafer zerteilt wird.
Der Spiegelätzstopper 440 wird an seinem Platz während der Waferzerteilung gelassen, um die Spiegeloberfläche zu schützen. Die Wafer werden mit PMMA (Polymethylmethacrylat) beschichtet, in Chipmatrizen zersägt und einer Impulsaufspinnreinigung mit Chlorbenzol unterzogen. Nach der Waferzerteilung werden die Chips in eine Plasmaätzkammer gesetzt, in der der Spiegelätzstopper 440 und die beiden Abstandshalterschichten 432 und 410 vollständig entfernt werden, wodurch Luftspalte 444 und 446 unter den Gelenken und den Spiegeln freigelassen werden, wie es in der Fig. 4S dargestellt ist. Es ist möglich, daß Teile der Abstandshalterschichten 432 und 410 zurückgelassen werden, solange ein ausreichender Luftspalt vorhanden ist, der es dem Gelenk ermöglicht, sich zu verbiegen, und der es dem Spiegel ermöglicht, ausgelenkt zu werden.
Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des eingekapselten Pfeilermaterials nahezu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumpfeilerverkleidung entspricht, kann das eingekapselte Materi al in den Stützpfeilern gelassen werden. Wenn die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des eingekapselten Materials und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumpfeilerverkleidung zu groß ist, kann der Stützpfeiler brechen, wenn er hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird. Um eine Beschädigung des Stützpfeilers durch eine Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verhindern, kann ein Loch entweder in die Elektrode oder die Gelenkmetallschichten strukturiert werden, so daß eingekapseltes Material durch Plasmaätzung entfernt werden kann.
Obwohl der RISP-Prozeß bis hierher nur anhand einer DMD mit verborgenem Gelenk erläutert worden ist, können viele andere Vorrichtungen diesen Prozeß verwenden. Eine herkömmliche DMD 600 mit Torsionsbalken, die in der Fig. 6 dargestellt ist, besteht aus einem Spiegel 604, der durch zwei Torsionsgelenke 606 über Adreßelektroden 608 getragen wird, die auf einem Halbleitersubstrat 610 hergestellt wurden. Der RISP-Prozeß kann verwendet werden, um die Gelenkstützpfeiler 602 zu bilden, die die Gelenke 606 frei von dem Substrat 610 tragen. Andere mikromechanische Vorrichtungen wie Beschleunigungsmesser, Durchflußsensoren, Temperatursensoren und Motoren können ebenfalls den RISP-Prozeß verwenden. Der offenbarte RISP-Prozeß besitzt mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Prozessen, die verwendet wurden, um Abstandshalterdurchgänge herzustellen. Wie vorher erläutert, erzeugt der Aufschmelzprozeß eine gute Planarisierung der darunterliegenden Elektrodentopographie und erzeugt darüber hinaus eine Abstandshalteroberfläche, die dichter und chemisch weniger reaktiv ist als dieses im Stand der Technik der Fall war. Diese Eigenschaften ermöglichen für den Abstandshalter eine bessere Resistdurchdringung durch die Aluminiumätzabfallprodukte während des Spiegelätzprozesses, wodurch die Ätzrückstände an der Oberfläche des Abstandshalters vermindert werden. Diese Ätzrückstände können zu einem dünnen Oberflächenfilm, oder zu einem Netz führen, was eine Brücke zwischen mechanischen Elementen, z. B. den Spiegeln 102 oder den Gelenkjochen 118, bilden kann, wodurch die Bewegung der Spiegel 102 und der Gelenkjoche 118 verhindert wird. Da es nur minimale Ätzrückstände gibt, ist keine HF-Dampfreinigung erforderlich.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird zu erkennen sein, daß die Erfindung ohne die Bildung einer Abstandshalterschicht oder ohne das Aufschmelzen dieser Abstandshalterschicht ausgeführt werden kann.
Obwohl bis hierher eine spezielle Ausführungsform für einen Stützpfeiler und ein Verfahren beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, daß diese speziellen Bezugnahmen als Einschränkungen auf den Schutzbereich der Erfindung anzusehen sind, außer insoweit sich dieser aus den nachfolgenden Ansprüchen ergibt. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß sich weitere Modifikationen nun von selbst für Fachleute auf dem Gebiet ergeben, und es ist beabsichtigt, daß sämtliche solchen Modifikationen von dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche umfaßt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Stützpfeilers für eine Vorrichtung, bei dem

eine Schicht (402) aus Pfeilermaterial auf einem Substrat (400) abgeschieden wird;

ein Teil der Schicht (402) aus Pfeilermaterial entfernt wird, um einen Stützpfeiler (404, 422) zu definieren; und

eine Metallschicht (406, 424) über dem Stützpfeiler (404, 422) abgeschieden wird, wobei der Stützpfeiler (404, 422) von der Metallschicht (406, 424) umschlossen wird, um einen metallisierten Stützpfeiler (408, 426) zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pfeilermaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Photoresist, einem organischen Photoresist, Polysilizium, einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxynitrid besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem darüber hinaus das Pfeilermaterial als Photoresist vorgesehen wird und das Pfeilermaterial mit kurzwelliger UV-Strahlung gehärtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Abscheidens einer Metallschicht das Aufsputtern einer Metallschicht (406, 424) über dem Stützpfeiler (404, 422) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abscheiden eines Pfeilermaterials das Aufschleudern einer Schicht (402) organischen Photoresists umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem darüber hinaus

eine Abstandsschicht (410, 432) um den metallisierten Stützpfeiler (408, 426) herum abgeschieden wird; und

ein Teil der Abstandsschicht (410, 432) um den metallisierten Stützpfeiler (408, 426) herum und auf dem metallisierten Stützpfeiler (408, 426) entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem darüber hinaus die Abstandsschicht (410, 432) aus einem organischen Photoresist gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das Abscheiden einer Abstandsschicht das Aufschleudern einer Schicht (410, 432) organischen Photoresists umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem darüber hinaus die Abstandsschicht (410, 432) aufgeschmolzen wird, um jeglichen Zwischenraum zwischen der Abstandsschicht (410, 432) und dem metallisierten Stützpfeiler (408, 426) auszufüllen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Abscheidens einer Metallschicht das Aufsputtern einer Aluminiumlegierung über dem Stützpfeiler (404, 422) umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem der Schritt des Aufschmelzens das Erwärmen der Abstandsschicht (410, 432) umfaßt.

12. Verfahren zum Herstellen einer verformbaren Spiegelvorrichtung, bei dem

ein metallisierter Stützpfeiler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet wird;

eine Abstandsschicht auf dem Substrat abgeschieden wird;

ein Teil der Abstandsschicht oben von dem metallisierten Stützpfeiler entfernt wird;

wenigstens eine zusätzliche Metallschicht über der Abstandsschicht und dem metallisierten Stützpfeiler abgeschieden wird, wobei die wenigstens eine zusätzliche Metallschicht ein Gelenk und einen Spiegel bildet, der von dem Stützpfeiler herabhängend an dem Gelenk aufgehängt wird; und

Teile der Abstandsschicht entfernt werden, um einen Luftspalt unter dem Gelenk und dem Spiegel zu bilden.

13. Verfahren zum Herstellen einer Mikrospiegelvorrichtung, bei dem

ein erster metallisierter Stützpfeiler (408) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildet wird;

die erste Metallschicht (406) strukturiert wird, um Elektroden und den ersten metallisierten Stützpfeiler (408) zu bilden;

eine erste Abstandsschicht (410) auf dem Substrat (400) abgeschieden wird;

eine zweite Metallschicht (418) über der ersten Abstandsschicht (410) und dem ersten Stützpfeiler (408) abgeschieden wird, wobei die zweite Metallschicht (418) ein Gelenk bildet;

ein zweiter Stützpfeiler (426) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildet wird;

eine zweite Abstandsschicht (432) über der ersten Abstandsschicht (410) abgeschieden wird;

ein Teil der zweiten Abstandsschicht (432) oben von dem zweiten metallisierten Stützpfeiler (426) entfernt wird;

eine vierte Metallschicht (438) über der zweiten Abstandsschicht (432) abgeschieden wird, wobei die vierte Metallschicht (438) wenigstens einen Spiegel (442) bildet, der an dem zweiten Stützpfeiler (426) befestigt ist; und

die erste Abstandsschicht (410) und die zweite Abstandsschicht (432) entfernt werden, um einen Luftspalt (444, 446) unter dem Gelenk und dem Spiegel (442) zu bilden.

14. Mikrospiegelvorrichtung mit:

einem Substrat (610);

wenigstens einem Gelenkstützpfeiler (602) auf dem Substrat (610);

wenigstens einem Gelenk (606), das mit dem Gelenkstützpfeiler (602) verbunden ist; und

wenigstens einem Spiegelelement (604), das von dem wenigstens einen Gelenk (606) getragen wird;

dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkstützpfeiler (602) eine Metallumhüllung umfaßt, die über und um ein Pfeilermaterial herum abgeschieden ist.

15. Mikrospiegelvorrichtung nach Anspruch 14, bei der

der wenigstens eine Gelenkstützpfeiler ein erstes Pfeilermaterial in einer ersten Metallumhüllung umfaßt;

und die Vorrichtung darüber hinaus

wenigstens einen mit dem Gelenk verbundenen Spiegelstützpfeiler umfaßt, der aus einem zweiten Pfeilermaterial in einer zweiten Metallumhüllung besteht.

16. Mikromechanische Vorrichtung mit

einem Substrat (400) und einem Stützpfeiler, wobei der Stützpfeiler

ein von dem Substrat (400) getragenes Pfeilermaterial (404, 422) umfaßt, das in der Form des Stützpfeilers gebildet ist; und wobei die Vorrichtung durch

eine Metallumhüllung (406, 424) gekennzeichnet ist, die wenigstens teilweise durch das Substrat (400) getragen wird und über und um das Pfeilermaterial (404, 422) herum gebildet ist.