TW591257B - MEMS element and its manufacturing method, optical modulation element, GLV device and its manufacturing method, and laser display - Google Patents

Description

591257 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於靜電驅動型之MEMS元件及其製造方 法、GLV裝置及其製造方法、光調制元件、及雷射顯示器 之相關技術。 【先前技術】 隨著微細化技術的發展，組裝有所謂的微機械（MEMS : Micro Electro Mechanical System、超小型電氣 機械的複 合體）元件，及MEMS元件的小型機器正為眾所注目。 MEMS元件係一在碎（Si)或坤化鎵（GaAs)等的半導體基 板上形成絕緣膜而構成的基板、玻璃基板或石英基板等的 半導體基板等的基板上，以微細構造體而形成，並使輸出 機械性驅動力的驅動體和控制驅動體的半導體積體電路等 產生電氣性結合之元件。MEMS元件之基本特徵係以機械性 構造而構成的驅動體為組裝入於元件的一部份，而驅動體 的驅動係應用電極間的庫倫引力等而進行電氣性動作。 圖13及圖14係表示利用光的反射或折射，並使用於光開 關、光調制元件之光學MEMS元件的代表性構成。 示於圖13的光學MEMS元件1，係具備基板2、及形成於基 板2上的基板側電極3、及具有相對向於基板側電極3並平行 地配置之驅動側電極4的樑條（樑）6、以及支撐該樑條6的一 端之支持部7而構成之。樑條6和基板側電極3係藉由其間的 空隙8而呈電氣性的絕緣狀態。 基板2係例如採用碎（Si)或珅化鎵（GaAs)等的半導體基板 82395 -6 - 591257 上形成絕緣膜的基板、石英基板或玻璃基板之絕緣性基板 等的所須之基板。基板側電極3係由摻雜雜質的多結晶碎膜 、金屬膜（例如Cr蒸鍍膜）等而形成。樑條6係例如由矽氮化 膜（SiN膜）等的絕緣膜5、形成於其表面的膜厚1〇〇 nm程度之 例如A1膜所組成的兼有反射膜驅動侧電極4所構成。該樑條 6係於支持部7支撐其一端而形成所謂的單支撐樑式之狀 態。 該光學MEMS元件1係因應於供應至基板側電極3與驅動 側電極4的電位，而樑柱6即藉由和基板側電極3之間的靜電 引力或靜電斥力而產生變位，且例如圖13的實線和虛線所 示’相對於基板側電極3而變位成平行狀態與傾斜狀態。 圖14所示之光學MEMS元件！丨係備有基板12、形成於基板 12之基板側電極13、以橋狀而跨越基板側電極丨3的樑條i 4 而構成之。樑條14與基板側電極13係藉由其間的空隙13而 呈電氣性的絕緣狀態。 樑條14係由橋構件15以及兼有反射膜驅動側電極丨6所構 成。該橋構件15係由以橋狀而跨越基板側電極13且立足於 基板12上之例如SiN膜所組成；而兼有反射膜驅動側電極16 係由相對向於基板側電極13且互相平行地設置於橋構件15 上的例如膜厚100 nm程度之…膜所組成。基板12、基板側 電極13、樑條14等係採用和圖13所說明之相同構成與材料 。樑條14係形成其兩端被支撐的所謂橋式之狀態。 該光學MEMS元件11係因應於供應至基板側電極13和驅 動側電極16的電位，而樑柱14即藉由和基板側電極13之間 82395 的靜電引力或靜電斥力而產生變位，且例如圖14的實線和 虛線所示，相對於基板側電極13而變位成平行狀態與凹陷 狀態。 此類等的光學MEMS元件i、U，係照射光線於兼有反射 膜驅動側電極6、16的表面，並因應於樑條4、14的驅動位 置，而利用該光線之反射方向的差異，檢測一方向的反射 光而使其能具有開關的機能之作為光開關而使用。 此外，光學MEMS元件1、11係能作為使光強度調制的光 調制元件而使用。利用光的反射時，係使樑條4、14產生振 動而以每單位時間的一方向的反射光量調制光強度。該光 碉制元件係所謂的時間調制。 利用光的折射時，係對共通的基板側電極3、13並列配置 複數的樑條4、14而構成光調制元件，且藉由相對於共通的 基板側電極3、13之例如相隔1個的樑條4、14其近接或間離 的動作，而使兼有光反射膜的驅動側電極的高度產生變化 ’並藉由光的折射而調制驅動側電極所反射的光的強度。 該光調制元件係所謂的空間調制。 圖15〜圖16係表示習知之MemS元件之製造方法。同圖係 使用於前述圖14所示之樑條為橋式之MEMS元件11之情形。 首先’如圖15A所示，使用單結晶矽基板3丨。繼之，如圖 1 5B所示，在基板3丨的一主面上形成用以與此後的基板側電 極相絕緣用的絕緣膜32。例如在氧氣氣息環境中藉由95(rc 的熱處理而形成熱氧化膜（si〇2)32。 繼之，如圖15C所示，在絕緣膜32上，形成組成基板側電 82395 591257 極的例如由多#晶珍膜或非晶質♦膜所產生㈣電性膜33 。例如，依據減壓CVD法而使用矽烷（SiH4)、氫（112)氣體， 在形成真性多結晶矽膜或真性非晶質矽膜之後，離子植入 磷（P) ’或依據熱擴散而導入，並進行活性處理。或在成膜 時經添加磷化氫（PH3)而直接形成導電性膜33。 繼之，如圖15D所不，將導電性膜33予以圖案化而形成基 板側電極13。 繼之，如圖15E所示，使能覆蓋基板側電極13之狀態下而 全面形成熱氧化（Si〇2)膜34。例如在氧氣氣息環境中進行 950 C的熱處理而形成熱氧化膜34。此時，即促進基材的基 板側電極13之多結晶或非晶質矽的結晶生長，且熱氧化膜 34的表面凹凸亦變大。 繼之，如圖16A所示，例如以非晶質矽膜而全面形成空隙 形成用的犧牲層35。 繼之’如圖16B所示，殘留對應於基板側電極丨3的部份並 去除其他部份’而將犧牲層35予以圖案化。 繼之，如圖16C所示，例如以氮化矽（siN)膜而形成橋構 件15 ’且在對應於該橋構件15的基板側電極13的部份上， 例如以A1而形成驅動側電極16並形成橋狀的樑條14 ^ 繼之，如圖16D所示，去除犧牲層35，並在基板側電極13 與樑條14之間形成空隙17而取得靜電驅動型的MEMS元件 11 〇 在最後，則構成一具有以樑條14的驅動側電極16的膜表 面的粗度而反映出基板側電極13的形成時的凹凸、和熱氧 82395 -9- 591257 化膜34的形成時所生長的凹凸、和最表面的Ai膜（驅動側電 極16)本身的凹凸之全部的表面粗度之MEMS元件11。 圖17係表示SLM(矽光機械：公司譯名）公司所開發的雷射 顯示器用光強度變換元件，亦即作為光調制器之 GLV(Grating Light Valve)裝置之構成。 GLV裝置21係如圖17A所示，在玻璃基板等的絕緣基板22 上以Cr薄膜而形成共通的基板側電極23，且交叉於該基板 側電極23而並列配置著成橋狀地跨過之複數的6個樑條24 而構成，本例係為6個樑條24 [24丨、242、243、244、245、246] 。基板側電極23及樑條24的構成，係和前述圖14所說明之 相同構成。亦即，如圖17B所示，樑條24係在平行於例如以 SiN膜形成的橋構件25的基板側電極23的面上，形成膜厚 100 nm程度之A1膜的反射膜兼驅動側電極26而構成。 橋構件25和設置於其上的反射膜兼驅動側電極26所組成 的樑條24，係通稱為緞帶部位。 作為樑條24的反射膜兼驅動側電極26而使用的鋁膜（ai 膜）’因係（1)必須能較易於成膜之金屬、（2)在可視光領域 的反射率的波長分散必須為較小、（3)產生於A1膜表面的鋁 自然氧化膜必須形成保護膜而保護反射面等之理由，故為 光學邵品材料上理想之金屬。 此外，構成橋構件25的SiN膜（氮化矽膜），係一依據CVD 法而成膜之SiN膜，其強度、彈性係數等的物理值係選用能 適合於對橋構件25的機械性驅動。 印施加微小电壓於基板側電極23與反射膜兼驅動側電極 82395 •10- 591257 26之間時，因前述之靜電現象而樑條24即朝向基板側電極 23而接近，而且當停止施加電壓則產生間離而回復原本狀 GLV裝置21係藉由相對於基板側電極23的複數樑條24的 接近、間離的動作（亦即相隔1個的樑條的接近、間離的動 作），而使兼有光反射膜的驅動側電極的高度交互地產生變 化’並藉由光的折射（對全體6個樑條24照射1個光點）而調制 驅動側電極26所反射的光的強度。 利用靜電引力及靜電斥力而驅動的樑條的力學特性，係 可依據CVD法等所成膜的SiN膜的物性而大致決定，而A1 膜主要係具有反射鏡之功能。 然而，在利用光的反射或折射的MEMS元件當中，控制 光反射膜兼驅動側電極的膜表面的粗度（RMS)係極為重要 。此係因為田由於膜表面的凹凸而降低光的反射效率、折 射效率，且使元件特性惡化之故。 MEMS元件中的基板側電極係如上述，其係形成於如在 碎或砷化鎵等的半導體基板上形成絕緣膜的基板、石英基 板或玻璃基板之絕緣性基板等的所須基板上。而作為該電 極材料通常係使用摻雜雜質的多結晶矽膜或金屬膜。但是 形成此類膜之際’係產生結晶粒，且在表面上產生反映 出膜厚和結晶粒的凹凸。 例如’通常多結晶矽膜係以化學氣相生長法（CVD法）而作 成’但因其環境氣息溫度而結晶粒係有數1〇 nm〜數μπι程度 之極大不同。例如當依減壓CVD法以650°C程度作成膜厚 82395 -11- 591257 300 nm時’即產生500 nm〜1 μπι程度的結晶粒，而此時之基 板側電極的表面粗度RMS值係形成10 nm以上。該基板側電 極的表面粗度，係在此後的膜作成步驟中依序反映於上層 之膜，並擴大轉印於光學上重要的驅動側電極的膜表面。 最後則為製作出具有極大表面凹凸的光反射膜兼驅動側電 極0 當以600°C以下的低溫條件形成時，則可獲得不持有結晶 性的非晶質矽。此時，單膜的表面粗度雖幾乎不存在，但 在此後的步驟中高溫條件為必要時，例如熱氧化膜的形成 、雜質掺雜後的活性化處理、形成氮化碎（SiN)膜等之際， 非晶質矽即產生結晶化，且促進結晶生長，最後則在表面 上係形成具有反映出基材結晶層之凹凸的膜。 如如述’以多結晶碎形成基板側電極的情形時，如圖18 所示’該多結晶矽膜表面的凹凸即擴大且轉印於構成樑條 (Al/SiN積層膜）的驅動側電極（A1膜）4的表面，而以驅動側 電極4為反射鏡的光煩瑣反射率即產生惡化。 例如’在以鋁（A1)為光反射膜的光學MEMS元件中，A1 膜的反射率其理想的大容量A1膜係應該獲得92%程度。但是 形成多結晶矽膜以作為基板側電極，且此後經歷熱氧化膜 、SiN膜等的鬲溫步驟，而在最表面上形成組成光反射膜兼 驅動側電極的A1膜的情形時，亦有該樑條表面的反射率係 呈現數％以上的惡化而只獲得85%程度之情形。因此，光學 MEMS元件的特性的改善策略的其中之一，即是強烈要求表 面粗度的平滑化，特別是使基材的基板側電極平滑化之技 82395 -12- 591257 術。 【發明内容】 本發明係有鑑於上述之問題點，4it成樑條表面的平滑 化，提供一種彡成性能提弄之MEMS元件及其製造方法、光 調制元件、㈣裝置及其製造方法、及雷射顯示器為目的。 本發明之MEMS元件之構成， 係具備：基板側電極；以及 樑條，其係由相對向於基板侧電極而配置，並藉由在與 其基板側電極45之間作用的靜電引力或靜電斥力而驅動的 基板側電極所構成； 且基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 本發明之MEMS元件之製造方法，係具有： 在基板的絕緣表面上，形成依據單結晶半導體層之基板 側電極的步驟； 含有前述基板侧電極且在其上中介或無中介絕緣膜，而 選擇性地形成犧牲層的步驟； 在前述犧牲層上’形成具有驅動侧電極之樑條的步驟； 以及 去除犧牲層的步驟。 本發明I MEMS元件其基板側電極係由單結晶半導體層 所形成’故該基板側電極的表面係維持原來的單結晶半導 體層表面之極緻鏡面而維持於平滑的表面。因此，在基板 側電極上依次堆積犧牲層、樑條等而最後所獲得的樑條的 表面及背面係作成平滑彳採用樑條的驅動侧電極於光反 82395 •13- 591257 射膜時’則能提昇在驅動側電極的表面之光反射率。 根據本發明之MEMS元件之製造方法，因以單結晶半導 · 體層而形成基板側電極，故堆積於其後的犧牲層、樑條膜 · 的表面亦維持平滑性，最後則能精度佳且容易地製造具有 表面已平滑化之樑條之MEMS元件。 本發明之光調制元件之構成， 係具備：基板側電極；以及 * 樑條，其係由相對向於基板側電極而配置，並藉由在與 ， 其基板側電極45之間作用的靜電引力或靜電斥力而驅動的 · 基板側電極所構成； 且基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 本發明之碉制元件其基板側電極係由單結晶半導體層所 形成，故該基板側電極的表面係維持原來的單結晶半導體 層表面之極緻鏡面而維持於平滑的表面。因此，和上述相 同地，最後所獲得的樑條的光反射膜兼驅動側電極的反射 面係作成平滑化，據此而提昇光反射率，且提昇光的利用 率。 _ 本發明之GLV裝置之構成， ψ 係具備：共通之基板側電極；以及 複數 < 樑條，其係具有相對向於共通之基板側電極且互 相獨立而設置，並藉由在與該基板側之間作用的靜電引力 或靜電斥力而驅動之光反射膜兼驅動側電極； 且基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 本發明之GLV裝置之製造方法，係具有： 82395 -14- 在基板的絕緣表面上，形成依據單結晶半導體層之共通 的基板側電極的步驟； 含有前述基板側電極且在其上中介或無中介絕緣膜，而 選擇性地形成犧牲層的步驟； 形成一具有在犧牲層上相互獨立地並列配置之光反射膜 兼驅動側電極之複數之樑條的步驟；以及 去除犧牲層的步驟。 本發明之GLV裝置其基板側電極係由單結晶半導體層所 形成，故該基板側電極的表面係維持原來的單結晶半導體 層表面之極緻鏡面而維持於平滑的表面。因此，和上述相 同地’最後所獲得的樑條的光反射膜兼驅動側電極的反射 面係作成平滑化，據此而提昇光反射率，且提昇光的利用 率。 根據本發明之GLV裝置之製造方法，因以單結晶半導體 層而形成共通的基板側電極，故堆積於其後的犧牲層、樑 條膜的表面亦維持平滑性，最後則能精度佳且容易地製造 具有表面已平滑化之樑條之GLV裝置。 本發明之雷射顯示器，其係一具有雷射光源、以及配置 於自該雷射光源所射出之雷射光的光軸上，並調制雷射光 的光強度之GLV裝置之雷射顯示器，glv裝置之構成， 係具備：共通之基板側電極；以及 複數之樑條，其係具有相對向於前述共通之基板側電極 且互相獨立而設置，並藉由在與該基板側之間作用的靜電 引力或靜電斥力而驅動之光反射膜驅兼動侧電極； 82395 -15- 591257 且基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 本發明之雷射顯示器，係在調制雷射光的光強度之GLv 裝置^中’係以單結晶半導體層而形成其基板側電極，故 和上述相同地，複數之樑條的光反射膜驅兼動側電極的表 面係作成平滑化。因此，提昇光反射率，且提昇雷射顯示 器之光的利用率。 【實施方式】 以下，參閱圖面說明本發明之實施形態。 圖1係表示本發明之靜電驅動型之MEMS元件之代表性 的一實施形態。 本實施形態之MEMS元件41之構成，係在形成絕緣膜於半 導體基體上而構成之基板、或玻璃基板、石英等的基板， 本例則是設置一形成有絕緣膜43於半導體基板42上之基體 44，且在該絕緣膜43上形成由單結晶半導體層所組成之基 板側電極45，並與該基板側電極45相對向且挾有空隙49而 配置一呈橋狀跨過基板側電極45之靜電驅動型之樑條（樑）46 。基板側電極45和樑條46係藉由形成於其間的空隙49而呈 電絕緣狀態。 樑條46係由橋構件47和驅動側電極48所構成，而橋構件 47為由以橋狀跨過基板側電極45而立足於基體44的絕緣膜 所組成，而驅動側電極48為相對向於基板側電極45並相互 平行地設置於橋構件47上。樑條46係構成所謂的橋式。又 在MEMS元件41係一部份組裝有用以控制該驅動的半導體 積體電路。 82395 -16- 半導體基板42係單結晶半導體基板，例如可使用矽（Si) 、坤化鎵（GaAs)等的基板。絕緣膜43係例如可由氧化矽 (Si02)膜來形成。組成基板側電極45的單結晶半導體層，係 例如可由碎單結晶層來形成。 亦可使用 S〇I[silicon(semiconductor)on insulator]基板，且 以該單結晶半導體層形成基板側電極45。此外，基板側電 極45亦可由磊晶生長層來形成。 橋構件47係氮化矽（SiN)膜、氧化矽（Si02)膜等的絕緣體 ，本例則由氮化矽膜所形成。樑條46係例如氮化矽膜、矽 氧化膜等的絕緣體，本例則由其強度、彈性係數等的物性 值係對樑條的機械性驅動為適當之氮化矽膜47和其上面的 驅動側電極48之積層膜所形成。作為驅動側電極48係可使 用以Ag膜、鋁（A1)為主成份的A1膜，或鈦Ti、鎢W、鉬Mo 、釔Ta等的其中之一的高融點金屬膜等。 根據本實施形態的MEMS元件41，因係以單結晶矽層而形 成基板側電極45，故基板側電極45的表面係維持於單結晶 矽層的鏡面水準的粗度，且維持於極緻的平滑表面。因此 ，在製造步驟中，即使在該基板側電極45上，依次形成構 成犧牲層、樑條46的SiN膜的橋構件47及驅動側電極48，亦 能使樑條46的表面46a或與樑條46的基板側電極45相對向 的背面46b平滑化。特別是，驅動側電極48側的表面46a係 能達成只反映出構成驅動側電極48的膜的結晶紋所產生的 凹凸之平滑表面。例如以A1膜而形成驅動側電極48時，A1 膜上樑條係只反映出A1膜的結晶紋所產生的凹凸。其結果 82395 -17- 591257 ’如圖3所不’係能形成平滑性佳的驅動侧電極48。 使用SOI基板而以該單結晶半導體層，例如單結晶梦層來 . 形成基板側電極45時，因基板側電極45的表面係能維持於 鏡面水準，故能使樑條46的驅動側電極48的表面平滑化。 以磊晶生長層來形成基板側電極45時，亦因基板側電極 45的表面係能維持於鏡面水準，故亦能使樑條牝的驅動側 電極48的表面平滑化。 - 在採用該MEMS元件41於光學MEMS元件之情形下，該驅 1 動側電極48的表面即形成一光反射面（所謂的反射鏡面），且 _ &昇反射效率、折射效率而增加反射光的光利用率，並能 達成作為可進行ON· OFF控制的光開關、調制光強度的光 調制元件等的光元件之特性功能的提昇。 圖4〜圖5係表示上述之MEMS元件41之製造方法之一實 施形態。 首先，如圖4A所示，使用在單結晶矽基板52上中介絕緣 層之例如氧化碎（Si〇2)層53而具有單結晶碎層54之所謂的 SOI(siliCononinsulator)基板5卜此時，由於基材基板2和其 馨 後構成基板側電極的表面之單結晶矽層54，係以矽氧化層 53而早已呈絕緣狀態，故並不需要用以使基材基板與單結 晶矽層產生絕緣用的氧化膜的形成作業。 繼之，如圖4B所示，在作為SOI基板51的表面的鏡面之單 結晶矽層54，導入第1導電型的雜質55，且施以活性化處裡 而刑成單結晶矽層54。本例則在單結晶矽層54離子植入磷 (P)55 ’或以熱擴散而導入，且進行活性化處裡。活性化處 82395 •18- 591257 裡係以SOHooirc程度的高溫條件而進行熱處理。硬層 54因係為單結晶層，故其表面係能維持鏡面si水準的平滑 性。 Θ 繼之，如圖4C所示，將導電性的單結晶矽層“予以圖案 化，而形成依據單結晶碎層的基板側電極4 5。 繼之，在該基板側電極45上，中介絕緣膜或無中介絕緣 膜而全面形成空隙形成用的犧牲層。本例中作為犧牲層係、 使用非晶詩層而形成基板側電極45的保護膜之絕緣膜。 布亦即，如圖4D所示’在包含由單結晶料組成的基板側 φ 電極45的表面之全面上形成熱氧化膜，例如藉由以95〇艺之 氧氣氣息環境而形成熱氧化膜（Si〇2膜）56。此時基材因係單 結晶矽的基板側電極45 ,故在熱氧化膜56並無凹凸產生， 並維持鏡面Si水準的平滑性。 繼<，如圖4E所示，全面形成空隙形成用之犧牲層，本 例則係形成由非晶質矽膜所組成之犧牲層57。又，作為犧 牲層57係除了非晶質矽膜之外，亦可使用多結晶矽膜、光 抗蝕劑膜、或和構成後述之樑條構件其蝕刻率相異之絕緣鲁 膜（例如矽氧化膜、氮化矽膜等）等。 以單結晶矽形成基板側電極45，且以光抗蝕劑膜、矽氧 · 化膜、氮化矽膜等形成犧牲層時，係可省略作為保護膜的 ‘ 上述絕緣膜。 繼之，如圖5A所示，於基板侧電極45上至少殘留犧牲層 57，且去除其他部份而予以圖案化。本例則較基板側電極 45更大若干地殘留犧牲層57而予以圖案化。 82395 -19- 591257 繼之，如圖5B所示，以能覆蓋犧牲層57之狀態而在基板 51的絕緣層53上形成絕緣膜，本例則形成氮化碎膜58。進 而，在與橋構件47的基板側電極45相平行的部份上，選擇 性地形成驅動側電極48且形成樑條46。 繼之，如圖5C所示，藉由XeF2氣體的氣體蝕刻而去除犧 牲層的非晶質>5夕層57 ’並在基板側電極45和樑條46之間形 成空隙49，而獲得標的的靜電驅動型的MEMS元件41。 根據本實施形態之MEMS元件41之製造方法，因係利用 SOI基板51且導入雜質55於該單結晶矽層54而作成具有導 電性的單結晶矽層54，並以該單結晶矽層54而形成基板側 電極45 ’故基板側電極45的表面係維持於單結晶矽層54的 鏡面水準，且形成無凹凸的平滑表面。其後，依次積層構 成犧牲層57、樑條的橋構件47及驅動側電極材料層，且去 除犧牲層57，據此而能精度佳且容易地製造具有驅動側電 極48已平滑化之樑條46的MEMS元件41。 在基板側電極45的表面因無形成凹凸，故依據其後續的 高溫步驟，亦不致產生膜的凹凸，而能形成平滑的樑條46 。此外’基板側電極係以非晶質矽膜或多結晶矽膜所形成 時，在後績的高溫步驟中結晶粒即更形生長，而可能產生 凹凸，但本實施例之形態則無如此顧慮。 和圖15〜圖16所示之習知製法相比，在能夠削減用以和基 板相絕緣之用的氧化膜步驟、及用以形成基板側電極的導 電性層之用的步驟之外，並因步驟整體所必須的遮罩張數 並無改變，故能減低MEMS元件的製作成本。 82395 •20- 591257 圖6〜圖7係表示上述之MEMS元件41的製造方法的其他 之實施形態。 、 本實施形態係如圖6A所示，係使用戶斤謂的s〇I(siH_仙 inSulat〇r)基板61，其係在單結晶矽基板52上中介絕緣膜之 例如矽氧化（Si〇2)層53，而具有己導入第！導電型雜質之電 阻率為0·01〜數10 Qcm程度的單結晶矽層（亦即，導電性的 單結晶矽層）62。單結晶矽層62的導電型係並不限於p型、n 型的任一個。基材基板52和以後成為基板側電極的表面的 單結晶矽層62 ,因係以矽氧化層53作絕緣，故並不須要用 以將基材基板和單結晶矽層作絕緣用的氧化膜的形成。 而且，SOI基板61的上部鏡面的單結晶矽層62，因係早己 I低私阻化而成為作為電極用的準位，故無須導入新的雜 質。 此後係和前述的圖4C〜圖5H的步驟相同。 亦即，如圖6B所示，將單結晶矽層62予以圖案化而形成 單結晶矽層的基板側電極45。 繼之，在該基板側電極45上中介或無中介絕緣膜，而全 面形成空隙形成用之犧牲層。本例則因使用非晶質矽層作 為犧牲層’故如圖6C所示，包含由單結晶矽所組成的基板 側電極45的表面之全體，形成熱氧化膜例如以950°c之氧氣 氣息環境而形成熱氧化膜（8丨〇2膜）56。此時亦因基材為單結 晶矽的基板側電極45，故在熱氧化膜56並無產生凹凸，且 能維持鏡面Si水準的平滑性。 繼之，如圖6D所示，和前述相同地，全面形成空隙形成 82395 -21 - 591257 用之犧牲層，本例係形成由非晶質矽層所組成之犧牲層57。 繼之，如圖7A所示，於基板側電極45上至少殘留犧牲層 · 57，且去除其他部份而予以圖案化。本例則較基板側電極 · 45更大若干地殘留犧牲層57而予以圖案化。 繼之，如圖7B所示，以能覆蓋犧牲層57之狀態而在基板 51的絕緣層53上形成絕緣膜，本例則形成氮化矽膜58。進 而’在與橋構件47的基板側電極45相平行的部份上，選擇 性地形成驅動側電極48且形成樑條46。 繼之，如圖7C所示，藉由XeF2氣體的氣體蝕刻而去除犧 春 牲層的非晶質矽層57，並在基板側電極45和樑條46之間形 成芝隙49，而獲得標的的靜電驅動型的MEMS元件41。 根據本貫施形態之MEMS元件之製造方法，因係利用具 有既已導入雜質的單結晶矽層62之SOI基板61，並以該單結 晶石夕層54而形成基板側電極45，故基板側電極45的表面係 維持於•單結晶石夕層62的鏡面水準，且形成無凹凸的平滑表 面。其後’依次積層犧牲層57、構成樑條的橋構件47及驅 動側電極材料層，且去除犧牲層57，據此而能精度佳且容 · 易地製造具有驅動側電極48已平滑化之樑條46的MEMS元 . 件41。在基板側電極45的表面因無產生凹凸，故依據其後 ， 續的高溫步驟，亦不致產生膜的凹凸，而能形成表面平滑 的樑條46。 相較於圖4〜圖5的製法，因無雜質55的導入步驟故能削減 該部份之步驟，且能降低MEMS元件之製造成本。 圖8〜圖10係表示上述MEMS元件41之製造方法之其他實 82395 •22- 施形態。 首先，如圖8A所示，使用單結晶矽基板66。又，作為基 板66亦可使用其他之玻璃、石英等的絕緣基板。 繼之，如圖8B所示，在該單結晶矽基板66的表面，形成 絕緣膜67，其係用以和此後的基板側電極作絕緣用。本例 係以950 C之氧氣氣息環境而形成熱氧化膜（；§丨〇2膜。使 用絕緣基板時則不須形成該絕緣膜67。 繼之’如圖8C所示，在絕緣膜67(使用絕緣基板時則為絕 緣基板）上’形成用以磊晶生長用之種子之所謂的種子層68 。作為對處於矽（Si)膜的種子層68，例如可使用碳、鎳、鎵 等。種子層68係依據CVD法、濺鍍法等形成數1〇nm程度的 膜厚。 繼之’如圖8D所示，依據磊晶CVD裝置而在種子層68上 形成羞晶生長層69。其後，在磊晶生長層69離子植入第1導 電型雜質’例如磷（p)7〇，或以熱擴散等導入，並作成導電 性Si蟲晶生長層。此時，亦可依據加上成膜材料氣體的以札 、H2氣體之外同時附加PH3，而形成導電性Si磊晶生長層69 。為了獲得表面的平滑性，可因應於需要而研磨磊晶生長 層69較為理想。 、.薩之如圖9A所示’將蟲晶生長層69及種子層68予以圖 案化’而形成依據磊晶生長層69而來的基板側電極45。 此後係和前述的圖4D〜圖5C的步驟相同。 亦即’在該基板側電極45上中介或無中介絕緣膜，而全 面形成2隙形成用之犧牲層。本例則因使用非晶質矽層作 82395 -23· 591257 為犧牲層，故如圖9B所示，包含由磊晶所組成的基板侧電 極45的表面之全體，形成熱氧化膜例如以950它之氧氣氣息 環境而形成熱氧化膜（Si〇2膜）56。此時亦因基材為單結晶矽 的基板側電極45，故在熱氧化膜56並無產生凹凸，且能維 持鏡面S i水準的平滑性。 繼之，如圖9C所示，全面形成空隙形成用之犧牲層，本 例係形成由非晶質矽層所組成之犧牲層57。 繼之，如圖9D所示，於基板側電極45上至少殘留犧牲層 57，且去除其他邵份而予以圖案化。本例則較基板側電極 45更大若干地殘留犧牲層57而予以圖案化。 繼之，如圖10A所示，以能覆蓋犧牲層57之狀態而在基板 66的絕緣層（64、56)上形成絕緣膜，本例則形成氮化矽膜58 ’其後則進行圖案化而形成橋構件47。進而，在與橋構件 47的基板側電極45相平行的部份上，選擇性地形成例如A1 的驅動側電極48且形成樑條46。 繼之，如圖10B所示，藉由XeF2氣體的氣體蝕刻而去除犧 牲層的非晶質矽層57，並在基板側電極45和樑條46之間形 成更隙49 ’而獲得標的的靜電驅動型的memS元件41。 根據本貫施形態之MEMS元件之製造方法，因係以羞晶 生長層69开> 成基板側電極45，故基板側電極45的表面係維 持於磊晶生長層69的鏡面水準，且形成無凹凸的平滑表面 。其後，依次積層犧牲層57、構成樑條的橋構件47及驅動 側電極材料層’且去除犧牲層57，據此而能精度佳且容易 地製造具有驅動側電極48己平滑化之樑條46的MEMS元件 82395 -24- 591257 41。在基板側電極45的表面因無產生凹凸，故依據其後續 的高溫步驟，亦不致產生膜的凹凸，而能形成表面平滑的 樑條46。 相較於圖15〜圖16所示之習知的製法，係在既能削減用以 和基板絕緣用的氧化膜步驟、及用以形成基板側電極的導 電性層的步驟之外，步驟整體上所需要的遮罩張數並無改 變’故能降低MEMS元件的製造成本。 圖2係表示本發明之靜電驅動型之MEMs元件之代表性 的其他實施形態。本例係單支撐樑式而形成樑條之情形。 本實施形態之MEMS元件71係和前述相同地，使用形成絕 緣膜於半導體基板上的基板或絕緣性基板，本例則使用形 成絕緣膜43於半導體基板42上的基板44，在該基板44上形 成由單結晶半導體層所組成的基板側電極45，且配置一端 被絕緣性支持部72所支撐的靜電驅動型的樑條73而構成， 該樑條73係相對向於該基板側電極45。基板側電極45和樑 條73係藉由形成於其中間的空隙75而呈電絕緣。 樑條73係由絕緣膜5和其上的驅動側電極76所構成。絕緣 性支持部72係可由氮化矽（SiN)膜、氧化矽（si〇2)膜等的絕 緣體’本例則由氮化矽膜所形成。 半導體基板42、絕緣膜43、基板側電極45、構成樑條73 的絕緣膜75及驅動側電極76等，係採用和前述圖說明之 相同的構成、材料，故省略其詳細說明。 該MEMStc件71係能以和前述圖4〜圖5、或圖6〜圖7、或 圖8〜圖10所說明之相同步驟而製造。 82395 -25- 591257 亦即’使用S 01基板5 1或61而以該單結晶半導體層之例如 早結晶矽層而形成基板側電極45之後，或以磊晶生長層69 而形成基板側電極45之後，中介或無中介絕緣膜56而形成 絕緣性支持部72，且形成空隙形成用的犧牲層57，繼而， 以一端能被絕緣性支持部72支撐之狀態，而形成由絕緣膜 75和驅動側電極76所組成的樑條73，其後則藉由去除犧牲 層57之措施，即能製造出MEMS元件71。 在本實施形態之MEMS元件71當中，和前述相同地，因係 以單結晶矽層而形成基板側電極45，故樑條73的驅動側電 極76的表面76a係作成平滑化。因此，採用光學MEMS元件 時，該驅動側電極76的表面76a係形成平滑的樑條，且提昇 反射效率、折射效率而增進反射光的光利用率，而能達成 作為進行ON · OFF之光開關、調變光強度的光調變元件等 的光元件之特性、功的提昇能。 上述之MEMS元件41、71係可適用於利用光反射的光學 MEMS元件和利用光折射的光學MEMS元件。利用光的反射 時’係可作成對基板側電極45配置1個樑條46或73之構成， 或作成對共通之基板側電極45配置各個獨立驅動之複數的 樑條46或73之構成。利用光的折射時’可作成對共通之基 板側電極45並列配置複數的樑條46或73之構成。 使用上述之光學MEMS元件而能構成光調變元件。 根據本實施形態之光調變元件，係能提昇反射效率、折 射效率而增進反射光的光利用率，且能達成作為光調變元 件之特性、功能的提昇。 82395 -26- 591257 圖11係表示本發明之GLV裝置之實施形態。 本貫施形態之GLV裝置81，係如同前述之圖1所說明，在 形成有絕緣膜於半導體基板上的基板、或絕緣性基板，本 例則在刑成有絕緣膜於矽單結晶基板上的基板82上，形成 單結晶半導體層，例如形成由單結晶矽層所組成的共通的 基板側電極83，且對共通的基板側電極83，並列配置由橋 構件84和金屬膜之驅動側電極85的積層膜所組成之複數樑 條而構成，本例則6個樑條86[ 86〗、862、863、864、865、 866 ]〇 該GLV裝置81係和前述相同，藉由對基板側電極83每相 隔1個的樑條86之近接、間離的動作，而使光反射膜兼驅動 側電極85的高度交互地產生變化，並藉由光的折射而調變 驅動側電極85所反射的光的強度。 該GLV裝置81係能使用前述之圖4〜圖5、圖6〜圖7、或圖 8〜圖10之製法而製造。 本實施形態之GLV裝置81，因係以單結晶半導體層，例 如單結晶碎層而形成基板側電極83，其結果則能提昇樑條 86的反射膜兼驅動側電極85的反射鏡面的光反射率，並能 提供光示利用率較高之高性能的OLV裝置。 圖12係表示使用有採用上述MEMS元件而作為光調變元 件之GLV裝置之光學裝置之一實施形態。本例係使用於雷 射顯示器之情形。 本實施形態之雷射顯示器91，係例如作為大型螢幕用投 影機、特別是作為數位影像的投影機，或作為電腦影像投 -27- 82395 影裝置而使用。 雷射顯示器91係如圖12所示，係具備： 紅（R)、綠（G)、藍（B)的各色之雷射光源92R、92G、92B ;以及 GLV裝置98R、98G、98B，其係作為對各雷射光源依序 設置於各光軸上的反射鏡94R、94G、94B ’及各色照明光 學系統（透鏡群）96R、96G、96B，及光調變元件而作用。 雷射光源92R、92G、92B係分別射出例如R(波長642 nm 、光輸出約3 W)、G(波長532 nm、光輸出約2 W)、B(波長 457 nm、光輸出約1.5 W)的雷射。 而且，雷射顯示器91，係具備·· 色合成過濾器1〇〇，其係藉由GLV裝置98R、98G、98B而 將經調變的各光強度的紅色（R)雷射光、綠色（G)雷射光、 及藍色（B)雷射光予以合成； 空間過濾器102 ; 漫射器104 ; 反射鏡106 ; 檢流掃描器108 ; 投影光學系統（透鏡群）110;以及 螢幕112。 色合成過濾器1 〇〇係例如由兩色向反射鏡所構成。

本實施形態之雷射顯示器91，其自雷射光源92R、92G、 92B所射出的RGB各雷射光，係分別經由反射鏡94R、94G 、94B且再自各色照明光學系統96R、96G、96B而射入至GLV 82395 -28- 裝置98R、98G、98B。各雷射光係經過色分類之影像訊號 ，而得以同步輸入至GLV裝置98R、98G、98B。 進而，各雷射光係依據經GLV裝置98R、98G、98B的折 射而進行空間調變，此類3色的折射光係藉由色合成過濾器 100而進行合成，繼而藉由空間過濾器102而僅取出訊號成 份。 繼之，該RGB的影像訊號，係藉由漫射器104而降低雷射 頻譜特性，並經由反射鏡106而藉由作用影像訊號的檢流掃 描器108而展開於空間，並藉由投影光學系統110而以彩色 影像而投影於螢幕112上。 本實施形態之雷射顯示器91，其作為光調變元件因係具 備如圖11所示之構成的GLV裝置98R、98G、98B，故被射出 的影像訊號的光束，係能較使用習知之光調變元件的雷射 顯示器更提昇。由於係提昇訊號的光束，而提昇了來自雷 射光源92R、92G、92B的雷射光的利用效率。 本實施形態之雷射顯示器91，雖係對應於各色的雷射光 源92而具備GLV裝置98R、98G、98B，但本發明之GLV裝置 亦可適用於具有除此以外之構成的各種裝置。 例如，在以白色為光源的一方，僅分別反射RGB各波長 的光（除此以外的光則折射）而得以顯示各色，並使不同寬幅 樑條的光調變元件98R、98G、98B構成1像素亦可。 此外，亦能作成透過同步於RGB的像素資料所組成的影 像資訊之色迴輪，而使來自單一的光源的白色光射入至 GLV裝置98。 82395 -29- 甚而，若作成使用單一的GLV裝置98而將來自RGB的 LED(發光二極體）的光予以反射，而使各像素的色資訊重現 之構成，則能作成手提式之彩色顯示器。 此外，本發明之GLV裝置係不僅可使用於像本實施形態 的雷射顯示器的投影機之類，亦可作為光通訊的 WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長多重）傳送用 的各種裝置、MUX(Multiplexer :串並列轉換器/分配化裝置） 、或 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)、OXC(Optical Cross Connect)等的光開關而使用。 甚而亦可適用於例如可直接繪出數位影像等的微細描繪 裝置、半導體曝光裝置或列印機引擎等其他的光學裝置。 此外，本實施形態之雷射顯示器91，係說明有關使用GLV 裝置98R、98G、98B而進行空間調變的雷射顯示器，但本 發明之GLV裝置亦可依據相位、光強度等的干涉·折射而 進行可調變的資訊之切換，並能應用於使用此類的光學裝 置。 根據本發明的MEMS元件，因係以單結晶矽層而形成基 板側電極，且維持基板側電極的表面於單結晶矽層的鏡面 水準的粗度，且維持於極緻的平滑表面，故能將顯著存在 於MEMS元件的樑條的驅動側電極的表面予以完美地平滑 化。因此，而能達成MEMS元件的特性、功能的提昇。 使用SOI基板而以該單結晶半導體層形成基板側電極時 ，因基板側電極的表面係能維持於鏡面水準，故能使樑條 的驅動側電極的表面平滑化。 82395 -30- 以羞晶生長層形成基板側電極時，亦因基板侧電極的表 面係旎維持於鏡面水準，故能使樑條的驅動側電極的表面 平滑化。 根據本發明的MEMS元件之製造方法，則能精度佳且容 易地製造上述之MEMS元件。 使用本發明的MEMS元件於利用光的反射或折射的光調 變兀件上時，因該光反射兼驅動側電極的表面為形成平滑 化’故能提昇反射效率、折射效率而增進光利用效率，且 能達成其作為光調變元件的特性、功能的提昇。 以本發明之光調變元件構成GLV裝置時，則能提供一光 利用效率較高、且提昇特性及功能的GLV裝置。 根據本發明的GLV裝置之製造方法，則能精度佳且容易 地製造上述之GLV裝置。 組裝本發明的GLV裝置於雷射顯示器時，則能提供一光 利用效率較高、且提昇特性及功能的雷射顯示器。 【圖式簡單說明】 圖1表示本發明之MEMS元件之代表性的一實施形態之 構成圖。 圖2表示本發明之memS元件之代表性的其他實施形態 之構成圖。 圖3表示本發明之meMS元件之驅動側電極之平坦性的 要部截面圖。 圖4A〜E表示圖1之MEMS元件之製造方法之一實施形態 之製造步驟圖（其一）。 82395 -31- 591257 圖5 A〜C表示圖1之MEMS元件之製造方法之一實施形賤 之製造步驟圖（其二）。 圖6 A〜D表示圖丨之MEMS元件之製造方法之其他實施形 態之製造步驟圖（其一）。 圖7A〜C表示圖itMEMS元件之製造方法之其他實施形 態之製造步驟圖（其一）。 圖8 A〜D表示圖1之MEMS元件之製造方法之其他實施形 態之製造步驟圖（其一）。 圖9A〜D表示圖1之MEMS元件之製造方法之其他實施形 態之製造步驟圖（其二）。 圖10A、B表示圖1之MEMS元件之製造方法之其他實施形 態之製造步驟圖（其三）。 圖11A表示本發明之glv裝置之實施形態之構成圖。圖 11B表示圖ΠΑ之截面圖。 圖12表示本發明之雷射顯示器之製造方法之實施形態之 構成圖。 圖13依習知之說明之光學MEMS元件之代表性之一例。 圖14依習知之說明之光學MEMS元件之代表性之其他例。 圖15A〜E表示習知之圖14之MEMS元件之製造方法之例 子之製造步驟圖（其一）。 圖16A〜D表示習知之圖14之meMS元件之製造方法之例 子之製造步驟圖（其二）。 圖17A表示習知之glv裝置之構成圖。圖17B表示圖17A 之GLV裝置之截面圖。 82395 -32- 591257 圖1 8表示習知之光學MEMS元件之驅動側電極的凹凸之 要部截面圖。 【圖式代表符號說明】 41、71 MEMS元件 42 半導體基板 43 絕緣膜 44 基體 45 基板側電極 46 樑條 47 橋構件 48 驅動側電極 49 空隙 51、61 SOI基板 52 矽基板 53 絕緣層 54 ^ 62 單結晶碎層 55 雜質 56 絕緣膜 57 犧牲層 58 氮化矽膜 66 矽基板 67 絕緣膜 68 種晶層 69 羞晶生長層 82395 - 33 · 591257 70 雜質 81 GLV裝置 82 基板 83 共通的基板側電極 84 橋構件 85 驅動側電極 86(86^866]、91 雷射顯示器 92[92R、92B、 雷射光源 92G] 94[94R、94B、 照明光學系統 94G]、96[96R、 96B、96G ] 98[98R、98B、 GLV裝置 98G] 100 色合成過濾器（二色向反射鏡） 102 空間過濾器 104 漫射器 106 反射鏡 108 檢流掃描器 110 投影光學系統 112 螢幕 82395 -34-

Claims (1)

1. 591257 拾、申請專利範圍： 1· 一種MEMS元件，其特徵在於： . 具備： 基板側電極；以及 樑條，其係具有由相對向於前述基板側電極而配置， 並藉由在與其基板側電極45之間作用的靜電引力或靜電 斥力而驅動的基板側電極所構成； · 且前述基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 · 2·如申請專利範圍第1項之MEMS元件，其中 鲁 前述基板側電極係由形成於基板的絕緣表面上的單 結晶半導體層所形成。 3 ·如申請專利範圍第1項之MEMS元件，其中 前述基板側電極係由生長於基板的絕緣表面上的石 晶生長層所形成。 4·如申請專利範圍第1項之MEMS元件，其中 使用在半導體基板上中介絕緣層而具有單結晶半導 體層之SOI基板，且由前述單結晶半導體層形成前述基 鲁 板侧電極。 5· —種MEMS元件之製造方法，其特徵在於具備： 在基板的絕緣表面上，形成由來於單結晶半導體芦< 基板側電極的步驟； 包含前述基板側電極上，中介或無中介絕緣膜，而選 擇性地形成犧牲層的步驟； 在前述犧牲層上，形成具有驅動側電極之樑條的步驟 82395 :以及 去除前述犧牲層的步驟。 6·如申請專利範圍第5項之MEMS元件之製造方法，其中 以磊晶生長層形成前述基板側電極。 7·如申請專利範圍第5項之MEMS元件之製造方法，其中 使用在半導體基板上中介絕緣層而具有單結晶半導 體層之SOI基板，且由前述單結晶半導體層形成基板侧 電極。 8· —種光調制元件，其特徵在於： 具備： 基板側電極；以及 樑條’其係具有由相對向於前述基板側電極而配置， 並藉由在與其基板側電極之間作用的靜電引力或靜電 斥力而驅動的基板側電極所構成； 且前述基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 9·如申請專利範圍第8項之光調制元件，其中 前述基板側電極係由形成於基板的絕緣表面上的單 結晶半導體層所形成。 1(^·如申請專利範圍第8項之光調制元件，其中 如述基板側電極係由生長於基板的絕緣表面上的磊 晶生長層所形成。 11 ·如申請專利範圍第8項之光調制元件，其中 使用在半導體基板上中介絕緣層而具有單結晶半導 體層之SOI基板，且由前述單結晶半導體層形成前述基 82395 • 2 · 591257 板側電極。 12· —種GLV裝置，其特徵在於： 具備： 共通之基板側電極；以及 複數之樑條，其係具有相對向於前述共通之基板側電 極且互相獨立並列設置，並藉由在與該基板側之間作用 的靜電引力或靜電斥力而驅動之光反射膜兼驅動侧電 極； 且前述基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 13·如申請專利範圍第12項之GLV裝置，其中 共通的基板側電極係由形成於基板的絕緣表面上的 單結晶半導體層所形成。 14·如申請專利範圍第12項之GLV裝置，其中 前述基板側電極係由生長於基板的絕緣表面上的磊 晶生長層所形成。 15. 如申請專利範圍第12項之GLV裝置，其中 使用在半導體基板上中介絕緣層而具有單結晶半導 體層之SOI基板，且由前述單結晶半導體層形成前述共 通之基板側電極。 16. —種GLV裝置之製造方法，其特徵在於具備： 在基板的絕緣表面上，形成由來於單結晶半導體層之 共通的基板側電極的步驟； 包含前述基板側電極上，中介或無中介絕緣膜，而選 擇性地形成犧牲層的步驟； 82395 591257 形成一具有在前述犧牲層上相互獨立地並列配置之 光反射膜兼驅動側電極之複數之樑條的步驟；以及 去除前述犧牲層的步驟。 17·如申請專利範圍第16項之glv裝置之製造方法，其中 以蟲晶生長層形成前述共通的基板侧電極。 18·如申請專利範圍第16項之glv裝置之製造方法，其中 使用在半導體基板上中介絕緣層而具有單結晶半導 體層之SOI基板，且由前述單結晶半導體層形成前述共 通的基板側電極。 19. 一種雷射顯示器，其特徵在於： 其係具有雷射光源、以及配置於自該雷射光源所射出 之雷射光的光軸上，並調制雷射光的光強度之GLV裝置， 前述GLV裝置係具備： 共通之基板側電極；以及 複數之樑條，其係具有相對向於、前述共通之基板側， 電極且互相獨立並列設置，並藉由在與該基板側之間作 用的靜電引力或靜電斥力而驅動之光反射膜兼驅動側 電極； 前述基板側電極係由單結晶半導體層所形成。 82395