JP3154515B2 - 制御回路基板に対しｄｍｄを集積するための構造およびその製造方法 - Google Patents

制御回路基板に対しｄｍｄを集積するための構造およびその製造方法

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    • Y02P80/30—Reducing waste in manufacturing processes; Calculations of released waste quantities

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可変形鏡デバイスに関
し、特に制御回路基板と共に可変形鏡デバイスを形成す
るための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】下記の特許出願は、相互に参照されてい
る関連出願であり、全てがＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄを権利者としてい
る。これらの出願は同時に出願されたものである。代理人事件整理番号 ＴＩ−１４５６８ Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｆ
ｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒ ｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ ＴＩ−１４６４３ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｂｉｓｔａｂ
ｌｅ ＤＭＤ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ＴＩ−１４６４９ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ａｒｃｈｉｔ
ｅｃｔｕｒｅ ａｎｄＰｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｉｎｇ ＤＭＤ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ＴＩ−１４７１５ Ｆｉｅｌｄ Ｕｐｄａｔｅｄ Ｄ
ｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ なお、そのほかの参照文献として、以下のものがある。 ＴＩ−１３１７３Ａ １９８９年５月１５日出願の第３
５５，０４９号「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」 ＴＩ−１４４８１ １９８９年９月１４日出願の第４
０８，３５５号「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」 米国特許第４，６６２，７４６号 １９８７年５月５日付「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」 米国特許第４，５６６，９３５号 １９８６年１月２８日付「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」 米国特許第４，６１５，５９５号 １９８６年１０月７日付「Ｆｒａｍｅ Ａｄｄｒｅｓｓ
ｅｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏ
ｒ」
【０００３】上記の同時係属出願である「Ｓｐａｔｉａ
ｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」（ＴＩ−１３１
７３Ａ）と題する米国特許出願の対象は、双安定可変形
鏡デバイス（ＤＭＤ）である。このデバイスは、例えば
高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）用の投射光弁などと
しての多くの用途に用いられる。そのような装置におい
ては、１．８メガ画素というような大きさのＤＭＤ画素
アレイが必要となり、その下部にあるＣＭＯＳアドレス
回路によってアドレスされる。
【０００４】開発経費を最小化し、チップの歩留りを最
大化するためには、十分に確立された、生産試験済みの
ＣＭＯＳ技術を選択することが重要である。ＣＭＯＳウ
ェハの大量生産業者は、ＣＭＯＳ工程を特定の使用者の
注文に応じて構成することを好まない。そのため、上部
ＤＭＤ構造は、ＣＭＯＳ工程に対し特殊な要求をする必
要のないものにしなくてはならない。
【０００５】残念ながら、上部ＤＭＤ構造の歩留り損を
生ぜしめうる、ＣＭＯＳの多レベルメタライズ工程にお
けるいくつかの工程生成物が存在する。これらの生成物
には、アルミニウムの小丘、保護酸化物のピンホール、
非平坦チップ表面、および急峻な側壁角を有する保護酸
化物コンタクトが含まれる。
【０００６】ＤＭＤデバイスの例は、前記の１９８９年
５月１５日出願の「ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｏｒ」と題する特許出願、ＴＩ−１３１７３
Ａ、に示されている。この出願に示されているように、
ＤＭＤデバイスは、梁に対して、または制御電極に対し
て、またはその双方に対して、印加される制御電圧によ
り、着地パッドすなわち着地電極に接触するように変
形、または旋回せしめられる梁の反射面を有する。
【０００７】アルミニウムの小丘は、保護被覆酸化物に
弱い場所を生ぜしめる可能性があり、そのためにＤＭＤ
装置のアレイに必要な高電圧のリセットパルスが上部の
着地電極に印加された時に絶縁破壊が起こりうる。
【０００８】もう１つの問題は、前記小丘は電極金属に
よって複製され、小丘がＤＭＤアドレス制御電極下にあ
る時には、ＤＭＤねじれ梁がこれらの小丘上に着地し、
アドレス電極を梁に対して短絡させることである。小丘
が着地電極下にある時は、梁は完全な偏向角まで回転す
るのを妨げられ、従って変形梁の明暗効果が減殺され
る。
【０００９】また、保護酸化物内のピンホールは、電極
金属とＣＭＯＳの最後のメタライズ層との間の短絡の原
因となるので、良質デバイスの歩留りを低減せしめると
共に、デバイスの予定寿命を減少せしめる。
【００１０】電気回路を含むＣＭＯＳの最後のメタライ
ズ層は平坦化されないので保護酸化物内に段差を生じ、
そのため電極金属は異方性プラズマエッチングによって
エッチングされる時残留フィラメントを生じる可能性が
ある。従って、これらのフィラメントは、近隣の電極間
の短絡の原因となる。
【００１１】最後に、標準的ＣＭＯＳ工程においては保
護酸化物コンタクトは傾斜をもった側壁を有するように
はエッチングされず、ほぼ垂直になりやすい。このた
め、電極金属はコンタクト内まで下降して十分に段差を
被覆しうるようにはなりにくい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、典型的なＣＭ
ＯＳ上の生成物の影響を受けない、ＣＭＯＳと一体的に
構成されるＤＭＤデバイスが、本技術分野においては要
求される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】ＣＭＯＳ上の生成物の影
響を受けない改変された上部ＤＭＤ構造は、電極金属の
堆積に先だって、ＣＭＯＳアドレス回路上に平坦化のた
めの第１有機スペーサ（通常厚さ０．５μｍ）をスピン
塗布することによって得られる。コンタクト開口および
電極支柱孔は、この第１スペーサ内にパターン化され、
このスペーサは次に、通常は１８０℃である次のレベル
のスペーサの硬化温度より１０℃ないし２０℃高い温度
まで強くＵＶ硬化される。第１スペーサは、良好な金属
段差被覆の実現のため、コンタクトおよび支柱に対しや
やテーパした側壁を与えるように硬化せしめられる。
【００１４】従来のＤＭＤ工程は、以下の諸段階から成
る。まず、電極金属が堆積され、パターン化された後、
第２スペーサの堆積および支柱孔のパターン化が行なわ
れる。次に、第２スペーサの表面上に金属層を堆積しパ
ターン化することにより、ヒンジおよび梁の金属パター
ンが形成される。最後に、プラズマ下部切断により、可
撓梁素子の下部に空隙が形成される。梁のプラズマ下部
切断中に、第１スペーサおよび第２梁すなわち支持スペ
ーサは除去される。プラズマ下部切断により、電極と下
部のＣＭＯＳアドレス回路との間に空隙が形成される。
この電極は、コンタクトと電極支柱とによって支持され
る。
【００１５】ＣＭＯＳ工程の生成物上のスペーサの効果
は、ＣＭＯＳの最後のメタライズ層のリード間の空隙を
平面化することである。小丘は平面化され、空隙による
分離は弱化された上部保護酸化物上に実現される。空隙
による分離は、保護酸化物内のピンホール上にも実現さ
れる。最後に、保護酸化物コンタクトの急峻な酸化物側
壁は、スペーサの傾斜コンタクトによって置換される。
【００１６】上記改変された上部ＤＭＤ構造には、さら
に他の利点もある。着地電極はアドレス回路から空気に
よって分離されているので、高速立上り時間の高電圧リ
セットパルス列の下部アドレス回路への寄生結合を減殺
することができる。この結合は、もし抑制されなけれ
ば、アドレストランジスタのゲート上に電圧スパイクを
生じることによって、誤った時点にトランジスタを瞬間
的にオン状態にすることがありうる。
【００１７】最後に、アドレス電極は空気によって分離
されるので、キャパシタンスが減殺される。従って、こ
の改変された上部ＤＭＤ構造によれば、梁ではなくアド
レス電極が電荷アドレッシングされるフレームアドレス
形ＤＭＤが形成されうる。
【００１８】前述のようにスペーサ層を追加することに
よる１つの技術的利点は、新構造によってＣＭＯＳ工程
生成物に原因する歩留り損が最小化され、ＤＭＤとＣＭ
ＯＳとの間の寄生結合が減殺され、さらに電荷アドレッ
シングされるＤＭＤの別の構成が得られることである。
【００１９】
【実施例】本発明およびその諸利点を、添付図面を参照
しつつ以下に詳述する。図１は、典型的なＣＭＯＳ工程
生成物がどのようにして上部ＤＭＤ構造の歩留りを減少
せしめるかを示す。これらの生成物には、アルミニウム
小丘１１０、保護酸化物１２内のピンホール１２２、非
平坦チップ表面、および急峻な側壁１２６を有する保護
酸化物コンタクト、が含まれる。
【００２０】図２には、これらの生成物をなくす改変さ
れた上部ＤＭＤ構造が示されている。それは、電極金属
堆積に先立ってＣＭＯＳアドレス構造１００，１１、お
よび１２上にスピン塗布された（通常０．５μｍの厚さ
の）平坦化有機スペーサ２０から成る。このスペーサ
は、電極と梁との間に形成される従来のＤＭＤスペーサ
とは異なる。スペーサ２０にはコンタクト開口２１１お
よび電極支柱孔２１５がパターン化され、またこのスペ
ーサは、通常１８０℃であるＤＭＤスペーサの硬化温度
よりも１０℃ないし２０℃高温の温度まで強くＵＶ硬化
される。この硬化計画は、良好な金属段差被覆を実現す
るために、コンタクト２１１および支柱２１５に対し
て、ややテーパした側壁２１０，２１４を与えるように
選択される。
【００２１】ＣＭＯＳの最後のメタライズ層のリード１
１間の空隙１１２は平坦化２１７される。小丘１１０は
平坦化され、弱化された上部保護酸化物上には空隙によ
る分離が実現される。空隙による分離は、保護酸化物内
のピンホール１２２上にも実現される。最後に、保護酸
化物コンタクト開口２１１の急峻な酸化物の側壁１２６
は、スペーサ２０の傾斜したコンタクト２１０によって
置換される。電極金属２１は、スペーサ２０の堆積の後
に堆積されパターン化される。
【００２２】改変された上部ＤＭＤ構造には、さらに他
の利点がある。着地電極はアドレス回路から空気によっ
て分離されているので、下部アドレス回路に対する高速
立上り時間の高電圧リセットパルス列の寄生結合が減殺
される。この結合は、もし抑制されなければ、アドレス
トランジスタのゲート上に電圧スパイクを生じることに
よって、誤った時点にトランジスタを瞬間的にオン状態
にすることがありうる。
【００２３】最後に、アドレス電極は空気によって分離
されるので、キャパシタンスが減殺される。従って、こ
の改変された上部ＤＭＤ構造によれば、梁ではなくアド
レス電極が電荷アドレッシングされるフレームアドレス
形ＤＭＤ（米国特許第４，６１５，５９５号）が形成さ
れうる。
【００２４】次に、図３に示されているように、スペー
サ３０が電極上にスピン堆積され、梁支柱３０９を形成
するための孔をパターン化される。スペーサ３０は、ね
じれ梁の角偏向を決定し、通常２．３μｍの厚さを有
し、ポジ形ホトレジストである。スペーサ３０は温度１
８０℃まで強くＵＶ硬化され、それによって後の工程段
階における流動および発泡が防止される。スペーサ２０
はもっと高い温度（２００℃）まで硬化されているの
で、この焼成中にスペーサ２０の劣化は起こらないこと
に注意すべきである。最後に、前述の米国特許第４，６
６２，７４６号に示されている堆積およびパターン化工
程により、スペーサ３０上に薄いヒンジ３１０および厚
い梁３１１が形成される。
【００２５】これによって、ウェハレベルにおける工程
は完了する。これらのウェハは次にＰＭＭＡによってコ
ーティングされ、個々のチップに切断されて、クロルベ
ンゼンによりパルススピン洗浄される。最後に、これら
のチップはプラズマエッチングチャンバ内に置かれ、そ
こで双方のスペーサ層２０および３０が完全に除去され
て、図４に示されているようにヒンジおよび梁の下部に
空隙が形成される。
【００２６】以上においては、本発明を上述の特定の実
施例に関して説明してきたが、本発明の範囲は特許請求
の範囲によって限定されるものであり、以上の説明によ
って限定されるものではない。以上に開示された実施例
のさまざまな改変および本発明の別の実施例は、本発明
の技術分野に精通した者にとっては、以上の説明から明
らかなはずである。従って、特許請求の範囲は、本発明
の真の範囲内に属するそのような改変を含むようにされ
ている。
【００２７】
【発明の効果】要するに、この新しい構造によれば、Ｃ
ＭＯＳ工程生成物に原因する歩留り損が最小化され、Ｄ
ＭＤとＣＭＯＳとの間の寄生結合が減殺され、さらに電
荷アドレッシングされる別の構造が得られる。
【００２８】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 集積半導体基板をその上に電気機械的デバイスを
構成するために平坦化する方法であって、平坦化有機液
体材料から成る第１スペーサを前記基板を被覆するよう
にスピン塗布する段階と、前記電気機械的デバイスの第
１支柱および電極を形成するために前記第１スペーサを
パターン化し硬化せしめる段階と、前記電極を前記第１
スペーサ上に形成する段階と、平坦化有機液体材料から
成る第２スペーサを前記電極を被覆するようにスピン塗
布する段階と、前記電気機械的デバイスの機械的部分に
対する第２支柱を形成するために前記第２スペーサをパ
ターン化し硬化せしめる段階と、前記第２スペーサ上
に、前記第２支柱によって支持される複数の機械的素子
を形成する段階と、前記第１および第２スペーサを除去
する段階と、を含む、集積半導体を平坦化する方法。
【００２９】(2) 前記除去段階が、前記集積半導体基
板のある部分と前記形成された電極との間、および該形
成された電極のある部分と前記形成された機械的素子と
の間に、機械的空隙を生ぜしめる、第１項記載の方法。
【００３０】(3) 前記基板が、前記平坦化液体をスピ
ン塗布される通常の頂部酸化物または窒化物保護被覆を
有するＣＭＯＳ基板である、第２項記載の方法。
【００３１】(4) 集積回路を含み通常の頂部酸化物ま
たは窒化物被覆を形成されたＣＭＯＳ基板であって、該
基板の該頂部被覆が小丘、ピンホール、急峻な側壁を有
するコンタクト領域、および非平坦表面などの生成物を
含む前記ＣＭＯＳ基板の平坦化の方法であって、前記頂
部被覆を被覆する平坦化材料をスピン塗布する段階と、
前記頂部被覆と物理的に接触する支柱の形成を可能なら
しめるように前記平坦化材料をパターン化する段階と、
ある第１温度に耐えうるように前記平面化材料を硬化せ
しめる段階と、前記硬化された平坦化材料の頂部上に、
前記頂部被覆と物理的に接触する支柱を含む第１機械的
構造を形成する段階と、該機械的構造の前記支柱が前記
頂部被覆に接触する場所以外の、該頂部被覆と前記形成
された第１機械的構造との間に機械的空隙を残すために
前記硬化せしめられた平坦化材料を除去する段階と、を
含むＣＭＯＳ基板の平坦化の方法。
【００３２】(5) 平坦化された集積半導体基板上に構
成された選択的に可動な機械的部分を有する電気機械的
デバイスであって、前記基板を被覆する平坦化有機液体
材料から成るスピン塗布された第１スペーサであって前
記電気機械的デバイスの電極を支持するための第１支柱
を含む該第１スペーサと、前記電極を被覆する平坦化有
機液体材料から成るスピン塗布された第２スペーサであ
って、前記電気機械的デバイスの前記機械的部分を支持
するための第２支柱を含む第２スペーサと、前記第２ス
ペーサ上に前記第２支柱により支持された複数の機械的
素子を形成することと、前記第１および第２スペーサを
除去することにより前記機械的部分を前記基板に対して
可動ならしめることと、を含む、電気機械的デバイス。
【００３３】(6) 前記基板が、前記平坦化スペーサを
スピン塗布される通常の頂部酸化物または窒化物保護被
覆を有するＣＭＯＳ基板である、第５項記載のデバイ
ス。
【００３４】(7) ＨＤＴＶ用のＤＭＤ投射光弁は、下
部ＣＭＯＳアドレス回路の頂部１２６上に高い歩留りで
上部ＤＭＤ構造２１３を集積することを含むさまざまな
製造上の諸要求を有する。ＣＭＯＳチップの表面は、上
部ＤＭＤ構造の歩留りを減少させる可能性のあるいくつ
かの工程生成物１１０および１２４を含む。これらのＣ
ＭＯＳの生成物を原因とする歩留り損を最小化し、また
下部のＣＭＯＳアドレス回路に対する高電圧リセットパ
ルスの寄生結合を減殺する、改変されたＤＭＤ構造およ
びその製造方法が開示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＭＯＳの生成物を示す基板の断面図。
【図２】ＣＭＯＳの生成物の影響を減殺するために追加
されたスペーサと、上部電極とを示す基板の断面図。
【図３】スペーサの除去前の完成構造を示す断面図。
【図４】スペーサの除去後の完成構造を示す断面図。
【符号の説明】
１１ リード １２ 保護酸化物 ２０ スペーサ ２１ 電極金属 ３０ スペーサ １００ ＣＭＯＳアドレス構造 ２１５ 電極支柱 ３０９ 梁支柱 ３１０ ヒンジ ３１１ 梁
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積半導体基板をその上に電気機械的デ
    バイスを構成するために平坦化する方法であって、 平坦化有機液体材料から成る第１スペーサを前記基板を
    被覆するようにスピン塗布する段階と、 前記電気機械的デバイスの第１支柱および電極を形成す
    るために前記第１スペーサをパターン化し硬化せしめる
    段階と、 前記電極を前記第１スペーサ上に形成する段階と、 平坦化有機液体材料から成る第２スペーサを前記電極を
    被覆するようにスピン塗布する段階と、 前記電気機械的デバイスの機械的部分に対する第２支柱
    を形成するために前記第２スペーサをパターン化し硬化
    せしめる段階と、 前記第２スペーサ上に、前記第２支柱によって支持され
    る複数の機械的素子を形成する段階と、 前記第１および第２スペーサを除去する段階と、 を含む、集積半導体を平坦化する方法。
  2. 【請求項２】 平坦化された集積半導体基板上に構成さ
    れた選択的に可動な機械的部分を有する電気機械的デバ
    イスであって、 前記基板を被覆する平坦化有機液体材料から成るスピン
    塗布された第１スペーサであって前記電気機械的デバイ
    スの電極を支持するための第１支柱を含む該第１スペー
    サと、 前記電極を被覆する平坦化有機液体材料から成るスピン
    塗布された第２スペーサであって、前記電気機械的デバ
    イスの前記機械的部分を支持するための第２支柱を含む
    第２スペーサと、 前記第２スペーサ上に前記第２支柱により支持された複
    数の機械的素子を形成することと、 前記第１及び第２スペーサを除去することにより前記機
    械的部分を前記基板に対して可動成らしめることと、を
    含む、電気機械的デバイス。
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