TWI435372B - 具支撐結構以組態來最小化應力相關之變形的微機電系統裝置及其製造方法 - Google Patents

具支撐結構以組態來最小化應力相關之變形的微機電系統裝置及其製造方法 Download PDF

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Description

具支撐結構以組態來最小化應力相關之變形的微機電系統裝置及其製造方法

本發明係關於具支撐結構以組態來最小化應力相關之變形的微機電系統裝置及其製造方法。

微機電系統(MEMS)包括微機械元件、致動器及電子設備。微機械元件可利用沈積、蝕刻及/或蝕刻掉基板部分及/或沈積材料層之部分或添加層以形成電力及機電裝置之其他微加工方法而產生。一類MEMS裝置被稱作干涉調變器。本文所用之術語干涉調變器或干涉光調變器係指利用光學干涉原理有選擇性地吸收及/或反射光的裝置。在某些實施例中,干涉調變器可包含一對導電板,該對導電板之一者或兩者可完全或部分地透明及/或具反射性的,可能夠在施加適當的電信號時產生相對運動。在一特定實施例中,一個板可包含一沈積於基板上之固定層,而另一個板可包含一藉由氣隙而與該固定層相分離之金屬膜。如本文所更為詳細描述,一個板相對於另一個板之位置可改變入射於干涉調變器上之光的光學干涉。此等裝置具有廣泛的應用,且在此項技術中,利用及/或修改此等類型裝置之特徵從而開發其特徵來改良現有產品並產生尚未出現的新產品係有益的。

在一實施例中,提供一種製造一MEMS裝置之方法,該方法包括:提供一基板;在該基板上沈積一電極層;在該電極層上沈積一犧牲層;圖案化該犧牲層以形成孔徑;在該犧牲層上沈積一可移動層;形成鄰近該可移動層且至少部分位於該犧牲層中之孔徑內的支撐結構,其中該等支撐結構包括一經選擇以最小化該等支撐結構相對於該可移動層側向變形之趨勢的材料。

在另一實施例中,提供一種MEMS裝置,該MEMS裝置包括:一基板;一電極層,其位於該基板上;一可移動層,其位於該電極層上,其中該可移動層一般藉由一空氣間隙而與該電極層隔開;及剛性支撐結構,其形成為鄰近該可移動層且至少部分位於該可移動層中之沉降部分內,其中該等剛性支撐結構包括一經選擇以最小化該等支撐結構相對於該可移動層側向變形之趨勢的材料。

在另一實施例中,提供一種製造一MEMS裝置之方法,該方法包括:提供一基板;在該基板上沈積一電極層;在該電極層上沈積一犧牲層;圖案化該犧牲層以形成孔徑;形成至少部分位於該等孔徑內之下覆支撐結構;在該等下覆支撐結構上形成一可移動層;形成上覆於該可移動層上且至少部分位於該犧牲層中之孔徑內的上覆支撐結構,其中該等支撐結構經組態以最小化該上覆支撐結構關於該下覆支撐結構側向膨脹或收縮之趨勢所導致的偏轉。

在另一實施例中,提供一種MEMS裝置,該MEMS裝置包括:一基板;一電極層,其位於該基板上;一可移動層,其位於該電極層上,其中該可移動層一般藉由一空氣間隙而與該電極層隔開;下覆支撐結構,其形成於該可移動層下;及上覆支撐結構,其形成該可移動層上,其中該等上覆支撐結構中之至少一些過度上覆於位於該可移動層下之下覆支撐結構上,且其中該等支撐結構經組態以最小化該上覆支撐結構相對於該下覆支撐結構側向膨脹或收縮之趨勢所導致的偏轉。

在另一實施例中,提供一種MEMS裝置,該MEMS裝置包括:用於導電之第一構件;用於導電之第二構件;及用於將該第二導電構件支撐於該第一導電構件上之構件,其中該第二導電構件可回應該第一導電構件與第二導電構件之間產生的靜電位而相對於該第一導電構件移動,且其中該等支撐構件經組態以最小化一支撐區域內之組件相對於彼此側向膨脹或收縮之趨勢所導致的偏轉。

下文之詳細說明針對本發明之某些具體實施例。然而,本發明可用許多不同的方式實施。在此說明中參考所附諸圖,其中所有圖中用相同數字表示相同部分。自下文之說明將清楚地看到,該等實施例可實施於經組態以顯示影像之任一裝置中,不論該影像係運動的(例如視訊)還是固定的(例如靜止影像)且不論該影像係本文影像還是圖像影像。更特定言之,設想該等實施例可實施於多種電子裝置中或與該等電子裝置聯合實施,該等裝置諸如但不限於行動電話、無線裝置、個人數位助理(PDA)、手提式或可攜式電腦、GPS接收器/導航儀、照相機、MP3播放器、可攜式攝像機、遊戲控制臺、腕表、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電腦監視器、汽車顯示器(例如里程計顯示器等)、座艙控制器及/或顯示器、攝像機視窗顯示器(例如車輛中的後視攝像機顯示器)、電子相片、電子廣告牌或標誌、投影機、建築結構、封裝及美學結構(例如顯示一塊珠寶上之影像之顯示器)。與本文所述之MEMS裝置具有類似結構的MEMS裝置亦可用於非顯示應用中,諸如用於電子開關裝置中。

個別MEMS元件(諸如干涉調變器元件)可擁有位於個別元件內及邊緣處之支撐結構。在某些實施例中,此等支撐結構可包括上覆於一可移動層上之「鉚釘」結構及/或下覆於該可移動層下之「支柱」結構。歸因於沈積諸層時之殘留應力及操作條件(例如,由熱膨脹係數之差異所引起之內應力或應力)之改變所導致的應力二者的改變,可移動層可不良偏轉,從而改變MEMS裝置之操作。此等不良應力可經由支撐結構之材料選擇及對稱排列(諸如,支撐結構具有與可移動層或者下覆支撐結構相同之材料及厚度)來最小化或移除。在其他實施例中,一MEMS裝置內兩層間的應力失配在該等層彼此互為鏡面影像時可被最小化。

圖1說明一包含干涉MEMS顯示元件之干涉調變器顯示器實施例。在此等裝置中,像素處於明亮或黑暗狀態。在明亮(「打開」或「開啟」)狀態中,顯示元件將入射可見光之一較大部分反射至使用者。當處於黑暗(「關掉」或「關閉」)狀態中時,顯示元件幾乎不反射入射可見光至使用者。視實施例而定,可倒轉「打開」或「關掉」狀態之光反射性質。MEMS像素可經組態以主要在選定之色彩上進行反射,從而除允許黑白顯示之外亦允許彩色顯示。

圖1為描述一視覺顯示器之一系列像素中之兩個鄰近像素的等角視圖,其中每一像素均包含一MEMS干涉調變器。在一些實施例中,干涉調變器顯示器包含此等干涉調變器之一列/行陣列。每一干涉調變器均包括一對反射層,該對反射層以彼此相隔一可變且可控制的距離而定位從而形成一具有至少一可變尺寸之諧振光學間隙。在一實施例中,反射層之一者可在兩個位置之間進行移動。在本文稱作鬆弛位置的第一位置中,可移動反射層位於與一固定的部分反射層相隔相對較大距離的地方。在本文稱作致動位置的第二位置中,可移動反射層位於更為緊靠該部分反射層的地方。自該兩個層所反射的入射光視可移動反射層之位置而定進行相長或相消式干涉,從而產生每一像素的總體反射或非反射狀態。

圖1中之像素陣列之所描述部分包括兩個鄰近干涉調變器12a及12b。在左邊的干涉調變器12a中,一可移動反射層14a圖示為處於與光學堆疊16a相隔預定距離之鬆弛位置中,包括一部分反射層。在右邊的干涉調變器12b中,可移動反射層14b圖示為處於鄰近光學堆疊16b之致動位置中。

本文所指的光學堆疊16a及16b(共同稱作光學堆疊16)通常包含若干熔合層,該等熔合層可包括一電極層(諸如氧化銦錫(ITO))、一部分反射層(諸如鉻)及一透明介電質。光學堆疊16因此為導電的、部分透明的並為部分反射的,且可(例如)藉由將上述層的一或多者沈積於一透明基板20上而加以製造。部分反射層可由多種部分反射性材料(諸如各種金屬、半導體及介電質)形成。部分反射層可由一或多個材料層形成,且該等層之每一者均可由單一材料或材料之組合形成。

在一些實施例中,光學堆疊16之層被圖案化成平行條帶,且可如下文進一步所描述形成顯示裝置中之列電極。可移動反射層14a、14b可形成為一系列平行條帶狀的沈積於支柱18頂部的一或多個沈積金屬層(垂直於16a、16b之列電極)及一沈積於支柱18之間的介入犧牲材料。當蝕刻掉犧牲材料時,可移動反射層14a、14b便由所界定之間隙19而與光學堆疊16a、16b相分離。諸如鋁之高導電性及高反射性材料可用於反射層14,且此等條帶可形成顯示裝置中之行電極。

在不施加電壓的情況下,間隙19保持於可移動層14a與光學堆疊16a之間,同時可移動反射層14a處於機械鬆弛狀態中,如圖1之像素12a所示。然而,當將電位差施加至選定之列及行時,該列電極與該行電極在對應像素處之交叉處所形成之電容器便充電,且靜電力將電極拉到一起。若電壓足夠高,則可移動反射層14便會變形且受力抵緊光學堆疊16。如圖1中之右邊的像素12b所示,光學堆疊16中之一介電層(此圖中未加以說明)可防止短路並控制層14與16之間的間距。無論施加電位差之極性如何行為均相同。以此方式,可控制反射與非反射像素狀態之列/行致動與習知LCD及其他顯示技術中所用之列/行致動在許多方面均類似。

圖2至圖5B說明一將干涉調變器陣列用於顯示應用中的例示性方法及系統。

圖2為說明可併入本發明之態樣之電子裝置之一實施例的系統方塊圖。在該例示性實施例中,該電子裝置包括一處理器21,處理器21可為任何通用單一晶片或多晶片微處理器,諸如ARM、Pentium,Pentium II、Pentium III、Pentium IV、PentiumPro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA或任何專用微處理器,諸如數位信號處理器、微控制器或可程式化閘極陣列。如此項技術中所習知,處理器21可組態以執行一或多個軟體模組。除執行作業系統之外,該處理器亦可組態以執行一或多種軟體應用,包括網頁瀏覽、電話應用、電子郵件程式或任何其他軟體應用。

在一實施例中,處理器21亦經組態以與一陣列驅動器22相通信。在一實施例中,陣列驅動器22包括將信號提供至一顯示陣列或面板30之列驅動器電路24及行驅動器電路26。圖1所述之陣列之橫截面在圖2中由線1-1展示。對於MEMS干涉調變器而言,列/行致動協定可利用圖3所述的此等裝置之滯後性質。例如,可能需要10伏特電位差以使可移動層自鬆弛狀態變形至致動狀態。然而,當電壓自彼數值減小時,隨著電壓回落至10伏特以下該可移動層將保持其狀態。在圖3之例示性實施例中,可移動層直到電壓降落至2伏特以下才完全鬆弛。因此,存在一施加電壓窗(在圖3所述之實例中約為3至7 V),該窗中之裝置將穩定於鬆弛或致動狀態。此在本文中稱作「滯後窗」或「穩定窗」。對於具有圖3之滯後特徵的顯示陣列而言,列/行致動協定可設計以使得在列選通期間,將待致動的經選通之列中的像素暴露至約10伏特之電壓差,且將待鬆弛之像素暴露至接近於零伏特之電壓差。在選通之後,將像素暴露至約5伏特的穩態電壓差,以使得該等像素保持於列選通將其放入的狀態中。在寫入之後,此實例中之每一像素看到3至7伏特「穩定窗」中之電位差。此特徵使得圖1所述之像素設計在致動或鬆弛之預存在狀態中於相同施加電壓條件下均為穩定的。因為無論處於致動狀態還是鬆弛狀態中,干涉調變器之每一像素實質上均為由固定及移動反射層所形成的一電容器,所以此穩定狀態可在幾乎沒有功率耗散的情況下保持於滯後窗內之一電壓下。若施加電位係固定的則基本上無電流流入像素中。

在典型應用中,可藉由根據第一列中之所要的致動像素組確定行電極組而建立顯示訊框。接著施加一列脈衝至列1電極,致動對應於所確定行線的像素。接著所確定組的行電極被改變,以對應於第二列中之所要致動像素組。接著一脈衝施加至列2電極,致動列2中之對應於所確定之行電極的像素。列1像素不受列2脈衝影響,且保持於其在列1脈衝期間被設定的狀態中。此可用連續方式向整個系列的列重複以產生訊框。一般而言,藉由以每秒某所要數目訊框的速率連續地重複此過程,從而利用新的顯示資料來刷新及/或更新訊框。眾多用於驅動像素陣列之列及行電極以產生顯示訊框之協定亦係熟知的,且可結合本發明而使用。

圖4、5A及5B說明用於在圖2之3x3陣列上產生顯示訊框之一個可能的致動協定。圖4說明可用於顯示圖3之滯後曲線之像素的一組可能的行及列電壓位準。在圖4實施例中,致動一像素包括將適當的行設定為-Vb i a s 及將適當的列設定為+△V,此可分別對應於-5伏特及+5伏特。藉由將適當的行設定為+Vb i a s 並將適當的列設定為相同的+△V從而在像素上產生零伏特電位差而完成鬆弛像素。在將列電壓保持於零伏特的此等列中,無論行處於+Vb i a s 還是-Vb i a s ,像素均穩定於其原來所處的狀態中。如圖4中亦說明,將瞭解到可利用與上文所述之電壓極性相反的電壓,例如致動一像素可包括將適當的行設定為+Vb i a s 及將適當的列設定為-△V。在此實施例中,藉由將適當的列設定為-Vb i a s 並將適當的列設定為相同的-△V從而在像素上產生零伏特電位差而完成釋放像素。

圖5B為展示一系列施加至圖2之3x3陣列的列及行信號之時序圖,該等信號將產生圖5A所述之顯示配置,其中所致動像素係非反射性的。在寫入圖5A所述之訊框之前,像素可處於任一狀態中,且在此實例中,所有列均處於0伏特而所有行均處於+5。在此等外施電壓下,所有像素均穩定於其現有的致動或鬆弛狀態中。

在圖5A之訊框中,致動像素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)及(3,3)。為了完成此致動,在列1的「線時間」中,將行1及行2設定為-5伏特並將行3設定為+5伏特。此並不改變任何像素之狀態,因為所有像素仍然都處於3至7伏特之穩定窗中。隨後用自0伏特上升至5伏特又回落至0伏特的脈衝來選通列1。此致動(1,1)及(1,2)像素並鬆弛(1,3)像素。陣列中之其他像素不受影響。為了按需要設定列2,將行2設定為-5伏特並將行1及行3設定為+5伏特。施加至列2之相同選通將隨後致動像素(2,2)並鬆弛像素(2,1)及(2,3)。同樣地,陣列之其他像素不受影響。藉由將行2及行3設定為-5伏特並將行1設定為+5伏特而同樣地設定列3。列3選通如圖5A所示設定列3像素。在寫入訊框之後,列電位為零,而行電位則可保持於+5伏特或-5伏特,於是顯示器穩定於圖5A之配置中。應瞭解相同程序可用於數十個或數百個列及行之陣列。亦應瞭解用於執行列及行致動之電壓的時序、序列及位準可在上文所概述之一般性原則範圍內廣泛地變化,上文之實例僅為例示性的,且任何致動電壓方法均可與本文所述之系統及方法一起使用。

圖6A及6B為說明顯示裝置40之一實施例的系統方塊圖。顯示裝置40可為(例如)蜂巢式或行動電話。然而,顯示裝置40之相同組件或其細微變化亦說明多種類型的顯示裝置,諸如電視及可攜式媒體播放機。

顯示裝置40包括一外殼41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器45、一輸入裝置48及一麥克風46。外殼41通常由熟習此項技術者所熟知之多種製造方法之任一種所形成,該等方法包括射出成形法及真空成形法。另外,外殼41可由多種材料之任一種製成,該等材料包括但不限於塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其組合。在一實施例中,外殼41包括可移除部分(未圖示),其可與其他具有不同色彩或含有不同識別標誌、圖片或符號之可移除部分進行互換。

例示性顯示裝置40之顯示器30可為多種顯示器之任一種,包括如本文所述的雙穩態顯示器。在其他實施例中,如熟習此項技術者所熟知,顯示器30包括平板顯示器(諸如電漿、EL(電致發光)、OLED、STN LCD或上文所述之TFT LCD),或非平板顯示器(諸如CRT或其他射線管裝置)。然而,為了描述本實施例,顯示器30包括如本文所述的干涉調變器顯示器。

圖6B示意性說明例示性顯示裝置40之一實施例之組件。所說明之例示性顯示裝置40包括一外殼41,且可包括至少部分地被圍於其中的額外組件。舉例而言,在一實施例中,例示性顯示裝置40包括一網路介面27,該網路介面27包括耦接至一收發器47之一天線43。收發器47連接至一處理器21,該處理器21連接至調節硬體52。調節硬體52可經組態以調節信號(例如,過濾信號)。調節硬體52連接至一揚聲器45及一麥克風46。處理器21亦連接至一輸入裝置48及一驅動器控制器29。該驅動器控制器29耦接至一訊框緩衝器28且耦接至一陣列驅動器22,陣列驅動器22又耦接至一顯示陣列30。一電源50根據特定例示性顯示裝置40設計的需要,將功率提供至所有組件。

網路介面27包括天線43及收發器47以使得例示性顯示裝置40可經由一網路與一或多個裝置通信。在一實施例中,網路介面27亦可具有某些處理能力以緩解對處理器21之要求。天線43為熟習此項技術者已知的用於傳輸及接收信號的任一天線。在一實施例中,該天線根據IEEE 802.11標準傳輸及接收RF信號,其中IEEE 802.11標準包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g)。在另一實施例中,該天線根據BLUETOOTH(藍芽)標準傳輸及接收RF信號。在蜂巢式電話的情況下,天線經設計以接收CDMA信號、GSM信號、AMPS信號或用於在無線蜂巢式電話網路中進行通信的其他已知信號。收發器47預先處理接收自天線43之信號以使得該等信號可由處理器21接收並進行進一步操作。收發器47亦處理接收自處理器21之信號以使得該等信號可經由天線43而自例示性顯示裝置40傳輸。

在一替代實施例中,收發器47可由一接收器替代。在又一替代實施例中,網路介面27可由一影像源替代,該影像源可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料。舉例而言,影像源可為諸如含有影像資料之數位視訊光碟(DVD)或硬碟驅動器之記憶體裝置或為產生影像資料之軟體模組。

處理器21一般控制例示性顯示裝置40之整體操作。處理器21接收資料(諸如來自網路介面27或一影像源之壓縮影像資料)並將該資料處理成原始影像資料或處理成易於被處理為原始影像資料的格式。接著處理器21將經處理之資料送至驅動器控制器29或送至訊框緩衝器28以進行儲存。原始資料通常指識別在影像內每一位置上之影像特徵的資訊。舉例而言,此等影像特徵可包括色彩、飽和度及灰度級。

在一實施例中,處理器21包括一微控制器、CPU或邏輯單元以控制例示性顯示裝置40之操作。調節硬體52一般包括放大器及濾波器用於將信號傳輸至揚聲器45及用於自麥克風46接收信號。調節硬體52可為例示性顯示裝置40中之離散組件或可併入於處理器21或其他組件中。

驅動器控制器29直接自處理器21或自訊框緩衝器28取得由處理器21所產生之原始影像資料並適當地將該原始影像資料重格式化以便高速傳輸至陣列驅動器22。具體言之,驅動器控制器29將原始影像資料重格式化使其成為具有類光柵格式之資料流,從而使得其具有適合於在顯示陣列30上進行掃描的時間順序。接著驅動器控制器29將經格式化資訊發送至陣列驅動器22。儘管一驅動器控制器29(諸如LCD控制器)常常作為單獨的積體電路(IC)與系統處理器21相關聯,然而此等控制器可用許多方式實施。其可作為硬體而嵌入處理器21中,作為軟體而嵌入於處理器21中或以硬體的形式完全與陣列驅動器22整合。

通常,陣列驅動器22自驅動器控制器29接收經格式化資訊,並重格式化視訊資料使其成為一組平行波形,該組平行波形每秒多次施加至來自顯示器之x-y像素矩陣的數百(有時數千)個引線。

在一實施例中,驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適合於本文所述之顯示器類型之任一者。舉例而言,在一實施例中,驅動器控制器29為一習知顯示控制器或雙穩態顯示控制器(例如,干涉調變器控制器)。在另一實施例中,陣列驅動器22為一習知驅動器或雙穩態顯示驅動器(例如,干涉調變器顯示器)。在一實施例中,驅動器控制器29與陣列驅動器22整合。此實施例常見於諸如蜂巢式電話、手錶及其他小面積顯示器之高度整合系統中。在又一實施例中,顯示陣列30為一典型顯示陣列或雙穩態顯示陣列(例如,包括干涉調變器陣列之顯示器)。

輸入裝置48允許使用者控制例示性顯示裝置40之操作。在一實施例中,輸入裝置48包括小鍵盤(諸如QWERTY鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、觸敏螢幕或壓敏或熱敏膜。在一實施例中,麥克風46為例示性顯示裝置40之輸入裝置。當麥克風46用於輸入資料至該裝置時,可由使用者提供語音指令以控制例示性顯示裝置40之操作。

電源50可包括如此項技術中所熟知的多種電力儲存裝置。舉例而言,在一實施例中,電源50為可再充電電池,諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。在另一實施例中,電源50為再生能源、電容器或太陽能電池(包括塑膠太陽能電池及太陽能電池塗料)。在另一實施例中,電源50經組態以自壁裝電源插座接收功率。

在一些實施例中,如上所述,控制可程式化能力存在於一可處於電子顯示系統中之若干位置上的驅動器控制器中。在一些實施例中,控制可程式化能力存在於陣列驅動器22中。熟習此項技術者應認識到上述之最佳化操作可實施為任何數量硬體及/或軟體組件及各種組態。

根據上文所陳述之原理進行操作的干涉調變器之結構細節可大為不同。舉例而言,圖7A至7E說明可移動反射層14及其支撐結構之五個不同實施例。圖7A為圖1之實施例之橫截面,其中金屬材料條帶14沈積於垂直延伸之支撐18上。在圖7B中,可移動反射層14僅在端角落上依靠繫栓32附著至支撐18。在圖7C中,可移動反射層14自可變形層34懸置,該可變形層34可包含可撓性金屬。可變形層34直接或間接地連接至包圍可變形層34之周邊的基板20。本文將此等連接稱為支撐結構,其可採用隔離柱或支柱及/或連續壁或導軌的形式。圖7D所說明之實施例具有包括支撐栓42之支撐結構18,可變形層34擱在栓42上。如圖7A至7C所示,可移動反射層14保持懸置於空腔上方,但可變形層34並非藉由填充可變形層34與光學堆疊16之間的孔而形成支撐支柱。而是,支撐支柱18由平坦化材料形成,該平坦化材料用於形成支撐支柱栓42。圖7E所說明之實施例係基於圖7D所示之實施例,但亦可經調適以與圖7A至7C所說明之任何實施例及未圖示之額外實施例一起工作。在圖7E所示之實施例中,額外金屬層或其他導電材料層已用於形成匯流排結構44。此將允許信號沿干涉調變器之背部發送,從而消除若干否則可能必須形成於基板20上之電極。

在諸如圖7所示之實施例中,干涉調變器充當直視裝置,其中自透明基板20之前側觀看影像,該前側與配置調變器之一側相對。在此等實施例中,反射層14視情況屏蔽干涉調變器在反射層與基板20相對之側上的部分,包括可變形層34。此將允許組態並操作經屏蔽之區域,且並不對影像品質產生負面影響。此屏蔽允許圖7E中之匯流排結構44,該匯流排結構44提供將調變器之光學性質與調變器之機電性質相分離的能力,諸如定址與由彼定址所引起的運動。此可分離調變器架構允許選擇用於調變器之機電態樣及光學態樣之結構設計及材料,且允許其彼此獨立地發揮作用。此外,圖7C至7E所示之實施例具有由於反射層14之光學性質與其機械性質分離而獲得的額外益處,該等益處由可變形層34執行。此將允許在光學性質方面最佳化反射層14之結構設計及材料,並在所需機械性質方面最佳化可變形層34之結構設計及材料。

在某些實施例中,可希望將額外支撐提供至一可移動層諸如圖7A中所說明之可移動反射層14,或圖7C至7E之機械層34與可移動反射層14之組合。在諸如干涉調變器之光學MEMS裝置中,該可移動層可包含一反射子層及一機械子層,下文將更詳細地對其進行論述。此支撐可藉由一系列支撐結構來提供,該等一系列支撐結構可沿著一個別調變器元件之邊緣定位及/或位於此元件之內部。在各種實施例中,此等支撐結構可位於一可移動層之上或者之下。在替代實施例中,支撐結構可經一形成於機械層中之孔徑而延伸,使得自機械層之上及之下提供支撐。如本文所使用,術語「鉚釘」一般指一上覆於MEMS裝置中之機械層上的圖案化層(往往處於支柱或支撐區域中之凹進部分或沉降部分中)以提供用於機械層之機械支撐。較佳地(儘管並非總是),鉚釘包括上覆於機械層之上表面上之側翼,以增加機械層之移動的穩定性及可預測性。同樣,本文通常將下覆於MEMS裝置中之機械層下以提供用於機械層之機械支撐的支撐結構稱作支撐「支柱」。本文中之該等實施例之許多中,較佳材料為具有相對有機抗蝕材料之穩定性的無機材料。

圖8中展示此等支撐結構之例示性布局,其描繪一MEMS元件陣列。在某些實施例中,該陣列可包含一干涉調變器陣列,但在替代實施例中,該等MEMS元件可包含具有一可移動層之任一MEMS裝置。在干涉調變器元件60之此實例中,可見支撐結構62(其在所說明之實施例中為上覆鉚釘結構,但在其他實施例中可包括下覆支柱結構)沿著可移動層66之邊緣定位且位於一MEMS元件(在此實例中為干涉調變器元件60)之內部。某些支撐結構可包含導軌結構64,其穿越位於兩個鄰近可移動層66之間的間隙65而延伸。可見可移動層66包含一經相同行內之多個鄰近元件60而延伸的條帶狀可變形材料。該等導軌結構64與下部電極平行,該下部電極界定的列與可移動層66之條帶界定的電極交叉。支撐結構62用於將可移動層66加固於元件或像素60內。

有利地,將此等支撐結構62相對於調變器元件60之周圍區域製造得較小。由於支撐支柱約束可移動層66之偏轉且一般可為不透明的,故位於該等支撐結構62之下且緊鄰圍繞著之區域不可用作顯示器中之作用區域,因為彼等區域中之可移動層不可移動至全致動位置(例如,圖7A之可移動層14之下表面之一部分與光學堆疊16上表面接觸時的位置)。由於此可導致圍繞著支柱之區域中之不良光學效應,故可有利地將一暗色或「黑色」遮罩層提供於該等支撐結構與觀察者之間,以防止該等區域中可能洗掉所需色彩之過度反射。

在某些實施例中,此等支撐結構可包含一位於可移動層中之沉降部分、以及一位於可移動層之上及/或之下的有助於保持形狀的實質剛性結構。儘管此等支撐結構可由聚合物材料形成,但較佳使用一具有較大剛性之無機材料,且其提供一高於包含聚合材料之類似結構的優點。

舉例而言,聚合支撐結構在廣泛操作溫度範圍上可不保持所要剛性水平,且可在裝置壽命期間經受逐漸變形或機械故障。由於此等故障可影響可移動層與光學堆疊之間的距離,且此距離至少部分地決定由干涉調變器元件反射之波長,故歸因於隨著時間流逝之磨損或操作溫度之變化,此等故障可導致反射色彩之改變。其他MEMS裝置在支撐係由聚合材料形成時將經歷隨著時間之流逝之類似降級。

關於圖9A至9J描述一用於形成一包含上覆鉚釘支撐結構之干涉調變器元件的製程。在圖9A中,可見提供一透明或透光基板70,該基板可包含(例如)玻璃或透明聚合材料。接著在該透明基板上沈積一導電層72(其可包含氧化銦錫(ITO))且在該導電層72上沈積一部分反射層74(其可包含鉻)。儘管在一實施例中導電層72可包含ITO,且可在以下說明書中之各個點處作如是指稱,但應瞭解層72可包含任何適當導電材料,且無需對非光學MEMS結構透明。同樣,儘管部分反射層74有時稱為鉻層,但其可包含任何適當的部分反射層,且對於非光學MEMS結構而言可省略。

接著圖案化及蝕刻導電層72及部分反射層74以形成底部電極(亦稱列電極),該等底部電極與圖8之可移動層66交叉(例如,正交)且將用於定址一列MEMS元件。在某些實施例中,亦可有利地圖案化及蝕刻導電層72及部分反射層74以移除下覆於將定位支撐支柱結構之區域下的ITO及鉻,從而形成如圖9B中所描繪之孔徑76。此圖案化及蝕刻較佳係藉由與形成列電極相同之製程來執行。下覆於該等支撐結構下之ITO及鉻(或其他導電材料)之移除有助於最小化上覆導電層(諸如可移動層)與底部電極之間的短路危險。因此,圖9B及隨後圖式描繪一由層72及74形成之連續列電極的沿著一經隔離孔徑76延伸之線所截取的橫截面,其中已蝕刻隔離孔徑76。在其他沒有蝕刻導電層72及部分反射層74以形成孔徑76之實施例中,一介電層(下文中所論述)可提供抵制底部電極與可移動層之間之短路的充分保護。

導電層72及部分反射層74可經由光微影來圖案化且經由(例如)商業可得之濕式蝕刻劑來蝕刻。鉻濕式蝕刻劑包括乙酸(C2 H4 O2 )與硝酸鈰銨[Ce(NH4 )2 (NO3 )6 ]之溶液。ITO濕式蝕刻劑包括HCl、HCl及HNO3 之混合物或以75%/3%/22%為比例之FeCl3 /HCl/DI與H2 O的混合物。一旦形成了孔徑76,便在導電層72及部分反射層74上沈積介電層78(如圖9C中所見),從而形成光學堆疊16。在某些實施例中,該介電層可包含SiO2 或SiNx ,然而亦可使用多種適當材料。

可使用各種方法來執行關於本文所論述之多種實施例所論述的圖案化及蝕刻製程。所用的該等蝕刻可為乾式蝕刻或者濕式蝕刻,且可為各向異性的或各向異性的。適當乾式蝕刻包括(但不限於):SF6 /O2 、CHF3 /O2 、SF2 /O2 、CF4 /O2 及NF3 /O2 。一般而言,此等蝕刻適用於蝕刻SiOx 、SiNx 、SiOx Ny 、旋塗式玻璃、NissanT M 硬塗及TaOx 之一者或多者,但藉由此製程亦可蝕刻其他材料。耐抗此等蝕刻之一者或多者且因此可用作蝕刻壁障層之材料包括(但不限於)Al、Cr、Ni及Al2 O3 。此外,濕式蝕刻(包括(但不限於)PAD蝕刻、BHF、KOH及磷酸)可用於本文所描述之製程中,且一般可用來蝕刻金屬材料。一般而言,此等蝕刻可為各向同性的,但經由一反應性離子蝕刻(RIE)(藉由離子化蝕刻化學物且擊中基板處之離子)之使用可使其為各向異性的。圖案化可包含光阻(PR)層(正光阻或負光阻)之沈積,該光阻層接著可用於形成一遮罩。替代地,可使用一硬式遮罩。在某些實施例中,硬式遮罩可包含金屬或SiNx ,但應瞭解硬式遮罩之成份可視待蝕刻之下覆材料及待使用之蝕刻之選擇性而定。通常使用一PR層來圖案化硬式遮罩,接著將其移除,且硬式遮罩用作一蝕刻下覆層之遮罩。當使用一濕式蝕刻時或只要在PR遮罩不能操縱條件(諸如在高濕下或當使用氧基蝕刻劑時)下經由一遮罩進行處理,硬式遮罩之使用可尤其有利。亦可使用移除層之替代方法,諸如灰化蝕刻或頂出製程。

形成光學堆疊16之層之厚度及定位將決定干涉調變器元件在元件被致動(塌陷)從而使可移動層66與光學堆疊接觸時所反射之色彩。在某些實施例中,光學堆疊經組態使得當可移動層處於致動位置時干涉調變器元件幾乎不反射可見光(顯示為黑色)。通常介電層78之厚度約為450,然而應瞭解,理想厚度將基於材料折射率及處於塌陷狀態中之干涉調變器元件所反射的理想色彩面而有所不同。儘管為簡明起見將介電層78說明為平坦的(其在介電層78為旋塗式玻璃時可實現),但該介電層通常等形於由層72及74形成之圖案化下部電極之上。

如圖9D中所見,接著在介電層78上沈積一犧牲材料層82。在某些實施例中,此犧牲層82係由一可由氟基蝕刻劑(尤其為XeF2 )蝕刻之材料形成。舉例而言,犧牲層82可由鉬或非晶矽(a-Si)形成。在其他實施例中,該犧牲層可包含鉭或鎢。可用作犧牲材料之其他材料包括氮化矽、某些氧化物及有機材料。經沈積之犧牲層82之厚度將決定光學堆疊16與可移動層66之間的距離,從而界定干涉間隙19之尺寸(參見圖7A)。由於間隙19之高度將決定干涉調變器元件當處於非致動位置時反射之色彩,故犧牲層82之厚度將視干涉調變器之所需特徵而改變。舉例而言,在形成一於非致動位置中反射綠色之調變器元件的實施例中,犧牲層82之厚度可約為2000。在其他實施例中,犧牲層在MEMS裝置陣列上可具有多個厚度,諸如在一多色顯示器系統中,其中可使用不同干涉間隙尺寸來產生不同色彩。

在圖9E中,可見犧牲層82已經圖案化且經蝕刻而形成錐形孔徑86。孔徑86上覆於切入至ITO層72及鉻層74中之孔徑76上。此等孔徑86的形成可藉由遮擋犧牲層、使用光微影及接著執行一濕式蝕刻或乾式蝕刻以移除犧牲材料之部分。適當乾式蝕刻包括(但不限於)SF6 、CF4 、Cl2 或此等氣體與O2 或稀有氣體(諸如He或Ar)之任一混合物。適用於蝕刻Mo之濕式蝕刻包括PAN蝕刻,其可為磷酸、乙酸、硝酸及去離子水以16:1:1:2為比例之混合物。非晶矽可藉由包括KOH及HF硝酸鹽之濕式蝕刻來蝕刻。然而,宜使用乾式蝕刻來蝕刻犧牲層82,因為乾式蝕刻允許對錐形孔徑86之形狀進行更多控制。

在圖9F中,可見接著在經蝕刻之犧牲層82上沈積將形成可移動層66(參見,例如圖7A中之可移動反射層14)之組件,從而線條化錐形孔徑86。在圖9F之實施例中,首先沈積一高反射層90(亦稱作一鏡面或鏡射層),接著沈積一機械層92。高反射層90可由一諸如鋁或鋁合金形成,因為其對一較寬波長光譜之高反射率。機械層92可包含一諸如Ni及Cr之金屬,且宜經形成使得機械層92含有殘留張應力。殘留張應力在調變器處於非致動或「鬆弛」時,提供將可移動層66牽離光學堆疊16之機械力。儘管應瞭解本文所使用之術語可移動層亦包含部分分離之機械層及反射層(諸如圖7C之機械層34及可移動反射層14),但為方便起見,可將高反射層90與機械層92之組合共同稱作可移動層66。

在一將藉由XeF2 蝕刻來「釋放」蝕刻犧牲層的實施例中,反射層90與機械層92宜皆對XeF2 蝕刻耐蝕。若該等層之任一者不耐蝕,則可使用一蝕刻阻擋層來保護非耐蝕層。亦可見錐形孔徑86之錐形便於反射層90及機械層92之等形沈積。在沒有此錐形情況下,沈積此等層使得該等層在孔徑86之外及之內的表面上具有實質均勻厚度可能係困難的。

在一替代實施例中,可移動層66可為高反射且具有所需機械特徵之單一層。然而,兩個不同層之沈積允許高反射材料之選擇(否則若其用作可移動層66中之唯一材料則可能是不適當的)及同樣地允許適當機械層(具有一些可撓性及固有張力)之選擇而不必考慮其反射性質。在其他實施例中,可移動層可包含一與機械層極大分離之反射子層,使得可垂直移動反射層而無需彎曲(參見,例如圖7C至7E及附帶描述)。一種形成此實施例之方法包含在該犧牲層上沈積一反射層,接著對其進行圖案化以形成個別反射子層。接著在反射子層上沈積一第二層犧牲材料且將其圖案化,以允許經由第二犧牲層在機械子層與反射子層之間形成連接,以及形成用於支撐結構之錐形孔徑。

在所形成之MEMS裝置包含非光學MEMS裝置(例如MEMS開關)的其他實施例中,應瞭解可移動層66不必包含反射材料。舉例而言,在MEMS裝置(諸如MEMS開關)經形成為包含本文所論述之支撐結構的實施例中,可移動層66之下側不必為反射的,且可能最好是僅基於其機械性質或其他所需性質而選擇的單一層。

在圖9G中,在機械層92上沈積一剛性層96(亦稱作鉚釘層)。由於鉚釘層96將形成一向下覆機械層92提供支撐及穩定性的結構,而在調變器之致動期間將沒有實質變形,故形成鉚釘層96之材料不必如形成機械層92之材料一樣可撓。用於鉚釘層96中之適當材料包括(但不限於)鋁、AlOx 、氧化矽、SiNx 、鎳及鉻。可用於形成鉚釘結構之替代材料包括其他金屬、陶瓷及聚合物。鉚釘層96之厚度將根據所使用之材料之機械性質而改變。

如參照機械層及反射層所論述,可希望為鉚釘層96選擇一抵抗XeF2 蝕刻(其在某些實施例中可用來蝕刻犧牲層)之材料。此外,鉚釘層96較佳可相對於下覆可移動層66(其在所說明之實施例中為機械層92)之上表面加以選擇性蝕刻,以便允許鉚釘層96之蝕刻同時使可移動層66不受影響。然而,若鉚釘層96不可相對於可移動層66加以選擇性蝕刻,則可在鉚釘層96與可移動層66之間提供一蝕刻阻擋層(未圖示)。

在圖9H中,經由光微影來圖案化鉚釘層96且進行蝕刻以移除遠離孔徑86之鉚釘層96之部分,從而形成鄰近可移動層66定位之支撐結構62(亦稱作鉚釘結構)。應瞭解即使一干涉層(諸如一蝕刻壁障層)位於該等支撐結構之間,亦可認為該等支撐結構鄰近可移動層。鉚釘層96之蝕刻可藉由濕式蝕刻或者乾式蝕刻來執行。在鉚釘層96包含鋁之實施例中,適當濕式蝕刻包括磷酸或諸如KOH、TMAH及NaOH之鹼,且適當乾式蝕刻使用Cl2 。在鉚釘層96包含SiO2 之其他實施例中,可使用氟基氣體與O2 或稀有氣體之混合物作為乾式蝕刻,且HF或緩衝氧化物蝕刻(BOE)為適當的濕式蝕刻。

仍參看圖9H,可見支撐結構62可包含一唇緣區域98,其中支撐結構62延伸出機械層92之上表面上之錐形孔徑86。有利地,可最小化此唇緣之尺寸,因為唇緣約束下覆機械層之偏轉,從而減小干涉調變器元件之作用區域。然而,在某些實施例中,某最小唇緣部分98對於支撐而言為理想的。如所說明之實施例中可見,支撐結構62亦可包含一傾斜側壁部分97及一實質平坦基底區域99。

接下來,在圖9I中,可見為了便於犧牲層之蝕刻,使用光微影來圖案化機械層92且蝕刻可移動層66(意即機械層92及反射層90)以形成曝露犧牲層82之部分的蝕刻孔100。在某些實施例中,可使用多個蝕刻來曝露犧牲層。舉例而言,若機械層92包含鎳且反射層90包含鋁,則可使用HNO3 來蝕刻機械層92且可使用磷酸或諸如NH4 OH、KOH、THAM或NaOH之鹼來蝕刻反射層90。亦可使用此圖案化及蝕刻來界定圖8中所見之條帶電極,藉由蝕刻可移動層66之條帶之間的間隙65(參見圖8),從而將MEMS裝置之行彼此分離。

最後,在圖9J中,可見執行一釋放蝕刻來移除犧牲層,從而產生干涉間隙19,可移動層66可經由該干涉間隙移動。在某些實施例中,使用XeF2 蝕刻來移除犧牲層82。因為XeF2 良好地蝕刻犧牲材料,且相對於上文所論述之製程中所使用之其他材料為極大選擇性的,故XeF2 蝕刻之使用有利地允許移除犧牲材料同時對周圍結構具有極小效應。

因此,圖9J描繪一干涉調變器元件(諸如圖8之干涉調變器元件60之一者)沿著線9J-9J所示之一部分。在此實施例中,藉由在可移動層66中之沉降部分86上形成的支撐結構62,貫穿間隙19來支撐可移動層66。如上文所論述,有利地蝕刻了下覆光學堆疊16之部分,以便最小化光學堆疊16之導電部分與可移動層66中之導電層之間的短路風險,儘管此步驟不必在所有實施例中執行。

在另一實施例中,支撐結構可採用下覆於可移動層下之支柱形式,且較佳為無機支柱。一種用於製造一包含無機支撐支柱之干涉調變器的例示性製程包括圖9A至9E之步驟,且參照圖10A至10D進行論述。為方便起見,層72、74及78之組合本文稱作光學堆疊16,且為方便起見在稍後圖式中藉由單一層來指示。如上文所論述,應瞭解光學堆疊16之組合在層數及彼等層之成份方面可改變,且上文所論述之該等層僅為例示性的。

圖10A中,在圖案化犧牲層82上沈積一無機支柱材料層84,使得無機支柱層84亦塗佈錐形孔徑86之側壁及基底。在某些實施例中,無機支柱層84較薄於犧牲層82,且可等形於犧牲層82上。在某些實施例中,無機支柱層84可包含氮化矽(SiNx )或SiO2 ,雖然其可使用多種其他材料,其中一些在下文有更詳細論述。圖10B中,圖案化並蝕刻無機支柱層84而形成無機支柱88。圖10B中可見無機支柱88之邊緣較佳為錐形,其如孔徑86之錐形或傾斜側壁一樣,便於上覆層之連續及等形沈積。可見所說明之實施例中之支柱結構88具有一薄於犧牲層82之厚度的厚度,且包含一實質平坦基底部分89、一傾斜側壁部分87及一實質水平側翼部分85(其在犧牲材料之一部分上延伸)。因此,支柱88有利地在支柱邊緣處提供一實質平坦表面,以用於支撐一上覆可移動層66(參見圖10D),從而最小化應力及所得之不良偏轉,其當可移動層66沈積於一較不平坦邊緣上時可能出現。

在一實施例中,無機支柱層84及所得支柱88包含類鑽石碳(DLC)。除了十分堅硬及剛度高(約比SiO2 硬10倍)之外,可使用O2 乾式蝕刻來蝕刻DLC無機支柱層84。有利地,O2 乾式蝕刻相對於多種犧牲材料而言為高選擇性的,其中多種犧牲材料包括(但不限於)Mo及a-Si犧牲材料以及上文所論述之其他犧牲材料。包含DLC之無機支柱因此提供一非常剛硬之支柱,從而當在MEMS操作期間向下牽拉上覆移動或機械層時,減少支撐支柱88之邊緣之向下撓曲的可能性及量,同時允許使用一對於多種材料而言為相對良性的蝕刻。

在圖10C中,在無機支柱88及犧牲層82之曝露部分上沈積一高反射層90。接著在高反射層90上沈積一機械層92。為方便起見,如上文所注,可在隨後圖式中將高反射層90及機械層92稱作且描繪為可移動層66(參見圖10D),或更特定言之為可變形反射層,只要機械層92係緊鄰沈積在高反射層90上。在替代實施例中,可移動層66可包含一具有所需光學及機械性質之單一層。舉例而言,用於MEMS機械開關之機械層或移動層無需包括反射層。如已論述,在其他實施例中,可移動層可包含實質隔開之一機械層及一反射層,諸如圖7C之層14及34。在圖10D中,執行一釋放蝕刻以選擇性地移除犧牲層82,從而形成一具有一干涉間隙19(可移動層66可經其移動)之干涉調變器元件60,以便改變由干涉調變器元件66反射之色彩。在釋放蝕刻之前,可移動層66較佳經圖案化以形成行(未圖示),進而可有利地經圖案化以形成蝕刻孔(參見,例如圖9J中之蝕刻孔100),該等蝕刻孔便於藉由釋放蝕刻進入犧牲層。

由於支撐結構內之層相對於其他層在沿著該等層(尤其是支撐結構及可移動層內之層)之長度之側向方向上有膨脹或收縮的趨勢,將導致出現支撐結構及機械層之不良撓曲。在一些情形下,此等趨勢係形成支撐結構及可移動層之材料內的固有應力的結果,其為形成彼等層之材料及沈積方式的函數。此相對變形趨勢之額外來源為該等層之差異熱膨脹,其為兩個不同材料之熱膨脹係數間之失配、MEMS裝置之操作溫度、該等材料之彈性模數、及材料沈積條件的函數。當鄰接層或者整合層具有不同熱膨脹係數時,偏轉不僅可由整合層之尺寸之相對變化引起,而且總偏轉可由於操作溫度而改變。由於此偏轉將改變干涉空腔之高度且因此影響由干涉調變器元件反射之色彩,故希望盡可能地消除或最小化此偏轉。對於非光學MEMS而言類似問題可出現。應瞭解術語「膨脹或收縮之趨勢」及類似術語在本文用於意指由於被影響區域(諸如支撐支柱區域)中之非平衡殘留應力導致相對變形的趨勢,以及由於(例如)由於整合層或鄰接層中不同熱膨脹係數所導致之變形而導致應力的趨勢。

在一實施例中,該等支撐結構之材料及厚度經選擇使得最小化該等支撐結構之區域中之某些層關於彼此側向膨脹或收縮的趨勢,以便最小化或消除支撐結構之邊緣之偏轉。在一特定實施例中(圖11中所描繪),干涉調變器元件包含一形成於一機械層92及一反射層90(其一起形成一可移動層66)上之鉚釘結構62。為了防止鉚釘62之邊緣處之該等材料的相對變形的此等趨勢,鉚釘62係由具有與機械層92及反射層90大約相同之內應力的層形成(較佳為相同材料及厚度),使得鉚釘62實質為可移動層66之鏡面影像。較佳地,對應層之厚度在彼此之5%範圍內。因此,在本實施例中,鉚釘62包含第一子層110(其與機械層92厚度及材料相同)且亦包含一第二子層112(其與反射層90厚度及材料相同)。有利地,由於鉚釘62及可變形可移動層66係由相同材料66形成,故對應層之熱膨脹係數相同。儘管歸因於不同熱膨脹係數子層110可以一與子層112不同之速率膨脹或收縮,但藉由對稱下覆層中之相對應力可實質抵消由此差異引起之任何應力。

由於子層110應相對於機械層92加以選擇性蝕刻以便形成鉚釘結構62,而由與機械層124相同之材料形成,故可在子層110與機械層92之間沈積一蝕刻阻擋層114,如圖所示。儘管藉由任何其他層內之應力將不會平衡蝕刻阻擋層114內之殘留應力,但此實施例之對稱性導致蝕刻阻擋層114沿著或很接近結構之中性軸而定位。因此,蝕刻阻擋層114內的任何應力或歸因於層114相對於其他層之熱膨脹的任何應力將不會對結構施加顯著力矩,且將不會導致向上或向下之顯著偏轉。在某些實施例中,蝕刻阻擋層114可包含由化學氣相沈積或電漿加強化學氣相沈積所沈積之材料,包括(但不限於)SiO2 、TEOS、摻碳氧化物或SiNx 。當鉚釘及機械層包含Ni、Cr或NiCr合金時,氧化矽基材料充當適當蝕刻阻擋層。此等蝕刻阻擋層可具有200與2000埃之間的厚度,但亦可更厚或更薄。亦可使用其他蝕刻壁障層。相對於蝕刻阻擋層(例如,氧化矽或氮化矽形式)較適用於蝕刻某些鉚釘層(例如Ni、Cr或NiCr合金)之一蝕刻為硝酸(HNO3 )蝕刻。適用於相對於鉚釘/機械層選擇性地移除此等蝕刻壁障層的蝕刻包括(但不限於)氟基(例如反應性離子蝕刻)蝕刻或緩衝氧化物蝕刻(BOE)濕式蝕刻。

對於上文結構之多個變體係可能的。可能選擇用於鉚釘結構62之材料,其與可移動層66中之材料不同但其將含有與可移動層66中相同或完全相同之淨殘留應力,從而提供所要效應。有利地,此等材料中之一些可相對於機械層92加以選擇性蝕刻,從而消除蝕刻壁障層114。同樣,可選擇將消除或最小化由於組件層之不同熱膨脹引起之總結構偏轉的材料。

在又一實施例中,在鉚釘結構62上覆於無機支柱88上之實施例中,上文結構可經修改以消除或最小化支撐結構(尤其在邊緣處)的偏轉。在一特定實施例中(如圖12中所示),鉚釘62及無機支柱88係由具有實質相同厚度之層中的實質相同材料形成。若鉚釘62及無機支柱88包含多個層,則其較佳以一使得鉚釘62為無機支柱88之鏡面影像(在層方面)的對稱方式來形成。以一種類似於上文參照圖11之實施例進行論述的方式,鉚釘62及無機支柱88內之殘留應力將彼此平衡。可移動層66內之任何殘留應力將不會被平衡,但由於此等應力將沿著一接近支撐結構之中性軸的線作用,故將最小化或消除自此等應力導致之任何變形。在無機支柱88及鉚釘62相對於可移動層66較厚或由顯著堅硬材料形成的實施例中,任何偏轉可進一步被最小化。

在又一實施例中,可使移動層66自身對稱,如圖13中所示。在一光學MEMS裝置諸如一干涉調變器中(其中觀察係自基板70側進行),儘管可移動層66之上表面無需為反射的,但添加一反射層至MEMS裝置之上表面將不會對光學MEMS裝置之某些實施例有負面影響。因此,圖13之實施例包括一包含一上部子層120之可移動層66,其在一實施例中包含與反射層90相同之材料。可見,除了對稱支柱88及鉚釘62之外,可移動層66自身對稱,使得反射層90及上部子層120內之任何殘留應力彼此抵消,且機械層92內之任何應力將大體沿著該等結構之中性軸作用,使得此等應力將不會施加顯著力矩。有利地,上部子層120可額外充當一蝕刻壁障層,從而使得可使用不能相對於機械層加以選擇性蝕刻之鉚釘及支柱材料(例如,對單獨圖案化之機械層、支柱及鉚釘之每一者使用鎳、鉻或鎳鉻合金)。

在另一實施例中(圖14中所示),對於圖11之實施例進行一變化,其中顛倒子層110及112之位置。因此,在一實施例中,在機械層92上沈積一與反射層90大約相同材料及厚度之第二子層112,且在第二子層112上沈積一與機械層92大約相同材料及厚度之第一子層110。因此,鉚釘62具有與可變形反射層(其包含機械層及反射層)相同之結構,但與圖11之實施例不同,鉚釘不是可變形反射層之鏡面影像,而是僅僅對稱。第二子層112本身可充當一蝕刻壁障層或可被沈積於一單獨蝕刻壁障層上(未圖示,類似於圖13)。在一特定實施例中,反射層包含Al,且機械層包含Ni。有利地,Al將比Ni更好地黏著至各種蝕刻阻擋層,且鉚釘與可變形反射層之對稱性將最小化不良偏轉,即使鉚釘及可變形反射層不是鏡面影像。

在另一實施例中,上文所論述之結構可應用於支柱結構而不是鉚釘結構。圖15描繪支柱結構88與機械層92厚度實質相同且包含與機械層92實質相同之材料的實施例。應瞭解由於反射層90大體沿支柱結構之中心部分分佈,故任何側向變形趨勢將導致支撐結構之邊緣之最小偏轉(若有)。由於所說明之實施例中之支柱層包含與機械層92實質相同之材料,故應瞭解此支柱較佳形成為包含一諸如鎳或鉻之金屬。

應瞭解可對上述結構加以修改以最小化具有實質隔開之機械及反射層之MEMS元件(諸如圖7C至7E中所描繪及參照圖7C至7E所描述之干涉調變器)中的支撐結構區域中之相對變形之趨勢。在此實施例中,其中反射層與位於支撐支柱區域內之機械層之部分分離,鏡面層內之任何變形趨勢將不會導致支撐結構之偏轉。因此,在一實施例中,一鄰近支撐結構(諸如一支柱或鉚釘結構)可由與機械層相同之材料及厚度形成,且可在支撐結構與機械層之間形成一蝕刻阻擋層,從而允許支撐結構或機械層中之一者之選擇性蝕刻。在另一實施例中,可在機械層之任一側上形成實質對稱之支柱及鉚釘結構,且若需要,可在支撐結構與機械層之間形成一蝕刻阻擋層。

應瞭解,上文實施例之多種組合係可能的。可預期上文論述之支撐結構之其他各種組合,且其屬於本發明之範疇內。此外,應瞭解,由上文方法中之任一種形成的支撐結構可結合其他形成支撐結構之方法一起使用,以便改良彼等支撐結構之剛性及耐久性,或最小化支撐結構區域內之層相對於彼此側向變形之趨勢。

同樣應明白,在上文實施例中層之順序及形成彼等層之材料僅為例示性的。此外,在某些實施例中,可沈積且處理其他層(未圖示)以形成MEMS裝置之部分或形成基板上之其他結構。如熟習此項技術者應明白,在其他實施例中,此等層可使用替代沈積、圖案化及蝕刻材料及製程來形成,可以不同順序來沈積,或包括不同材料。

同樣應明白,視實施例而定,本文所描述之任何方法之動作或事件可以其他序列執行,可增加、合併或完全省去(例如,並不是所有動作或事件對該等方法之實踐皆必要),除非原文另作特別且明確陳述。

儘管上文詳細描述已展示、描述並指出了應用於各種實施例時之本發明之新穎特徵,但應瞭解熟習此項技術者可在不偏離本發明精神的前提下,對所說明之裝置或製程之形式及細節進行各種省略、替代及變化。如應明白,本發明可實施為一未提供本文所闡述之所有特徵及益處的形式,因為某些特徵可與其他特徵分開使用或實踐。

12a...干涉調變器

12b...干涉調變器

14、14a、14b...可移動反射層

16a、16b、16...光學堆疊

18...支柱/支撐

19...間隙

20...基板

21...處理器

22...陣列驅動器

24...列驅動器電路

26...行驅動器電路

27...網路介面

28...訊框緩衝器

29...驅動器控制器

30...顯示陣列/顯示面板/顯示器

32...繫栓

34...可變形層

40...顯示裝置

41...外殼

42...支撐支柱栓/支撐栓

43...天線

44...匯流排結構

45...揚聲器

46...麥克風

47...收發器

48...輸入裝置

50...電源

52...調節硬體

60...干涉調變器元件

62...支撐結構

64...導軌結構

65...間隙

66...可移動層

70...透明或透光基板

72...導電層

74...部分反射層

76...孔徑

78...介電層

82...犧牲層

85...側翼部分

86...錐形孔徑

87...傾斜側壁部分

88...無機支柱

89...實質平坦基底部分

90...高反射層

92...機械層

96...鉚釘層

97...傾斜側壁部分

98...唇緣區域

99...實質平坦基底區域

100...蝕刻孔

110...第一子層

112...第二子層

114...蝕刻阻擋層

圖1為描述干涉調變器顯示器之一實施例之一部分的等角視圖,其中第一干涉調變器之一可移動反射層處於鬆弛位置中而第二干涉調變器之一可移動反射層則處於致動位置中。

圖2為說明一併入3x3干涉調變器顯示器之電子裝置之實施例的系統方塊圖。

圖3為針對圖1之干涉調變器之例示性實施例的可移動鏡面位置關於施加電壓的圖。

圖4為可用於驅動干涉調變器顯示器之一組列與行電壓的說明。

圖5A說明圖2之3x3干涉調變器顯示器中之顯示資料的一例示性訊框。

圖5B說明可用於寫入圖5A之訊框之行及列信號的一例示性時序圖。

圖6A及6B為說明包含複數個干涉調變器之視覺顯示裝置之一實施例的系統方塊圖。

圖7A為圖1之裝置之橫截面。

圖7B為干涉調變器之一替代實施例之橫截面。

圖7C為干涉調變器之另一替代實施例之橫截面。

圖7D為干涉調變器之又一替代實施例之橫截面。

圖7E為干涉調變器之一額外替代實施例之橫截面。

圖8為一干涉調變器元件陣列之頂視平面圖,其中個別元件包含支撐結構。

圖9A至圖9J為說明一用於製造干涉調變器元件之方法之示意性橫截面,其中該干涉調變器元件包含位於一可移動層上之支撐結構。

圖10A至10D為說明一用於製造干涉調變器元件之方法之示意性橫截面,其中該干涉調變器元件包含位於一可移動層下之支撐結構。

圖11為說明一干涉調變器元件之實施例之示意性橫截面,其中一上覆鉚釘結構為可移動層之一鏡面影像。

圖12為說明一干涉調變器元件之實施例之示意性橫截面,其中一上覆鉚釘結構與一下覆支柱結構材料及厚度實質相同。

圖13為說明一干涉調變器元件(諸如圖12之調變器元件)之示意性橫截面,其中可移動層係由彼此對稱之層形成。

圖14為說明一干涉調變器元件之示意性橫截面,其中一上覆鉚釘結構與可移動層材料及厚度實質相同。

圖15為說明一干涉調變器元件之示意性橫截面,其中一下覆支柱結構與可移動層材料及厚度實質相同。

16...光學堆疊

19...間隙

62...支撐結構

66...可移動層

70...透明或透光基板

90...高反射層

92...機械層

110...第一子層

112...第二子層

114...蝕刻阻擋層

Claims (81)

  1. 一種製造一MEMS裝置之方法,其包含:提供一基板;在該基板上沈積一電極層;在該電極層上沈積一犧牲層;圖案化該犧牲層以形成孔徑;在該犧牲層上沈積一可移動層,其中該可移動層包含一具有一殘留應力之材料;形成支撐結構,其僅鄰近該可移動層之一部分且至少部分位於該犧牲層之孔徑內而延伸,其中該等支撐結構包含一具有一殘留應力之材料,且其中在該支撐結構及該可移動層中之該等殘留應力係經平衡以最小化該等支撐結構之邊緣的偏斜。
  2. 如請求項1之方法,額外包含蝕刻該犧牲層以移除該犧牲層,藉此形成一位於該可移動層與該電極層之間的空腔。
  3. 如請求項1之方法,其中該等支撐結構形成於該可移動層下。
  4. 如請求項1之方法,其中該等支撐結構形成於該可移動層上。
  5. 如請求項1之方法,其中該可移動層中之該殘留應力實質上等於該等支撐結構中之該殘留應力。
  6. 如請求項1之方法,其中該可移動層之熱膨脹係數實質上等於該等支撐結構之熱膨脹係數。
  7. 如請求項1之方法,其中該等支撐結構及該可移動層包含 實質上相同之材料。
  8. 如請求項7之方法,額外在該等支撐結構與該可移動層之間,於該可移動層上,形成一蝕刻壁障層。
  9. 如請求項7之方法,其中形成該可移動層包含:形成一反射子層;及在該反射層上形成一機械子層。
  10. 如請求項9之方法,其中形成該支撐結構包含:形成一第一子層,其中該第一子層包含與該機械子層相同之材料;及形成一第二子層,其中該第二子層包含與該反射子層相同之材料。
  11. 如請求項10之方法,其中該第一子層與該機械子層厚度實質上相同,且其中該第二子層與該反射子層厚度實質上相同。
  12. 如請求項10之方法,其中該第一子層之厚度在該機械子層之厚度之5%範圍內,且其中該第二子層之厚度在該反射子層之厚度之5%範圍內。
  13. 如請求項11之方法,其中該第一子層形成於該第二子層上。
  14. 如請求項11之方法,其中該第二子層形成於該第一子層上。
  15. 如請求項8之方法,額外包含在形成該犧牲層之前,於該基板上形成一層部分反射材料。
  16. 如請求項8之方法,其中該MEMS裝置包含一干涉調變器。
  17. 一種以請求項1之方法製造的MEMS裝置。
  18. 一種MEMS裝置,其包含:一基板;一電極層,其位於該基板上;一可移動層,其位於該電極層上,其中該可移動層一般藉由一空氣間隙而與該電極層隔開,且其中該可移動層包含一具有一殘留應力之材料;及剛性支撐結構,其僅鄰近該可移動層之一部分且至少部分位於該可移動層中之沉降部分內而形成,其中該等剛性支撐結構包含一具有一殘留應力之材料,且其中在該支撐結構及該可移動層中之該等殘留應力係經平衡以最小化該等支撐結構之邊緣的偏斜。
  19. 如請求項18之MEMS裝置,其中該可移動層中之該殘留應力實質上等於該等支撐結構中之該殘留應力。
  20. 如請求項18之MEMS裝置,其中該可移動層之熱膨脹係數實質上等於該等支撐結構之熱膨脹係數。
  21. 如請求項18之MEMS裝置,其中該等剛性支撐結構上覆於該可移動層上。
  22. 如請求項18之MEMS裝置,其中該等剛性支撐結構下覆於該可移動層下。
  23. 如請求項18之MEMS裝置,其中該等支撐結構及該可移動層包含實質上相同之材料。
  24. 如請求項23之MEMS裝置,其中該可移動層包含一反射子層及一機械子層,該反射子層位於該可移動層面對該電 極層之側。
  25. 如請求項24之MEMS裝置,其中該等支撐結構包含一包含與該機械子層相同材料之第一子層,及一包含與該反射子層相同材料之第二子層。
  26. 如請求項25之MEMS裝置,其中該第一子層與該機械子層厚度實質上相同,且其中該第二子層與該反射子層厚度實質上相同。
  27. 如請求項25之MEMS裝置,其中該第一子層之厚度在該機械子層之厚度之5%範圍內,且其中該第二子層之厚度位於該反射子層之厚度之5%範圍內。
  28. 如請求項25之MEMS裝置,其中該第一子層位於該第二子層上。
  29. 如請求項25之MEMS裝置,其中該第二子層位於該第一子層上。
  30. 如請求項24之MEMS裝置,額外包含一位於該空氣間隙之與該電極層相同側上的部分反射層。
  31. 如請求項18之MEMS裝置,其中該MEMS裝置包含一干涉調變器。
  32. 如請求項18之MEMS裝置,額外包含:一處理器,其經組態以與該電極層及該可移動層中之至少一者通信,該處理器經組態以處理影像資料;及一記憶體裝置,其經組態以與該處理器通信。
  33. 如請求項32之MEMS裝置,進一步包含一經組態以將至少一信號發送至該電極層及該可移動層中之至少一者的驅 動器電路。
  34. 如請求項33之MEMS裝置,進一步包含一經組態以將該影像資料之至少一部分發送至該驅動器電路的控制器。
  35. 如請求項32之MEMS裝置,進一步包含一經組態以將該影像資料發送至該處理器之影像源模組。
  36. 如請求項35之MEMS裝置,其中該影像源模組包含一接收器、收發器及傳輸器中之至少一者。
  37. 如請求項32之MEMS裝置,進一步包含一經組態以接收輸入資料,並將該輸入資料傳達至該處理器之輸入裝置。
  38. 一種製造一MEMS裝置之方法,該方法包含:提供一基板;在該基板上沈積一電極層;在該電極層上沈積一犧牲層;圖案化該犧牲層以形成孔徑;形成至少部分位於該等孔徑內之下覆支撐結構,其中該等下覆支撐結構包含一具有一殘留應力之材料;在該等下覆支撐結構上形成一可移動層;形成上覆於該可移動層上且至少部分位於該犧牲層中之孔徑內的上覆支撐結構,其中該等上覆支撐結構包含一具有一殘留應力之材料,且其中在該等下覆支撐結構中之該等殘留應力及在該等上覆支撐結構中之該等殘留應力係經平衡以最小化該等支撐結構之邊緣的偏斜。
  39. 如請求項38之方法,其中該等下覆支撐結構中之該殘留應力實質上等於該等上覆支撐結構中之該殘留應力。
  40. 如請求項38之方法,其中該等上覆支撐結構及該等下覆支撐結構包含相同材料。
  41. 如請求項40之方法,其中該等上覆支撐結構與該等下覆支撐結構厚度實質上相同。
  42. 如請求項40之方法,其中該等上覆支撐結構之厚度在該等下覆支撐結構之厚度之5%範圍內。
  43. 如請求項38之方法,其中形成該可移動層包含:沈積一反射子層;及在該反射層上沈積一機械子層。
  44. 如請求項43之方法,額外包含在該機械子層上沈積一上部子層。
  45. 如請求項44之方法,其中該上部子層包含與該反射子層相同之材料。
  46. 如請求項44之方法,其中該上部子層與該反射子層厚度實質上相同。
  47. 如請求項44之方法,其中該上部子層之厚度在該反射子層之厚度之5%範圍內。
  48. 如請求項43之方法,額外包含在沈積該犧牲層之前,於該基板上形成一層部分反射材料。
  49. 一種以請求項38之方法形成的MEMS裝置。
  50. 一種MEMS裝置,其包含:一基板;一電極層,其位於該基板上;一可移動層,其位於該電極層上,其中該可移動層一 般藉由一空氣間隙與該電極層隔開;下覆支撐結構,其形成於該可移動層下,其中該等下覆支撐結構包含一具有一殘留應力之材料;及上覆支撐結構,其形成於該可移動層上,其中該等上覆支撐結構中之至少一些過度上覆於位於該可移動層下之下覆支撐結構上,其中該等上覆支撐結構包含一具有一殘留應力之材料,且其中在該等下覆支撐結構中之該等殘留應力及在該等上覆支撐結構中之該等殘留應力係經平衡以最小化該等支撐結構之邊緣的偏斜。
  51. 如請求項50之MEMS裝置,其中該等下覆支撐結構中之該殘留應力實質上等於該等上覆支撐結構中之該殘留應力。
  52. 如請求項50之MEMS裝置,其中該等上覆支撐結構及該等下覆支撐結構包含相同材料。
  53. 如請求項52之MEMS裝置,其中該等上覆支撐結構與該等下覆支撐結構厚度實質上相同。
  54. 如請求項52之MEMS裝置,其中該等上覆支撐結構之厚度在該等下覆支撐結構之厚度之5%範圍內。
  55. 如請求項50之MEMS裝置,其中該可移動層包含一機械子層及一位於該機械子層之面對該空氣間隙之側的反射子層。
  56. 如請求項55之MEMS裝置,其中該可移動層額外包含一位於該機械子層之背離該反射子層之相對側的上部子層。
  57. 如請求項56之MEMS裝置,其中該上部子層及該反射子層 包含相同材料。
  58. 如請求項56之MEMS裝置,其中該上部子層與該反射子層厚度實質上相同。
  59. 如請求項56之MEMS裝置,其中該上部子層之厚度在該反射子層之厚度之5%範圍內。
  60. 如請求項55之MEMS裝置,額外包含一位於該空氣間隙之與該電極層相同側上的部分反射層。
  61. 一種MEMS裝置,其包含:用於導電之第一構件;用於導電之第二構件,其中該第二導電構件包含一具有一殘留應力之材料;及用於將該第二導電構件支撐於該第一導電構件上之構件,其中該第二導電構件可回應於在該第一導電構件與該第二導電構件之間產生的靜電位而相對於該第一導電構件移動,其中該支撐構件包含一具有一殘留應力之材料,且其中在該支撐構件中之該殘留應力及在該第二導電構件中之該殘留應力係經平衡以最小化該支撐構件之邊緣的偏斜。
  62. 如請求項61之MEMS裝置,其中該第一導電構件包含一由一基板支撐之電極層。
  63. 如請求項61之MEMS裝置,其中該第二導電構件包含一可移動層,該可移動層之部分藉由一干涉間隙與該第一導電構件隔開。
  64. 如請求項61之MEMS裝置,其中該等支撐構件包含一上覆 於該第二導電構件上之支撐結構,其中該支撐結構經組態以最小化該支撐結構相對於該第二導電構件側向膨脹或收縮之一趨勢。
  65. 如請求項61之MEMS裝置,其中該等支撐構件包含一下覆於該第二導電構件下之下覆支撐結構,及一上覆於該第二導電構件及該下覆支撐結構上之上覆支撐結構,其中該上覆支撐結構中之該殘留應力實質上等於該下覆支撐結構中之該殘留應力。
  66. 一種機電裝置,其包含:一基板;一電極層,其位於該基板上;一可移動層,其位於該電極層上;及複數個支撐結構,其在該可移動層下方,其中在支撐結構之間延伸的該可移動層之至少一部分係藉由一空氣間隙與該電極層隔開,且其中在支撐結構之間延伸的該可移動層之至少該部分包含:一反射子層,其位於該可移動層面對該電極層之側;一機械子層;及一位於該機械子層之背離該反射子層之相對側的上部子層;及至少一下覆支撐結構,其在該可移動層下方。
  67. 如請求項66之機電裝置,其中在該可移動層內之應力實質上沿著該機械層之中性軸作用。
  68. 如請求項66之機電裝置,其中在該機械層內之應力不對 該可移動層施加一顯著力矩。
  69. 如請求項66之機電裝置,其中該反射子層之厚度不同於該上部子層之厚度。
  70. 如請求項69之機電裝置,其中該反射子層之厚度係在該上部子層之厚度之5%範圍內。
  71. 如請求項66之機電裝置,其中該反射子層及該上部子層包含實質上相同之材料。
  72. 如請求項66之機電裝置,其中該反射子層之熱膨脹係數實質上等於該上部子層之熱膨脹係數。
  73. 如請求項66之機電裝置,其進一步包含至少一上覆支撐結構,其在該可移動層上方,其中該上覆支撐結構實質上上覆該複數個下覆支撐結構之至少一者,且其中在該上覆支撐結構中之一殘留應力係實質上由該複數個下覆支撐結構之該至少一者中的一殘留應力所平衡。
  74. 如請求項73之機電裝置,其中該上覆支撐結構及該複數個下覆支撐結構之該至少一者包含實質上相同之材料。
  75. 如請求項66之機電裝置,其進一步包含一位於該空氣間隙之與該電極層相同側上的部分反射層。
  76. 如請求項66之機電裝置,其中該機電裝置包含一干涉調變器。
  77. 一種用於製造一機電裝置之方法,其包含:提供一基板;在該基板上沈積一電極層;在該電極層上沈積一犧牲層; 圖案化該犧牲層以形成孔徑;形成至少部分位於該等孔徑內之複數個支撐結構;在該複數個支撐結構上形成一可移動層,其中形成一可移動層包含;沈積一反射子層;在該反射子層上沈積一機械子層;及在該機械子層上沈積一上部子層,其中在支撐結構之間延伸的該可移動層之至少一部分包含該反射子層、該機械子層及該上部子層之每一者。
  78. 如請求項77之方法,額外包含蝕刻該犧牲層以移除該犧牲層,藉此形成一位於該可移動層與該電極層之間的空腔。
  79. 如請求項77之方法,其中該反射子層及該上部子層包含實質上相同之材料。
  80. 如請求項77之方法,其中該反射子層之厚度不同於該上部子層之厚度。
  81. 如請求項80之方法,其中該反射子層之厚度係在該上部子層之厚度之5%範圍內。
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