JP2004358654A - Ｍｅｍｓ素子およびｍｅｍｓ素子を形成する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
駆動回路を効率的に一体化させたＭＥＭＳ素子と、その製造方法を提供すること。
【解決手段】
ベース材料(210)と該ベース材料の第１の表面に形成された少なくとも１つの導電層(220)とを含む下部構造(200)を設けるステップと、下部構造の少なくとも１つの導電層の上に誘電体層(250)を形成するステップと、誘電体層の上に保護層を形成するステップと、保護層の上にＭＥＭＳ素子としての電気的コンタクトエリアを画定するステップと、電気的コンタクトエリア内に開口部(242)を保護層および誘電体層を通して下部構造の少なくとも１つの導電層まで形成するステップとを含む、ＭＥＭＳ素子の形成方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概してマイクロアクチュエータに関し、詳しくはマイクロミラー素子に関する。
微小電気機械システムすなわちＭＥＭＳ素子は、超小型電子回路に一体化された微細加工基板を含む。そのような素子は、たとえばマイクロセンサやマイクロアクチュエータを形成することができ、たとえば、電磁効果、電気ひずみ効果、熱電効果、圧電効果あるいはピエゾ抵抗効果に基づいて動作する。ＭＥＭＳ素子は、フォトリソグラフィ、気相成長およびエッチング等のようなマイクロエレクトロニクス技術を用いて、絶縁体または他の基板上に形成されている。
ＭＥＭＳ素子の一例として、マイクロミラー素子がある。マイクロミラー素子は、入射光を振幅変調および／または位相変調するための光変調器として動作する。マイクロミラー素子の１つの応用形態としては、表示装置に使用される場合がある。その場合、各マイクロミラー素子がディスプレイの１つのセルまたはピクセルを構成するように、多数のマイクロミラー素子がアレイとして配列される。従来のマイクロミラー素子は静電駆動式ミラーを備え、該ミラーはミラーの軸を中心にして回転するように支持される。従って、軸を中心にしたミラーの回転を利用して入射光を様々な方向へ差し向けることにより、入射光を変調することができる。マイクロミラー素子は、マイクロミラー素子を動作させるのに、駆動回路を使用する。
したがって、本発明の目的は、マイクロミラー素子の駆動回路をマイクロミラー素子に効果的に一体化させることである。
本発明の一態様は、ＭＥＭＳ素子を形成する方法を提供する。この方法は、ベース材料と、該ベース材料の第１の表面上に形成された少なくとも１つの導電層とを含む下部構造を設けるステップと、下部構造の少なくとも１つの導電層上に誘電体層を形成するステップと、誘電体層上に保護層を形成するステップと、保護層上にＭＥＭＳ素子としての電気的コンタクトエリアを画定するステップと、該電気的コンタクトエリア内に保護層および誘電体層を貫通して下部構造の少なくとも１つの導電層まで延びる開口部を形成するステップとを含む。
以下で説明する好ましい実施形態の詳細な説明では、本出願の一部を構成するとともに、本発明を実施することが可能な特定の実施形態を例として示した添付の図面を参照する。これに関して、「上」、「下」、「前」、「後」、「前方」、「後方」などの方向に関する用語が、説明中の図面（複数の場合もあり）の向きを参照するのに使用される。本発明の構成要素は多数の異なる向きに配置することができるため、方向に関する用語は、説明の目的で使用したものであり、限定の意図はまったくない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いたり、構造的および論理的変更を施したりすることもできると考えられる。従って、以下に記載する詳細な説明は限定する意味に解釈してはならず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
図１はマイクロミラー素子１０の一実施形態を示す。マイクロミラー素子１０は、電気−機械変換によって力を生成し、物体や要素の移動または駆動を行なうマイクロアクチュエータである。一実施形態では、以下で説明するように、複数のマイクロミラー素子１０を配置し、マイクロミラー素子のアレイを形成する。その場合、マイクロミラー素子のアレイを用いて表示装置が形成される。その場合、各マイクロミラー素子１０は入射光を変調するための光変調器を構成し、表示装置の１つのセルまたはピクセルとして働く。さらに、マイクロミラー素子１０はプロジェクタのような他の映像装置に用いることもでき、光学的なアドレス指定にも用いられる場合がある。
一実施形態において、マイクロミラー素子１０は基板２０と、プレート３０と、駆動要素４０とを含む。プレート３０の向きは、基板２０の表面２２に対して概ね平行に配置され、基板表面２２から離して配置し、表面２２との間に空洞５０を画定するのが好ましい。駆動要素４０は、基板２０の表面２２とプレート３０との間に配置される。その場合、駆動要素４０は空洞５０内に配置される。一実施形態において、駆動要素４０は、基板２０の表面２２から延在する支持体または支柱２４によって基板２０に対して支持される。
一実施形態では、駆動要素４０は、基板２０およびプレート３０に対して、第１の位置４７と第２の位置４８との間で移動するように駆動される。駆動要素４０は回転軸を中心にしてある角度だけ移動または傾斜することが好ましい。そのため、駆動要素４０の第１の位置４７は、基板２０に対して概ね水平かつ平行であるように図示され、駆動要素４０の第２の位置４８は、第１の位置４７に対してある角度に傾いた向きに図示されている。基板２０およびプレート３０に対する駆動要素４０の移動または駆動については、以下で詳細に説明する。
プレート３０は透明プレート３２にし、駆動要素４０は反射要素４２にすることが好ましい。一実施形態において、透明プレート３２はガラスプレートである。しかしながら、他の適当な平坦な半透明または透明の材料を用いることもできる。そのような材料の例としては、石英やプラスチックがある。
反射要素４２は反射面４４を有する。一実施形態において、反射要素４２は反射面４４を形成するのに適した反射性を有する均一な材料から形成される。そのような材料の例としては、ポリシリコンや、アルミニウムなどのような金属が挙げられる。他の実施形態において、反射要素４２は、ポリシリコンなどのようなベース材料と、反射面４４を形成するためにベース材料の上に堆積されたアルミニウムやチタン窒化物などのような反射性材料とから形成される。また、反射要素４２は、非導電性材料から形成することも、導電性材料から形成することもでき、導電性材料を含む場合もある。
図１の実施形態に示すように、マイクロミラー素子１０は、基板２０とは反対の透明プレート３２の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。光源は、たとえば周囲光および／または人工光などである。その場合、透明プレート３２上に入射した入力光１２は、透明プレート３２を通過して空洞５０に入り、反射要素４２の反射面４４によって出力光１４として反射される。その場合、出力光１４は空洞５０の中を通過し、透明プレート３２を通過して戻ってゆく。
出力光１４の方向は、反射要素４２の位置によって決定すなわち調節される。たとえば反射要素４２が第１の位置４７にある場合、出力光１４は第１の方向１４ａへ差し向けられる。しかしながら、反射要素４２が第２の位置４８にある場合、出力光１４は第２の方向ｂへ差し向けられる。このようにして、マイクロミラー素子１０は、入力光１２によって生成される出力光１４の方向を変調すなわち変化させる。このように、反射要素４２を用いて、光を光学映像装置の中へ、および／または光学映像装置から離れる方向へ、差し向けることができる。
一実施形態において、第１の位置４７は反射要素４２の中立位置であり、以下で説明するように、たとえば光が観察者や表示画面に対して反射されるという点で、マイクロミラー素子１０が「オン」状態であることを表す。したがって、第２の位置４８は反射要素４２の作動位置であり、たとえば光が観察者や表示画面に対して反射されないという点でマイクロミラー素子１０が「オフ」状態であることを表す。
一実施形態において、反射要素４２は、基板２０上に形成された電極６０に電気信号を印加することにより、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすことができる。一実施形態において、電極６０は、反射要素４２の端部すなわち縁部の付近において、基板２０の表面２２上に形成される。電極６０に電気信号を加えることにより、電極６０と反射要素４２との間に電界が生成され、それにより反射要素４２を第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすことができる。電極６０から電気信号を除去したとき、反射要素４２は、ある時間にわたって第２の位置４８を持続すなわち保持することが好ましい。その後、反射要素４２は、反射要素４２の復元力によって第１の位置４７に引き寄せられる。すなわち、戻る。
一実施形態では、支柱２４の中に、支柱２４の中を通って延びる導電性バイア２６を形成する。導電性バイア２６は反射要素４２に電気的に接続され、詳しくは、反射要素４２の導電性材料に電気的に接続される。その場合、電極６０および反射要素４２に電気信号を加えることにより、反射要素４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。詳しくは、電極６０にはある極性のエネルギーを供給し、反射要素４２の導電性材料には逆の極性のエネルギーを供給する。つまり、ある極性の電気信号を電極６０に加え、逆の極性の電気信号を反射要素４２に加えることにより、電極６０と反射要素４２との間に電界が生成され、それによって反射要素４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。
他の実施形態では、反射要素４２に電気信号を加えることにより、反射要素４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。詳しくは、この電気信号は、支柱２４を貫通する導電性バイア２６を通して、反射要素４２の導電性材料に加えられる。その場合、反射要素４２に電気信号を加えることにより電界が生成され、それによって反射要素４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。
マイクロミラー素子１０の駆動に関する更に他の実施形態は、たとえば２００２年４月３０日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された「Micro-Mirror Device」と題する米国特許出願第１０／１３６，７１９号に記載されている。
図２は反射要素４２の一実施形態を示す。反射要素１４２は反射面１４４を有し、概ね長方形の外側部分１８０と、概ね長方形の内側部分１８４とを有する。一実施形態において、反射面１４４は外側部分１８０と内側表面１８４の両方の上に形成される。外側部分１８０は、概ね長方形の開口部１８２を形成するように配置された４つの連続した表面部分１８１を有する。その場合、内側部分１８４は開口部１８２の中に配置される。内側部分１８４は、開口部１８２の中に対称的に配置するのが好ましい。
一実施形態において、内側部分１８４と外側部分１８０との間には、一対のヒンジ１８６が延在する。ヒンジ１８６は、内側部分１８４の向かい合った側部すなわち縁部から、それらに近接して対向する外側部分１８０の側部すなわち縁部まで延在する。外側部分１８０はヒンジ１８６により、対称軸に沿って支持されるのが好ましい。詳しくは、外側部分１８０は、その対向する縁部の中間を通って延在する軸を中心に支持される。その場合、ヒンジ１８６は、前述（図１）のように、反射要素１４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動くのを容易にする。詳しくは、ヒンジ１８６は、外側部分１８０が内側部分１８４に対して、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動くのを容易にする。
一実施形態において、ヒンジ１８６は、反射面１４４に対して概ね平行な向きの軸線１８９を有する捩れ部材１８８を備える。軸線１８９は、反射要素１４２の対称軸と同一直線上にあり、それと一致する。その場合、捩れ部材１８８は軸線１８９を中心にして捩れ、すなわち回転し、外側部分１８０が内側部分１８４に対して第１の位置４７と第２の位置４８との間で動くことを可能にする。
一実施形態において、反射要素１４２は、基板２０の表面２２から延在する支持体すなわち支柱２４により基板２０に対して支持される。詳しくは、支柱２４は反射要素１４２の内側部分１８４を支持し、反射要素１４２の外側部分１８０は内側部分１８４から延在するヒンジ１８６によって支持される。一実施形態において、支柱２４は、内側部分１８４を通って基板２０の導電層まで延在する導電性バイア２６によって形成される。
図３Ａ〜図３Ｈはマイクロミラー素子１０を形成する一実施形態を示す。一実施形態においてマイクロミラー素子１０は、図３Ａに示すように下部構造２００上に形成される。一実施形態において下部構造２００は、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）構造を含む。一実施形態においてＣＭＯＳ構造は、３段金属（３ＬＭ）ＣＭＯＳ回路を含む。その場合、下部構造２００は、ベース材料２１０と、ベース材料２１０の第１の表面２１２上に形成された複数の導電層２２０とを含む。詳しくは、下部構造２００は、ベース材料２１０の第１の表面２１２上に形成された第１の導電層２２２と、第２の導電層２２４と、第３の導電層２２６とを含む。一実施形態において導電層２２２、２２４、２２６は、たとえば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）および／またはアルミニウム（Ａｌ）を含む。
一実施形態において下部構造２００は、酸化物層２１４と、１以上のゲート２１６とを含む。酸化物層２１４はベース材料２１０の第１の表面２１２上に形成される。さらに、ゲート２１６もベース材料２１０の第１の表面２１２上に形成される。一実施形態において、下部構造２００のベース材料２１０はシリコンから形成され、酸化物層２１４は、たとえば、フィールド酸化膜（ＦＯＸ）を含む。さらに、ゲート２１６はポリシリコンから形成される。
一実施形態では、下部構造２００は誘電体層２１８を含む。誘電体層２１８は酸化物層２１４の上と、ベース材料２１０の第１の表面２１２の上とに形成される。その場合、誘電体層２１８上に下部構造２００の導電層２２２が形成される。さらに、下部構造２００の誘電体層２３４および２３６それぞれの上にも、下部構造２００の導電層２２４および２２６が形成される。一実施形態では、誘電体層２１８は、たとえばボロホスホシリケート（ＢＰＴＥＯＳ）を含み、誘電体層２３４および２３６は、たとえばテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を含む。導電層２２２、２２４および２２６は、たとえば堆積によって形成され、フォトリソグラフィおよびエッチングによってパターニングされる。
一実施形態において、導電層２２２は、誘電体層２１８を貫通して形成された導電性バイアによって１以上のゲート２１６に結合される。さらに、導電層２２２、２２４および２２６は、誘電体層２３４および２３６を貫通して形成された導電性バイアによって互いに結合される。一実施形態において、導電層２２６の導電性材料は、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２と、下部構造２００のアレイすなわち作動エリア２０４とを形成する。以下で説明するように、電気的コンタクトエリア２０２は、マイクロミラー素子１０のＣＭＯＳ回路に対して電気的接続を行なうべきエリアを画定し、作動エリア２０４は、マイクロミラー素子１０の駆動要素４０が形成されるエリアを画定する。図３Ａは下部構造２００の概略図であり、導電層２２０および導電層２２０間に形成される導電性バイアの実際の構造は、図示したものよりも複雑になる場合もあると考えられる。
一実施形態において、導電層２２６の導電性材料は、図３Ａおよび図４Ａに示すようにパターニングされ、マイクロミラー素子１０に電気的コンタクトパッド２４０が形成される。電気的コンタクトパッド２４０は、たとえば、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２に形成される。その場合、電気的コンタクトパッド２４０は、マイクロミラー素子１０のＣＭＯＳ回路に対して電気的接続を行なうための場所として働く。
図３Ｂの実施形態に示すように、下部構造２００上にマイクロミラー素子１０を形成するため、下部構造２００の導電層２２６の上に誘電体層２５０を形成する。さらに、誘電体層２５０の上に保護層２５２を形成する。一実施形態において、誘電体層２５０は、導電層２２６の上に誘電体材料を堆積することにより形成される。誘電体層２５０の誘電体材料は、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）やプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によって堆積される。一実施形態では、誘電体層２５０は、たとえばＴＥＯＳを含み、保護層２５２は、以下で説明するようなマイクロミラー素子１０を形成する後続の処理の際に使用されるエッチャントに耐え得る材料から形成される。
誘電体層２５０の誘電体材料を導電層２２６の上に堆積させた後、その誘電体材料を平坦化し、誘電体層２５０の概ね平坦な表面を形成する。一実施形態において、誘電体材料は、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理によって平坦化される。誘電体層２５０を平坦化した後、保護層２５２を形成するのが好ましい。
一実施形態において保護層２５２は、誘電体層２５０の上に誘電体材料を堆積させることにより形成される。保護層２５２の誘電体材料は、たとえばＣＶＤやＰＥＣＶＤによって堆積される。一実施形態において保護層２５２は、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を含む。一実施形態において、下部構造２００、誘電体層２５０および保護層２５２は、マイクロミラー素子１０の基板２０を形成する。その場合、保護層２５２が基板２０の表面２２を形成する（図１）。
次に、図３Ｃの実施形態に示すように、保護層２５２に対し、下部構造２００のアレイエリアすなわち作動エリア２０４と、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２とを画定する。一実施形態において、作動エリア２０４および電気的コンタクトエリア２０２は、保護層２５２の上に導電性材料２５４を堆積させ、その導電性材料２５４をパターニングおよびエッチングして、保護層２５２上に作動エリア２０４および電気的コンタクトエリア２０２を画定することにより形成される。一実施形態において、導電性材料２５４は、以下で説明するようなマイクロミラー素子１０を形成する後続の処理の際に使用されるエッチャントに耐え得る材料を含む。一実施形態において、導電性材料２５４は、たとえば窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。
一実施形態では、作動エリア２０４の導電性材料２５４をパターニングし、保護層２５２に対して導電性経路２５５を画定する。一実施形態において、導電性経路２５５は、保護層２５２および誘電体層２５０を貫通して形成された導電性バイアによって、下部構造２００の導電層２２６に結合される。一実施形態では、さらに導電性材料２５４をパターニングし、保護層２５２に対して、すなわち具体的には基板２０の表面２２に対して、上記のように電極６０を画定する。
一実施形態では、図３Ｃおよび図４Ｃに示すように電気的コンタクトエリア２０２の導電性材料２５４をパターニングし、保護層２５２に対し、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２の境界の輪郭を形成すなわち画定する。詳しくは、導電性材料２５４をパターニングして、電気的コンタクトエリア２０２の開口部２４２（図３Ｆ）を形成すべき場所の輪郭を形成する。開口部２４２は下部構造２００の導電層２２６まで形成され、詳しくは以下で説明するように電気的コンタクトパッド２４０まで形成される。
図３Ｄの実施形態に示すように、保護層２５２に対して下部構造２００の作動エリア２０４および電気的コンタクトエリア２０２を画定した後、犠牲層２５６を形成する。犠牲層２５６は、たとえば導電性材料２５４の上と、保護層２５２の上とに材料を堆積することによって形成される。以下で説明するように、犠牲層２５６は、マイクロミラー素子１０を形成する後続の処理の際に犠牲層２５６の材料が実質的に除去されるという点で、犠牲的である。
一実施形態において、犠牲層２５６の材料は誘電体材料を含む。犠牲層２５６の誘電体材料は、たとえばＣＶＤやＰＥＣＶＤによって堆積され、たとえばＴＥＯＳを含む。犠牲層２５６の誘電体材料は、たとえばリンまたホウ素をドープした酸化物を含む場合もある。
導電層２５４の上および保護層２５２の上に犠牲層２５６の材料を堆積させた後、その材料を平坦化し、犠牲層２５６の概ね平坦な表面を形成する。一実施形態において、材料の平坦化は、ＣＭＰ処理で行なわれる。犠牲層２５６を平坦化した後、駆動要素４０を形成する。
一実施形態において、駆動要素４０はマイクロミラー素子１０の反射要素４２を含む。その場合、反射要素４２は、１以上の材料からなる１以上の層を犠牲層２５６の上に堆積させ、その材料をパターニングして、反射要素４２を画定することにより形成される。反射要素の材料は、たとえばＣＶＤやＰＥＣＶＤによって堆積され、フォトリソグラフィおよびエッチングによってパターニングされる。一実施形態において、反射要素４２はシリコン（Ｓｉ）を含み、反射要素４２の反射面４４は、銀（Ａｇ）、クロム（ｃｒ）または他の適当な反射性材料によって形成される。
一実施形態において反射要素４２は、作動エリア２０４の導電性材料２５４に、すなわち具体的には導電性材料２５４の導電性経路２５５に結合される。反射要素４２は、犠牲層２５６を貫通して形成された導電性バイア２５８によって導電性材料２５４に結合される。一実施形態において導電性バイア２５８は、図１に図示し、上で説明したように、マイクロミラー素子１０の支柱２４および導電性バイア２６を形成する。さらに、上で説明したように、マイクロミラー素子１０はＭＥＭＳ素子の一例を表したものであり、反射要素４２はＭＥＭＳ素子の駆動要素を表している。
次に、図３Ｅに示すように、反射要素４２の上と、犠牲層２５６の上に、マスク層２６０を形成する。一実施形態において、マスク層２６０は堆積によって形成され、フォトリソグラフィによりパターニングされて、犠牲層２５６のあるエリアが露出される。その場合、マスク層２６０は、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２をエッチングして開口部２４２（図３Ｆ）を電気的コンタクトパッド２４０まで形成すべき場所を画定する。
電気的コンタクトエリア２０２の開口部２４２は、化学エッチングによって形成するのが好ましい。したがって、マスク層２６０は、開口部２４２をエッチングするのに使用されるエッチャントに耐え得る材料から形成される。マスク層２６０に適した材料の例としては、二酸化シリコン、窒化シリコンまたはフォトレジストが挙げられる。一実施形態においてこのエッチング処理は、たとえば、ＳＦ6、ＣＦ4またはＣ2Ｆ6を用いたプラズマ系フッ素化エッチング等のようなドライエッチングである。
一実施形態では、図３Ｅおよび図４Ｅに示したように、マスク層２６０はマスク開口部２６２を有し、該開口部を通して、電気的コンタクトエリア２０２の開口部２４２（図３Ｆ）をエッチングする。マスク開口部２６２は、下部構造２００の電気的コンタクトエリア２０２に保護層２５２上に設けられた導電性材料２５４の外側境界よりも小さく、その内側境界よりも大きいことが好ましい。したがって、電気的コンタクトパッド２４０までの開口部２４２のエッチングは、以下で説明するように、導電性材料２５４によって制御される。
図３Ｆの実施形態に示すように、開口部２４２は、犠牲層２５６を貫通し、導電性材料２５４によって画定された境界内の保護層２５２を貫通し、さらに誘電体層２５０を貫通して、下部構造２００の導電層２２６まで形成される。従って、マイクロミラー素子１０の電気的コンタクトパッドが露出される。
上記のように、開口部２４２は化学エッチングで形成される。開口部２４２をエッチングする際、電気的コンタクトエリア２０２に設けられた導電性材料２５４は、エッチストップとして働く。詳しくは、導電性材料２５４は保護層２５２の一部をマスクし、保護層２５２および誘電体層２５０のエッチングを選択的に制御すなわち阻止する。その場合、電気的コンタクトエリア２０２の導電性材料２５４は、そのエッチングを電気的コンタクトパッド２４０に一致するエリア内に制限する。マスク開口部２６２は、上記のように、電気的コンタクトエリア２０２に設けられた導電性材料２５４の外側境界よりも小さく、かつその内側境界よりも大きいので、導電性材料２５４の一部２５４ａが露出される。その場合、導電性材料２５４のその露出された部分２５４ａが、開口部２４２の周囲を画定する。
開口部２４２を形成した後、マスク層２６０を剥離すなわち除去する。そして、反射要素４２および犠牲層２５６が現れる。すなわち露出される。一実施形態において、マスク層２６０が酸化物から形成された場合、マスク層２６０は、たとえば化学エッチングによって除去される。他の実施形態において、マスク層２６０がフォトレジストから形成された場合、マスク層２６０は、たとえばレジストストリッパによって除去される。
次に、図３Ｇの実施形態に示すように、電気的コンタクトエリア２０２の開口部２４２を一時的に埋める。すなわち塞ぐ。開口部２４２を一時的に埋めるのは、マイクロミラー素子１０を形成する後続の処理の際に電気的コンタクトパッド２４０が開口部２４２を通して露出されるので、それを保護するためである。一実施形態において開口部２４２は、以下で説明するように、マイクロミラー素子１０を形成する後続の処理の際に使用されるエッチャントに耐え得る保護材料２６４で一時的に埋められる。一実施形態において、保護材料２６４は、たとえばフォトレジストを含む。
図３Ｈの実施形態に示すように、犠牲層２５６は実質的に除去される。その場合、犠牲層２５６の材料は、反射要素４２と保護層２５２との間から除去される。したがって、反射要素４２が自由になり、電極６０を含む導電性材料２５４が露出される。
犠牲層２５６は化学エッチング処理によって除去するのが好ましい。その場合、保護層２５２、導電性材料２５４および保護材料２６４はそれぞれ、犠牲層２５６の除去に使用される特定のエッチャントに耐え得るものを選択する。一実施形態において、犠牲層２５６を除去するためのこのエッチング処理は、ＢＯＥ（buffered oxide etch）のようなウエットエッチングである。
一実施形態において、図３Ｆを参照して先に説明したように導電性材料２５４の露出部分２５４ａが開口部２４２の周囲を画定する場合、エッチャントが開口部２４２内および電気的コンタクトパッド２４０に侵入するのを防止する付加的な縁部が実現される。詳しくは、保護材料２６４、および導電性材料２５４の露出部分２５４ａは、犠牲層２５６を除去するのに使用される特定のエッチャントに耐え得る、開口部２４２の周囲を取り巻く横方向の境界部を形成する。この境界部は、エッチングの際の境界部の破損速度に基づいて、エッチャントが開口部２４２に侵入するのを防止するのに十分な縁部が得られる長さにすることができる。
犠牲層２５６を実質的に除去した後、開口部２４２を埋める（すなわち塞ぐ）のに用いた保護材料２６４を除去する。その場合、マイクロミラー素子１０の電気的コンタクトパッド２４０が露出される。一実施形態において、保護材料２６４がフォトレジストを含む場合、その保護材料２６４は、たとえばレジストストリッパや、イソプロピルアルコールまたはアセトンのような溶媒によって除去される。
上記の説明はマイクロミラー素子１０の形成に関するものであるが、上記の処理は、多層ＭＥＭＳ素子を含む、他のＭＥＭＳ素子の形成にも適用できるものと考えられる。さらに、図３Ａ〜図３Ｈは本発明によるマイクロミラー素子の形成に関する一実施形態を示す概略図であり、マイクロミラー素子の層やバイアの実際の構成は、図示したものよりも複雑になる場合もあると考えられる。
一実施形態においてマイクロミラー素子１０は、図５に示すように表示装置５００に組み込まれる。表示装置５００は、光源５１０と、光源光学系５１２と、光プロセッサまたはコントローラ５１４と、投影光学系５１６とを含む。光プロセッサ５１４はアレイ状に配置された複数のマイクロミラー素子１０を有し、各マイクロミラー素子１０がディスプレイの１つのセルまたはピクセルを構成するようになっている。
一実施形態では、光プロセッサ５１４は、表示すべき画像を表す画像データ５１８を受信する。その場合に、光プロセッサ５１４は、その画像データ５１８に基づいて、マイクロミラー素子１０の駆動と、光源５１０から受光した光の変調とを制御する。その後、変調した光を観察者に、またはディスプレイ画面５２０上に投影する。
好ましい実施形態を説明するため、本明細書では好ましい実施形態を図示および説明しているが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、図示および説明した特定の実施形態に替えて、同じ目的を達成するように意図された多種多様な代替の、および／または同等の実施態様が用いられる場合もあることが分かるであろう。また、化学、機械、電気機械、電気およびコンピュータ分野の当業者であれば、本発明が極めて多様な実施形態で実施できるものであることも容易に分かるであろう。本特許出願は、本明細書で説明した好ましい実施形態のいかなる改変または変形をも含めることを意図している。従って、自明ではあるが、本発明は特許請求の範囲およびその均等によってしか限定されない。
マイクロミラー素子の一部の一実施形態を示す略断面図である。 マイクロミラー素子の一部の一実施形態を示す斜視図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子の形成の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子を形成する際の、図３Ａの電気的コンタクトエリアの一実施形態を示す図である。 本発明によりマイクロミラー素子を形成する際の、図３Ｃの電気的コンタクトエリアの一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子を形成する際の、図３Ｅの電気的コンタクトエリアの一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラー素子を含む表示装置の一実施形態を示すブロック図である。

Claims (20)

  1. ＭＥＭＳ素子を形成する方法であって、
    ベース材料(210)と、該ベース材料の第１の表面(212)に形成された少なくとも１つの導電層(220)とを含む下部構造(200)を設けることと、
    前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層の上に誘電体層(250)を形成することと、
    前記誘電体層の上に保護層(252)を形成することと、
    前記保護層の上にＭＥＭＳ素子としての電気的コンタクトエリア(202)を画定することと、
    前記電気的コンタクトエリア内に前記保護層および前記誘電体層を貫通して開口部(242)を前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層まで形成することと
    からなる方法。
  2. 前記下部構造が相補形金属酸化膜半導体構造を含む、請求項１の方法。
  3. 前記下部構造の前記ベース材料がシリコンを含み、前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層がアルミニウムを含む、請求項１の方法。
  4. 前記電気的コンタクトエリアを画定することは、前記保護層の上にエッチングに耐え得る材料(254)を堆積させることと、前記エッチングに耐え得る材料で前記電気的コンタクトエリアの境界を画定することとを含み、
    前記電気的コンタクトエリア内に前記開口部を形成することは、前記電気的コンタクトエリアの前記境界内を前記保護層および前記誘電体層を貫通して前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層までエッチングすることを含む、請求項１の方法。
  5. 前記保護層の上に導電性材料(254)を堆積させることと、前記導電性材料を前記保護層および前記誘電体層を貫通して前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層に結合させることとを含む、前記保護層の上に前記ＭＥＭＳ素子としての作動エリア(204)を画定することと
    をさらに含む、請求項４の方法。
  6. 前記導電性材料および前記保護層の上に犠牲層(256)を形成することと、
    前記犠牲層の上の前記作動エリア内に駆動要素(40)を形成することであって、前記駆動要素を前記犠牲層を貫通して前記作動エリアの前記導電性材料に結合することを含む、駆動要素を形成することと
    をさらに含む、請求項５の方法。
  7. 前記作動エリア内において前記保護層の上に少なくとも１つの電極(60)を形成することをさらに含み、
    前記駆動要素は、前記少なくとも１つの電極に対する電気信号の印加に応答して動くように構成される、請求項６の方法。
  8. 前記駆動要素および前記犠牲層上にマスク層(260)を形成することであって、前記電気的コンタクトエリア内において該マスク層にマスク開口部(262)を画定することを含む、マスク層を形成することをさらに含み、
    前記電気的コンタクトエリア内に前記開口部を形成することは、前記開口部を前記マスク層の前記マスク開口部と前記犠牲層とを貫通して前記電気的コンタクトエリアの前記境界まで形成することを含む、請求項６の方法。
  9. 前記マスク層を除去することと、
    前記電気的コンタクトエリア内の前記開口部を保護材料(264)で一時的に埋めることと、
    前記駆動要素と前記保護層との間の前記犠牲層を実質的に除去することであって、前記犠牲層をエッチングすることを含む、犠牲層を実質的に除去することと
    をさらに含む、請求項８の方法。
  10. ベース材料(210)と、該ベース材料の第１の表面(212)に形成された少なくとも１つの導電層(220)とを含む下部構造(200)と、
    前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層の上に形成された誘電体層(250)と、
    該誘電体層の上に形成された保護層(252)と、
    該保護層の上に延在する駆動要素(40)と、
    前記保護層および前記誘電体層を貫通して前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層まで形成された開口部(242)を含む電気的コンタクトエリア(202)と
    からなるＭＥＭＳ素子。
  11. 前記保護層の上に形成された導電性経路(255)をさらに含み、
    該導電性経路が前記駆動要素に結合され、かつ前記保護層および前記誘電体層を貫通して前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層に結合される、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
  12. 前記保護層の上に形成された少なくとも１つの電極(60)をさらに含み、
    前記駆動要素は、前記少なくとも１つの電極に対する電気信号の印加に応答して動くように構成される、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
  13. 前記電気的コンタクトエリアにおいて前記保護層の上に設けられたエッチングに耐え得る材料(254)をさらに含み、該エッチングに耐え得る材料が、前記電気的コンタクトエリアの前記開口部の境界を画定するとともに、前記開口部を形成するときに前記保護層の一部をマスクするように構成される、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
  14. 前記保護層の上に形成された犠牲層(256)をさらに含み、
    前記駆動要素が前記犠牲層の上に形成され、前記犠牲層は前記駆動要素が形成された後除去されるように構成される、請求項１３のＭＥＭＳ素子。
  15. 前記駆動要素および前記犠牲層の上に形成されたマスク層(260)であって、前記犠牲層の一部を露出させるマスク開口部(262)を含むマスク層をさらに含み、
    前記電気的コンタクトエリアの前記開口部は、前記マスク開口部および前記犠牲層を貫通して前記保護層の上に設けられた前記エッチングに耐え得る材料まで形成されるように構成され、
    前記マスク層は、前記電気的コンタクトエリアの前記開口部が形成された後除去されるように構成される、請求項１４のＭＥＭＳ素子。
  16. 前記電気的コンタクトエリアの前記開口部は第１のエッチング処理で形成されるように構成され、前記犠牲層は第２のエッチング処理で除去されるように構成される、請求項１５のＭＥＭＳ素子。
  17. 前記第１のエッチング処理がドライエッチングであり、前記第２のエッチング処理がウエットエッチングである、請求項１６のＭＥＭＳ素子。
  18. 前記下部構造が相補形金属酸化膜半導体構造を含む、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
  19. 前記下部構造の前記ベース材料がシリコンを含み、前記下部構造の前記少なくとも１つの導電層がアルミニウムを含む、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
  20. 前記ＭＥＭＳ素子がマイクロミラー素子を含み、前記駆動要素が反射要素(42)を含む、請求項１０のＭＥＭＳ素子。
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