微机电系统元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机电系统(microelectromechanicalsystem, MEMS)元件。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，机械元件可制造得较小。举例而言，可通过半导体制作工艺来制造微小的机械元件(例如，MEMS元件)，且可通过电力来驱动MEMS元件。因此，包含MEMS元件的装置或元件(例如，电子元件)可制造得较小或通过使用大量的MEMS单元而实现较多或较好的功能。
[0003]数字微镜元件(digitalmicro-mirror device, DMD)为一种 MEMS 元件，且具有配置成阵列且由电力驱动的多个微镜(micro-mirror)。DMD可充当反射性显示面板。与具有液晶层以及导致大量光损失的偏光器的液晶显示面板相比，DMD具有高反射率的微镜以便实现高的光效率。
[0004]在DMD中，通过静电力来驱动微镜的摆动(swing)。当微镜摆动至开启状态时，微镜将光自照明系统反射至投影镜头。当微镜摆动至关闭状态时，微镜将光反射至偏离投影镜头的方向。开启状态的时间长与关闭状态的时间长的比率决定画面中的像素的灰度。如何有效地使用静电力来切换微镜的状态及如何改良DMD的使用寿命对于实现高可靠性、大操作范围(operat1n window)以及长使用寿命的显示器是重要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种MEMS元件，其具有大操作范围、高可靠性以及长使用寿命ο
[0006]根据本发明的实施例，提供一种MEMS元件，包含基板以及配置于基板上的至少一个MEMS单元。MEMS单元包含至少一个第一电极、至少一个第二电极、至少一个着陆部件以及铰链层。第一电极配置于基板上。第二电极配置于基板上。着陆部件配置于基板上。铰链层包含铰链部分以及至少一个悬臂部分。铰链部分连接至第二电极。悬臂部分连接至铰链部分。悬臂部分具有第一开口以及配置于第一开口中且连接至第一开口的至少一侧的至少一个弹簧。当电压差存在于第一电极与第二电极之间时，铰链部分变形且弹簧因此触碰着陆部件。
[0007]在根据本发明的实施例的MEMS元件中，在铰链部分变形后，弹簧触碰着陆部件。因此，当第一电极与第二电极之间的电压差消失时，弹力使悬臂部分较容易离开着陆部件，且有效地防止了悬臂部分黏附于着陆部件上。因此，铰链层对电压差的回应得以改良，以使得所施加的电压的量值以及时间点的操作范围扩大，且MEMS元件的可靠性提高。此外，因为弹力使悬臂部分较容易离开着陆部件，所以用以切换铰链层的状态的静电力可减小。因此，悬臂部分撞击着陆部件的力减小，以便提高MEMS元件的使用寿命。
[0008]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0009]图1A为本发明的实施例的MEMS元件的示意性横截面图；
[0010]图1B为图1A中的MEMS元件的示意性分解图；
[0011]图1C为图1A中的铰链层的示意性俯视图；
[0012]图2A及图2B为在铰链部分变形时分别处于两种不同状态的如图1A所示的MEMS元件的示意性横截面图；
[0013]图3A为本发明的另一实施例的铰链层的示意性俯视图；
[0014]图3B为图3A的实施例的第一间隔物层的示意性俯视图；
[0015]图4为本发明的另一实施例的铰链层的示意性俯视图；
[0016]图5为本发明的另一实施例的铰链层的示意性俯视图；
[0017]图6为本发明的另一实施例的铰链层的示意性俯视图；
[0018]图7为本发明的另一实施例的MEMS元件的示意性俯视图。
[0019]符号说明
[0020]100、100e:MEMS 元件
[0021]110:基板
[0022]200:MEMS 单元
[0023]210:第一电极
[0024]220:第二电极
[0025]230:着陆部件
[0026]240、240a、240b、240c、240d:铰链层
[0027]241、241a、241d:第一开口
[0028]242:铰链部分
[0029]243、243a、243d:弹簧
[0030]244:悬臂部分
[0031]245:相对侧
[0032]245a、245d:侧
[0033]246:连接部分
[0034]247a、247b、247c、247d:自由末端
[0035]248:主要部分
[0036]249:相对末端
[0037]250:第三电极
[0038]260:光学组件
[0039]270:第一间隔物层
[0040]270a:第一间隔物
[0041]272、272a:第二开口
[0042]280:第二间隔物层
[0043]290:镜面层
[0044]2432d:突起
[0045]S:操作空间
【具体实施方式】
[0046]现将详细地参考本发明的实施例，所述实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图及描述中用来表示相同或相似部分。
[0047]图1A为根据本发明的实施例的MEMS元件的示意性横截面图，图1B为图1A中的MEMS元件的示意性分解图，图1C为图1A中的铰链层的示意性俯视图，且图2A及图2B为在铰链部分变形时分别处于两种不同状态的如图1A所示的MEMS元件的示意性横截面图。参看图1A至图1C、图2A及图2B，此实施例中的MEMS元件100包含基板110以及配置于基板110上的至少一个MEMS单元200 ( 一个MEMS单元200例示性地展示于图1A中)。MEMS单元200包含至少一个第一电极210 (三个第一电极210例示性地展示于图1B中)、至少一个第二电极220 (两个第二电极220例示性地展示于图1B中)、至少一个着陆部件230 (两个着陆部件230例示性地展示于图1B中)以及铰链层240。
[0048]第一电极210、第二电极220以及着陆部件230配置于基板110上。铰链层240包含铰链部分242以及至少一个悬臂部分244 (两个悬臂部分244例示性地展示于图1B中)。铰链部分242连接至第二电极220。在此实施例中，铰链部分242具有分别连接至第二电极220的两个相对末端249。悬臂部分244连接至铰链部分242。在此实施例中，悬臂部分244中的每一者经由变窄的连接部分246而连接至铰链部分242。
[0049]悬臂部分244中的每一者具有第一开口 241以及配置于第一开口 241中且连接至第一开口 241的至少一侧的至少一个弹簧243 ( —个第一开口 241中有一个弹簧243例示性地展示于图1B中)。在此实施例中，弹簧243连接至第一开口 241的两个相对侧245以便连接至悬臂部分244的主要部分248，主要部分248具有第一开口 241。详言之，弹簧243可为连接至第一开口 241的两个相对侧245的可挠性条带；亦即，可挠性条带的两个相对末端分别连接至第一开口 241的两个相对侧245。在此实施例中，弹簧243的延伸方向实质上垂直于铰链部分242的延伸方向。
[0050]当电压差存在于第一电极210与第二电极220之间时，铰链部分242变形且弹簧243因此触碰着陆部件230。在此实施例中，铰链层240包含分别连接至铰链部分242的两个相对侧的两个悬臂部分244，且MEMS单元200还包含配置于基板110上的至少一个第三电极250 (三个第三电极250例示性地展示于图1B中)。第一电极210以及第三电极250分别配置于两个悬臂部分244下。
[0051]在此实施例中，铰链层240与着陆部件230两者都由导电材料制成，且铰链层240电连接至第二电极220。因此，施加至第二电极220的电压也施加至铰链层240。
[0052]当电压差存在于第一电极210与第二电极220之间时，由于静电力，悬臂部分244中的一者(例如，图1A及图1B中的右悬臂部分244)移向对应的第一电极210，以使得右弹簧243触碰右着陆部件230，如图2A所示。另一方面，当电压差存在于第三电极250与第二电极220之间时，由于静电力，悬臂部分244中的另一者(例如，图1A及图1B中的左悬臂部分244)移向对应的第三电极250，以使得铰链部分242变形且左弹簧243因此触碰左着陆部件230，如图2B所示。
[0053]在此实施例的MEMS元件100中，在铰链部分242变形后，弹簧243触碰着陆部件230。因此，当第一电极210与第二电极220之间(或第三电极250与第二电极220之间)的电压差消失时，弹力使悬臂部分244较容易离开着陆部件230 (亦即，悬臂部分244自图2A(或图2B)所示的状态移动至图1A所示的状态)，且有效地防止了悬臂部分244黏附于着陆部件230上。因此，铰链层240对电压差的回应得以改善，以使得所施加的电压的量值以及时间点的操作范围扩大，且MEMS元件100的可靠性提高。
[0054]此外，因为弹