JP2023526431A - 走査式ｍｅｍｓ片持ち梁のための方法およびシステム - Google Patents

走査式ｍｅｍｓ片持ち梁のための方法およびシステム Download PDF

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Abstract

デバイス表面と、テーパ状表面と、端部領域とを有する、片持ち梁を加工するための方法は、第１の側と、第１の側と反対の第２の側とを有する、半導体基板を提供するステップと、第２の側の所定の部分をエッチングし、複数の陥凹を第２の側内に形成するステップとを含む。複数の陥凹はそれぞれ、エッチング終端表面を備える。本方法はまた、エッチング終端表面を異方的にエッチングし、片持ち梁のテーパ状表面を形成するステップと、デバイス表面の所定の部分をエッチングし、片持ち梁の端部領域を解放するステップとを含む。

Description

本願は、その全内容が、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０２０年５月２２日に出願され、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＭＥＭＳ ＣＡＮＴＩＬＥＶＥＲＳ」と題された、米国仮特許出願第６３／０２９，２５８号の優先権の利益を主張する。
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式で、視認者に提示される、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。
これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関連する改良された方法およびシステムの必要がある。
本発明は、概して、走査式微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）片持ち梁の加工のための方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、テーパ状外形を伴う、走査式ＭＥＭＳ片持ち梁を加工するための方法およびシステムを提供する。本発明は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける種々の用途に適用可能である。
本発明の実施形態によると、片持ち梁を加工するための方法が、提供される。本方法は、第１の半導体層と、第１の半導体層に結合される、第１の誘電層と、第１の誘電層に結合される、第２の半導体層とを備える、半導体基板を提供するステップと、第１の半導体層に結合される、第２の誘電層を形成するステップと、第２の半導体層に結合される、第３の誘電層を形成するステップと、第２の誘電層に結合される、第１の硬質マスク層を形成するステップとを含む。第１の硬質マスク層は、第２の誘電層の第１の表面部分を暴露する、開口部の第１のセットを備える。本方法はまた、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の誘電層をエッチングするステップと、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第１の半導体層をエッチングするステップと、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第１の誘電層をエッチングするステップとを含む。本方法はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の半導体層をエッチングし、それぞれ、テーパ状表面を伴う、複数の陥凹を形成するステップを含む。複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを備える。第１の硬質マスク層は、次いで、除去される。
加えて、本方法は、第３の誘電層に結合される、第２の硬質マスク層を形成するステップを含む。第２の硬質マスク層は、第３の誘電層の第２の表面部分を暴露する、開口部の第２のセットを備え、第３の誘電層の第２の表面部分は、複数の陥凹のそれぞれの第２の領域の少なくとも一部と整合される。本方法はまた、第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、第３の誘電層および第２の半導体層をエッチングし、複数の陥凹の中に延在させるステップと、第２の硬質マスク層を除去するステップと、第３の誘電層を除去するステップと、第２の誘電層を除去するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、上記の方法はまた、第２の半導体層に結合される、クロム層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第２の誘電層を形成するステップは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第３の誘電層をエッチングするステップは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第１の半導体層をエッチングするステップは、深層ＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第１の半導体層は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられる。
いくつかの実施形態では、第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。
第１の半導体層および第２の半導体層が、異なる結晶配向によって特徴付けられる、いくつかの実施形態では、それらは、別個に形成され、次いで、接合プロセスを使用して、ともに継合される。
いくつかの実施形態では、第２の半導体層をエッチングするステップは、所定の期間にわたって、水酸化カリウム（ＫＯＨ）プロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、複数の陥凹のテーパ状表面および第２の誘電層に結合される、保護誘電層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、保護誘電層を形成するステップは、第２の半導体層をエッチングするステップ後に実施される。
本発明の別の実施形態によると、デバイス表面と、テーパ状表面と、端部領域とを有する、片持ち梁を加工するための方法が、提供される。本方法は、第１の側と、第１の側と反対の第２の側とを有する、半導体基板を提供するステップと、第２の側の所定の部分をエッチングし、複数の陥凹を第２の側内に形成するステップとを含む。複数の陥凹はそれぞれ、エッチング終端表面を備える。本方法はまた、エッチング終端表面を異方的にエッチングし、片持ち梁のテーパ状表面を形成するステップと、デバイス表面の所定の部分をエッチングし、片持ち梁の端部領域を解放するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、片持ち梁のテーパ状表面を異方的にエッチングし、半導体基板の第１の側と垂直な第１の側方テーパ状表面を形成するステップを含み、第１の側方テーパ状表面は、片持ち梁のテーパ状表面のテーパ方向に沿ってテーパ状になる。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、片持ち梁のテーパ状表面を異方的にエッチングし、半導体基板の第１の側と垂直な第２の側方テーパ状表面を形成するステップを含み、第２の側方テーパ状表面は、第１の側方テーパ状表面と反対に形成され、第２の側方テーパ状表面は、片持ち梁のテーパ状表面のテーパ方向に沿ってテーパ状になる。
いくつかの実施形態では、第１の側方テーパ状表面のテーパは、第２の側方テーパ状表面のテーパより急峻である。
いくつかの実施形態では、第１の側方テーパ状表面のテーパは、第２の側方テーパ状表面のテーパより緩慢である。
いくつかの実施形態では、第１の側方テーパ状表面のテーパは、第２の側方テーパ状表面のテーパと同じである。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、半導体基板の第１の側に結合される、クロム層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使用して、半導体基板に結合される、第２の誘電層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第２の側の所定の部分をエッチングするステップは、ＲＩＥプロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、エッチング終端表面を異方的にエッチングするステップは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンおよびピロカテコール（ＥＤＰ）、または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）プロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、半導体基板は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられる、第１の半導体層と、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる、第２の半導体層とを含む。
いくつかの実施形態では、デバイス表面の所定の部分をエッチングするステップは、ＲＩＥプロセスを使用するステップを含む。
本発明の具体的実施形態によると、半導体片持ち梁を加工するための方法が、提供される。本方法は、半導体基板を提供するステップを含む。半導体基板は、第１の半導体層と、第１の半導体層に結合される、第１の誘電層と、第１の誘電層に結合される、第２の半導体層と、第２の半導体層に結合される、第２の誘電層と、第２の誘電層に結合される、第３の誘電層とを備える。本方法はまた、第１の半導体層に結合される、第４の誘電層を形成するステップと、第３の誘電層に結合される、第５の誘電層を形成するステップと、第４の誘電層に結合される、第１の硬質マスク層を形成するステップとを含む。第１の硬質マスク層は、第４の誘電層の第１の表面部分を暴露する、開口部の第１のセットを備える。
本方法はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第４の誘電層をエッチングするステップと、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第１の半導体層をエッチングするステップと、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第１の誘電層をエッチングするステップとを含む。本方法はまた、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の半導体層をエッチングし、それぞれ、テーパ状表面を伴う、複数の陥凹を形成するステップを含む。複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを備える。本方法は、第１の硬質マスク層を除去するステップを含む。加えて、本方法は、第５の誘電層に結合される、第２の硬質マスク層を形成するステップを含む。第２の硬質マスク層は、第５の誘電層の第２の表面部分を暴露する、開口部の第２のセットを備え、第５の誘電層の第２の表面部分は、テーパ状表面の第２の領域の少なくとも一部と整合される。さらに、本方法は、第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、第５の誘電層、第３の誘電層、および第２の半導体層をエッチングし、複数の陥凹の中に延在させるステップと、第２の硬質マスク層を除去するステップと、第５の誘電層を除去するステップと、第４の誘電層を除去するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、第３の誘電層に結合される、クロム層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第４の誘電層を形成するステップは、ＬＰＣＶＤプロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第４の誘電層をエッチングするステップは、ＲＩＥプロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第１の半導体層をエッチングするステップは、ＤＲＩＥプロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、半導体基板は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられる、第１の半導体層と、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる、第２の半導体層とを含む。
いくつかの実施形態では、第２の半導体層をエッチングするステップは、所定の期間にわたって、ＫＯＨプロセスを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はまた、テーパ状表面および第４の誘電層に結合される、保護誘電層を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、保護誘電層を形成するステップは、半導体層をエッチング後に実施される。
従来の技法に優る多数の利益が、本発明の方法によって達成される。例えば、本発明の実施形態は、ファイバ走査ディスプレイシステムの中に統合され得る、片持ち梁を加工するために使用され得る、方法およびシステムを提供する。本発明の実施形態によって実装される方法は、片持ち梁に均一品質を提供し得る。本発明の実施形態を用いて加工される片持ち梁は、微調整され得る、テーパ状外形を含み得る。片持ち梁のテーパ状先端のサイズは、加工プロセスの間、微制御され、異なるファイバ走査ディスプレイシステムに適応し得る。
本開示のこれらおよび他の実施形態は、その利点および特徴の多くとともに、以下の文章および添付の図と併せてより詳細に説明される。
図１は、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された側面図である。
図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。 図２Ａ－２Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法の中間段階を図示する、部分断面図である。
図２Ｌは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、斜視図である。
図２Ｍは、図２Ｋに示されるような片持ち梁の部分底面図である。
図２Ｎは、本発明の実施形態による、別の片持ち梁を図示する、斜視図である。
図２Ｏは、本発明の別の実施形態による、片持ち梁を図示する、部分底面図である。
図２Ｐおよび２Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された上面図である。 図２Ｐおよび２Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された上面図である。
図３は、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。
図４は、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された側面図である。
図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。 図５Ａ－５Ｋは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、部分断面図である。
図５Ｌは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、斜視図である。
図５Ｍは、図５Ｋに示されるような片持ち梁の部分底面図である。
図５Ｎは、本発明の実施形態による、別の片持ち梁を図示する、斜視図である。
図５Ｏは、本発明の別の実施形態による、片持ち梁を図示する、部分底面図である。
図５Ｐおよび５Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された上面図である。 図５Ｐおよび５Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された上面図である。
図６は、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。
詳細な説明
本発明の実施形態は、ファイバ走査ディスプレイシステムのための片持ち梁を加工するための方法およびシステムに関する。いくつかのファイバ走査ディスプレイシステムでは、走査要素の走査先端は、光ファイバの通常断面と比較して、有意に低減された断面を有する。テーパ状走査先端を伴う、片持ち梁は、ファイバ走査ディスプレイシステム内の走査要素として使用されることができる。本発明の実施形態は、半導体基板上に加工される、そのような片持ち梁を提供する。
図１は、本発明の実施形態による、片持ち梁１００を図示する、簡略化された側面図である。図１を参照すると、片持ち梁１００は、第１の半導体層１１０と、第１の半導体層１１０に結合される、第１の誘電層１２０と、第１の誘電層１２０に結合される、第２の半導体層１３０とを含んでもよい。一実施形態では、片持ち梁１００は、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウエハを使用して作製されてもよい。この場合、第１の半導体層１１０は、シリコンを含んでもよく、約３００μｍの厚さを有することができる。第１の誘電層１２０は、ＳｉＯ２を含む、埋設酸化物（ＢＯＸ）層であってもよく、約１μｍの厚さを有することができる。第２の半導体層１３０は、シリコンを含む、デバイス層であって、約１１５μｍの厚さを有してもよい。第２の半導体層１３０は、デバイス表面１３２を含んでもよく、その中にＭＥＭＳデバイスが、加工されることができる、またはそれに対してＭＥＭＳデバイスが、取り付けられることができ、テーパ状表面１３４は、デバイス表面１３２と反対にある。第２の半導体層１３０は、実質的に、第１の半導体層１１０および第１の誘電層１２０と整合される、基部部分１３０ａと、第１の半導体層１１０から突出する、片持ち梁部分１３０ｂとに分割される。片持ち梁部分１３０ｂは、テーパ状表面１３４と、端部先端１３６とを含んでもよい。
図２Ａ－２Ｌを参照すると、本発明の実施形態による、片持ち梁２００を加工する方法が、説明される。図２Ａは、第１の半導体層１１０と、第１の半導体層１１０に結合される、第１の誘電層１２０と、第１の誘電層１２０に結合される、第２の半導体層１３０とを備える、半導体基板（例えば、ＳＯＩウエハ）を図示する、部分断面図である。説明を明確にするために、第２の半導体層１３０が配置される、側は、半導体基板の第１の側として指定され、第１の半導体層１１０が配置される、側は、半導体基板の第２の側として指定される。一実施形態では、第１の半導体層１１０は、約３００μｍの厚さを有する、シリコンを備える。第１の誘電層１２０は、約１μｍの厚さを有する、ＳｉＯ２層等の埋設酸化物（ＢＯＸ）層であってもよい。第２の半導体層１３０は、約１１５μｍの厚さを有する、単結晶シリコンを備えてもよい。第１の半導体層１１０、第１の誘電層１２０、および第２の半導体層１３０の厚さは、特定の用途の必要に応じて、変動し得ることに留意されたい。一実施形態では、第１の半導体層１１０は、（１００）または（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層１３０は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。第１の半導体層１１０および第２の半導体層１３０が、異なる結晶配向を有する、いくつかの実施形態では、それらは、別個に形成され、次いで、接合プロセスを使用して、ともに継合されてもよい。第２の半導体層１３０は、デバイス表面１３２を備え、その中にＭＥＭＳデバイスは、加工されてもよい、またはそれに対してＭＥＭＳデバイスが、取り付けられてもよい。実施例として、金属層（例えば、クロム）が、デバイス表面１３２上に堆積されることができる。次いで、リフトオフプロセスが、金属層をパターン化するために実施されてもよい。
図２Ｂを参照すると、第２の誘電層２１０が、第１の半導体層１１０上に形成され、第３の誘電層２２０が、第２の半導体層１３０上に形成される。一実施形態では、第２の誘電層２１０および第３の誘電層２２０は、約０．５～２μｍの範囲内の厚さを有する、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を備えてもよい。一実施形態では、第２の誘電層２１０および第３の誘電層２２０は、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使用して形成されてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、下記により完全に説明されるように、その中でデバイス表面１３２が片持ち梁のデバイス表面としての役割を果たす、片持ち梁が、形成されてもよい。したがって、第３の誘電層２２０が、デバイス表面１３２を後続エッチングプロセスから保護してもよい。いくつかの実施形態では、第２の誘電層２１０および／または第３の誘電層２２０は、特定の用途の必要に応じて、利用されなくてもよい。
図２Ｃを参照すると、第１の硬質マスク層２３０が、第２の誘電層２１０上に形成される。第１の硬質マスク層２３０が、開口部の第１のセット２３２を用いてパターン化され、それを通して第２の誘電層２１０の第１の表面部分２１２が、暴露される。
図２Ｄ－２Ｆは、半導体基板の第２の側の所定の部分をエッチングし、複数の陥凹を第２の側内に形成する、中間段階を示し、複数の陥凹はそれぞれ、エッチング終端表面を備える。図２Ｄを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層２３０をマスクとして使用して、第２の誘電層２１０上で実施され、複数の陥凹２４０を形成する。一実施形態では、エッチングプロセスは、ＲＩＥプロセスを含んでもよい。
図２Ｅを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層２３０をマスクとして使用して、第１の硬質マスク層２３０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、陥凹２４０を第１の半導体層１１０を通して延在させる、ＤＲＩＥプロセスを含んでもよい。
図２Ｆを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層２３０をマスクとして使用して、第１の誘電層１２０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、第１の誘電層１２０を通して通過する、陥凹２４０を形成する、ＲＩＥプロセスを含み、エッチング終端表面２４２を形成してもよい。その後、第１の硬質マスク層２３０は、除去される。
図２Ｇを参照すると、エッチングプロセスが、陥凹２４０のそれぞれのエッチング終端表面２４２（図２Ｆに示される）上で実施され、テーパ状表面１３４を第２の半導体層１３０内に形成する。一実施形態では、第１の半導体層１１０は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層１３０は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。エッチングプロセスは、ＫＯＨベースのエッチングプロセスを含んでもよい。別の実施形態では、エッチングプロセスは、ＥＤＰプロセスまたはＴＭＡＨプロセスを含んでもよい。一実施形態では、エッチングプロセスは、３０分等の所定の期間にわたって実施される。期間は、特定の用途の必要に応じて、第２の半導体層１３０の厚さおよび採用される特定のエッチングプロセスに従って、変動し得ることに留意されたい。陥凹２４０のそれぞれでは、テーパ状表面１３４は、第２の半導体層１３０の厚さｈ１が実質的に不変のままである、基部領域１３７から、第２の半導体層１３０の厚さｈ２が１０μｍ等の所定の厚さまで実質的に低減される、端部領域１３５まで進行する。
図２Ｈを参照すると、保護誘電層２５０が、テーパ状表面１３４および第２の誘電層２１０上に形成される。一実施形態では、保護誘電層２５０は、約０．５～２μｍの範囲内の厚さを有する、ＳｉＯ２またはフォトレジスト層を含んでもよい。本発明のいくつかの実施形態では、保護誘電層２５０が、テーパ状表面１３４を後続エッチングプロセスから保護してもよい。いくつかの他の実施形態では、本方法は、特定の用途に応じて、保護誘電層２５０を形成するプロセスを省略してもよい。
図２Ｉ－２Ｊは、半導体基板のデバイス表面の所定の部分をエッチングし、片持ち梁の端部領域１３５を解放する、中間段階を示す。図２Ｉを参照すると、第２の硬質マスク層２６０が、第３の誘電層２２０上に形成される。一実施形態では、第２の硬質マスク層２６０は、パターン化され、開口部の第２のセット２６２を画定し、それを通して第３の誘電層２２０の第２の表面部分２２２が、暴露される。一実施形態では、第２の表面部分２２２は、エッチングプロセスが片持ち梁の端部領域１３５を第２の半導体層１３０の残りから分離することを可能にするように、テーパ状表面１３４の端部領域１３５の少なくとも一部と整合される（開口部の第２のセット２６２によって画定されるように）。一実施形態では、開口部の第２のセット２６２のサイズは、分離後の端部領域１３５における厚さｈ２を１０μｍ等の所定の値にするように決定される。
図２Ｊを参照すると、エッチングプロセスが、第２の硬質マスク層２６０をマスクとして使用して、第３の誘電層２２０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、ＲＩＥプロセスを含んでもよい。次いで、付加的エッチングプロセスが、第２の硬質マスク層２６０をマスクとして使用して、第２の半導体層１３０上で実施される。一実施形態では、付加的エッチングプロセスは、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）プロセスを含んでもよい。付加的エッチングプロセス後、端部先端１３６が、端部領域１３５に形成される。一実施形態では、端部先端１３６の厚さは、１０μｍであってもよい。
図２Ｋを参照すると、第２の硬質マスク層２６０、第３の誘電層２２０、保護誘電層２５０、および第２の誘電層２１０が、除去される。図２Ｋに示されるように、片持ち梁２００は、第１の誘電層１２０および第１の半導体層１１０と整合される、基部部分１３０ａと、テーパ状表面１３４および端部先端１３６を伴う、片持ち梁部分１３０ｂとに分割される。
図２Ｌは、本発明の実施形態による、片持ち梁２００を図示する、斜視図である。図２Ｌを参照すると、片持ち梁２００は、第１の半導体層１１０と、第１の誘電層１２０と、デバイス表面１３２、テーパ状表面１３４、および端部先端１３６を備える、第２の半導体層１３０とを含んでもよい。加えて、第２の半導体層１３０はさらに、図２Ｌを参照して説明されるように、相互に平行である、側方表面１３４ｂおよび１３４ｃを含んでもよい。
図２Ｍは、図２Ｋに示されるように、片持ち梁２００の部分底面図である。図２Ｍを参照すると、テーパ状表面１３８ａ、１３８ｂ、および１３８ｃによって画定されたテーパ状構造は、図２Ｇを参照して説明される、ＫＯＨエッチングプロセスの結果として、第２の半導体層１３０内に形成される。テーパ状表面１３４によって標識される、斜線矩形は、図２Ｋに示されるように、片持ち梁部分１３０ｂの長さおよび幅を示す。一実施形態では、ＤＲＩＥプロセス等の付加的異方性エッチングプロセスが、テーパ状表面１３８ａ、１３８ｂ、および１３８ｃによって示される、第２の半導体層１３０の部分を除去し、半導体基板の第１の側と垂直な側方表面１３４ｂおよび１３４ｃを形成するために実施されてもよい。一実施形態では、側方表面１３４ｂおよび１３４ｃは、相互に平行である。一実施形態では、通路１４０ａおよび１４０ｂが、ＤＲＩＥプロセス等のエッチングプロセスを使用して形成され、第１の半導体層１１０と第２の半導体層１３０との間の経路を提供してもよい。
図２Ｎは、本発明の実施形態による、別の片持ち梁２０１を図示する、斜視図である。図２Ｎに示される片持ち梁２０１の図２Ｌに示されるものとの差異は、片持ち梁部分１３０ｂ（図２Ｋに示される）のために提供される、三重テーパ状表面にある。図２Ｎを参照すると、片持ち梁２０１は、第１の半導体層１１０と、第１の誘電層１２０と、デバイス表面１３２、端部先端１３６、テーパ状表面１３４、および側方テーパ状表面１３４ｂおよび１３４ｃを備える、第２の半導体層１３０とを含む。三重テーパ状表面１３４、１３４ｂ、および１３４ｃを伴う、片持ち梁２０１は、端部先端１３６のサイズを調節するための柔軟性を提供し得る。下記に議論されるように、縦軸Ｌ１を中心とした端部先端１３６の位置付けは、側方テーパ状表面１３４ｂおよび１３４ｃのテーパを制御することによって調節されることができる。
図２Ｏは、本発明の別の実施形態による、片持ち梁２０１を図示する、部分底面図である。図２Ｏを参照すると、テーパ状表面１３８ａによって示される第２の半導体層１３０の部分をエッチングし、側方表面１３４ｂおよび１３４ｃを形成するとき、片持ち梁部分１３０ｂの幅は、基部領域１３７から端部領域１３５までテーパ状になり、２つの側方テーパ状表面１３４ｂおよび１３４ｃを形成する。一実施形態では、テーパ状表面１３４ｂおよび１３４ｃのテーパは、片持ち梁２０１の縦軸Ｌ１を中心として対称である。別の実施形態では、テーパ状表面１３４ｂおよび１３４ｃのテーパは、縦軸Ｌ１を中心として非対称であってもよい。例えば、テーパ状表面１３４ｂのテーパは、テーパ状表面１３４ｃのものより急峻であってもよい。別の実施形態では、テーパ状表面１３４ｂのテーパは、テーパ状表面１３４ｃのものより緩慢であってもよい。テーパ状表面１３４ｂおよび／または１３４ｃのテーパは、特定の用途の必要に応じて、変動してもよい。
図２Ｐおよび２Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁２０１を図示する、簡略化された上面図である。図２Ｐを参照すると、側方テーパ状表面１３４ｃのテーパは、側方テーパ状表面１３４ｂのものより急峻である。結果として、端部先端１３６は、端部先端の中心が縦軸Ｌ１の左に配置されるような様式で位置付けられる。したがって、図２Ｎに示されるように、デバイス表面１３２に対して法線方向であって、かつ縦軸Ｌ１と垂直な方向Ｖ１に沿って、端部先端１３６を視認するとき、端部先端１３６は、図２Ｎにおける縦軸Ｌ１の左にオフセットされる。図２Ｑを参照すると、側方テーパ状表面１３４ｃのテーパは、側方テーパ状表面１３４ｂのものより緩慢である。結果として、端部先端１３６は、右にオフセットされる。したがって、図２Ｎに示されるように、デバイス表面１３２に対して法線方向であって、縦軸Ｌ１と垂直な方向Ｖ１に沿って、端部先端１３６を視認するとき、端部先端１３６は、図２Ｎにおける縦軸Ｌ１の右にオフセットされる。
多数の利益が、単独で、または組み合わせて、三重テーパ状表面１３４、１３４ｂ、および１３４ｃを制御することによって、端部先端１３６を調節する柔軟性によって提供され得る。例えば、異なるように構成される端部先端１３６を伴う、片持ち梁２０１が、走査式ファイバディスプレイデバイスの異なる光学構造に適応するために使用されてもよい。
図３は、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法３００を図示する、簡略化されたフローチャートである。図３を参照すると、方法３００は、第１の半導体層と、第１の誘電層と、第２の半導体層とを含む、半導体基板を提供するステップ（３０２）を含む。図示される実施形態では、半導体基板は、第１の半導体層（例えば、Ｓｉ）と、第１の半導体層に結合される、第１の誘電層（例えば、ＳｉＯ２）と、第１の誘電層に結合される、第２の半導体層（例えば、Ｓｉ）とを備える、ＳＯＩ基板を含んでもよい。一実施形態では、第１の半導体層は、約３００μｍの厚さを有する、Ｓｉ層を含んでもよく、第１の誘電層は、約１μｍの厚さを有する、ＳｉＯ２層を含んでもよく、第２の半導体層は、約１１５μｍの厚さを有する、Ｓｉ層を含んでもよい。
方法３００はさらに、第１の半導体層に結合される、第２の誘電層を形成し、第２の半導体層に結合される、第３の誘電層を形成するステップ（３０２）を含んでもよい。一実施形態では、第２の誘電層および第３の誘電層は、後続エッチングプロセスの間、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含み、半導体基板の上側表面および下側表面を保護してもよい。いくつかの実施形態では、方法３００は、第２の誘電層を形成するプロセスを省略することができる。
方法３００はさらに、第２の誘電層に結合される、第１の硬質マスク層を形成するステップ（３０６）を含んでもよい。第１の硬質マスク層は、第２の誘電層の第１の表面部分を暴露する、開口部の第１のセットを含むことができる。
方法３００はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の誘電層、第１の半導体層、および第１の誘電層をエッチングするステップ（３０８）を含む。ある実施形態では、第２の誘電層のエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを使用してもよい。別の実施形態では、第１の半導体層のエッチングは、深層ＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスを使用してもよく、これは、高度に異方性エッチングを提供し、急峻な側面エッチング陥凹を生産し得る。一実施形態では、第１の誘電層のエッチングは、ＲＩＥプロセスを使用してもよい。
方法３００はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の半導体層をエッチングし、それぞれ、テーパ状表面を伴う、複数の陥凹を形成するステップ（３１０）を含んでもよい。エッチングプロセスが完了された後、本方法はさらに、第１の硬質マスク層を除去するステップを含んでもよい。複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを備える。一実施形態では、第１の半導体層は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。第２の半導体層をエッチングするステップは、（１００）結晶配向に関して、（１１１）結晶配向の４００倍高いエッチング率選択性を示す、水酸化カリウム（ＫＯＨ）プロセスを使用してもよい。別の実施形態では、第２の半導体層のエッチングは、エチレンジアミンおよびピロカテコール（ＥＤＰ）プロセスと、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）プロセスとを利用して、第２の半導体層をエッチングし、テーパ状表面を形成することができる。
方法３００はさらに、複数の陥凹のテーパ状表面および第２の誘電層に結合される、保護誘電層を形成するステップ（３１２）を含んでもよい。一実施形態では、保護誘電層は、ＳｉＯ２またはレジスト材料を含んでもよい。
方法３００はさらに、第３の誘電層に結合される、第２の硬質マスク層を形成するステップ（３１４）を含んでもよい。第２の硬質マスク層は、第３の誘電層の第２の表面部分を暴露する、開口部の第２のセットを含むことができる。第３の誘電層の第２の表面部分は、したがって、複数の陥凹のそれぞれの少なくとも一部と整合されることができる。
次いで、方法３００はさらに、第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、第３の誘電層および第２の半導体層をエッチングし、複数の陥凹の中に延在させるステップ（３１６）を含んでもよい。故に、エッチングされる面積は、硬質マスク内の開口部が陥凹の一部と整合されるため、陥凹の中に延在し得る。その後、方法３００は、第２の硬質マスク層、第３の誘電層、および第２の誘電層を除去するステップ（３１８）を含んでもよい。
図３に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記の概略されたステップを実施してもよい。さらに、図３に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。
図４は、本発明の実施形態による、片持ち梁を図示する、簡略化された側面図である。図４を参照すると、片持ち梁４００は、第１の半導体層４１０と、第１の半導体層４１０に結合される、第１の誘電層４２０と、第１の誘電層４２０に結合される、第２の半導体層４３０と、第２の半導体層４３０に結合される、第２の誘電層４４０と、第２の誘電層４４０に結合される、第３の誘電層４５０とを含んでもよい。一実施形態では、片持ち梁４００は、絶縁体上シリコン上シリコン（ＳＯ－ＳＯＩ）ウエハ等の半導体基板を使用して作製されてもよい。この場合、第１の半導体層４１０は、シリコンを含んでもよく、約４００μｍの厚さを有することができる。第１の誘電層１２０は、ＳｉＯ２を含む、埋設酸化物（ＢＯＸ）層であってもよく、約１μｍの厚さを有することができる。第２の半導体層１３０は、シリコンを含む、第１のデバイス層であってもよく、約１０５μｍの厚さを有することができる。第２の誘電層４４０は、ＳｉＯ２を含む、別のＢＯＸ層であってもよく、１μｍの厚さを有することができる。第３の誘電層４５０は、シリコンを含む、第２のデバイス層であってもよく、１０μｍの厚さを有することができる。第３の誘電層４５０は、デバイス表面４５２を含んでもよく、その中にＭＥＭＳデバイスが、加工されてもよい、またはそれに対してＭＥＭＳデバイスが、取り付けられてもよい。第２の半導体層４３０、第２の誘電層４４０、および第３の誘電層４５０は、基部部分４３０ａと、片持ち梁部分４３０ｂとに水平に分割される。第２の半導体層４３０の片持ち梁部分４３０ｂは、テーパ状表面４３４と、端部先端４３６とを含んでもよい。
図５Ａ－５Ｋを参照すると、本発明の実施形態による、片持ち梁５００を加工する方法が、説明される。図５Ａは、第１の半導体層５１０と、第１の半導体層５１０に結合される、第１の誘電層５２０と、第１の誘電層５２０に結合される、第２の半導体層５３０と、第２の半導体層５３０に結合される、第２の誘電層５４０と、第２の誘電層５４０に結合される、第３の誘電層５５０とを備える、半導体基板（例えば、ＳＯ－ＳＯＩウエハ）を図示する、部分断面図である。説明を明確にするために、第３の誘電層５５０が配置される、側は、半導体基板の第１の側として指定される。第１の半導体層５１０が配置される、側は、半導体基板の第２の側として指定される。一実施形態では、第１の半導体層５１０は、約４００μｍの厚さを有する、シリコンを含んでもよい。第２の半導体層５２０は、ＳｉＯ２層等のＢＯＸ層であってもよく、約１μｍの厚さを有してもよい。第２の半導体層５３０は、単結晶シリコンを含む、第１のデバイス層であってもよく、約１０５μｍの厚さを有してもよい。第２の誘電層５４０は、ＳｉＯ２層等、約１μｍの厚さを有する、別のＢＯＸ層であってもよい。第３の誘電層５５０は、単結晶シリコンを含む、第２のデバイス層であってもよく、約１０μｍの厚さを有してもよい。第１の半導体層５１０と、第１の誘電層５２０と、第２の半導体層５３０と、第２の誘電層５４０と、第３の誘電層５５０とを含む、個別の半導体層の厚さは、特定の用途の必要に応じて、変動し得ることに留意されたい。一実施形態では、第１の半導体層５１０は、（１００）または（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層５３０は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられ、第３の誘電層５５０は、（１００）結晶配向によって特徴付けられる。第３の誘電層５５０は、デバイス表面５５２を含んでもよく、その中にＭＥＭＳデバイスが、加工されてもよい、またはそれに対してＭＥＭＳデバイスが、取り付けられてもよい。実施例として、金属層（例えば、クロム）が、デバイス表面５５２上に堆積されることができる。次いで、リフトオフプロセスが、金属層をパターン化するために実施されてもよい。
図５Ｂを参照すると、第４の誘電層５６０が、第１の半導体層５１０上に形成され、第５の誘電層５７０が、第３の誘電層５５０上に形成される。一実施形態では、第４の誘電層５６０および第５の誘電層５７０は、約０．５～２μｍの範囲内の厚さを有する、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含んでもよい。一実施形態では、第４の誘電層５６０および第５の誘電層５７０は、ＬＰＣＶＤプロセスを使用して形成されてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、下記により完全に説明されるように、その中でデバイス表面５５２が片持ち梁のデバイス層としての役割を果たす、片持ち梁が、形成されてもよい。したがって、第５の誘電層５７０は、後続エッチングプロセスの間、デバイス表面５５２を保護してもよい。いくつかの実施形態では、第４の誘電層５６０および／または第５の誘電層５７０は、特定の用途の必要に応じて、利用されなくてもよい。
図５Ｃを参照すると、第１の硬質マスク層５８０が、第４の誘電層５６０上に形成される。第１の硬質マスク層５８０は、開口部の第１のセット５８２を用いてパターン化され、それを通して第４の誘電層５６０の第１の表面部分５６２が、暴露される。
図５Ｄ－５Ｆは、半導体基板の第２の側の所定の部分をエッチングし、複数の陥凹を第２の側内に形成する、中間段階を示し、複数の陥凹はそれぞれ、エッチング終端表面を含んでもよい。図５Ｄを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層５８０をマスクとして使用して、第４の誘電層５６０上で実施され、複数の陥凹５１２を形成する。一実施形態では、エッチングプロセスは、ＲＩＥプロセスを含んでもよい。
図５Ｅを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層５８０をマスクとして使用して、第１の半導体層５１０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、陥凹５１２を第１の半導体層５１０を通して延在させる、ＤＲＩＥプロセスを含んでもよい。
図５Ｆを参照すると、エッチングプロセスが、第１の硬質マスク層５８０をマスクとして使用して、第１の誘電層５２０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、第１の誘電層５２０を通して通過する、陥凹５１２を形成する、ＲＩＥプロセスを含み、エッチング終端表面５１４を形成してもよい。その後、第１の硬質マスク層５８０は、除去される。
図５Ｇを参照すると、エッチングプロセスが、第２の半導体層５３０上で実施され、テーパ状表面５３４を陥凹５１２のそれぞれ内に形成する。一実施形態では、第１の半導体層５１０は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層５３０は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。エッチングプロセスは、ＫＯＨベースのエッチングプロセス、ＥＤＰプロセス、またはＴＭＡＨプロセスを含んでもよい。一実施形態では、エッチングプロセスは、３０分等の所定の期間にわたって実施される。期間は、特定の用途の必要に応じて、第２の半導体層５３０の厚さおよび採用される特定のエッチングプロセスに従って、変動し得ることに留意されたい。陥凹５１２のそれぞれでは、テーパ状表面５３４は、第２の半導体層５３０の厚さｈ１が実質的に不変のままである、基部領域５３７から、第２の半導体層５３０の厚さｈ２が１０μｍ等の所定の厚さまで実質的に低減される、端部領域５３５まで進行する。
図２Ｈを参照すると、保護誘電層５２６が、テーパ状表面５３４および第４の誘電層５６０上に形成される。一実施形態では、保護誘電層５２６は、約０．５～２μｍの範囲内の厚さを有する、ＳｉＯ２またはフォトレジスト層を含んでもよい。本発明のいくつかの実施形態では、保護誘電層５２６は、テーパ状表面５３４を後続エッチングプロセスから保護してもよい。いくつかの他の実施形態では、本方法は、特定の用途に応じて、保護誘電層５２６を形成するプロセスを省略してもよい。
図５Ｉ－５Ｊは、半導体基板のデバイス表面の所定の部分をエッチングし、片持ち梁の端部領域５３５を解放する、中間段階を示す。図５Ｉを参照すると、第２の硬質マスク層５９０が、第５の誘電層５７０上に形成される。一実施形態では、第２の硬質マスク層５９０は、パターン化され、開口部の第２のセット５９２を画定し、それを通して第５の誘電層５７０の第２の表面部分５７２が、暴露される。一実施形態では、第２の表面部分５７２は、エッチングプロセスが、片持ち梁の端部領域５３５を第２の半導体層５３０の残りから分離することを可能にするように、テーパ状表面５３４の端部領域５３５の少なくとも一部と整合される（開口部の第２のセット５９２によって画定されるように）。一実施形態では、開口部の第３のセット５９２のサイズは、分離後の端部領域５３５における厚さｈ２を１０μｍ等の所定の値にするように決定される。
図５Ｊを参照すると、エッチングプロセスが、第２の硬質マスク層５９０をマスクとして使用して、第５の誘電層５７０上で実施される。一実施形態では、エッチングプロセスは、ＲＩＥプロセスを含んでもよい。次いで、付加的エッチングプロセスが、第２の硬質マスク層５９０をマスクとして使用して、第３の誘電層５５０、第２の誘電層５４０、および第２の半導体層５３０上で実施される。一実施形態では、付加的エッチングプロセスは、ＢＯＥプロセスを含んでもよい。付加的エッチングプロセス後、端部先端５３６が、端部領域５３５に形成される。一実施形態では、端部先端５３６の厚さは、１０μｍであってもよい。
図５Ｋを参照すると、第２の硬質マスク層５９０、第５の誘電層５７０、保護誘電層５２６、および第４の誘電層５６０は、除去される。図５Ｋに示されるように、片持ち梁５００は、基部部分５３０ａと、片持ち梁部分５３０ｂとに分割される。一実施形態では、第１の半導体層５１０および第１の誘電層５２０は、基部部分５３０ａのみを含んでもよい一方、第２の半導体層５３０、第２の誘電層５４０、および第３の誘電層５５０は、基部部分５３０ａおよび片持ち梁部分５３０ｂの両方を含んでもよい。一実施形態では、第２の半導体層５３０の片持ち梁部分５３０ｂは、テーパ状表面５３４と、端部先端５３６とを含み、第２の誘電層５４０の片持ち梁部分５３０ｂは、端部表面５４６を含み、第３の誘電層５５０の片持ち梁部分５３０ｂは、端部表面５５６を含む。いくつかの実施形態では、端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６は、組み合わせて構成され、走査式ファイバディスプレイデバイスの発光先端として機能してもよい。いくつかの他の実施形態では、端部先端５３６のみが、走査式ファイバディスプレイデバイスの発光先端として使用されることが可能である。
図５Ｌは、本発明の実施形態による、片持ち梁５００を図示する、斜視図である。図５Ｌを参照すると、片持ち梁５００は、第１の半導体層５１０と、第１の誘電層５２０と、第２の半導体層５３０と、第２の誘電層５４０と、第３の誘電層５５０とを含んでもよい。第２の半導体層５３０は、テーパ状表面５３４と、端部先端５３６とを含む。第２の誘電層５４０は、端部表面５４６を含む。第３の誘電層５５０は、デバイス表面５５２と、端部表面５５６とを含む。加えて、第２の半導体層５３０、第２の誘電層５４０、および第３の誘電層５５０は、下記に説明されるように、相互に平行である、側方表面５３４ｂおよび５３４ｃを含んでもよい。
図５Ｍは、図５Ｋに示されるような片持ち梁５００の部分底面図である。図５Ｍを参照すると、テーパ状表面５３８ａ、５３８ｂ、および５３８ｃによって画定されたテーパ状構造は、図５Ｇを参照して説明される、ＫＯＨエッチングプロセスの結果として、第２の半導体層５３０内に形成される。テーパ状表面５３４によって標識される、斜線矩形は、図５Ｌに示されるように、片持ち梁部分５３０ｂの長さおよび幅を示す。一実施形態では、ＤＲＩＥプロセス等の付加的異方性エッチングプロセスが、テーパ状表面５３８ａ、５３８ｂ、および５３８ｃによって示される、第２の半導体層５３０、第２の誘電層５４０、および第３の誘電層５５０の部分を除去し、半導体基板の第１の側と垂直な側方表面５３４ｂおよび５３４ｃを形成するために実施されてもよい。一実施形態では、側方表面５３４ｂおよび５３４ｃは、相互に平行である。一実施形態では、通路５３９ａおよび５３９ｂが、ＤＲＩＥプロセス等のエッチングプロセスを使用して形成され、第１の半導体層５１０、第２の半導体層５３０、および第３の誘電層５５０の中への経路を提供してもよい。
図５Ｎは、本発明の別の実施形態による、別の片持ち梁５０１を図示する、斜視図である。図５Ｎを参照すると、片持ち梁５０１は、第１の半導体層５１０と、第１の誘電層５２０と、第２の半導体層５３０と、第２の誘電層５４０と、第３の誘電層５５０とを含む。第２の半導体層５３０は、テーパ状表面５３４と、端部先端５３６とを含む。第２の誘電層５４０は、端部表面５４６を含み、第３の誘電層５５０は、端部表面５５６を含む。第２の半導体層５３０、第２の誘電層５４０、および第３の誘電層５５０は、側方テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃを片持ち梁部分５３０ｂに含む。三重テーパ状表面５３４、５３４ｂ、および５３４ｃを伴う、片持ち梁５０１は、端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６のサイズを調節するための柔軟性を提供し得る。下記に議論されるように、縦軸Ｌ１を中心とした端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６の位置付けは、側方テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃのテーパを制御することによって調節されることができる。
図５Ｏは、本発明の別の実施形態による、片持ち梁５０１を図示する、部分底面図である。図５Ｏに示される片持ち梁５０１の図５Ｍに示されるものとの差異は、片持ち梁部分５３０ｂ（図５Ｎに示される）のために提供される三重テーパ状表面にある。図５Ｏを参照すると、テーパ状表面５３８ａによって示される、第２の半導体層５３０、第２の誘電層５４０、および第３の誘電層５５０の部分をエッチングするとき、片持ち梁部分５３０ｂの幅は、基部領域５３７から端部領域５３５までテーパ状になり、２つの側方テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃを形成する。一実施形態では、テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃのテーパは、片持ち梁５０１の縦軸Ｌ１を中心として対称である。別の実施形態では、テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃのテーパは、縦軸Ｌ１を中心として非対称であってもよい。例えば、テーパ状表面５３４ｂのテーパは、テーパ状表面５３４ｃのものより急峻であってもよい。別の実施形態では、テーパ状表面５３４ｂのテーパは、テーパ状表面５３４ｃのものより緩慢であってもよい。テーパ状表面５３４ｂおよび５３４ｃのテーパは、特定の用途の必要に応じて、変動してもよい。
図５Ｐおよび５Ｑは、本発明の実施形態による、片持ち梁５０１を図示する、簡略化された上面図である。図５Ｐを参照すると、側方テーパ状表面５３４ｃのテーパは、側方テーパ状表面５３４ｂのものより急峻である。結果として、端部先端５３６、端部表面５４６（図示せず）、および端部表面５５６（図示せず）は、端部先端の中心が縦軸Ｌ１の左に配置されるような様式で位置付けられる。したがって、図５Ｎに示されるように、デバイス表面５５２に対して法線方向であって、縦軸Ｌ１と垂直な方向Ｖ１に沿って、端部先端５３６を視認するとき、端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６は、図５Ｎにおける縦軸Ｌ１の左にオフセットされてもよい。図５Ｑを参照すると、側方テーパ状表面５３４ｃのテーパは、側方テーパ状表面５３４ｂのものより緩慢である。したがって、図５Ｎに示されるように、デバイス表面５５２に対して法線方向であって、縦軸Ｌ１に対して垂直の方向Ｖ１に沿って、端部先端５３６を視認するとき、端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６は、図５Ｎにおける縦軸Ｌ１の右にオフセットされてもよい。
多数の利益が、単独で、または組み合わせて、三重テーパ状表面５３４、５３４ｂ、および５３４ｃを制御することによって、端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６を調節する柔軟性によって提供され得る。例えば、異なるように構成される端部先端５３６、端部表面５４６、および端部表面５５６を伴う、片持ち梁５０１が、走査式ファイバディスプレイデバイスの異なる光学構造に適応するために使用されてもよい。
図６は、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する方法６００を図示する、簡略化されたフローチャートである。図６を参照すると、方法６００は、第１の半導体層と、第１の誘電層と、第２の半導体層と、第２の誘電層と、第３の誘電層とを含む、半導体基板を提供するステップ（６０２）を含む。図示される実施形態では、半導体基板は、第１の半導体層（例えば、Ｓｉ）と、第１の半導体層に結合される、第１の誘電層（例えば、ＳｉＯ２）と、第１の誘電層に結合される、第２の半導体層（例えば、Ｓｉ）と、第２の半導体層に結合される、第２の誘電層（例えば、ＳｉＯ２）と、第２の誘電層に結合される、第３の誘電層（例えば、Ｓｉ）とを備える、ＳＯ－ＳＯＩ基板を含んでもよい。一実施形態では、第１の半導体層は、約４００μｍの厚さを有する、Ｓｉ層を含んでもよく、第１の誘電層は、約１μｍの厚さを有する、ＳｉＯ２層を含んでもよく、第２の半導体層は、約１０５μｍの厚さを有する、Ｓｉ層を含んでもよく、第２の誘電層は、約１μｍの厚さを有する、ＳｉＯ２層を含んでもよく、第３の誘電層は、約１０μｍの厚さを有する、Ｓｉ層を含んでもよい。
方法６００はさらに、第１の半導体層に結合される、第４の誘電層を形成し、第３の誘電層に結合される、第５の誘電層を形成するステップ（６０４）を含んでもよい。一実施形態では、第４の誘電層および第５の誘電層は、Ｓｉ３Ｎ４を含み、後続エッチングプロセスの間、半導体基板の下側表面および上側表面を保護してもよい。いくつかの実施形態では、方法６００は、第４の誘電層を形成するプロセスを省略することができる。
方法６００はさらに、第４の誘電層に結合される、第１の硬質マスク層を形成するステップ（６０６）を含んでもよい。第１の硬質マスク層は、第４の誘電層の第１の表面部分を暴露する、開口部の第１のセットを含むことができる。
方法６００はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第４の誘電層、第１の半導体層、および第１の誘電層をエッチングするステップ（６０８）を含んでもよい。ある実施形態では、第４の誘電層のエッチングは、ＲＩＥプロセスを使用してもよい。別の実施形態では、第１の半導体層のエッチングは、ＤＲＩＥプロセスを使用してもよい。一実施形態では、第１の誘電層のエッチングは、ＲＩＥプロセスを使用してもよい。
方法６００はさらに、第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、第２の半導体層をエッチングし、それぞれ、テーパ状表面を伴う、複数の陥凹を形成するステップ（６１０）を含んでもよい。複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを含んでもよい。エッチングプロセスが完了された後、本方法はさらに、第１の硬質マスク層を除去するステップを含んでもよい。一実施形態では、第１の半導体層は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる。第２の半導体層をエッチングするステップは、ＫＯＨベースのプロセスを使用してもよい。別の実施形態では、第２の半導体層のエッチングは、ＥＤＰプロセスおよびＴＭＡＨプロセスを利用して、第２の半導体層をエッチングし、テーパ状表面を形成してもよい。
方法６００はさらに、複数の陥凹のテーパ状表面および第４の誘電層に結合される、保護誘電層を形成するステップ（６１２）を含んでもよい。一実施形態では、保護誘電層は、ＳｉＯ２またはレジスト材料を含んでもよい。
方法６００はさらに、第５の誘電層に結合される、第２の硬質マスク層を形成するステップ（６１４）を含んでもよい。第２の硬質マスク層は、第５の誘電層の第２の表面部分を暴露する、開口部の第２のセットを含むことができる。第５の誘電層の第２の表面部分は、したがって、複数の陥凹のそれぞれの第２の領域の少なくとも一部と整合されることができる。
次いで、本方法はさらに、第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、第５の誘電層、第３の誘電層、および第２の半導体層をエッチングし、複数の陥凹の中に延在させるステップ（６１６）を含んでもよい。その後、本方法は、第２の硬質マスク層、第５の誘電層、および第４の誘電層を除去するステップ（６１８）を含んでもよい。
図６に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、片持ち梁を加工する特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記の概略されたステップを実施してもよい。さらに、図６に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。
本発明の実施形態は、付随の図面を参照して本明細書に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明が、徹底的かつ完全であり、可能性として考えられる実施形態の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。特徴は、正確な縮尺で描かれない場合があり、一部の詳細は、明確にするために、他の要素に対して誇張される場合がある。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。
図面は、正確な縮尺で描かれておらず、類似参照番号は、類似要素を表すために使用されることを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「例示的実施形態」、「例示的実施形態」、および「本実施形態」は、必ずしも、単一実施形態を指すわけではなく、種々の例示的実施形態は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、容易に組み合わせられ、入れ替えられてもよい。
さらに、本明細書で使用されるような専門用語は、例示的実施形態を説明する目的のためのみのものであって、本発明の限定であることを意図するものではない。本点において、本明細書で使用されるように、用語「ｉｎ（～内）」は、「ｉｎ（～内）」および「ｏｎ（～上）」を含んでもよく、用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、単数形および複数の参照を含んでもよい。さらに、本明細書で使用されるように、用語「ｂｙ（～によって）」はまた、文脈に応じて、「ｆｒｏｍ（～から）」を意味し得る。さらに、本明細書で使用されるように、用語「ｉｆ（～場合）」はまた、文脈に応じて、「ｗｈｅｎ（～とき）」または「ｕｐｏｎ（～に応じて）」を意味し得る。さらに、本明細書で使用されるように、単語「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」は、関連付けられる列挙されたアイテムのうちの１つまたはそれを上回るものの任意の可能性として考えられる組み合わせを指し、かつそれを包含し得る。
用語「第１」、「第２」、「第３」等は、本明細書では、種々の要素、コンポーネント、領域、層、および／または区分を説明するために使用され得るが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／または区分は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、コンポーネント、領域、層、または区分を別の領域、層、または区分から区別するためにのみ使用される。したがって、下記に議論される第１の要素、コンポーネント、領域、層、または区分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、層、または区分と称され得る。
本願で使用されるような用語「水平」は、ウエハまたは基板の配向にかかわらず、ウエハまたは基板の従来の平面または表面と平行な平面として定義される。用語「垂直」は、上記で定義されたような水平と垂直な方向を指す。「ｏｎ（～の上）」、「ｓｉｄｅ（～の側）」（「側壁」におけるように）、「ｂｅｌｏｗ（～の下方）」、「ａｂｏｖｅ（～の上方）」、「ｈｉｇｈｅｒ（～より高い）」、「ｌｏｗｅｒ（～より低い）」、「ｏｖｅｒ（～にわたって）」、および「ｕｎｄｅｒ（～の下）」等の前置詞は、ウエハまたは基板の配向にかかわらず、従来の平面または表面に対して、ウエハまたは基板の上部表面上にあるものと定義される。これらの用語は、図に描写される配向に加え、デバイスの異なる配向を包含するように意図されることを理解されたい。
添付の請求項は、図面に図示される精密な構成に限定されないことを理解されたい。当業者は、種々の修正、代替、および変形例が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の方法およびデバイスの配列およびステップにおいて行われてもよいことを認識するであろう。

Claims (33)

  1. 片持ち梁を加工するための方法であって、前記方法は、
    第１の半導体層と、前記第１の半導体層に結合される第１の誘電層と、前記第１の誘電層に結合される第２の半導体層とを備える半導体基板を提供することと、
    前記第１の半導体層に結合される第２の誘電層を形成することと、
    前記第２の半導体層に結合される第３の誘電層を形成することと、
    前記第２の誘電層に結合される第１の硬質マスク層を形成することであって、前記第１の硬質マスク層は、前記第２の誘電層の第１の表面部分を暴露する開口部の第１のセットを備える、ことと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第２の誘電層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第１の半導体層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第１の誘電層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第２の半導体層をエッチングし、それぞれがテーパ状表面を伴う複数の陥凹を形成することであって、前記複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを備える、ことと、
    前記第１の硬質マスク層を除去することと、
    前記第３の誘電層に結合される第２の硬質マスク層を形成することであって、前記第２の硬質マスク層は、前記第３の誘電層の第２の表面部分を暴露する開口部の第２のセットを備え、前記第３の誘電層の第２の表面部分は、前記複数の陥凹のそれぞれの第２の領域の少なくとも一部と整合される、ことと、
    前記第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第３の誘電層および前記第２の半導体層をエッチングし、前記複数の陥凹の中に延在させることと、
    前記第２の硬質マスク層を除去することと、
    前記第３の誘電層を除去することと、
    前記第２の誘電層を除去することと
    を含む、方法。
  2. 前記第２の半導体層に結合されるクロム層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２の誘電層を形成することは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第３の誘電層をエッチングすることは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の半導体層をエッチングすることは、深層ＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１の半導体層は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
  8. 前記第２の半導体層をエッチングすることは、所定の期間にわたって、水酸化カリウム（ＫＯＨ）プロセスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記複数の陥凹のテーパ状表面および前記第２の誘電層に結合される保護誘電層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記保護誘電層を形成することは、前記第２の半導体層をエッチングすることの後に実施される、請求項９に記載の方法。
  11. デバイス表面と、テーパ状表面と、端部領域とを有する片持ち梁を加工するための方法であって、前記方法は、
    第１の側と、前記第１の側と反対の第２の側とを有する半導体基板を提供することと、
    前記第２の側の所定の部分をエッチングし、複数の陥凹を前記第２の側内に形成することであって、前記複数の陥凹はそれぞれ、エッチング終端表面を備える、ことと、
    前記エッチング終端表面を異方的にエッチングし、前記片持ち梁のテーパ状表面を形成することと、
    前記デバイス表面の所定の部分をエッチングし、前記片持ち梁の端部領域を解放することと
    を含む、方法。
  12. 前記片持ち梁のテーパ状表面を異方的にエッチングし、前記半導体基板の第１の側と垂直な第１の側方テーパ状表面を形成することをさらに含み、前記第１の側方テーパ状表面は、前記片持ち梁のテーパ状表面のテーパ方向に沿ってテーパ状になる、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記片持ち梁のテーパ状表面を異方的にエッチングし、前記半導体基板の第１の側と垂直な第２の側方テーパ状表面を形成することをさらに含み、前記第２の側方テーパ状表面は、前記第１の側方テーパ状表面と反対に形成され、前記第２の側方テーパ状表面は、前記片持ち梁のテーパ状表面のテーパ方向に沿ってテーパ状になる、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第１の側方テーパ状表面のテーパは、前記第２の側方テーパ状表面のテーパより急峻である、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第１の側方テーパ状表面のテーパは、前記第２の側方テーパ状表面のテーパより緩慢である、請求項１３に記載の方法。
  16. 前記第１の側方テーパ状表面のテーパは、前記第２の側方テーパ状表面のテーパと同じである、請求項１３に記載の方法。
  17. 前記半導体基板の第１の側に結合されるクロム層を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  18. 低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使用して、前記半導体基板に結合される第２の誘電層を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記第２の側の所定の部分をエッチングすることは、ＲＩＥプロセスを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  20. 前記エッチング終端表面を異方的にエッチングすることは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンおよびピロカテコール（ＥＤＰ）、または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）プロセスを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  21. 前記半導体基板は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられる第１の半導体層と、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる第２の半導体層とを含む、請求項１１に記載の方法。
  22. 前記半導体基板は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる第２の半導体層を含む、請求項１１に記載の方法。
  23. 前記デバイス表面の所定の部分をエッチングすることは、ＲＩＥプロセスを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  24. 半導体片持ち梁を加工するための方法であって、前記方法は、
    半導体基板を提供することであって、前記半導体基板は、第１の半導体層と、前記第１の半導体層に結合される第１の誘電層と、前記第１の誘電層に結合される第２の半導体層と、前記第２の半導体層に結合される第２の誘電層と、前記第２の誘電層に結合される第３の誘電層とを備える、ことと、
    前記第１の半導体層に結合される第４の誘電層を形成することと、
    前記第３の誘電層に結合される第５の誘電層を形成することと、
    前記第４の誘電層に結合される第１の硬質マスク層を形成することであって、前記第１の硬質マスク層は、前記第４の誘電層の第１の表面部分を暴露する開口部の第１のセットを備える、ことと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第４の誘電層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第１の半導体層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第１の誘電層をエッチングすることと、
    前記第１の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第２の半導体層をエッチングし、それぞれがテーパ状表面を伴う複数の陥凹を形成することであって、前記複数の陥凹はそれぞれ、第１の領域における第１の深度と、第２の領域における第１の深度を上回る第２の深度とを備える、ことと、
    前記第５の誘電層に結合される第２の硬質マスク層を形成することであって、前記第２の硬質マスク層は、前記第５の誘電層の第２の表面部分を暴露する開口部の第２のセットを備え、前記第５の誘電層の第２の表面部分は、前記テーパ状表面の第２の領域の少なくとも一部と整合される、ことと、
    前記第２の硬質マスク層をマスクとして使用して、前記第５の誘電層、前記第３の誘電層、および前記第２の半導体層をエッチングし、前記複数の陥凹の中に延在させることと、
    前記第２の硬質マスク層を除去することと、
    前記第５の誘電層を除去することと、
    前記第４の誘電層を除去することと
    を含む、方法。
  25. 前記第３の誘電層に結合されるクロム層を形成することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記第４の誘電層を形成することは、ＬＰＣＶＤプロセスを使用することを含む、請求項２４に記載の方法。
  27. 前記第４の誘電層をエッチングすることは、ＲＩＥプロセスを使用することを含む、請求項２４に記載の方法。
  28. 前記第１の半導体層をエッチングすることは、ＤＲＩＥプロセスを使用することを含む、請求項２４に記載の方法。
  29. 前記第１の半導体層は、（１１０）結晶配向によって特徴付けられ、前記第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる、請求項２４に記載の方法。
  30. 前記第２の半導体層は、（１１１）結晶配向によって特徴付けられる、請求項２４に記載の方法。
  31. 前記第２の半導体層をエッチングすることは、所定の期間にわたって、水酸化カリウム（ＫＯＨ）プロセスを使用することを含む、請求項２４に記載の方法。
  32. 前記テーパ状表面および前記第４の誘電層に結合される保護誘電層を形成することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  33. 前記保護誘電層を形成することは、前記第２の半導体層をエッチングすることの後に実施される、請求項２４に記載の方法。
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