用于微机电像素和显示器件和系统的薄膜结构、以及用于形成薄膜结构和相关器件的方法
【专利说明】用于微机电像素和显示器件和系统的薄膜结构、以及用于 形成薄膜结构和相关器件的方法
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2014年6月17日递交的美国临时申请号62/013, 170的标题为"用 于微机电像素和显示器件和系统的薄膜结构、以及用于形成薄膜结构和相关器件的方法" 的优先权，该申请的内容通过引用其整体并入本文。
技术领域
[0003] 实施例涉及微机电系统（MEMS)，并且特别是涉及包括用于在例如显示器件中使用 的像素的薄膜结构。
【背景技术】
[0004] 微机电系统（MEMS)在各种情景和应用中被使用。MEMS可以是非常小的，诸如具 有0. 02至1. 0mm范围的侧向尺寸，并且可以被用在包括感应（例如，压力传感器、陀螺仪、 加速度计等）、致动、开关和其它的许多应用中。MEMS的商业应用包括喷墨打印机、车辆气 囊系统、麦克风以及包括显示器等其它应用。
[0005] 在显示器中使用的常规的MEMS通常包括可以在平板显示器中形成个体像素或阵 列的可移动导电薄膜。该可移动薄膜通过蚀刻或者从该结构中移除覆盖氧化硅的牺牲层而 形成，由此形成腔并且将薄膜的至少部分从底下的衬底释放，使得薄膜可以在操作中移动 及弯曲。存在与该技术和氧化硅的使用相关的数个缺点，包括：在其它系统和制造过程中集 成MEMS的能力；牺牲层的蚀刻的可实现质量和选择性；以及成本和整体复杂度。
[0006] 其它常规的显示技术包括使用数字光处理（DLP)和硅上液晶（LC0S)。DLP技术包 括静电地开关或倾斜以在不同的方向上导光的微镜的阵列。附加的透镜和光吸收器是必需 的以移除或包含不期待的光并且形成图像。在LC0S中，液晶被施加到硅芯片，然而将液体 在硅芯片之间的腔中密封并结合它们较难，使得这些技术更加复杂和昂贵。
[0007] 因而，存在改进显示技术的需要。
【发明内容】
[0008] 各个实施例涉及微机电系统（MEMS)，并且特别是涉及包括用于在例如显示器件中 使用的像素的薄膜结构。
[0009] 在一个实施例中，微机电（MEMS)器件包括：包括半导体材料的衬底；包括半导体 材料的薄膜；被耦合至薄膜并被配置为使得薄膜能够相对于衬底移动的至少一个锚结构； 以及以随着薄膜相对于衬底移动而改变的间隙距离将薄膜从衬底分开的腔，其中入射在薄 膜上的光线的部分取决于间隙距离而被MEMS器件反射或透射。
[0010] 在一个实施例中，形成微机电（MEMS)器件的方法包括：提供半导体衬底；在衬底 上形成包括半导体材料的牺牲层；在牺牲层上形成单晶半导体薄膜层；在硅薄膜层中形成 至少一个蚀刻孔；经由至少一个蚀刻孔移除牺牲层；以及关闭该至少一个蚀刻孔，其中形 成牺牲层、形成单晶半导体薄膜层、形成至少一个蚀刻孔以及移除牺牲层在大约500摄氏 度至大约800摄氏度的温度范围中被实施。
【附图说明】
[0011] 本公开可以考虑与附图结合的各种实施例的以下的详细说明而被更完全地理解， 其中：
[0012] 图1是根据一个实施例的薄膜结构的横截面示图。
[0013] 图2是根据一个实施例的薄膜和锚结构的透视图。
[0014] 图3是根据一个实施例的入射在薄膜结构上的光线的示图。
[0015] 图4是根据一个实施例的像素阵列的顶视图。
[0016] 图5是根据一个实施例的显示器件的顶视图。
[0017] 图6是根据一个实施例的过程的流程图。
[0018] 图7A-7J是根据一个实施例的形成像素的过程的侧视横截面示图。
[0019] 图8是根据一个实施例的实验像素的透视图。
[0020] 虽然本公开可修改为各种修改形式和替代形式，但其细节已通过示例的方式在附 图中示出并将进行详细说明。然而应当理解，其目的并不是将本发明限制为所描述的特定 实施例。相反，其意图是覆盖落在由所附权利要求所限定的精神和范围以内的所有修改、等 同物和替代方式。
【具体实施方式】
[0021] 实施例涉及微机电系统（MEMS)，并且特别是涉及包括用于在例如显示器件中使用 的像素的薄膜结构。在实施例中，薄膜结构包括在腔之上的单晶硅薄膜，该腔在硅衬底上 面。薄膜结构可以包括光干涉结构，其取决于薄膜与衬底之间的可变距离而透射或者反射 光的不同波长。
[0022] 在一个示例应用中，多个薄膜结构可以组装在阵列中以形成显示器件。阵列的每 个薄膜结构可以包括个体像素，并且每个像素的工作状态或颜色可以通过施加电压、电流、 电场和/或磁场以改变或变化薄膜与该像素的衬底之间的距离而被改变或变化。
[0023] 实施例还涉及形成薄膜结构和/或薄膜结构的阵列的方法。在一个实施例中，提 供了硅衬底，并且硅锗（SiGe)层在其上外延生长。诸如单晶硅层之类的硅层可以沉积在 SiGe层上。SiGe层可以选择性地被蚀刻或者被移除从而在变成可移动薄膜的单晶硅层与 下面的硅衬底之间形成腔。
[0024] 图1描绘了根据一个实施例的膜结构100。膜结构100包括衬底110、薄膜120、锚 结构130和腔140。在实施例中，衬底110包括半导体材料，诸如硅或者绝缘体上硅（SOI) 结构。在实施例中，薄膜120还包括半导体材料，诸如硅，例如单晶硅。在其它实施例中，衬 底110和/或腔140可以包括其它材料。
[0025] 虽然分别在图1和图2中仅出于说明的目的进行了描绘，在实施例中，锚结构130 可以从薄膜120分开或者与薄膜120 -体成型。因而，在实施例中，像薄膜120 -样，锚结 构130可以包括半导体材料，诸如硅，例如单晶硅，或者在实施例中，锚结构130可以包括一 些其它材料，例如以便于当向薄膜120施加电荷时在操作中提供绝缘效果。在其它实施例 中，薄膜120和/或锚结构130可以在诸如薄膜120与锚结构130的一部分之间、或者在与 包括不同材料或不同地掺杂的材料的薄膜120远离的锚结构的端部处包括绝缘材料、区域 或元件，以便于防止电荷传输。在又一其它实施例中，锚结构130与在其和邻近结构或器件 之间的绝缘结构耦合。
[0026] 锚结构130的一个示例在图2中被描绘。在该示例中，薄膜120包括至少两个锚结 构130或与包括弹簧的至少两个锚结构130耦合。锚结构130可以被布置在薄膜120的相 对两侧，被耦合至薄膜120的对角相对的角或部分。在其它实施例中，锚结构130可以在薄 膜120的不同点（例如，靠近中点、在多个点处、沿着整个边缘或侧等）处被耦合并且包括 或多或少或长或短的弹簧曲径。在其它实施例中，可以使用四个锚结构130,每一个锚结构 在薄膜120的每个角和/或侧上。锚结构130的该特定数量、布置和结构可以在任意特定 实施例中被选择以提供薄膜120相对于衬底110的期望的或所需的移动，从而适应待被施 加的特定的电压、电流、电场和/或磁场或其它量，或者符合或满足一些其它特性或性质。
[0027] 锚结构130的优点是在操作中提供整个薄膜120的移动，使得薄膜120和衬底110 随着其间的距离（腔140)变化而保持在相对于彼此大致平行的定向上。在像压力传感器之 类的一些常规的MEMS器件中，仅有薄膜的中间部分移动或弯曲（或者最多地移动或弯曲）， 而在接近薄膜120的侧或边缘时移动或弯曲愈加受限。
[0028] 在实施例中，并且参照图3,膜结构100包括反射或者透射光的某些波长的干涉结 构。硅的折射率（大约3-4)与空气的折射率（大约1)之间的显著差异实现了薄膜结构 100的良好干涉。入射到薄膜结构100上的光线将具有被薄膜120反射的部分（1)和由薄 膜120透射到腔140和衬底110并被衬底110反射的部分（2)。在操作中，第二透射的部分 的路径长度可以通过改变薄膜120与衬底110之间的距离而被改变，其可以改变透射的光 的亮度和/或颜色。
[0029] 薄膜结构100因此可以反射光线、透射光线、或反射一部分透射一部分，其可以通 过改变薄膜120与衬底110之间的距离而被控制。如果被反射，光线的强度可以取决于光 线被透射多少。光线的颜色可以取决于被透射的光线的波长。可见光的波长是大约400nm 至大约700nm，在较短的波长产生紫光，随后是蓝、绿、黄和橙，在较长波长直至红色。较长 的波长光更容易地穿过硅，使得更容易产生红色。硅趋向于吸收较短波长光，从而更难以透 射。因而，蓝色和紫色更难产生。
[0030] 薄膜120的尺寸也可以影响光透射的程度。在实施例中，薄膜110至少是大约200 纳米（nm)厚，在一个实施例中诸如为大约400nm。当薄膜120处于相对于衬底110的中性 位置时（即，没有电荷或力正在