JP2008514438A - 微小電気機械システムデバイス内の構造物の電気機械的挙動の制御 - Google Patents

微小電気機械システムデバイス内の構造物の電気機械的挙動の制御 Download PDF

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Abstract

【課題】微小電気機械システムデバイス内における構造物の電気機械的動作を制御すること。
【解決手段】
一実施形態においては、本発明は、微小電気機械システムデバイスを製造する方法を提供する。前記方法は、特徴的な電気機械的反応、及び特徴的な光学的反応を有する膜を具備する第１の層を製造することであって、前記特徴的な光学的反応は望ましく、前記特徴的な電気機械的反応は望ましくないことと、前記電気機械システムデバイスの起動中に蓄積される電荷を少なくとも減少させることによって前記特徴的な電気機械的反応を修正すること、とを具備する。

Description

本発明は、微小電気機械システムデバイスに関するものである。本発明は、より具体的には、微小電気機械システムデバイスにおける薄膜構造物及び前記薄膜構造物の電気機械的及び光学的反応に関するものである。
今日においては、微細加工技術を用いて非常に様々な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造することができる。これらのＭＥＭＳデバイスの例は、モーター、ポンプ、バルブ、スイッチ、センサー、画素、等を含む。
これらのＭＥＭＳデバイスは、光学、電気及び機械領域等の異なる領域における原理及び現象をしばしば利用する。前記原理及び現象は、マクロの世界において利用するのは困難に思われる一方で、前記現象が拡大されるミクロのＭＥＭＳデバイスの世界においては極めて有用である。例えば、マクロの世界においては弱すぎて利用できないと一般的にみなされている静電気力は、ミクロのＭＥＭＳデバイスの世界においては、これらのデバイスをしばしば高速で及び低消費電力で起動させる上では十分に強力である。
ＭＥＭＳデバイスにおいて用いられる材料は、一般的には、光学、電気、及び機械の領域における固有の性質、及び入力、例えば駆動電圧又は作動電圧、に対する特徴的な反応に基づいて選択される。
ＭＥＭＳデバイスの製造に対して影響を及ぼす１つの問題は、幾つかの事例においては、入力に対して非常に望ましい反応、例えば入射光に対する光学的反応、を有する材料は、入力に対して望ましくない反応、例えば作動電圧又は駆動電圧に対する電気機械的反応、を有する場合がある。前記望ましくない反応を克服するか少なくとも軽減するためには、しばしば多大な犠牲を払って新材料を発見又は開発しなければならない。
ＭＥＭＳデバイスを製造する上での他の問題は、特徴的な反応を考慮して選択された材料が特定の微細加工プロセス中に用いられる化学剤に起因して損傷するおそれがあることである。この問題は、入力に対する材料の特徴的反応を低下させる。
一実施形態においては、基板を有するＭＥＭＳデバイスが提供され、前記ＭＥＭＳデバイスは、前記基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成された誘電層と、前記誘電層上に形成された第１のエッチバリア層と、前記第１のエッチバリア層上に形成された第２のエッチバリア層と、前記第２のエッチバリアの上方に配置された空洞部と、前記空洞部の上方に配置された移動層と、を含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスが提供され、前記ＭＥＭＳデバイスは、電気信号を伝導するための伝導手段と、前記伝導手段を支持するための支持手段と、前記伝導手段を電気的に絶縁するための絶縁手段と、前記絶縁手段を保護するための第１の保護手段と、前記第１の保護手段を保護するための第２の保護手段と、可変の大きさを有する空洞部の範囲を定める手段と、を含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスを製造する方法が提供され、前記方法は、電極層を基板上に堆積することと、誘電層を前記電極層上に堆積することと、エッチストップ層を前記誘電層上に堆積することと、保護層を前記エッチストップ層上に堆積すること、とを含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスを製造する方法が提供され、前記方法は、電極層を基板上に堆積することと、第１の誘電層を前記電極層上に堆積することと、第２の誘電層を前記第１の誘電層上に堆積することと、第３の誘電層を前記第２の誘電層上に堆積することと、第１の犠牲層を前記第３の誘電層上に堆積することと、前記第１の犠牲層の一部分を除去するための予備エッチを行いそれによって前記第３の誘電層の少なくとも一部分を露出させることと、前記第１の犠牲層の残りの部分及び前記第３の誘電層の露出された部分の上に第２の犠牲層を堆積すること、とを含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスが提供され、前記ＭＥＭＳデバイスは、基板と、基板上に配置された電極層と、前記電極層上に配置された電荷トラップ層であって、正及び負の両電荷をトラップするように構成される電荷トラップ層と、前記電荷トラップ層上に配置された第１のエッチバリア層と、を含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスを製造する方法が提供され、前記方法は、電極層を基板上に堆積することと、電荷トラップ層を前記電極層上に堆積することであって、前記電荷トラップ層は正及び負の両電荷をトラップするように構成されることと、第１のエッチバリア層を前記電荷トラップ層上に堆積すること、とを含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスが提供され、前記ＭＥＭＳデバイスは、基板と、基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成された窒化珪素層と、前記窒化珪素上に形成された酸化アルミ層と、を含む。
他の実施形態においては、ＭＥＭＳデバイスが提供され、前記ＭＥＭＳデバイスは、電気信号を伝導するための伝導手段と、前記伝導手段を支持するための支持手段と、正及び負の両電荷をトラップするための手段と、前記電荷をトラップするための手段を保護するための手段と、を含む。
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス内の特定の構造又は層は、入射光の形での入力に対する光学的反応を理由に望ましいが、同時に、作動電圧又は駆動電圧の形での入力に対して望ましくない電気機械的反応を有することがある。本明細書においては、前記構造又は層の電気機械的反応を操作又は制御しそれによって望ましくない電気機械的反応を少なくとも低減させるための技術が説明される。
制限することなしに、ＭＥＭＳデバイスの一例として、図面の図１に示される干渉変調器（ＩＭＯＤ）デバイス１０について検討する。図１において、ＩＭＯＤデバイス１０は、本発明の諸側面を隠さないようにするために例示目的で大幅に簡略化されている。
ＩＭＯＤデバイス１０は、透明層１２と、エアギャップ１６によって透明層１２から間隔をあけて配置された反射層１４と、を含む。反射層１４は、柱１８において支持されており、透明層１２の方に静電気で移動させそれによってエアギャップ１６を閉じることができる。駆動機構２２に接続された電極２０は、反射層１４の静電移動を引き起こすために用いられる。図１は、駆動されていないすなわち移動させられていない状態の反射層１４を示し、図２は、駆動されたすなわち移動させられた状態の反射層１４を示す。反射層１４は、一般的には、透明層１２と接触させられたときに入射光に対して希望される光学的反応を生み出すことを目的として選択される。一ＩＭＯＤ設計においては、透明層１２はSiO2を具備することができる。電極２０及び透明層１２は、基板２４上に形成される。基板２４、電極２０、及びその上の透明層１２は、「薄膜スタック」と呼ばれる。
典型的には、反射型ディスプレイ内において画素を形成させるために複数のＩＭＯＤデバイス１０が大きなアレイの形で製造される。前記反射型ディスプレイ内においては、各ＩＭＯＤデバイス１０は、本質的に、駆動されていない状態時に特徴的な光学的反応をし、駆動状態時に特徴的な光学的反応をする画素を定義する。図１０Ａ乃至１０Ｈに関してより詳細に説明されるように、透明層１２及びエアギャップ１６の大きさは、反射型ディスプレイ内のＩＭＯＤが非駆動状態時に赤、青、又は緑の光を反射することができ、駆動状態時に光を吸収することができるような形で選択することが可能である。
反射型ディスプレイの動作中に情報を伝達するためにＩＭＯＤデバイス１０が高速で付勢及び消勢されることが理解されるであろう。付勢時には、ＩＭＯＤ１０デバイスの反射層１４が透明層１２の方に静電駆動され、ＩＭＯＤ１０消勢時には、反射層１４が非駆動状態に戻ることが許容される。反射層１４を駆動状態に維持するために、バイアス電圧が各ＩＭＯＤデバイス１０に印加される。
図面の図２において示されるように、ＩＭＯＤデバイスの反射層１４を静電駆動して駆動状態にするために要求される電圧であると定義される作動電圧Vactuationが、図面の図１において示されるように反射層１４が移動させられない状態に戻るときの電圧であると定義される解放電圧Vreleaseと等しい場合は、反射型ディスプレイ内の各々のＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４を駆動状態に維持するために反射型ディスプレイ内のすべてのＩＭＯＤ１０に印加することができる適切なバイアス電圧Vbiasを選択することが極めて困難になる。このように困難になる理由は、反射型ディスプレイ内の各ＩＭＯＤデバイス１０はわずかなばらつき、例えば層１２、１４、等の厚さのばらつきを有することがあり、その結果、各ＩＭＯＤデバイス１０に関する解放電圧Vreleaseが異なることになるためである。さらに、線路抵抗に起因して、各ＩＭＯＤ１０に印加された実際の電圧の変動がディスプレイ内における位置に基づいて発生する。この変動は、不可能ではないまでも、反射型ディスプレイ内の各々のＩＭＯＤ１０の反射層１４を駆動状態に維持するVbias値を選択するのを非常に困難にする。このことは、図面の図３を参照して説明され、図３は、透明層１２がSiO2を具備するＩＭＯＤ１０の反射層１４の観測されたヒステリシス挙動を示す。
図３において、SiO2の透明層を具備するＩＭＯＤ１０に関して、印加電圧（単位ボルト）をＸ軸とし、ボルトの単位で測定された光学的反応をＹ軸とする曲線３０が示される。図から明らかなように、反射層１４の作動は約１２．５ボルトで発生し、すなわち、Vactuationは１２．５ボルトに等しく、反射層１４は、印加電圧が１２．５ボルト未満に低下したときに非駆動状態に戻る、すなわちVreleaseは１２．５ボルトに等しい。このため、透明層がSiO2のみを具備するＩＭＯＤデバイス１０内の反射層１４は、ときどきヒステリシスを示さない可能性がある。従って、各々が透明層１２と図３のヒステリシス挙動を具備するＩＭＯＤデバイス１０を用いて反射型ディスプレイが製造される場合は、Vbiasに関する値を選択するのは不可能になる。例えば、１２．５ボルトのVbiasが選択された場合は、反射型ディスプレイのＩＭＯＤデバイス１０内における変動に起因して、これらのＩＭＯＤデバイス１０のうちの少なくとも一部に関しては、１２．５ボルトのVbiasはこれらのＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４を駆動状態に維持することができない。
反射型ディスプレイ内の各々ＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４を駆動状態に維持する上で十分なVbiasを選択するためには、反射型ディスプレイ内の各々ＩＭＯＤデバイス１０の各反射層１４が、VactuationとVreleaseの間におけるゼロ以外の差であると定義されるある程度のヒステリシスを示す必要がある。
本明細書における開示に鑑みて、各ＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４の電気機械的反応は、反射層１４の電気機械的性質及び透明層１２の電気的性質によって決まることが理解されるであろう。１つの特定のＩＭＯＤデバイス設計においては、透明層１２は、反射層１４が透明層１２と接触させられたときに希望される光学的反応を提供するSiO2を具備する。しかしながら、SiO2を具備する透明層１２は、反射層１４のヒステリシス挙動に影響を及ぼす一定の電気的特性又は性質を有する（SiO2は負の電荷トラップする）。従って、透明層１２は、反射層１４のヒステリシス挙動に影響を及ぼす駆動電圧又は作動電圧に対して希望される光学的反応を有するが望ましくない電気機械的反応を有する。
本発明の実施形態により、透明層１２の電気機械的挙動は、薄膜スタック内においてSiO2に代わるさらなる１つの又は複数の層を加えることによって変更される。このさらなる層は、反射層１４のヒステリシス挙動に対する透明層１２の影響を少なくても最小にするか又は補償する。
図４は、ヒステリシス曲線をシフトさせるか又は修正することによってデバイスの電気機械的反応を修正するために用いることができる典型的薄膜スタックを示す。具体的には、図４は、堆積、好ましいことにＣＶＤ、による基板３２及び電極３４上における複合層３５の形成を示す。複合層３５は下層３６を具備し、下層３６は、誘電材料であるモリブデン、珪素含有材料（珪素、窒化珪素、酸化珪素、等）、タングステン、チタン、又は好ましいことに酸化珪素であることができる。幾つかの実施形態においては、下層３６の一部分をのちのエッチングステップにおいて除去することができる。上層、すなわち「ストップ」層３８は、好ましいことにのちのエッチングステップに対する耐性が下層３６よりも高い材料であり、金属（チタン、アルミニウム、銀、クロム、等）又は誘電材料、好ましいことに酸化アルミ等の酸化金属、であることができる。酸化アルミは、直接堆積させること、又はアルミ層を堆積して酸化を後続させることによって堆積することができる。上層及び下層３８、３６は、同じ材料であることができるが、好ましいことに異なる材料である。いずれかの特定の複合層３５において、一部分３６、３８のうちの少なくとも１つは、移動電極１４への下方電極２０の短絡を回避するための電気的絶縁体である（図１及び２を参照）。ストップ層３８は、下層３６よりも薄く又は厚くすることができる。例えば、一実施形態においては、ストップ層３８は、約５０オングストローム乃至約５００オングストロームの範囲の厚さを有することができ、下層３６は、約５００オングストローム乃至約３０００オングストロームの範囲の厚さを有することがでる。ストップ層３８は、エッチストップとして機能し、エッチストップ３８の下方に配置された下層３６の除去又はその他の損傷を防止する。ストップ層３８は、除去（例えばエッチング）に対する耐性が下層３６よりも高い。図５に関してより詳細に説明されている特定の実施形態においては、ストップ層３８は酸化アルミであり、誘電層３８は酸化珪素である。
以下においてさらに詳細に説明されるさらなる実施形態においては、下層３６を所定のエッチプロセスから保護するのに適したストップ層３８自体が、前又は後続のエッチプロセスからの又は環境条件からの保護が必要になることがある。このような場合においては、有利なことに、図４において架空の形で破線で示されている第２の保護層３９の堆積を用いてストップ層３８を保護することができる。幾つかの実施形態においては、層３６及び３８を堆積することができ、ストップ層３８が誘電層３６を保護するエッチプロセスを用いることができる。これで、保護層３９をストップ層３８の上方に堆積することが可能であり、保護層３９は、後続するエッチングプロセスまたは環境条件からストップ層３８を保護することができる。代替実施形態においては、保護層３９は、エッチング前にストップ層３８上に堆積することができ、保護層３９が存在しなければストップ層３８に対して望ましくない影響を有することになる第１のエッチングプロセスからストップ層３８を保護することができる。次に、保護層３９は、後続のエッチプロセスによって除去することが可能であり、前記後続するエッチプロセス中にはストップ層３８が誘電層３６を保護する。典型的スタックにおいては、保護層３９はSiO2を具備し、ストップ層３８はAl2O3を具備し、下層３６はSiO2を具備する。「エッチストップ」、「保護」、及び「エッチバリア」という表現は、本明細書においては、エッチステップ等の少なくとも１つのプロセスステップ中に下方の材料が損傷しないように遮蔽する層について説明するために代わる代わる用いられる。
前述されるように、本発明の一実施形態においては、さらなる層は、既知の堆積技術に従って透明層１２上に堆積されたAl2O3を具備する。この結果、図面の図５に示された、基板４２と、電極４４と、SiO2反射層４６と、Al2O3層４８と、を具備する薄膜スタック４０が得られる。
図面の図６は、薄膜スタック４０を具備するＩＭＯＤデバイス１０に関するヒステリシス曲線５０を示す。ヒステリシス曲線３０（図３）と同じように、Ｘ軸は単位がボルトの印加電圧を示し、Ｙ軸は単位がボルトの光学的反応を示す。ヒステリシス曲線５０は、Vactuation（７．８ボルト）とVrelease（５．０ボルト）の間の差であると定義される２．８ボルトのヒステリシスウィンドウを示す。反射型ディスプレイ内の個々のＩＭＯＤ１０の各々がヒステリシス曲線５０に従ったヒステリシスを示す各々の反射層１４を有するときには、反射型ディスプレイ内の各々のＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４を駆動状態に維持する機能を有効に果たす５ボルト乃至７．８ボルトの値をVbiasに関して選択可能であることがわかるであろう。本発明の他の実施形態においては、薄膜スタックは、透明層１２の上方さらには下方においてAl2O3層を含めるようにさらに修正することができる。この実施形態は図面の図７に示されており、図７において、薄膜スタック６０は、基板６２と、電極６４と、第１のAl2O3層６６と、SiO2透明層６８と、第２のAl2O3層７０と、を含むことがわかるであろう。
図面の図８は、図面の図７に示される薄膜スタック６０を有するＩＭＯＤデバイス１０の反射層１４に関するヒステリシス曲線８０を示す。図からわかるように、今回のヒステリシスウィンドウのほうが大きい。すなわち、Vactuation（９ボルト）とVrelease（４．５ボルト）の間の差が４．５ボルトである。
しかしながら、高い電荷トラップ密度を有するその他の材料を用いることができ、これらの材料の一部は図５に関して上述されている。これらの材料は、Al2O3の非化学量論的な型であるAlOxと、窒化珪素（SiN4）と、その非化学量論的な型（SiNx）と、五酸化タンタル（Ta2O5）と、その非化学量論的な型（TaOx）と、を含む。これらの材料はすべて、SiO2よりも数桁分高い電荷トラップ密度を有しており、いずれか一方の極性の電荷をトラップする傾向がある。これらの材料は高い電荷トラップ密度を有するため、低い電荷トラップ密度を有していて負の電荷のみをトラップする親和性を有するSiO2と比較して、これらの材料内に電荷を入れること及びこれらの材料から電荷を取り出すことが相対的に容易である。
高い電荷トラップ密度を有するその他の材料例は、希土類酸化物（酸化ハフニウム）と、重合材料と、を含む。さらに、負又は正のいずれかの電荷をトラップするようにドーピングされた半導体材料を用いて、SiO2透明層１２の上方及びオプションで下方においてさらなる層を形成することが可能である。
これまでは、ＭＥＭＳデバイスの電気機械的挙動を操作する技術が説明されており、ＭＥＭＳデバイス内における電荷の蓄積は、高い電荷トラップ密度を有する電荷トラップ層を用いて制御される。しかしながら、本発明は、電荷トラップ密度にかかわらずＭＥＭＳデバイスの電気機械的挙動を変更又は制御するためにあらゆる電荷トラップ層を用いることを網羅することが理解されるべきである。当然のことであるが、高、底、又は中度のいずれの電荷トラップ密度であるかにかかわらず、電荷トラップ層の選択は、ＭＥＭＳデバイスに関してどのような電気機械的挙動を追求中であるかに依存する。
幾つかの実施形態においては、薄膜又は集合体の形で金属を組み入れることは、ＭＥＭＳデバイス内におけるホスト膜の電荷トラップ密度を操作するためのさらに他の機構を提供する。電荷トラップ特性を変えるために、空隙を作り出すことによって又は材料特性の変化又は周期性を作り出すことによってホスト膜を構造化することを用いることもできる。
図４及び５に関して上述されるように、本発明の他の実施形態により、ＩＭＯＤデバイス１０は、微細加工プロセスにおいて化学的エッチング液にされさられることに起因する損傷又は劣化から透明層１２を保護するために透明層１２上に堆積された化学的バリア層を含む。例えば、一実施形態においては、SiO2を具備する透明層１２は、エッチング液、例えばXeF2、に対する化学的バリアとして働くAl2O3を具備する上層によって保護される。前記実施形態においては、透明SiO2層１２がエッチング液から保護されているときには、SiO2内の非一様性が電気機械的挙動における付随する非一様性とともに除去され、それに起因して各ＩＭＯＤデバイス１０内の反射層１４がヒステリシスを示すことが判明している。
既述されるように、窒化珪素（化学量論的又は非化学量論的）は、電荷トラップ層として用いることができる。図９Ａは、窒化珪素を具備する誘電層１４６が電極１４４及び基板１４２の上方において形成される薄膜スタック１４０ａを示す。窒化珪素層１４６の上には、エッチングプロセス中に窒化珪素を保護するための酸化アルミのストップ層１４８が形成される。窒化珪素は高い電荷トラップ密度を有しており、正及び負の両電荷をトラップすることができるため、窒化珪素層１４６の使用は、薄膜スタック１４０の電気機械的性質に対して、すなわち、ヒステリシス曲線の幅に対して、酸化珪素層の使用とは異なる影響を与えることになる。
代替実施形態においては、図９Ａの薄膜スタック１４０ａは、エッチストップ層１４８の上方の保護層を含めるように修正することができる。図９Ｂは、この実施形態においては追加の窒化珪素層を具備する保護層すなわち第２のエッチバリア層１５０ａを含む薄膜スタック１４０ｂを示す。保護層１５０ａは、好ましいことに上述される第１のエッチストップ層１４８の堆積直後に堆積される。図９Ｃに示される他の実施形態においては、薄膜スタック１４０ｃは、酸化珪素を具備する保護層すなわち第２のエッチバリア層１５０ｂを含む。
保護層１５０ａ又は１５０ｂは、好ましいことに、犠牲材料を除去して空洞部を形成するために用いられるエッチングプロセスと同じエッチングプロセスによって除去される。代替として、犠牲材料は第１のエッチによって除去することができ、保護層１５０ａ又は１５０ｂは第２のエッチによって除去することができる。保護層、例えば層１５０ａ又は１５０ｂは、前述されるように酸化珪素又は窒化珪素を具備することができるが、代替実施形態においては、モリブデン、チタン、アモルファス珪素、又はその他の適切な材料を具備することもできる。幾つかの製造プロセスにおいては、保護層１５０ａ又は１５０ｂは、図１０Ａ乃至１０Ｈに関する以下の説明からより良く理解されるように、バルク犠牲層のパターン形成中に酸化アルミを保護する機能を果たすことができる。保護層１５０ａ、ｂは、好ましいことに犠牲材料と同時に除去されるため、保護層は、異なる組成を有する上方すなわちバルク犠牲材料の下方の下方すなわち薄犠牲材料であるとみなすことも可能である。
第１のすなわちパターン形成エッチは、バルク犠牲層（Ｍｏ、等）が保護層１５０ａ、ｂ（酸化珪素、窒化珪素、アモルファス珪素又はチタン、等）よりも有意に速い速度でエッチングされるように選択することができ、第２のすなわち解放エッチは、保護層１５０ａ、ｂが第１のエッチストップ層１４８よりも有意に速い速度でエッチングされるように選択することができる。さらに、保護層１５０ａ、ｂの一部分が第１のエッチストップ層１４８の上方に引き続き存在していてエッチング液へのエッチストップ層の露出が最小限である場合は、第１のエッチストップ層１４８（Al2O3、等）をさらに保護することができる。
図９Ｂ及び９Ｃの保護層１５０ａ、ｂによって提供される追加の保護層は、有利なことに、エッチング液に対するエッチストップ層１４８の露出及び異なるエッチプロセスに対するエッチストップ層１４８の露出量の変動の両方を最小に抑えることができる。多くの製造プロセス（例えば、以下の図１０Ａ乃至１０Ｈに関して説明される犠牲材料パターン形成プロセス）においては、保護層１５０ａ、ｂは、エッチストップ層１４８をエッチング液から遮蔽できることが理解されるであろう。これで、エッチストップ層１４８は、第２のエッチバリア層１５０ａ、ｂが部分的に又は完全に除去されているときの後続のエッチ中、例えば図１０Ｆ乃至１０Ｇに関して後述される解放エッチ中、に下方の誘電層１４６を保護することができる。
図７に関して説明されるように、追加の酸化アルミ層を誘電層１４６の下方に提供することができる。図９Ｄは該実施形態を示し、薄膜スタック１４０は、誘電層１４６の上方のエッチストップ層１４８に加えて、誘電層１４６の下方の酸化アルミ層１５２を含む。該配列は、ヒステリシス曲線を拡大させることによって、デバイスの電気機械的特性を修正することができる。図示されていないが、図９Ｄの配列における第１のエッチストップ層１４８の上に追加の第２のエッチバリア層すなわち保護層を提供可能であることも理解されるであろう。
図１０Ａ乃至１０Ｃは、解放されていないインターフェロメトリックモジュレータのアレイを製造するプロセスにおける初期ステップを示した横断面図である（インターフェロメトリックモジュレータを形成するために犠牲材料を除去することによる解放が、以下において図１０Ｆ乃至１０Ｈを参照しつつ説明される）。図１０Ａ乃至１０Ｈにおいて、３つのインターフェロメトリックモジュレータ２００（赤の副画素）、２１０（緑の副画素）及び２２０（青の副画素）のアレイの形成が例示され、インターフェロメトリックモジュレータ２００、２１０、２２０の各々は、最終的な構成を示す図１０Ｈにおいて示されるように、下方電極／ミラー２３４と上方金属ミラー層２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃとの間の距離が異なる。３つの（又はそれよりも多い）モジュレータ要素を用いて結果的に得られる画像内において各画素を形成することによってカラーディスプレイを形成することができる。各インターフェロメトリックモジュレータ空洞部（例えば、図１０Ｈにおける空洞部２７５、２８０、２８５）の寸法は、干渉の性質及び結果的に得られる色を決定する。カラー画素を形成する１つの方法は、各々が異なる大きさ、例えばこの実施形態において示される赤、緑及び青に対応する３つの異なる大きさ、の空洞部を有するインターフェロメトリックモジュレータアレイを構築することである。これらの空洞部の干渉性質は、それぞれの寸法に直接影響される。これらの可変の空洞部寸法を作り出すためには、後述されるように、結果的に得られる画素が３原色の各々に対応する光を反射するように複数の犠牲層を製造してパターンを形成することができる。その他の色の組合せも可能であり、さらには白及び黒の画素も使用可能である。
図１０Ａは、インジウムスズ酸化物電極層を透明基板２３１上に堆積し、次に第１のミラー層を前記インジウムスズ酸化物電極層上に堆積して下方電極層２３４と呼ばれる複合層を形成させることで電極／ミラー層２３４を作り出すことによって形成される上述の光学スタック（例えば、図９Ｂの光学スタック１４０ｂ）と類似する光学スタック２３５を示す。例示されている実施形態においては、第１のミラー層は、クロムを具備する。第１のミラー層を形成するために、その他の反射性金属、例えばモリブデン及びチタン、を使用することも可能である。図１０において、インジウムスズ酸化物電極層及び第１のミラー層は、単一の層２３４として示されているが、電極層２３４は、インジウムスズ酸化物電極層上に形成される第１のミラー層を具備することが理解されるであろう。前記複合構造は、本特許出願におけるその他の箇所における電極でも同様に使用することができる。透明基板２３１の表示面（ｖｅｉｗｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）２３１ａは、基板２３１において下方電極層２３４の反対側にある。ここで示されていないプロセスにおいて、下方電極層２３４は、ディスプレイの設計によって要求される電極カラム、ロー又はその他の有用な形状を形成するようにパターン形成及びエッチングされる。図１０Ａにおいて示されるように、光学スタック２３５は誘電層２３７も含み、誘電層２３７は、典型的には電極層２３５がパターン形成及びエッチングされた後に形成される下方電極層２３４上において、酸化珪素又は電荷トラップ層、例えば窒化珪素又は上記のその他の例、を具備することができる。さらに、光学スタック２３５は、誘電すなわち電荷トラップ層２３７上において第１のエッチバリア層２３６を含む。上記のように、第１のエッチ層２３６は、好ましいことに酸化アルミを具備する。保護すなわち第２のエッチストップバリア層２４４は、第１のエッチストップ層２３６上に堆積される。様々な実施形態においては、第２のエッチストップすなわちバリア層２４４は、酸化珪素、窒化珪素、モリブデン、チタン、又はアモルファス珪素を具備する。
図１０Ａは、（例示されている実施形態において）光学スタック２３５上（従って、第１及び第２のエッチバリア２３６、２４４、誘電層２３７、及び下方電極層２３４の上方）にモリブデンを堆積することによって形成される第１の画素犠牲層２４６ａを示す。その他の配列においては、犠牲材料は、例えばチタン又はアモルファス珪素であることができるが、いずれの場合においても、第２のエッチバリア層２４４と異なりさらに第２のエッチバリア層２４４に関して選択的にエッチング可能な材料が選択される。例示されている実施形態のモリブデンは、第１の画素犠牲層２４６ａを形成するようにエッチングされ、それによって、究極的には結果的に得られる緑と青のインターフェロメトリックモジュレータ２１０、２２０内に含められることになるストップ層２３６の対応する一部分に存在する第２のエッチバリアの一部分２４４ａを露出させる（図１０Ｈ）。第１の犠牲層２４６ａの厚さは（後述されるように後続して堆積される層の厚さとともに）、結果的に得られるインターフェロメトリックモジュレータ２００内の対応する空洞部２７５の大きさに影響を与える（図１０Ｈ）。第１の犠牲層２４６ａの一部分を除去するために用いられるエッチング液は、好ましいことに、第２のエッチバリア層２４４をエッチングしないようにするために、又は犠牲層２４６ａよりもはるかに低速でエッチングするようにするために選択される。従って、第２のエッチバリアの一部分２４４ａは露出されるが、好ましいことにこれらのエッチング液による影響を可能な限りにおいて受けない。典型的なエッチング液は、燐酸／酢酸／硝酸すなわち“ＰＡＮ”エッチング液であり、“ＰＡＮ”エッチング液は、第２のエッチバリア２４４の材料（例えば、酸化珪素、窒化珪素、チタン又はアモルファス珪素）に関して選択的にＭｏを除去する。
図１０Ｂ乃至１０Ｃは、第２のエッチバリア層２４４の露出部分２４４ａ上及び第１の画素犠牲層２４６ａ上における堆積、マスキング及びパターン形成による第２の画素犠牲層２４６ｂの形成を示す。第２の画素犠牲層２４６ｂは、好ましいことに第１の画素犠牲層２４６ａ（この実施形態においてはモリブデン）と同じ犠牲材料を具備する。従って、同じ選択的エッチ化学を採用することができる。第２の画素犠牲層２４６ｂは、最終的には結果的に得られる青のインターフェロメトリックモジュレータ２２０内に含められる第１のエッチバリア２３６の対応部分を覆う第２のエッチバリア２４４の一部分２４４ｂを露出させるために図１０Ｃに示されるようにパターン形成及びエッチングされる（図１０Ｈ）。
次に、図１０Ｄにおいて示されるように、ストップ層２３６の露出部分２３６ｂ上及び第２の画素犠牲層２４６ｂ上に第３の画素犠牲層２４６ｃが堆積される。第３の画素犠牲層２４６ｃは、その厚さが結果的に得られるインターフェロメトリックモジュレータ２００、２１０、２２０内の３つのすべての空洞部２７５、２８０、２８５の大きさに影響を与えるため、この実施形態においてはパターン形成及びエッチングする必要がない（図１０Ｈ）。３つの堆積された画素犠牲層２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃは、必ずしも同じ厚さを有さない。
図１０Ｅは、アルミ含有金属層を第３の画素犠牲層上に堆積することによる第２のミラー層２３８の形成を示す。例示されている実施形態においては、第２のミラー層２３８は電極としても機能する。上記の説明は、図１０に示される様々な層の製造のための幾つかの典型的な材料に言及しているが、例えば本特許出願の別の箇所において説明されるようにその他の材料も使用可能であることが理解されるであろう。
図１０Ｆは、製造プロセスの中間段階を示し、ミラー層２３８がエッチングされて上方ミラー部分２３８ａ、ｂ、ｃが形成され、さらに犠牲材料から成る追加層２４６ｄがミラー部分２３８ａ、ｂ、ｃの上方に堆積されている。従って、光学スタック２３５と上方ミラー部分２３８ａ、２３８ｂ、２８３ｃとの間及びその周囲には犠牲材料ポケット２３８ａ、ｂ、ｃ、ｄが存在する。これらのポケットは、支持柱２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄによって分離されている。図１０Ｇは、犠牲層２４６ａ、ｂ、ｃ、ｄを除去して空洞部２７５、２８０、２８５を形成し、それによって、ミラー層の一部分２３８ａ、ｂ、ｃの下方に存在する第２のエッチストップ層２４４を露出させることを示す。例示されている実施形態においては、モリブデン犠牲層２４６ａ、ｂ、ｃ、ｄを除去するためのエッチング液としてガス状又は蒸気状のXeF2が用いられる。XeF2は、F2及びHF等のフッ素含有ガス源としての働きをし、従ってF2又はHFは、好まれる犠牲材料に関するエッチング液としてXeF2の代わりに又は追加で用いることができる。
第２のエッチストップバリア層２４４の露出部分２４４及び犠牲層２４６ａ、ｂ、ｃ、ｄは、典型的には、解放エッチによって少なくとも部分的に除去される。例えば、非常に薄いSiO2エッチストップ層、例えば２４４、は、モリブデン犠牲層の除去に用いられるXeF2エッチング液によって除去することができる。窒化珪素、チタン、及びアモルファス珪素の場合も同様である。典型的には、図１０Ｈに示されるように、空洞部領域２７５、２８０、２８５内の第１のエッチバリア層２３６上から第２のエッチバリア層２４４がすべて除去される。図１０Ｈにおいてわかるように、前記空洞部外で、支持柱２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄの下方に配置された第２のエッチバリア層２４４は、エッチによって除去されていない。しかしながら、第２のエッチバリア２４４の一部は、解放エッチングプロセス（図示されていない）後に空洞部区域内にさえもとどまることができる。残存する第２のエッチバリア２４４は透明で非常に薄いため、デバイスの光学的性質には影響を及ぼさない。さらに、どのような残存する第２のエッチバリア２４４も、典型的には、犠牲材料の異なる厚さを除去中にエッチング液に時間差的に露出することに起因して均一でない厚さを有することになる。さらなる実施形態においては、第２のエッチバリア層２４４を除去するために第２のエッチング液が用いられる。
図１０Ｈと１０Ｅの比較は、空洞部２７５（図１０Ｈ）の大きさが３つの犠牲層２４６ａ、ｂ、ｃの厚さを結合させた厚さに対応することを示す。同様に、空洞部２８０の大きさは、２つの犠牲層２４６ｂ、ｃの厚さを結合させた厚さに対応し、空洞部２８５の大きさは、第３の犠牲層２４６ｃの厚さに対応する。従って、空洞部２７５、２８０、２８５の寸法は、３つの層２４６ａ、ｂ、ｃの厚さを様々に結合させた厚さに応じて変化し、その結果、３つの異なる色、例えば赤、緑及び青を表示することができるインターフェロメトリックモジュレータ２００、２１０、２２０のアレイが得られる。
上述されるように、第２のエッチバリア２４４の一部分は、バリア２４４のその他の部分よりも大量のエッチング液に露出される。この露出は、上述されておりさらに図１０Ａ乃至１０Ｅにおいて示されようにバルク犠牲層が繰り返し堆積及びエッチングされることに起因する。犠牲層２４６ａ及び２４６ｂのパターンエッチングにおいて用いられるエッチング液は、好ましいことに第２のエッチバリア層２４４への影響を可能な限り最小限にするような形で選択される一方で、前記エッチング液は、層２４４に対して幾つかの望ましくない影響を有する可能性がある。従って、図１０Ｇにおいて示されるプロセスにおいて、エッチングプロセスを通じてのバルク犠牲材料の除去直前の段階によって、第２のバリア層２４４は、エッチング液への露出の変動の結果として異なる位置ごとに様々な性質又は高さを有する場合がある。しかしながら、第２のバリア層２４４は薄くて透明であるか又は後続する解放エッチ中に空洞部から完全に除去されるため、これらの変動は、完成されたＭＥＭＳデバイスの光学的又は電気機械的挙動に対して最小限の影響しか及ぼさない。幾つかの実施形態においては完成されたＭＥＭＳデバイスの一部を形成することが意図されている第１のバリア層２３６は、第２のバリア層２４４によって提供される保護のため、典型的には選択性が高くAlO3を攻撃しない単一のエッチングプロセス（解放エッチ）のみにさらされ、このため層２３６の性質の変化を最小限に抑えることができる。
重要なことに、第１のエッチストップ層２３６は、解放エッチ中に下方に存在する誘電層（SiO2、等）又は電荷トラップ層（Si3N4、等）を保護する。解放エッチは、長時間の有害なエッチであり、その副生成物が拡散して空洞部２７５、２８０、２８５から出て行くのに長時間を要する。従って、光学スタック２３５内の下方の機能層は、好まれるAl2O3エッチストップ層２３６によって保護される。
図１１Ａ及び１１Ｂは、二酸化珪素誘電層が用いられさらにエッチストップ層上方に保護層が形成される薄膜スタックを示す。図１１Ａに関して、薄膜スタック１６０ａは、電極層１６４と基板１６２の上方に配置された酸化珪素誘電層１６６を含む。誘電層１６６の上方には、好ましいことに酸化アルミを具備するエッチストップ層１６８が配置される。第１のエッチストップ層１６８の上方には酸化珪素の保護層すなわち第２のエッチバリア層１７０ａが堆積される。他の実施形態においては、図１１Ｂに示されるように、薄膜スタック１６０ｂは、窒化珪素を具備する保護層すなわち第２のエッチバリア層１７０ｂを含む。
幾つかの実施形態においては、薄膜スタック１６０ａ、ｂ層の１つ以上の部分を選択的に除去することができる。さらなる実施形態においては、エッチストップ層の残りの部分の上方に保護層を備えて、図１１Ａ及び１１Ｂに関して説明されている薄膜構造と類似する薄膜構造が電極の少なくとも一部分に存在するようにすることができる。前記実施形態は、図１１Ｃに関して説明される。
図１１Ｃは、図１及び２のモジュレータ１０に類似する一対のインターフェロメトリックモジュレータ１７２を示し、薄膜スタック１６０ｃを含む。スタック１６０ｃは、パターン形成された電極層１６４と、エッチングされて誘電部分１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃが形成されている誘電層と、エッチングされてエッチストップ部分１６８ａ、１６８ｂ、及び１６８ｃが形成されているエッチストップ層と、を具備する。エッチストップ部分１６８ａ、ｂ、ｃの形成は、フォトマスク、エッチストップ層１６８の選択された部分を除去するための第１のエッチ、及びエッチストップ層１６８の除去によって露出されている誘電層１６６部分を除去するための後続のエッチを用いて行うことができる。移動可能な反射層１７４は、干渉空洞部１７８を形成する柱１７６によって支えられる。
例示されている実施形態においては、空洞部の一部分は誘電率材料を含むことができること、例えばオプションとして空洞部１７８の内壁の一部又は全体を誘電材料で塗布または被覆できることも当業者は理解するであろう。好ましいことに、この誘電材料は低誘電率材料である。例えば、エッチングして図１１Ｃに示されるインターフェロメトリックモジュレータを形成後は、最下部電極１６４の露出された最上面上に誘電材料層を形成させることができる。好ましいことに、前記誘電材料層は相対的に薄く、このため駆動状態及び非駆動状態の両状態中に最上部電極１７４と誘電材料との間にエアギャップが残る。空洞部１７８のうちで誘電材料を塗布することができるその他の内壁は、最上部電極１７４と、薄膜スタック１６０ｃとを含む。薄膜スタック１６０ｃが最上部誘電材料層を含む場合は、（図１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれの）スタック１６０ａ及び１６０ｂに類似する薄膜スタックが生成される。誘電率が低い材料が用いられる実施形態においては、好まれる材料は、多孔性の誘電材料（エアロゲル、等）及び修飾酸化珪素を含む。米国特許Ｎｏ．６，１７１，９４５及び６，６６０，６５６は、誘電率が低い材料について及びこれらの材料を製造する方法について説明している。好まれる低誘電率材料は、約３．３以下、より好ましいことに約３．０以下の誘電率を有する。
図９Ｄに関して説明されるように、追加の酸化アルミ層を誘電層の下方に備えることができる。図１１Ｄは、図９Ｄにおいて示される実施形態と類似の実施形態を示し、該実施形態においては、薄膜スタック１６０ｄは、誘電層上方のエッチストップ層１６８に加えて、酸化珪素誘電層１６６の下方に酸化アルミ層１７２を含む。前述されるように、この追加層を含めることは、例えばヒステリシス曲線を拡大させることによってデバイスの電気機械的特性を修正することができる。
図１０に関して説明されるように、電荷トラップ層の堆積は、好ましいことに電極層のパターン形成後に行われる。説明を単純化するため、本特許出願において示されて説明されるスタックの多くは、連続的な電極層を示す。しかしながら、これらの図は単なる概略図であって一定の比率ではないこと、及び特定の薄膜スタックのうちで電極上に配置されている部分を表すにすぎないことが理解されるであろう。パターン形成された電極を含む薄膜スタックの形成は、他の層（例えば、酸化珪素層又は電荷トラップ層、例えば窒化珪素）の一部分と基板との間に電極層が存在しない区域が存在することにもなる。
図１２Ａ及び１２Ｂは、ＭＥＭＳデバイス内の構造の電磁的挙動を制御するために電荷トラップ層が用いられる、前記ＭＥＭＳデバイス内における他の用途を示す。
図１２Ａに関して、参照数字９０は、一般的には、静電流体フローシステムの一部分を示す。静電流体フローシステムは、一般的にはＵ字形のチャネル９４が内部において形成される基板９２を含む。チャネル９４は、例えば化学的性質及び機械的性質に起因して選択される第１の材料の内部層９６を含み、例えば、前記材料は、耐摩耗性が特に高い材料であることができ、及びチャネル内での流体のフローに起因する劣化をほとんど示さない材料であることができる。チャネル９４は、以下においてさらに詳細に説明されるように、電荷トラップ性質を理由に選択される外層９８を含む。
静電流体フローシステム９０は、チャネル９４の流体内の荷電粒子を図面の図８ｂ内の矢印１０４によって示される方向に移動させるように選択的に付勢される対の電極１００及び１０２も含む。一実施形態においては、外層９８は、流体内の電荷をトラップしそれによってシステム１０１内での流体フローをより制御できるようにする。他の実施形態においては、外層９８は、ヒステリシス効果を除去又は軽減させるために電荷をトラップすることができる。
図面の図１３に関して、ＭＥＭＳデバイス内の構造の電気機械的挙動を変えるために電荷トラップ層を用いる他の用途が示される。図１３において、参照数字１２０は、一般的には、軸方向に整合されて固定子１２４から間隔をあけて配置された回転子１２２を具備するモーターを示す。図からわかるように、固定子１２４は基板１２６上において形成されて電極１２８を含み、電極１２８は、使用する際に駆動機構（図示されていない）によって付勢される。回転子１２２は、心軸１３２を有する高速の円筒部分を含む。回転子１２２は、耐摩耗性を含む機械的性質を考慮して選択できる材料であることができるが、例えば回転子１２２の回転を引き起こすために電極１２８が付勢されたときに入力に反応して望ましくない電気的性質を有する場合がある。これらの望ましくない電気的性質を補償するために、回転子１２２の電気機械的挙動を変えるための電荷トラップ層として有効に働く層１３４及び１３６が回転子１２２上に堆積される。
図１４Ａ及び１４Ｂは、表示デバイス２０４０の実施形態を示したシステムブロック図である。表示デバイス２０４０は、例えば携帯電話であることができる。しかしながら、表示デバイス２０４０の同じ構成要素又はそのわずかな変形は、テレビ及びポータブルメディアプレーヤー等の様々な型の表示デバイスであることが可能であることを示す。
表示デバイス２０４０は、ハウジング２０４１と、ディスプレイ２０３０と、アンテナ２０４３と、スピーカー２０４５と、入力装置２０４８と、マイク２０４６と、を含む。ハウジング２０４１は、一般的には、当業者によってよく知られている様々な製造プロセスのうちのいずれかから成形され、射出成形及び真空成形を含む。さらに、ハウジング２０４１は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、セラミック、又はその組合せを含むがこれらの材料に限定されない様々な材料のうちのいずれかから製造することができる。一実施形態においては、ハウジング２０４１は、異なる色のその他の除去可能部分、又は異なるロゴ、絵、又は記号を含むその他の除去可能部分と互換可能な除去可能部分（図示されていない）を含む。
典型的表示デバイス２０４０のディスプレイ２０３０は、本明細書において説明される双安定表示ディスプレイを含む様々なディスプレイのうちのいずれかであることができる。その他の実施形態においては、ディスプレイ２０３０は、当業者によく知られている、前述の薄型ディスプレイ、例えば、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、又はＴＦＴ ＬＣＤ、又は非薄型ディスプレイ、例えばＣＲＴ又はその他の受像管デバイスを含む。しかしながら、本実施形態について説明する目的上、ディスプレイ２０３０は、本明細書において説明されるインターフェロメトリックモジュレータディスプレイを含む。
典型的表示デバイス２０４０の一実施形態の構成要素は、図１４Ｂにおいて概略的に示されている。例示されている典型的表示デバイス２０４０はハウジング２０４１を含み、さらに前記ハウジング内に少なくとも部分的に入っている追加の構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態においては、典型的表示デバイス２０４０は、トランシーバ２０４７に結合されたアンテナ２０４３を含むネットワークインタフェース２０２７を含む。トランシーバ２０４７は、プロセッサ２０２１に接続され、プロセッサ２０２１はコンディショニングハードウェア２０５２に接続される。コンディショニングハードウェア２０５２は、信号をコンディショニングする（例えば信号をフィルタリングする）ように構成することができる。コンディショニングハードウェア２０５２は、スピーカー２０４５及びマイク２０４６に接続される。プロセッサ２０２１は、入力装置２０４８及びドライバコントローラ２０２９にも接続される。ドライバコントローラ２０２９は、フレームバッファ２０２８及びアレイドライバ２０２２に結合され、アレイドライバ２０２２は表示アレイ２０３０に結合される。電源２０５０は、典型的な表示デバイス２０４０の特定の設計によって要求されるすべての構成要素に対して電力を提供する。
ネットワークインタフェース２０２７はアンテナ２０４３及びトランシーバ２０４７を含み、このため、典型的表示デバイス２０４０は、ネットワークを通じて１つ以上のデバイスと通信することができる。一実施形態においては、ネットワークインタフェース２０２７は、プロセッサ２０２１の要求を軽減するための幾つかの処理能力を有することも可能である。アンテナ２０４３は、信号を送信及び受信するための、当業者に知られるいずれかのアンテナである。一実施形態においては、前記アンテナは、ＩＥＥＥ ８０２．１１（ａ）、（ｂ）、又は（ｇ）を含むＩＥＥＥ ８０２．１１基準に従ってＲＦ信号を送信及び受信する。他の実施形態においては、前記アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ(登録商標)基準に従ってＲＦ信号を送信及び受信する。携帯電話の場合は、前記アンテナは、無線携帯電話ネットワーク内において通信するために用いられるＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ又はその他の既知の信号を受信するように設計される。トランシーバ２０４７は、アンテナ２０４３から受け取られた信号がプロセッサ２０２１によって受け取られてさらに処理できるように前記信号を前処理する。トランシーバ２０４７は、プロセッサ２０２１から受け取られた信号を典型的な表示デバイス２０４０からアンテナ２０４３を介して送信できるように処理する。
代替実施形態においては、トランシーバ２０４７は、受信機に代えることができる。さらに他の実施形態においては、ネットワークインタフェース２０２７は、プロセッサ２０２１に送られる画像データを格納又は生成することができる画像ソースに代えることができる。例えば、前記画像ソースは、画像データを内蔵するデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又はハードディスクドライブ、又は画像データを生成するソフトウェアモジュールであることができる。
プロセッサ２０２１は、一般的には、典型的表示デバイス２０４０の全体的な動作を制御する。プロセッサ２０２１は、データ、例えば圧縮画像データ、をネットワークインタフェース２０２７又は画像ソースから受け取り、前記データを処理して生画像データにするか、又は簡単に処理して生画像データにすることができるフォーマットにする。次に、プロセッサ２０２１は、処理されたデータをドライバコントローラ２０２９に送るか又はフレームバッファ２０２８に送って保存する。生データは、典型的には、１つの画像内の各位置における画像の特徴を識別する情報である。例えば、画像に関するこれらの特徴は、色、飽和、及びグレースケールレベルを含むことができる。
一実施形態においては、プロセッサ２０２１は、典型的表示デバイス２０４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ、又は論理装置を含む。コンディショニングハードウェア２０５２は、一般的には、スピーカー２０４５に信号を送信するための及びマイク２０４６から信号を受信するための増幅器及びフィルタを含む。コンディショニングハードウェア２０５２は、典型的表示デバイス２０４０内の個別構成要素にすること、又は、プロセッサ２０２１又はその他の構成要素の中に組み入れることができる。
ドライバコントローラ２０２９は、プロセッサ２０２１によって生成された生の画像データを、プロセッサ２０２１から直接受け取るか又はフレームバッファ２０２８から受け取り、アレイドライバ２０２２に高速送信するのに適した再フォーマット化を前記生画像データに対して行う。具体的には、ドライバコントローラ２０２９は、生画像データを再フォーマット化し、ラスターに似たフォーマットを有するデータフローにする。このため、前記データフローは、表示アレイ２０３０全体を走査するのに適した時間的順序を有する。次に、ドライバコントローラ２０２９は、フォーマット化された情報をアレイドライバ２０２２に送る。ドライバコントローラ２０２９、例えばＬＣＤコントローラ、は、独立型集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２０２１と関連づけられることがしばしばあるが、これらのコントローラは、数多くの方法で実装することができる。これらのコントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ２０２１内に埋め込むこと、ソフトウェアとしてプロセッサ２０２１内に埋め込むこと、又は、アレイドライバ２０２２とともにハードウェア内に完全に組み込むことができる。
典型的には、アレイドライバ２０２２は、フォーマット化された情報をドライバコントローラ２０２９から受け取り、映像データを再フォーマット化して平行する一組の波形にする。これらの波形は、ディスプレイのｘ−ｙ画素マトリクスから来る何百ものそして時には何千ものリード線に対して１秒間に何回も加えられる。
一実施形態においては、ドライバコントローラ２０２９、アレイドライバ２０２２、及び表示アレイ２０３０は、本明細書において説明されるあらゆる型のディスプレイに関して適している。例えば、一実施形態においては、ドライバコントローラ２０２９は、従来のディスプレイコントローラ又は双安定表示ディスプレイコントローラ（インターフェロメトリックモジュレータコントローラ、等）である。他の実施形態においては、アレイドライバ２０２２は、従来のドライバ又は双安定表示ディスプレイドライバ（インターフェロメトリックモジュレータディスプレイ、等）である。一実施形態においては、ドライバコントローラ２０２９は、アレイドライバ２０２２と一体化されている。該実施形態は、携帯電話、腕時計、及びその他の小型ディスプレイ等のような高度に一体化されたシステムにおいて共通する実施形態である。さらに他の実施形態においては、ディスプレイアレイ２０３０は、典型的なディスプレイアレイ又は双安定表示ディスプレイアレイ（インターフェロメトリックモジュレータアレイを含むディスプレイ、等）である。
入力装置２０４８は、ユーザーが典型的表示デバイス２０４０の動作を制御するのを可能にする。一実施形態においては、入力装置２０４８は、キーパッド、例えばＱＷＥＲＴＹキーボード又は電話のキーパッドと、ボタンと、スイッチと、タッチ画面と、感圧膜と、感熱膜と、を含む。一実施形態においては、マイク２０４６は、典型的表示デバイス２０４０に関する入力装置である。データをデバイスに入力するためにマイク２０４６を使用時には、ユーザーは、典型的表示デバイス２０４０の動作を制御するための音声コマンドを提供することができる。
電源２０５０は、当業においてよく知られている様々なエネルギー貯蔵装置を含むことができる。例えば、一実施形態においては、電源２０５０は、充電可能な電池、例えば、ニッカド電池又はリチウムイオン電池、である。他の実施形態においては、電源２０５０は、再生可能なエネルギー源、コンデンサ、又はプラスチック太陽電池と太陽電池塗料を含む太陽電池である。他の実施形態においては、電源２０５０は、コンセントから電力を受け取るように構成される。
幾つかの実装においては、制御プログラマビリティは、上述されるように、電子ディスプレイシステム内の数カ所に配置することができるドライバコントローラ内に常駐する。幾つかの事例においては、制御プログラマビリティは、アレイドライバ２０２２内に常駐する。当業者は、上述される最適化はあらゆる数のハードウェア及び／又はソフトウエアコンポーネントにおいて及び様々なコンフィギュレーションで実装できることを認識するであろう。
本発明は、特定の典型的な実施形態を参照して説明されているが、特許請求の範囲において設定されている本発明のより広範な精神から逸脱せずにこれらの実施形態に対して様々な変更及び修正を行うことができることが明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、制限する意味ではなく例示する意味を有するとみなすべきである。
作動されていない状態にあるＭＥＭＳデバイスの概略的横断面を示した図である。 作動された状態にあるＭＥＭＳデバイスの概略的横断面を示した図である。 図１及び２のＭＥＭＳデバイスに関する作動電圧及び解放電圧を示した図である。 本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックを示した図である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックを示した図である。 図面の図５に示される薄膜スタックを含むＭＥＭＳデバイスに関するヒステリシス曲線を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの他の実施形態を示した図である。 図面の図７の薄膜スタックを含むＭＥＭＳデバイスに関するヒステリシス曲線を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 典型的なＭＥＭＳデバイス製造プロセスを示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの実施形態を示した図である。 本発明の実施形態による薄膜スタックを含む２つのインターフェロメトリックモジュレータの横断面を示した図である。 ＭＥＭＳデバイスに関する薄膜スタックの他の実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイス内の静電流体フローシステムのブロック図である。 動作原理を示した図８ａの流体フローシステムの概略的等角図である。 本発明によるＭＥＭＳデバイスの他の実施形態を概略的に示した図である。 複数のインターフェロメトリックモジュレータを具備するビジュアル表示デバイスの実施形態を示したシステムブロック図である。 複数のインターフェロメトリックモジュレータを具備するビジュアル表示デバイスの実施形態を示したシステムブロック図である。

Claims (89)

  1. 基板を有するＭＥＭＳデバイスであって、
    前記基板上に形成された電極層と、
    前記電極層上に形成された誘電層と、
    前記誘電層上に形成された第１のエッチバリア層と、
    前記第１のエッチバリア層上に形成された第２のエッチバリア層と、
    前記第２のエッチバリア層上方に配置された空洞部と、
    前記空洞部の上方に配置された移動層と、を具備するＭＥＭＳデバイス。
  2. 前記第２のエッチバリア層は、酸化珪素を具備する請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記誘電層は、酸化珪素を具備し、前記第１のエッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項２に記載のデバイス。
  4. 前記誘電層は、電荷トラップ層を具備する請求項２に記載のデバイス。
  5. 前記第２のエッチバリア層は、窒化珪素を具備する請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記誘電層は、酸化珪素を具備し、前記第１のエッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項５に記載のデバイス。
  7. 前記誘電層は、窒化珪素を具備し、前記第１のエッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項５に記載のデバイス。
  8. 前記第２のエッチバリア層は、チタンを具備する請求項１に記載のデバイス。
  9. 前記第２のエッチバリア層は、モリブデンを具備する請求項１に記載のデバイス。
  10. 前記第２のエッチバリア層は、アモルファス珪素を具備する請求項１に記載のデバイス。
  11. 前記第２のエッチバリア層は、前記第１のエッチバリア層の表面上において可変の厚さを有する請求項１に記載のデバイス。
  12. 前記第２のエッチバリア層は、前記第１のエッチバリア層の一部分のみを被覆する請求項１１に記載のデバイス。
  13. 前記電極層及び前記可動層のうちの少なくとも１つと電気的通信状態にあるプロセッサであって、画像データを処理するように構成されるプロセッサと、
    前記プロセッサと電気的通信状態にあるメモリと、をさらに具備する請求項１に記載のデバイス。
  14. 前記電極層及び前記可動層のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの信号を送るように構成されるドライバ回路をさらに具備する請求項１３に記載のデバイス。
  15. 前記画像データの少なくとも一部分を前記ドライバ回路に送るように構成されるコントローラをさらに具備する請求項１４に記載のデバイス。
  16. 前記画像データを前記プロセッサに送るように構成される画像ソースモジュールをさらに具備する請求項１３に記載のデバイス。
  17. 前記画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、及び送信機のうちの少なくとも１つを具備する請求項１６に記載のデバイス。
  18. 入力データを受け取るように及び前記入力データを前記プロセッサに伝達するように構成される入力装置をさらに具備する請求項１３に記載のデバイス。
  19. 請求項１に記載のデバイスを動作させる方法であって、第１の信号を前記電極層に印加し、第２の信号を前記可動層に印加して前記可動層を前記空洞部内で移動させることを具備する方法。
  20. 電気信号を伝導する伝導手段と、
    前記伝導手段を支持する支持手段と、
    前記伝導手段を電気的に絶縁する絶縁手段と、
    前記絶縁手段を保護する第１の保護手段と、
    前記第１の保護手段を保護する第２の保護手段と、
    可変の大きさを有する空洞部の範囲を定める範囲設定手段と、を具備するＭＥＭＳデバイス。
  21. 前記支持手段は、透明な基板を具備し、前記伝導手段は、前記透明な基板上に形成された電極層を具備し、前記範囲設定手段は、空洞部によって前記第１の保護手段から分離された可動層を具備する請求項２０に記載のデバイス。
  22. 前記絶縁手段は、前記伝導手段上に形成された誘電層を具備する請求項２０又は２１に記載のデバイス。
  23. 前記誘電層は、酸化珪素及び窒化珪素のうちの少なくとも１つを具備する請求項２２に記載のデバイス。
  24. 前記第１の保護手段は、前記絶縁手段上に形成された第１のエッチバリア層を具備する請求項２０、２１、又は２２に記載のデバイス。
  25. 前記エッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項２４に記載のデバイス。
  26. 前記第２の保護手段は、前記第１の保護手段上に形成された第２のエッチバリア層を具備する請求項２０、２１、２２、又は２４に記載のデバイス。
  27. 前記第２のエッチバリア層は、酸化珪素、窒化珪素、アモルファス珪素、モリブデン、及びチタンのうちの少なくとも１つを具備する請求項２６に記載のデバイス。
  28. ＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
    電極層を基板上に堆積することと、
    誘電層を前記電極層上に堆積することと、
    エッチストップ層を前記誘電層上に堆積することと、
    保護層を前記エッチストップ層上に堆積すること、とを具備する方法。
  29. 前記エッチストップ層は、酸化アルミを具備し、前記誘電層は、窒化珪素を具備する請求項２８に記載の方法。
  30. 前記エッチストップ層は、酸化アルミを具備し、前記誘電層は、酸化珪素を具備する請求項２８に記載の方法。
  31. 前記エッチストップ層は、酸化アルミを具備し、第２の酸化アルミ層を前記電極層上に堆積することをさらに具備し、前記誘電層は、前記第２の酸化アルミ層上に堆積される請求項２８に記載の方法。
  32. 前記エッチストップ層は、酸化アルミを具備し、
    少なくとも第１の犠牲層を前記保護層上に堆積することと、
    反射層を前記犠牲層上に堆積することと、
    前記第１の犠牲層をエッチングして前記第１の犠牲層を完全に除去し、それによって干渉空洞部を作り出すこと、とをさらに具備する請求項２８に記載の方法。
  33. 前記第１の犠牲層をエッチングして前記第１の犠牲層を完全に除去することは、前記第１の犠牲層及び前記保護層の両層を前記エッチバリア層に関してエッチングすることを具備する請求項３２に記載の方法。
  34. 前記第１の犠牲層をエッチングして前記第１の犠牲層を完全に除去することは、前記第１の犠牲層を前記保護層に関してエッチングすることを具備する請求項３２に記載の方法。
  35. 前記保護層を前記エッチバリア層に関してエッチングすることをさらに具備し、前記保護層をエッチングすることは、前記第１の犠牲層の前記除去後に行われる請求項３４に記載の方法。
  36. 予備エッチを行って前記第１の犠牲層の一部分を除去し、それによって前記保護層の一部分を露出させることと、
    少なくとも第２の犠牲層を前記第１の犠牲層上に堆積すること、とをさらに具備し、前記第１の犠牲層を前記エッチングして前記第１の犠牲層を完全に除去することは、前記第２の犠牲層の少なくとも一部分を除去することを具備する請求項３２に記載の方法。
  37. 前記保護層は、酸化珪素を具備する請求項３６に記載の方法。
  38. 前記保護層は、窒化珪素を具備する請求項３６に記載の方法。
  39. 前記保護層は、アモルファス珪素を具備する請求項３６に記載の方法。
  40. 前記保護層は、モリブデンを具備する請求項３６に記載の方法。
  41. 前記保護層は、チタンを具備する請求項３６に記載の方法。
  42. 請求項３６に記載の方法。
  43. 前記第１の犠牲層をエッチングして前記第１の犠牲層を完全に除去することは、前記保護層の少なくとも一部分を除去する請求項３６に記載の方法。
  44. 請求項２８に記載のプロセスによって製造されるＭＥＭＳデバイス。
  45. ＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
    電極層を基板上に堆積することと、
    第１の誘電層を前記電極層上に堆積することと、
    第２の誘電層を前記第１の誘電層上に堆積することと、
    第３の誘電層を前記第２の誘電層上に堆積することと、
    第１の犠牲層を前記第３の誘電層上に堆積することと、
    予備エッチを行って前記第１の犠牲層の一部分を除去し、それによって前記第３の誘電層の少なくとも一部分を露出させることと、
    前記第１の犠牲層の残りの部分及び前記第３の誘電層の前記露出部分に第２の犠牲層を堆積すること、とを具備する方法。
  46. 前記第１の誘電層は、酸化珪素及び窒化珪素のうちの少なくとも１つを具備する請求項４５に記載の方法。
  47. 前記第２の誘電層は、酸化アルミを具備する請求項４５に記載の方法。
  48. 前記第３の誘電層は、保護層を具備する請求項４５に記載の方法。
  49. 前記保護層は、酸化珪素、窒化珪素、アモルファス珪素、モリブデン、及びチタンのうちの少なくとも１つを具備する請求項４８に記載の方法。
  50. 前記予備エッチは、前記第１の犠牲層を前記第３の犠牲層に関してエッチングする請求項４５に記載の方法。
  51. 反射層を前記第２の犠牲層上に形成することと、
    前記反射層をパターン形成して少なくとも２つの可動層を形成することと、
    前記第１及び第２の犠牲層をエッチングし、それによって少なくとも第１の空洞部及び第２の空洞部を形成することであって、前記第１の空洞部の高さは、前記第２の空洞部の高さと異なること、とを具備する請求項４５に記載の方法。
  52. 前記第１及び第２の犠牲層をエッチングすることは、前記第１及び第２の層を前記第２の誘電層に関してエッチングすることを具備する請求項５１に記載の方法。
  53. 前記第１及び第２の犠牲材料をエッチングすることは、前記第３の誘電層の少なくとも一部分を除去する請求項５２に記載の方法。
  54. 請求項４５に記載の方法によって形成されるＭＥＭＳデバイス。
  55. 基板と、
    基板上に配置された電極と、
    前記電極上に配置された電荷トラップ層であって、正及び負の両電荷をトラップするように構成される電荷トラップ層と、
    前記電荷トラップ層上に配置された第１のエッチバリア層と、を具備するＭＥＭＳデバイス。
  56. 前記第１のエッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項５５に記載のデバイス。
  57. 前記電荷トラップ層は、窒化珪素及び五酸化タンタルのうちの少なくとも１つを具備する請求項５５に記載のデバイス。
  58. 前記第１のエッチバリア層上に配置された第２のエッチバリア層をさらに具備する請求項５５に記載のデバイス。
  59. 第２のエッチバリア層は、酸化珪素、窒化珪素、アモルファス珪素、モリブデン、及びチタンから成るグループから選択された材料を具備する請求項５８に記載のデバイス。
  60. 前記電極層及び前記可動層のうちの少なくとも１つと電気的通信状態にあるプロセッサであって、画像データを処理するように構成されるプロセッサと、
    前記プロセッサと電気的通信状態にあるメモリと、をさらに具備する請求項５５に記載のデバイス。
  61. 前記電極層及び前記可動層のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの信号を送るように構成されるドライバ回路をさらに具備する請求項６０に記載のデバイス。
  62. 前記画像データの少なくとも一部分を前記ドライバ回路に送るように構成されるコントローラをさらに具備する請求項６１に記載のデバイス。
  63. 前記画像データを前記プロセッサに送るように構成される画像ソースモジュールをさらに具備する請求項６０に記載のデバイス。
  64. 前記画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、及び送信機のうちの少なくとも１つを具備する請求項６３に記載のデバイス。
  65. 入力データを受け取るように及び前記入力データを前記プロセッサに伝達するように構成される入力装置をさらに具備する請求項６０に記載のデバイス。
  66. ＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
    電極を基板上に堆積することと、
    電荷トラップ層を前記電極上に堆積することであって、前記電荷トラップ層は正及び負の両電荷をトラップするように構成されることと、
    第１のエッチバリア層を前記電荷トラップ層上に堆積すること、とを具備する方法。
  67. 前記第１のエッチバリア層は、酸化アルミを具備する請求項５５に記載の方法。
  68. 前記電荷トラップ層は、窒化珪素を具備する請求項６７に記載の方法。
  69. 前記電荷トラップ層は、五酸化タンタルを具備する請求項６７に記載の方法。
  70. 第２のエッチバリア層を前記第１のエッチバリア層上に堆積することと、
    第１の犠牲材料層を前記第２のエッチバリア層上に堆積することと、
    第１のエッチを行って前記第１の犠牲材料層の一部分を除去し、それによって前記第２のエッチバリア層の一部分を露出させることと、
    少なくとも第２の犠牲材料層を前記第１の犠牲材料層上及び前記第２のエッチバリア層の前記露出部分に堆積することと、
    前記第１及び第２の犠牲材料層上に電極を堆積することと、
    第２のエッチを行って少なくとも前記第１及び第２の犠牲材料層を除去し、それによって干渉空洞部を形成すること、とをさらに具備する請求項５５に記載の方法。
  71. 前記第１のエッチは、前記第１の犠牲材料層を前記第２のエッチバリア層に関してエッチングする請求項７０に記載の方法。
  72. 前記第２のエッチは、前記第１及び第２の犠牲材料層を前記第１のエッチバリア層に関してエッチングする請求項７０に記載の方法。
  73. 前記第２のエッチバリア層は、酸化珪素、窒化珪素、アモルファス珪素、モリブデン、及びチタンから成るグループから選択された材料を具備する請求項７０に記載の方法。
  74. 前記第１のエッチは、前記第１の犠牲層よりも前記第２のエッチバリア層のほうが耐性が高いエッチング液を用いて行われる請求項７０に記載の方法。
  75. 前記第２のエッチバリアは、前記第２のエッチ中に少なくとも部分的に除去され、前記第１のエッチバリア層は、前記第２のエッチに対する耐性を有する請求項７０に記載の方法。
  76. 請求項５５に記載の方法によって製造されるＭＥＭＳデバイス。
  77. 基板と、
    前記基板上に形成された電極層と、
    前記電極層上に形成された窒化珪素層と、
    前記窒化珪素層上に形成された酸化アルミ層と、を具備するＭＥＭＳデバイス。
  78. 前記酸化アルミ層上に形成された空洞部と、
    前記空洞部上方に形成された可動層と、をさらに具備する請求項７７に記載のデバイス。
  79. 前記デバイスは、インターフェロメトリックモジュレータである請求項７８に記載のデバイス。
  80. 前記酸化アルミ層上に形成された酸化珪素層をさらに具備する請求項７９に記載のデバイス。
  81. 前記酸化珪素層は、前記空洞部上方の前記可動層を支持する柱の下方の前記酸化アルミ層上にある請求項８０に記載のデバイス。
  82. 前記酸化アルミ層上に形成された窒化珪素層をさらに具備する請求項７８に記載のデバイス。
  83. 前記窒化珪素層は、前記空洞部上方の前記可動層を支持する柱の下方の前記酸化アルミ層上にある請求項８２に記載のデバイス。
  84. 第２の酸化アルミ層をさらに具備し、前記第２の酸化アルミ層は、前記電極層上に形成され、前記窒化珪素層は、前記第２の酸化アルミ層上に形成される請求項７７に記載のデバイス。
  85. 請求項７８に記載のデバイスを動作させる方法であって、第１の信号を前記電極層に印加し、第２の信号を前記可動層に印加して前記可動層を前記空洞部内で移動させることを具備する方法。
  86. 電気信号を伝導する伝導手段と、
    前記伝導手段を支持する支持手段と、
    正及び負の両電荷をトラップする手段と、
    電荷をトラップする前記手段を保護する手段と、を具備するＭＥＭＳデバイス。
  87. 前記支持手段は、透明な基板を具備し、電気信号を伝導する前記手段は、前記透明な基板上に形成された電極層を具備する請求項８６に記載のデバイス。
  88. 前記電荷トラップ手段は、前記伝導手段上に形成された電荷トラップ材料層を具備し、前記電荷トラップ材料は、正及び負の両電荷をトラップするように構成される請求項８６又は８７に記載のデバイス。
  89. 前記保護手段は、前記電荷トラップ手段上に形成されたエッチバリア層を具備する請求項８６、８７、又は８８に記載のデバイス。
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