具有抗粘着材料的微器件的制作方法

专利名称：具有抗粘着材料的微器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及微结构和微器件的制造。
背景技术：
微器件通常包括在操作期间可以互相接触的部件。例如，安装在
该反射镜板可以倾斜到"开"位置，此时微型反射镜板把入射光引导到 显示装置，并且可以倾斜到"关"位置，此时微型反射镜板引导入射光 离开显示装置。反射镜板可以由机械停止机构停止在"开，，或"关"位 置，以使反射镜板的方向可被精确地限定在这两个位置。为了使微型 反射镜正确地工作，反射镜板必须能够在"开"和"关，，位置之间快速改 变而没有任何延迟。例如，当合适的静电力被施加到反射镜板而使其 朝向"关"位置倾斜时，在"开"位置上与机械停止机构接触的反射镜板 必须能够立即与机械停止机构分离。

发明内容
在一个总的方面中，本发明涉及用于制造微结构的方法。该方法
包括在衬底上形成第一结构部分；在笫一结构部分上配置牺牲材料； 在牺牲材料和衬底上淀积第一结构金属层；除去牺牲材料的至少一部 分，以在第一结构材料中形成第二结构部分，其中第二结构部分和村 底相连接，并可在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置上，第 二结构部分和第一结构部分分离，而在第二位置上，第二结构部分和 第一结构部分接触；以及在第二结构部分的表面和第一结构部分的表 面中的至少一个上形成碳层，用于阻止在第二结构部分和第一结构部 分之间的粘着。
在另一个总的方面中，本发明涉及用于制造可倾斜微型反射镜板
的方法。该方法包括在衬底上形成支柱；在村底上形成凸起；在衬 底上配置牺牲材料；在牺牲材料上淀积一层或多层结构材料层；除去 牺牲材料的至少一部分，以形成和所述支柱相连接的可倾斜微型反射 镜板，其中可倾斜微型反射镜板可以在第一位置和第二位置之间运 动，在第一位置上，可倾斜微型反射镜板与第一结构部分分离，在第 二位置上，可倾斜微型反射镜板与村底上的凸起接触；以及在微型反 射镜板的表面和衬底上的凸起的表面中的至少一个上形成碳层，用于 阻止在微型反射镜板和衬底上的凸起之间的粘着。
在另一个总的方面中，本发明涉及一种微结构，其包括在衬底 上的着陆止动件；在衬底上的支柱；和支柱连接的反射镜板，其中反 射镜板可以在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置上，反射镜 板与着陆止动件分离，在第二位置上，反射镜板与着陆止动件接触； 以及在反射镜板的表面上或者在着陆止动件的表面上的碳层，用于阻 止微型反射镜板和在衬底上的着陆止动件之间的粘着。
在另一个总的方面中，本发明涉及一种微器件，其包括具有第 一表面的第一静止部件；具有第二表面的第二可动部件，其中第二部 件被配置使得通过运动而使第二表面和第一表面接触；以及在第一表 面和第二表面的至少一个上的碳层，用于阻止第一部件和第二部件之
间的粘着。
这种系统的实现可以包括下述的一个或多个。形成碳层的步骤可 以包括在第二结构部分的表面上或者在第一结构部分的表面上通过 CVD淀积碳。碳层的厚度可以大于0.3纳米。碳层的厚度可以大于1.0 纳米。牺牲材料可以包括无定形碳。碳层可以包括在除去部分牺牲材 料的步骤中未被除去的无定形碳。淀积牺牲材料的步骤可以包括通过 CVD或PECVD在第一结构部分上淀积碳。该方法还可以包括在牺牲 材料上淀积第一结构材料层之前对牺牲材料平坦化。该方法还可以包 括在第一结构材料层上形成掩模；选择地除去未被掩模覆盖的第一 结构材料以在第一结构材料层内形成开口；以及通过开口施加蚀刻剂
以除去牺牲材料。第二结构部分的至少一部分可以是导电的。第二结 构部分可被配置以使其响应施加于衬底上或者第二结构部分的导电 部分上的电极的一个或多个电压信号而在第一位置和第二位置之间 运动。第二结构部分的下表面可被配置使得在第二位置和第一结构部 分的上表面接触，以及碳层被形成在第二结构部分的下表面上或第一 结构部分的上表面上。第一结构部分和第二结构部分中的至少一个可
以包括从以下材料构成的组中选择的材料钛，钽，鵠，钼，合金， 铝，铝硅合金，硅，非晶硅，多晶硅，硅化物及其组合。第二结构部 分可以包括可倾斜反射镜板和支撑着可倾斜反射镜板的支柱。
这些实施方案可以具有下述的一个或多个优点。所披露的方法和 系统对于在微器件中隐藏的接触区域上提供防粘着材料是有用的。例 如，在可倾斜反射镜板和在衬底上的着陆止动件之间的接触表面可被 隐藏在反射镜板的下方。这些接触表面通常在器件制造的最后阶段被 形成。所披露的方法和系统使得能够作为制造过程的一部分把防粘着 材料施加于接触表面。所披露的方法和系统使得能够把防粘着材料各 向同性地淀积在隐藏在反射镜板下方的接触表面上。
本发明披露了利用标准的半导体工艺可以淀积和去除作为牺牲 材料的无定形碳。可以利用化学气相淀积(CVD)或等离子体增强的化 学气相淀积(PECVD)淀积无定形碳。可以通过干法处理例如各向同性 的等离子刻蚀、微波或者活性气体的蒸气除去无定形碳。相对于普通 的半导体成分，例如硅和二氧化硅，这种去除具有高的选择性。无定 形碳的去除还可以被控制，使得可以在微器件中的可动部件的接触表 面上保留无定形碳层，用于防止在可动部件之间的粘着。
所披露的系统和方法的另一个可能的优点是，在微器件被制造之 后，可以对多个微器件施加防粘着材料。基于碳的防粘着材料可以通 过CVD被各向同性地淀积在隐藏在微结构下方的接触表面上。例如， 在半导体晶片上制造多个微型反射镜之后，可以通过CVD把碳各向 同性地淀积在反射镜板的下表面和着陆止动件的上表面上。
虽然参照多个实施例具体说明和描述了本发明，相关领域的技术
人员应当理解，在不脱离本发明的构思和范围的前提下，可以在其中 的形式和细节上作出各种改变。


图1A是当反射镜板处于"开"位置时微型反射镜的截面图； 图1B是当反射镜板处于"关"位置时微型反射镜的截面图； 图2矩形的反射镜板的阵列的透视图3是表示用于图2的反射镜板的控制电路衬底的一部分的顶部 的透视图4是表示具有弯曲的边沿的反射镜板的阵列的透视图； 图5是表示用于图4的反射镜板的控制电路衬底的一部分的顶部 的透视图6是具有弯曲的前沿和后沿的反射镜板的放大的背面图； 图7是用于表示在反射镜板的下部中的空腔下方的扭转铰链的 底部透视图8表示当沿一个方向转动15度时反射镜板的扭转铰链周围的 最小间隔；
图9是具有披露的防粘着材料的基于微型反射镜的空间光调制 器的制造流程图10~13是空间光调制器的一部分的侧视截面图，用于说明制 造多个支撑框架和与寻址电路中的存储单元相连接的第一级电极的 一种方法；
图14~17是空间光调制器的一部分的侧视截面图，用于说明制 造多个支撑支柱、第二级电极和在控制衬底的表面上的着陆止动件的 一种方法；
图18 20是空间光调制器的一部分的侧视截面图，用于说明制 造多个扭转铰链和在支撑框架上的支撑件的一种方法；
图21~23是空间光调制器的一部分的侧视截面图，用于说明制 造具有多个隐藏的铰链的反射镜板的一种方法；
图24~26是空间光调制器的一部分的侧视截面图，用于说明构 成反射镜和释放微型反射镜阵列的单个反射镜板的一种方法；
图27A 27I是构成具有防粘着材料的悬臂的截面图；以及 图28表示在激活位置的悬臂。
具体实施例方式
在一个例子中，所披露的材料和方法借助于基于微型反射镜阵列 的空间光调制器(SLM)的制造进行说明。微型反射镜阵列 一般包括单 元的阵列，每个单元包括可以围绕轴线倾斜的微型反射镜板，此外， 还包括用于产生使微型反射镜板倾斜的静电力的电路。在数字操作模 式中，微型反射镜板可被倾斜以停留在两个位置之一。在"开"位置， 微型反射镜板引导入射光而在显示图像中形成指定的像素。在"关"位 置，微型反射镜板引导入射光离开显示图像。
单元可以包括用于把微型反射镜板机械地停止在"开，，位置和 "关，，位置的结构。这些结构在本说明中被称为机械止动件。SLM借助 于使被选中的微型反射镜的组合倾斜来工作，从而投射光以形成显示 图像中的合适的像素。视频应用一般需要高频刷新速率。在SLM中，
到新的方向。因此，对于许多基于SLM的显示装置，提供快速的反 射镜倾斜运动是至关重要的。
图1A表示空间光调制器400的一部分的截面图，其中微型反射 镜处于"开"位置。来自光源401的入射光411被以入射角0i引导，并 作为反射光412以角度e。通过投射光瞳403朝向显示表面(未示出) 反射。图1B表示该空间光调制器的同一部分的截面图，其中反射镜 板被朝向铰链106另一侧下方的另一个电极转动。相同的入射光411 以比图1A大得多的角度ei和e。反射而形成反射光412。偏转光412 的偏转角由反射镜板102的尺寸和反射镜板102的下表面与有弹性的 着陆止动件222a、 222b之间的间距预先确定。偏转光412朝向光吸 收器402射出。参见图1A和图1B， SLM 400包括三个主要部分包括控制电 路的底部；包括多个分级电极、着陆止动件和铰链支撑支柱的中部； 以及包括具有隐藏的扭转铰链和空腔的多个反射镜板的上部。
底部包括控制村底300，其具有寻址电路，用于选择地控制在 SLM 400中的反射镜板的操作。寻址电路包括存储单元的阵列以及用 于传递信号的字线/位线互连。在硅晶片衬底上的电寻址电路可以使用 标准的CMOS技术被制造，类似于一种低密度的存储阵列。
高对比度的SLM400的中部包括分级电极221a、 221b，着陆止 动件222a、 222b，铰链支撑支柱105以及铰链支撑框架202。多级的 分级电极221a、 221b被设计以改善在因平移或转动而发生角度变化 期间静电转矩的电容耦合效率。通过升高在铰链106区域附近的分级 电极221a、 221b的表面，在反射镜板102和电极221a、 221b之间的 间隙或间距被有效地变窄。因为静电引力和反射镜板与电极之间的距 离的平方成反比，当反射镜板被倾斜到其着陆位置时该效应变得明 显。当以模拟模式操作时，高效率的静电耦合使得能够更精确和更稳 定地控制空间光调制器中的各个微型反射镜板的倾斜角。在数字模式 中，SLM在寻址电路中需要低得多的用于操作的驱动电压。根据在第 一级电极和反射镜板之间的间隙的相对高度，在分级电极221a、 221b 的第一级和第二级之间的高度差可以在0.2微米~3微米间改变。
在控制衬底的顶面上，设计有一对静止的着陆止动件222a、 222b,为了制造简单，它们具有和分级电极221a、 221b的第二级相 同的高度。也可以选择其它的高度。着陆止动件222a、 222b可以在 反射镜板的每次转动时提供温和的机械着陆(touch-down)以使反射 镜板停止运动。此外，着陆止动件222a、 222b使反射镜精确地停止 在预定的角度上。在控制衬底的表面上添加静止的着陆止动件222a、 222b增强了操作的机器人化并增加了器件的可靠性。此外，着陆止动 件222a、 222b使得在反射镜板102与其着陆止动件222a、 222b之间 的分离容易。在一些实施例中，为了启动反射镜的转动，对偏置电极 303施加尖的双极脉沖电压Vb，偏置电极303 —般通过其铰链106以
及铰链支撑支柱105和每个反射镜板102相连接。由双极偏压Vb建 立的电势增强在铰链106两侧上的静电力。这个增强在着陆位置在两 侧上是不相等的，这是由于在铰链106的每一侧上着陆止动件222a 和222b与反射镜板102之间的间距具有大的差异。虽然在反射镜板 102的底层103c上的偏压Vb的增加对反射镜板102的转动方向具有 较小的影响，但是借助于把机电的动能转换成被储存在变形的铰链 106和变形的着陆止动件222a、 222b中的弹性应变能，在整个反射镜 板102上静电力F的急剧增加提供动态激励。在双极脉冲被从公共偏 压Vb发出之后，当反射镜板弹跳而离开着陆止动件222a、 222b时， 变形的着陆止动件222a、 222b以及变形的铰链106的弹性应变能被 转换成反射镜板的动能。反射镜板朝向静态的这种扰动使得能够利用 小得多的寻址电位Va使反射镜板102从一个位置朝向另一个位置转 动。
在控制村底300的表面上的铰链支撑框架202被设计用于加强一 对铰链支撑支柱105的机械稳定性，并局部地保持静电电势。为简单 起见，铰链支撑框架202的高度被设计和分级电极221a、 221b的第 一级的高度相同。在反射镜板102的固定尺寸下， 一对铰链支撑支柱
105的高度部分地确定每个微型反射镜的最大偏转角e。
SLM 400的上部包括微型反射镜的阵列，每个反射镜在上表面 上具有平的反光层103a和在反射镜板102的下部中的空腔下的一对 铰链106。在反射镜板102中的一对铰链106被制成反射镜板102的 一部分，并在反射表面下方被保持最小距离，使得只允许用于以预定 的角度转动的间隙。借助于使从由一对铰链106限定的转动轴线到上 反射表面103a的距离最小，空间光调制器有效地显著减小了在转动 期间每个反射镜板的水平位移。在一些实施例中，在SLM的阵列中 相邻的反射镜板之间的间隙被减小到0.2微米，以达到高的有效反射 面积i真充比。
用于SLM的结构材料是导电的和稳定的，具有适当的硬度、弹 性和应力。理想地， 一种材料可以提供反射镜板102的刚性和铰链106
的塑性，并仍然具有足够的强度以使得偏转而不会断裂。在本说明中， 这种结构材料被称为机电材料。此外，在构成微型反射镜阵列中使用
的所有的材料可以在高达500。C的温度下被处理，这是典型的处理温 度范围，不会破坏在控制衬底中的预制的电路。
在图1A、 1B所示的实现中，反射镜板102包括3层。反射顶层 103a由反射材料例如铝构成，厚度一般大约600埃。中层103b可以 由硅基材料制成，例如非晶硅，厚度一般大约在2000到5000埃之间。 底层103c由钛构成，厚度一般大约为600埃。如由图1A、 1B可以看 出的，铰链106可以作为底层103c的一部分被实现。反射镜板102 可以按照下述方法,皮制造。
按照另一个实施例，反射镜板102、铰链106以及铰链支撑支柱 105的材料可以包括铝、硅、多晶硅、非晶硅和铝硅合金。反射镜板 102的一层或多层的淀积可以通过物理蒸气淀积(PVD)来实现，例如 通过在50(TC以下的温度下在受控的室内利用磁控管溅射含铝或/和硅 的单个靶。结构层也可以利用PECVD来形成。
按照另一个可选的实施例，反射镜板102、铰链106以及铰链支 撑支柱105的材料可以是硅、多晶硅、非晶硅、铝、钛、钽、钨、钼、 硅化物或铝、钛、钽、鴒或钼的合金，或者它们的组合。难熔金属及 其硅化物和CMOS半导体工艺兼容，并具有相当好的机械性能。这 些材料可以由PVD、 CVD、或PECVD淀积。通过根据应用在反射镜 板102的表面上进一步淀积一层金属薄膜，例如铝、金或其合金，可 以增强光反射率。
为了实现由微型反射镜形成的图像的高对比度，应当减少或者消 除来自微型反射镜阵列的任何散射光。最通常的千扰来自由各个反射 镜板的前沿和后沿的照明的散射产生的衍射图案。对于衍射问题的解 决办法是减小衍射图案的强度和引导来自每个像素的无效区域的散 射光离开投射光瞳。一种方法涉及引导入射光411与方形反射镜板102 的边沿呈45度角，这有时被称为对角线铰链或对角线照明配置。图2 表示使用对角线照明系统包括具有方形的每个反射镜板102的反射镜
阵列的一部分的顶部透视图。在阵列中的反射镜板的铰链106沿着反 射镜板的两个对角并垂直于入射光411的对角线方向被制造。具有对 角线铰链轴线的方形反射镜板的优点是，其能够以45度角使来自前 沿和后沿的散射光偏转而离开投射光瞳403。其缺点是，其需要能够 朝向SLM的边沿倾斜的投射棱镜组件系统。当使用常规的矩形全内 部反射棱镜系统以分离由反射镜板102反射的光束时，对角线照明具 有低的光学耦合效率。扭曲的聚焦斑点需要大于矩形微型反射镜阵列 表面的尺寸的照明，以覆盖全部有效的像素阵列。较大的矩形全内部 反射棱镜增加投射显示器的成本、尺寸和重量。
图3表示用于具有对角线照明配置的投射系统的控制电路衬底 的一部分的顶部透视图。 一对分级电极221a和221b净皮对应地呈对角 线设置，以便改进对反射镜板102的电容耦合的静电效率。两个着陆 止动件211a、 211b作为用于反射镜板102的机械着陆的着陆止动件， 以保证倾斜角e的精度，并克服接触粘着。这些由高弹簧常数材料制 成的着陆止动件222a、 222b作为着陆弹簧用于减少当反射镜板被吸 住时的接触面积。在两级分级电极221a、 221b的边沿的这些着陆止 动件222的第二个功能是其弹簧效应，用于使止动件和反射镜板102 分开。当尖的双极脉沖电压Vb通过反射镜阵列的公共偏置电极303 加于反射镜板102时，在整个反射镜板102上的静电力F的急剧增加
提供动态激励。当其从着陆止动件222a、 222b弹跳离开时，弹性应 变能被转换回到反射镜板102的动能。
在周期阵列中的反射镜板的直边或角部可以产生衍射图案，其趋 于通过散射以固定角度入射的光411而减小投射的图像的对比度。在 一些实施例中，在阵列中的反射镜板的弯曲的前沿和后沿由于在反射 镜板边沿上入射光411的散射角的改变而可以减少衍射。在其它实施 例中，利用至少 一个或一 系列具有相对置的凹陷和凸出的弯曲的前沿
入投射光瞳403的衍射强度的减少，同时仍然保持正交的照明光学系
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统。垂直于入射光411的弯曲的前沿和后沿可以减少被引入投射系统 的衍射光。
正交照明具有较高的光学系统耦合效率，并且需要成本低的、尺 寸小的和重量轻的全内部反射棱镜。不过，因为来自反射镜板的前沿 和后沿的散射光被直接地散射进入投射光瞳403，其形成衍射图案， 减小SLM的对比度。图4表示包括具有正交照明配置的用于投射系 统的矩形反射镜的反射镜阵列的一部分的顶部透视图。铰链106平行 于反射镜板的前沿和后沿并垂直于入射光411，使得在SLM中的反射 镜像素被正交地照明。在图4中，阵列中的每个反射镜板具有呈前沿 凸出和后沿凹陷的一系列弯曲。其原理是，弯曲的边沿减弱散射光的 衍射强度，并且其进一步以不同的角度衍射散射光的大部分离开光学 投射光瞳403。每个反射镜板的前沿和后沿的曲率半径r可以根据选 择的弯曲的数量而变。曲率半径r越小，衍射减小效果越显著。按照 一些实施例，为了使衍射减小效果最大，设计一系列小的曲率半径r， 用于构成阵列中的每个反射镜板的前沿和后沿。弯曲的数量可以根据 反射镜像素的尺寸而改变，对于10微米尺寸的方形反射镜像素，每 个前沿和后沿上的2~4个弯曲提供低的衍射，并且在当前的制造能 力内。
图5是表示用于具有正交照明配置的投射系统的控制衬底300 的顶部的透视图。和常规的平的电极不同，在铰链轴线附近在控制衬 底300的表面上方高出的两级分级电极221a、 221b使得平的反射镜 板102和分级电极221a、 221b的较低的一级之间的有效间距或较小 变窄，这有效地增加了反射镜板102的电容耦合的静电效率。分级电 极221a、221b的级数例如可以从l到10被改变。不过，分级电极221a、 221b的级数越大，则越复杂，并且制造该器件的费用越高。比较实际 的数量可以是2 3。图5还示出了被定向微与控制衬底300的表面垂 直的机械着陆止动件222a、 222b。这种低电压驱动的高效率微型反射 镜阵列使得能够进行微型反射镜的较大的全偏转角(|9|>15度)的操 作，从而增加SLM的亮度和对比度。
这种反射型空间光调制器的另 一个优点是，其通过把铰链"i殳置在
反射镜板102的下部内的空腔下方来产生高的有效反射区域填充比， 这几乎完全消除了在角度转变期间反射镜板102的水平位移。图6表 示反射镜阵列的一部分的放大的背面图，该阵列被设计以通过使用前 沿和后沿上的4个弯曲来减小衍射强度，用于具有正交照明配置的投 射系统。同样， 一对铰链106位于两个空腔的下方作为底层103c的 一部分，并被在铰链支撑框架202上的一对铰链支撑支柱105支撑着。 一对铰链支撑支柱105的截面具有比铰链106的宽度大得多的宽度 W。因为在一对铰链106之间的轴线和反射镜板的反射表面之间的距 离被保持最小，通过紧密地组装各个反射镜像素可以实现高有效反射 面积填充比，而不担心水平位移。在一个实施例中，反射镜像素的尺 寸(axb)大约是10微米x10微米，而曲率半径大约是2.5微米。
图7表示反射镜板的一部分的放大的背面图，表示在反射镜板 102下部中的空腔下方的铰链106和铰链支撑支柱105。为了实现最 佳的性能，重要的是保持在形成铰链106的空腔内的最小间隙G。铰 链106的尺寸根据反射镜板102的尺寸而不同。在一个实施例中，每 个铰链106的尺寸大约是0.1x0.2x3.5微米，而铰链支撑支柱105具有 每边的宽度W大约是l.O微米的方形截面。因为铰链支撑支柱105的 上表面也在作为反射镜板102下部的空腔的下方，在空腔内的间隙G 需要足够高以容许反射镜板102的角转动而在反射镜处于预定的角度 e时不会触碰较大的铰链支撑支柱105。为了使反射镜板转动到预定角 度e而不触碰铰链支撑支柱105，铰链106所在的空腔的间隙必须大于 G=0.5xWxSIN(e)，其中W是铰链支撑支柱105的截面宽度。
图8表示当沿一个方向转动15度时在反射镜板102的铰链106 周围的最小气隙G。计算表明，在空腔内的铰链106的间隙G必须大 于G=0.13W。如果方形的铰链支撑支柱105的每边宽度W是1.0微 米，则在空腔内的间隙G应当大于0.13微米。如果在转变转动期间 不发生水平位移，则在微型反射镜阵列中的各个反射镜板之间的水平 间隙可以减小到小于0.2微米，这导致这里所述的SLM的96%的有
效反射面积填充比。
在一个实施例中，作为使用标准的CMOS技术的4个顺序的处 理来实现了高对比度的空间光调制器的制造。第一处理形成控制硅晶 片衬底，在衬底的表面上具有支撑框架和第一级电极的阵列。第一级 电极和晶片内的寻址电路中的存储单元相连接。第二处理在控制衬底 的表面上形成多个第二级电极、着陆止动件和铰链支撑支柱。第三处
理形成具有在每对支撑支柱上的隐藏的铰链的多个反射镜板。在第四 处理中，在除去剩余的牺牲材料之前把制造的晶片分离成单个的空间 光调制器件管芯。
图9是用于说明制造高对比度空间光调制器的处理的流程图。制 造处理由利用普通的半导体技术制造作为控制衬底的CMOS电路晶 片开始(步骤810)，该晶片具有多个存储单元和用于传递信号的字 线/位线互连结构。
通过电路的钝化层构图多个通孔并露出控制衬底内的寻址节点 来形成多个第一级电极和支撑框架(步骤820)。为了增加随后的机 电层的附着力，通孔和接触开口被暴露于2000瓦的RF或微波等离子 体，其中02、 CF4和H20气体混合物的总压力为2托，比例为40: 1: 5，温度大约为250。C，时间小于5分钟。根据选择的用于填充通孔和 用于在控制衬底的表面上形成电极层的材料，利用物理蒸气淀积(PVD) 或等离子增强的化学气相淀积(PECVD)淀积机电层(步骤821)。机 电层的淀积以及随后的形成通孔如图10和11所示，下面将参照图10 和11进行说明。
然后对机电层进行构图，并被各向异性地完全刻蚀而形成多个电 极和支撑框架(步骤822)。对被部分地制成的晶片进行测试，以确 保在进一步处理之前的电功能(步骤823)。电极和支撑框架的形成 如图12和13所示，下面将结合这些图进行详细说明。
按照一些实施例，在步骤821和822中被淀积和构图的机电层包 括金属例如纯铝、钛、钽、鸽、钼膜、铝多晶硅复合物、铝铜合金或 铝硅合金。虽然这些金属的每一个具有略微不同的刻蚀特性，但它们
都可用类似的化学到等离子的铝刻蚀技术进行刻蚀。为了各向异性地 进行铝金属化层的刻蚀，可以进行两步处理。首先，晶片被在感应耦
合的等离子体中刻蚀，在刻蚀的同时流入BCl3、 Ch和Ar的混合物， 流量分别为100sccm、 20sccm、 20 sccm。操作压力在10 ~ 50毫托的 范围内，感应耦合的等离子体的偏置功率为300瓦，电源功率为1000 瓦。在刻蚀处理期间，利用压力为l托流量为20 ccm的背面氦气流 对晶片冷却。因为铝的图案不能简单地通过从刻蚀室进入环境大气被
除去，必须进行第二氧气等离子体处理步骤，以便清洁和钝化铝表面。 在钝化处理中，被部分地制成的晶片的表面被暴露于2000瓦的RF或 微波等离子体下，其中1120蒸气的流量为3000 sccm，压力为2托， 温度为大约250'C，时间为小于3分钟。
按照另一个实施例，机电层是硅金属化层，其可呈多晶硅、多晶 硅化物(polydide)或硅化物的形式。虽然这些机电层的每一个具有 略微不同的刻蚀特性，但它们都可用和进行多晶硅等类似的化学至离 子刻蚀方法被刻蚀。多晶硅的各向异性刻蚀可以利用大多数的基于氯 或氟化物的进料被完成，例如Cl2、 BC13、 CF4、 NF3、 SF6、 HBr及 它们与Ar、 N2、 02以及H2的混合物。多晶硅或硅化物层(WSix、或 TiSL或TaSi)在感应耦合的等离子体中被各向异性地刻蚀，同时分 别以100 sccm、 50 sccm、 20sccm、和10 seem的流量流入Cl2、 BC13、 HBr和He02气体。在另 一个实施例中，多晶硅化物层在流入流量分 别为50sccm、 40sccm、 40sccm、 10sccm的Cl2、 SF6、 HBr和He02 气体的反应离子刻蚀室内被刻蚀。在两种情况下，操作压力在10~30 毫托的范围内，感应耦合的等离子偏置功率为100瓦，电源功率为1200 瓦。在刻蚀处理期间，晶片由压力为l托流量为20sccm的背面氦气 流冷却。典型的刻蚀速率可以达到每分钟9000埃。
在控制衬底的表面上可以制造多个第二级电极，以便减小在反射 镜板和衬底上的电极之间的距离，这改善了静电效率。还可以在衬底 上制造着陆止动件，用于减小在反射镜板和衬底之间的粘着。
在部分制成的晶片的表面上淀积具有预定厚度的牺牲材料层(步
骤830)。按照本说明，牺牲材料可以包括无定形碳、聚亚芳基、聚 亚芳基乙醚(其可被称为SILK)，作为氢化倍半硅氧烷(HSQ)。无 定形碳可以借助于CVD或PECVD被淀积。聚亚芳基、聚亚芳基乙 醚和氢化倍半硅氧烷可被旋转涂覆在表面上。在随后的形成之前，牺 牲层将首先被硬化，淀积的无定形碳可通过在借助于CVD或PECVD 淀积之后进行热退火来硬化。SILK或HSQ可以借助于UV曝光以及 可选地借助于热处理和等离子处理被硬化。
接着对牺牲层进行构图，以形成用于多个第二级电极、着陆止动 件和支撑支柱的通孔和接触开口 (步骤831)。然后根据选择的材料 借助于PVD或PECVD淀积第二机电层，以形成多个第二级电极、 着陆止动件和支撑支柱(步骤832 )。第二机电层借助于CMP被平 坦化为预定厚度(步骤833 )。第二级电极和着陆止动件的高度可以 小于1微米。步骤830到833可被重复，以在分级电极221a、 221b 中形成若干级。步骤830 ~ 833被重复的次数由在分级电极221a、221b 中的级数确定。当在控制衬底上制造扁平电极时，步骤830~833可 被绕开(即从步骤823直接到步骤840 )。
一旦在CMOS控制电路衬底上形成电极和着陆止动件，便制造 多个具有在每对支撑支柱上的隐藏的铰链的反射镜板。在多个被制成 的晶片的表面上淀积具有预定厚度的牺牲材料，以形成牺牲层(步骤 840)。然后对牺牲层构图以形成用于多个铰链支撑支柱的通孔(步 骤841)。在根据选择用于填充通孔的材料借助于PVD或PECVD淀 积机电材料之前硬化牺牲层，以形成用作扭转铰链和反射镜板的薄层 (步骤842 )。该机电层借助于CMP被平坦化到预定厚度(步骤843 )。 该机电层被构图成具有多个开口以形成多个扭转铰链(步骤850)。 为了在反射镜板的下部形成多个空腔和位于空腔下方的扭转铰链，再 次淀积牺牲材料以填充扭转铰链周围的开口间隙，并在铰链的顶上形 成具有预定厚度的薄层(步骤851)。该厚度可略微大于G-0.5xWxSIN(e)，其中W是铰链支撑支柱105的截面宽度。牺牲层被 构图以在每个扭转铰链的顶上形成多个间隔体(步骤852)。淀积更
多的机电材料以覆盖被部分制成的晶片的表面(步骤853 )。
在步骤840 ~ 851中的牺牲材料也可以从上面披露的材料中选 择，包括无定形碳。在多个开口被构图之前借助于CMP把机电层平 坦化到预定厚度(步骤854)。反射镜表面的反射率可以借助于PVD 淀积反射层而被增强(步骤860)。用于反射层的材料可以是铝、金、 及其组合物，或者是其它合适的反射材料。反射层的厚度可以是400 埃或更小。
基于无定形碳的牺牲材料可以通过开口被除去，以在各个反射镜 板之间形成多个气隙(步骤870，选项1)。在本说明中披露的牺牲 材料可以使用干法处理例如各向同性等离子刻蚀、微波等离子体或者 活性气体蒸气而被除去。牺牲材料可以从其它材料层的下方被除去。 去除也可以相对于普通的半导体成分是高度选择的。例如，无定形碳 可以相对于珪以8: 1的选择性比，相对于氧化硅以15: 1的选择性 比被除去。因而，披露的牺牲材料可以在对想要的微结构具有最小的 磨损的情况下被除去。
基于无定形碳的牺牲材料的去除可被控制，使得碳材料的薄层可 以保留在反射镜板和着陆止动件之间的接触表面上。例如，晶片可以 含有一个或多个制造的可倾斜微型反射镜板。每个反射镜板被铰链支 撑支柱支撑着，并和反射镜板下方的一个或多个着陆止动件相关联。 无定形碳的去除可以通过把晶片在大约250。C下在02、 CF4和H20气 体的混合物中暴露于2000瓦的射频或微波等离子体而被实现。气体 压力被控制在约2托的总压力。在气体混合物中02，CF4和H20气体 的比例是40: 1: 5。
在去除步骤中的处理参数被优化，使得在接触表面上碳层的厚度 足够厚以阻止在微型反射镜操作期间在接触表面之间的粘着。例如，
去除步骤可被控制为约小于5分钟，以确保在反射镜板和与其相关联 的着陆止动件之间的一个或多个接触表面上留下碳层(图26中的
699a、 699b)。碳牺牲层的不同的厚度以及在去除期间为使等离子体 达到碳的一定尺寸的间隙可以影响使碳暴露于等离子体所需的时间
量。在接触表面上碳层(699a、 699b)的厚度可被控制为大于0.3纳 米。在接触表面上碳层的厚度也可被控制为大于1.0纳米。碳层可以 包括一个或多个碳原子层。
作为牺牲材料的碳的一个优点是，其可以通过干法处理借助于各 向同性刻蚀被除去。干法去除处理比在清除常规的牺牲材料时使用的 湿法处理简单。各向同性刻蚀允许方便地去除位于结构层例如反射镜 板的上方和下方的所披露的牺牲材料，这利用各向异性的干刻蚀处理 是不容易实现的。基于无定形碳的牺牲材料的另一个优点是，其可以 借助于常规的CMOS工艺被淀积和去除。使用无定形碳作为牺牲材 料还有一个优点是，其可以保持高的碳纯度，并且通常碳不会污染大 多数微器件。
在一些实施例中，牺牲材料是聚亚芳基、聚亚芳基乙醚、HSQ， 或无定形碳之外的牺牲材料。聚亚芳基、聚亚芳基乙醚和HSQ可被 旋转涂覆在表面上。在随后的构建之前首先对牺牲层硬化，在借助于 CVD或PECVD处理淀积之后可以通过热退火硬化淀积的无定形碳。 可以通过UV曝光以及可选地进行热和等离子体处理来硬化SILK或 HSQ。在反射镜板被形成之后，可以用千法处理例如各向同性等离子 刻蚀、微波等离子体或在反射镜板下方的活性气体的蒸气来基本上完 全地除去这些牺牲材料(步骤870，选项2)。
在这些实施例中的步骤870 (选项2)包括在除去不基于碳的牺 牲材料之后，通过相邻的反射镜板之间的间隙进行附加的各向同性的 碳材料的淀积。淀积的碳可呈无定形状态、金刚石、石墨或多晶状态 存在。碳的淀积可以通过CVD来实现。碳材料层可以作为反射镜板 的下表面、着陆止动件的上表面以及微型反射镜的其它表面上的最外 层被形成。淀积的碳材料的量可被控制，使得在反射镜板和着陆止动 件之间的接触区域足够厚，以阻止反射镜板和与其相关联的着陆止动 件之间的粘着。碳层可以包括一个或多个原子碳的层。例如，在接触 表面中的碳层可被控制使得其厚度大于0.3纳米、大于0.5纳米或大 于1.0纳米。在大多数应用中，碳层不必比底层103c更厚(底层103c 的厚度例如大约60纳米)。
为了把制造的晶片分离成单个SLM器件管芯，淀积牺牲材料的 厚层，以覆盖制造的晶片表面作为保护(步骤880)。然后在通过划 片和切断被分成单个的管芯(步骤882)之前，制造的晶片被局部地 锯开(步骤881)。在对剩余的牺牲材料进行RF或微波等离子体剥 离(步骤884)之前，把空间光调制器管芯借助于引线键合和互连固 定在芯片基座上(步骤883 )。在进行电-光学功能测试(步骤886) 之前，通过使SLM器件管芯暴露于PECVD而在反射镜板和电极以 及着陆止动件之间的界面上涂覆润滑剂而被润滑(步骤885)。最后， SLM器件由玻璃窗口凸缘进行气密性密封(步骤887)，并被送去进 行老化处理以便进行可靠性和鲁棒性质量控制(步骤888)。
下面用一系列的截面图更详细的说明用于制造高对比度的空间 光调制器的每个处理。图10 13是SLM的一部分的截面侧视图，用 于说明用于制造多个支撑框架和与寻址电路中的存储单元相连接的 第一级电极的一种方法。图14 17是SLM的一部分的截面侧视图， 用于说明用于在控制衬底的表面上制造多个支撑支柱、第二级电极和 着陆止动件的一种方法。图18 ~ 20是SLM的一部分的截面侧视图， 用于说明用于在支撑框架上制造多个扭转铰链和支撑的一种方法。图 21 ~ 23是SLM的一部分的截面侧视图，用于说明用于制造具有多个 隐藏的铰链的反射镜板的一种方法。图23 26是SLM的一部分的截 面侧视图，用于说明用于构成反射镜和用于释放微型反射镜阵列的单 个反射镜板的一种方法。
图10是用于说明在使用标准的CMOS制造技术之后的控制硅晶 片衬底600。在一个实施例中，在控制衬底中的控制电路包括存储单 元的阵列以及用于传递信号的字线/位线互连。具有许多不同的用于制 造执行寻址功能的电路的方法。公知的DRAM、 SRAM和锁存器件 都能实现寻址功能。因为反射镜板102的面积在半导体规模上相对地 较大(例如反射镜板102的面积可以大于IOO平方微米)，可以在微 型反射镜102的下方制造复杂的电路。可能的电路包括但不限于用
于存储时间顺序像素信息的存储緩冲器以及用于进行脉宽调制变换 的电路。
在典型的CMOS制造工艺中，控制硅晶片衬底由钝化层601例 如氧化硅或氮化硅覆盖。钝化的控制衬底600被构图并被各向异性地 刻蚀以形成连接到寻址电路中的字线/位线互连的通孔621，如图11 所示。按照另一个实施例，介电材料例如氧化硅或氮化硅的各向异性 刻蚀由基于CzF6和CHF3的进料及其与He和02的混合物来实现。 一个示例的高选择性的介电刻蚀处理包括总压力为100毫托、比例为 10: 10: 2的C2F。 CHF3、 He和02气流的混合物流，感应电源功率 为1200瓦，偏置功率为600瓦。此时晶片由压力为2托流量为20 sccm 的背面氦气流冷却。典型的氧化硅刻蚀速率可以达到每分钟8000埃。
接着，图12表示根据选择的介电材料通过PVD或PECVD淀积 机电层602。这个机电层602被构图，以限定对应于每个反射镜板102 的铰链支撑框架622和第一级分级电极623所在的区域，如图13所 示。机电层602的构图可以利用下述步骤来实现。首先，旋转涂覆牺 牲材料层，以覆盖衬底表面。然后以标准的光刻法使牺牲材料层曝光 并显影，以形成预定图案。对牺牲材料层进行贯通的各向异性刻蚀以 形成多个通孔和开口。 一旦形成通孔和开口，便通过除去表面的和开 口内部的残余物对被部分制成的晶片进行清洁。这可以通过把已被构 图的晶片暴露于2000瓦的RF或微波等离子体下来实现，其中温度大 约为250°C， 02、 CF4和HzO气体混合物的总压力为2托，比例为40: 1: 5，时间小于5分钟。最后，通过暴露于2000瓦的RF或微波等离 子体使机电层的表面钝化，其中H20蒸气的压力为2托，流量为3000 sccm，温度大约为250。C，时间小于3分钟。
通过下述步骤在被部分制成的晶片的表面上形成多个第二级分 级电极221a、 221b、着陆止动件222a、 222b以及铰链支撑支柱105。
604，如图14所示。由无定形碳形成的牺牲层604可以通过在CVD 或PECVD之后进行热退火进行硬化。基于HSQ或SILK的牺牲层
604可以通过UV曝光并可选地进行热和等离子处理被硬化。
然后，对牺牲层604构图以形成用于第二级电极632、着陆止动 件633和支撑支柱631 (假想线所示的用于支撑支柱631的开口的位 置)的多个通孔和接触开口，如图15所示。为了增强对于随后的机 电层的附着力，使通孔和接触开口暴露于2000瓦的RF或微波等离子 体，其中温度大约为250。C， 02，CF4和H20气体混合物的总压力为2 托，比例为40: 1: 5，时间小于5分钟。然后对机电材料603进行淀 积以填充通孔和接触开口。根据所选的材料，由PECVD或PVD进 行填充。对于从铝、钛、钨、钼及其合金构成的组中选择的材料，PVD 是一种在半导体工业中通常的淀积方法。对于从硅、多晶硅、硅化物、 多晶硅化物(polycide)、鴒及其组合构成的组中选择的材料，选择 PECVD作为淀积方法。把被部分制成的晶片借助于CMP被进一步平 坦化到略小于1微米的预定厚度，如图16所示。
在CMP平坦化之后，图17表示淀积(在无定形碳的情况下) 或旋转涂覆(在HSQ或SILK的情况下)预定厚度的另一个牺牲材 料层并被硬化以在扭转铰链下方形成间隙。牺牲材料层604被构图以 形成多个通孔641或用于铰链支撑支柱的接触开口 (假想线所示)， 如图18所示。在图19中，机电材料被淀积以填充通孔641并在表面 上形成支撑支柱642(假想线所示)和扭转铰链层605。然后通过CMP 对该铰链层605平坦化到预定厚度。这里形成的铰链层605的厚度限 定了扭转铰链条的厚度，并在稍后限定了反射镜板的机械性能。
铰链层605可以具有范围大约为400到1200埃的厚度。CMP平 坦化可以对薄的铰链层605施加大的机械应力。常规的基于光致抗蚀 剂的牺牲材料的缺点是，其可能不能提供用于支撑铰链层605的机械 强度。与此相反，本说明披露的牺牲材料(无定形碳、HSQ或SILK) 在硬化之后具有比硬化的光致抗蚀剂高的机械强度。所披露的牺牲材 料可以在铰链层605平坦化期间很好地支撑着铰链层605，这允许铰 链层605在物理上保持完整而减少制造故障率。
被部分制成的晶片的铰链层605被构图并被各向异性地刻蚀使
得具有开口 643，以在机电层605中形成多个铰链106，如图20所示。 淀积更多的牺牲材料以填充在每个铰链周围的开口 643,并在表面上 形成具有预定厚度的薄的牺牲层620，如图21所示。牺牲层620的厚 度限定了每个铰链106的顶上的间隔体的高度。然后对牺牲层620构 图，以在每个铰链106的顶上形成多个间隔体622，如图22所示。因 为支撑支柱642的顶面也在作为反射镜板102的下部的空腔的下方， 在空腔内的间隙G需要足够高以容许反射镜板102的角度转动，使得 当反射镜板102处于预定角度e时不接触较大的铰链支撑支柱105。
为了形成反射镜板，利用在反射镜板102的下部内的每个空腔下 方的铰链106，淀积更多的机电材料623以覆盖多个牺牲隔离物，如 图23所示。在一些情况下，附加CMP平坦化步骤以确保在进行刻蚀 以形成各个反射镜之前已经获得介电材料层605的平坦的反射表面。 介电材料层605、 623的总厚度最终将接近于最后制成的反射镜板102 的厚度。被部分制成的晶片的表面可以借助于CMP被平坦化到反射 镜板101的预定厚度。反射镜板102的厚度可以在0.3 ~ 0.5微米之间。 如果机电材料是铝或其金属合金，则反射镜的反射率对于大多数显示 应用是足够高的。对于一些其它的机电材料或对于一些其它应用，反 射镜表面的反射率可以通过淀积400埃或更薄的反射层606而被增 强，反射层的材料从铝、金及其合金以及它们的组合构成的组中选择， 如图24所示。然后对机电层的反射表面606构图并进行贯通的各向 异性刻蚀以形成槽628,其限定多个单个的反射镜板的边界，如图25 所示。
图26表示在牺牲材料604、 620被除去并通过在微型反射镜阵列 中的每个单个反射镜板之间的多个间隙清除残余物之后的器件。相邻 的反射镜板由间隙629分开。当牺牲材料604是无定形碳时，基于无 定形碳的牺牲材料604被部分地除去，以允许碳层699a和699b被分 别形成在机电层605的下表面和着陆止动件603的上表面(为清楚起 见，在分级电极和铰链支撑支柱的表面上形成的碳层在图26中未被 示出)。如前所述，碳层699a和699b的厚度足够厚，以阻止在反射 镜板102和着陆止动件603(或222a和222b )之间的粘着(步骤870 )。 当牺牲材料604不是基于碳的材料时，牺牲材料604可被完全除 去。可通过间隙629在接触表面上各向同性地淀积碳材料。该淀积可 以借助于CVD进行。碳层699a、 699b可被分别形成在机电层605的 下表面和着陆止动件603的上表面上。
在实际的制造环境中，在提供用于视频显示应用的实用的空间光 调制器之前需要更多的处理。在对机电层605上的反射表面606构图 并贯通地进行各向异性刻蚀以形成多个单个的反射镜板之后，淀积更 多的牺牲材料以覆盖制成的晶片的表面。在其表面被牺牲材料层保护 的情况下，利用常规的半导体处理方法对制成的晶片进行处理，以便 形成单个的器件管芯。在封装处理中，在借助于划片和切断被分成单 个的管芯(步骤882)之前，把制成的晶片局部锯开(步骤881)。 在剥离剩余的牺牲材料和结构中的残余物(步骤884)之前，借助于 引线键合或互连把空间光调制器片固定在芯片基座上(步骤883)。 通过把已被构图的晶片暴露于2000瓦的RF或微波等离子体进行清 洁，其中02、 CF4和H20气体混合物的总压力为2托，比例为40: 1: 5，温度大约为250'C,时间小于5分钟。最后，机电的金属化结构的 表面借助于暴露于2000瓦的RF或微波等离子体被钝化，其中H20 蒸气的流量为3000 sccm，压力为2托，温度为大约250'C,时间小于 3分钟。
在一些实现中，SLM器件管芯在进行等离子清洁和光电功能测 试(步骤885)之前，通过暴露于氟化碳的PECVD对开口结构的内 部进一步涂覆防粘着层，其温度大约为200'C，时间小于5分钟(步 骤885 )。最后，SLM器件由玻璃窗口凸缘进行气密性密封(步骤887 ), 并被送去进行老化处理以便进行可靠性和鲁棒性质量控制(步骤 888)。
在另一个可能受粘着影响的器件的例子中，图27A-27I说明用于 制造具有防粘着材料涂层的悬臂2766的制造处理。如图27A所示， 使用一种或几种导电材料在衬底2700上形成机械止动件2710、电极 2720和下支柱部分2730。导电材料可以包括金属材料、掺杂的硅等。 衬底2720可以由硅或互补金属氧化物半导体(CMOS)构成，包括 用于传递用于控制要被形成的悬臂2766的运动的电信号的电路。
接着在村底2700、机械止动件2710、电极2720和下支柱部分 2730的上方引入牺牲材料层2740。牺牲材料2740可以包括无定形碳， 聚亚芳基、聚亚芳基乙醚(其可被称为SILK)，以及氢化倍半硅氧 烷(HSQ)。
然后对牺牲材料层2740进行刻蚀以形成槽2750，用于暴露下支 柱部分2730的上表面，如图27C所示。牺牲材料层2740被硬化。
接着在牺牲材料2740的上和下支柱部分2730上方的槽2750内 淀积悬臂层2760,如图27D所示。悬臂层2760可以由导电材料例如 金属、掺杂的硅等构成。可选择地，悬臂层被平坦化。然后悬臂层2760 在区域2770内被刻蚀以暴露牺牲材料2740的上表面，如图27E所示。
接着在悬臂层2760上和先前引入的牺牲材料2740上引入第二层 牺牲材料2745，如图27F所示。牺牲材料2745 #1硬化。牺牲材料2745 被刻蚀以暴露悬臂层2760的中部和下支柱部分2730上方的上表面的 区域。接着在已被刻蚀的区域上淀积导电材料以形成上支柱部分2735 和上悬臂部分2765，如图27H所示。上支柱部分2735和上悬臂部分 2765的表面可被平坦化。
接着依次除去牺牲材料2740和2745,以形成包括悬臂层2760 和上悬臂部分2765的悬臂2766,如图27I所示。悬臂层2760包括悬 臂铰链部分2761和悬臂尖端部分2762。悬臂铰链部分2761利用上支 柱部分2735连接悬臂2766，并使悬臂2766容易朝向衬底2700偏转， 如图28所示。悬臂尖端部分2762可以和机械止动件2710接触以停 止悬臂2766的偏转。
牺牲材料2740和2745的去除可以使用干法处理例如各向同性等 离子刻蚀、微波等离子体或活性气体的蒸气来进行。当牺牲材料2740 是无定形碳时，无定形碳的去除可被控制，使得留下碳层2715a和 2715b并被分别形成在机械止动件2710的上表面和悬臂层2760的下
表面上。用于去除步骤的处理参数可被优化，使得在接触表面上的碳
层的厚度足以阻止在悬臂操作期间在悬臂层2760和机械止动件2710 之间的粘着(如图28所示)。
在牺牲层2740中的无定形碳的去除可以通过把晶片在大约 250'C在O2、 CF4、 H20气体的混合物中暴露于2000瓦的射频或微波 等离子体来完成。气体压力被控制在大约2托的总压力。去除步骤可 被控制小于大约5分钟，以确保碳层留在悬臂层2760的下表面和机 械止动件2710的上表面上。碳层2715a和2715b的厚度可被控制使 得大于0.3纳米或大于1.0纳米。碳层2715a和2715b可以包括一个 或多个碳原子层。
在一些实施例中，牺牲材料2740和2745可以包括聚亚芳基、聚 亚芳基乙醚(其可被称为SILK)、氢化倍半硅氧烷(HSQ)，以及无定 形碳之外的材料。聚亚芳基、聚亚芳基乙醚(其可被称为SILK)和 氢化倍半硅氧烷可被旋转涂覆在表面上。牺牲材料2740和2745在随 后的处理之前将首先械J更化。SILK或HSQ可以通过UV膝光以及可 选地进行热和等离子处理被硬化。在形成悬臂层2766之后，牺牲材 料2740和2745可以通过干法处理例如各向同性刻蚀、微波等离子体 或在悬臂层2760的下方的活性气体蒸气被除去。
在除去不基于碳的牺牲材料之后，可以各向同性地淀积碳材料。 碳材料可以通过CVD被淀积以分别在机械止动件2710的上表面和悬 臂层2760的下表面上形成碳层2715a和2715b。淀积的碳可以呈无定 形状态或多晶状态存在。淀积的碳材料的数量可被这样控制，使得碳 层2715a和2715b足够厚，以便阻止在悬臂层2760和机械止动件2710 之间的粘着。碳层2715a和2715b的每一个可以包括一个或多个原子 碳的单层。例如，碳层2715a、 2715b可被控制使得具有大于0.3纳米 或大于0.5纳米的厚度。
所披露的牺牲材料的一个优点是，其可以通过干法处理借助于各 向同性刻蚀被除去。干法去除处理比在清除常规的牺牲材料时使用的 湿法处理简单。各向同性刻蚀允许方便地去除位于结构层例如悬臂的
上方和下方的所披露的牺牲材料，这利用各向异性的干刻蚀处理是不 容易实现的。基于无定形碳的牺牲材料的另一个优点是，其可以借助
于常规的CMOS工艺被淀积和去除。使用无定形碳作为牺牲材料还 有一个优点是，其可以保持高的碳纯度，并且通常碳不会污染大多数 微器件。
图28表示在激活状态下的悬臂2766。在衬底2700中的电极2810
悬臂层2760的电势。上支柱部分2735和下支柱部分2730不仅支撑 着悬臂2766，而且还在悬臂2766和机械止动件2710之间提供合适的 间距，以限定合适的偏转角。机械止动件2710还被控制为相同的电 势。例如，可以对悬臂层2760和机械止动件2710施加正10V的脉冲。 可以通过电极2820对电极2720施加-10V的电压脉沖。在悬臂层 2760和机械止动件2710之间的静电电势差可以产生吸力而使悬臂 2766向下偏转弯曲。悬臂2766可以在较薄的悬臂铰链部分2761弯曲， 同时保持在上悬臂部分2765和在上悬臂部分2765下方的悬臂2760 的部分基本上不发生变形。
当悬臂尖端部分2762的下表面和机械止动件2710的上表面相互 接触时，即，当碳层2715a和2715b相互接触时，悬臂的运动可被机 械止动件2710停止。悬臂尖端部分2762在由机械止动件2710施加 的向上的力的作用下受到机械变形。该变形可以存储弹性能，当悬臂 2766上的静电引力被除去时，弹性能便被释放，因而使得悬臂2766 被弹回。碳层2715a和2715b的存在可以减少在界面上的粘着力，这 阻止在悬臂层2760和机械止动件2710之间的粘着，并确保悬臂2766
恢复到其未发生形变的位置。
虽然已经说明了多个实施例，相关技术领域的技术人员应当理 解，不脱离本发明的范围和构思可以在形式和细节上作出许多改变。 除去上面说明的例子之外，所披露的牺牲材料可用于许多其它类型的 微器件。例如，所披露的牺牲材料和方法可用于构成微型机械零件、 微型机电器件(MEMS)、微流体器件、微型传感器、微型激活器、微
型显示器件、打印器件以及光波导。所披露的牺牲材料和方法普遍地 适合于制造包括空腔、槽、微型桥接、微型隧道或悬垂的微结构例如 悬臂。所披露的牺牲材料和方法可以有利地适用于在含有电子电路的 衬底上制造这些微器件。此外，所披露的牺牲材料和方法尤其适用于 在含有需要高级处理的电子电路的衬底上制造微器件。
权利要求
1.一种用于制造微结构的方法，该方法包括在衬底上形成第一结构部分；在第一结构部分上配置牺牲材料；在牺牲材料和衬底上淀积第一结构材料层；除去牺牲材料的至少一部分，以在第一结构材料层中形成第二结构部分，其中第二结构部分和衬底相连接，并可在第一位置和第二位置之间运动，其中，在第一位置上第二结构部分和第一结构部分相分离，而在第二位置上第二结构部分和第一结构部分相接触；以及在第二结构部分的表面和第一结构部分的表面中的至少一个上形成碳层，用于降低在第二结构部分和第一结构部分之间的粘着。
2. 如权利要求1所述的方法，其中形成碳层的步骤包括通过 CVD在第二结构部分的表面上或第一结构部分的表面上淀积碳。
3. 如权利要求l所述的方法，其中碳层的厚度大于0.3纳米。
4. 如权利要求3所述的方法，其中碳层的厚度大于l.O纳米。
5. 如权利要求l所述的方法，其中牺牲材料包括无定形碳。
6. 如权利要求5所述的方法，其中碳层包括在除去牺牲材料的 一部分的步骤中未被除去的无定形碳。
7. 如权利要求5所述的方法，其中配置牺牲材料的步骤包括通 过CVD或PECVD在第一结构部分上淀积碳。
8. 如权利要求1所述的方法，其中除去牺牲材料的一部分的步 骤包括基本上除去全部牺牲材料。
9. 如权利要求8所述的方法，其中形成碳层的步骤包括在除去 步骤之后在第二结构部分的表面或第一结构部分的表面中的至少一 个上淀积碳。
10. 如权利要求8所述的方法，其中牺牲材料层包括从聚亚芳基、 聚亚芳基乙醚、和氢化倍半硅氧烷构成的组中选择的材料。
11. 如权利要求l所述的方法，其中碳层包括无定形结构或处于 多晶状态。
12. 如权利要求l所述的方法，还包括在牺牲材料上淀积第一结 构材料层之前对牺牲材料进行平坦化。
13. 如权利要求l所述的方法，还包括 在第一结构材料层上形成掩模；选择地除去未被掩模覆盖的第一结构材料以在第一结构材料层 中形成开口；以及通过所述开口施加刻蚀剂以除去牺牲材料。
14. 如权利要求l所述的方法，其中第二结构部分的至少一部分 是导电的。
15. 如权利要求l所述的方法，其中第二结构部分的下表面被配 置使得在第二位置上与第一结构部分的上表面相接触，并且所述碳层 被形成在第二结构部分的下表面或第一结构部分的上表面上。
16. 如权利要求l所述的方法，其中第一结构部分和第二结构部 分中的至少一个包括从由钛、钽、鵠、钼、铝、铝硅合金、硅、非晶 硅、多晶硅、硅化物以及它们的组合构成的组中选择的材料。
17. 如权利要求l所述的方法，其中第二结构部分包括可倾斜反 射镜板和支撑着可倾斜反射镜板的支柱。
18. 如权利要求l所述的方法，其中形成步骤包括在第二结构部 分的表面上形成碳层。
19. 如权利要求l所述的方法，其中形成步骤包括在第一结构部 分的表面上形成碳层。
20. 如权利要求l所述的方法，其中 在所述衬底上具有支柱；形成第一结构部分的步骤在衬底上形成凸起；以及 除去牺牲材料的至少一部分的步骤形成与所述支柱相连接的可 倾斜微型反射镜板，其中可倾斜微型反射镜板可以在第一位置和第二 位置之间运动，在第一位置上可倾斜的微型反射镜板和所述凸起相分 离，在第二位置上可倾斜微型反射镜板和衬底上的所述凸起相接触。
21. 如权利要求20所述的方法，其中碳层的厚度大于0.3纳米。
22. 如权利要求21所述的方法，其中碳层的厚度大于l.O纳米。
23. 如权利要求20所述的方法，其中牺牲材料包括无定形碳。
24. 如权利要求20所述的方法，其中在衬底上的凸起包括端部， 该端部被配置使得在第二位置上与可倾斜微型反射镜板的下表面相 接触。
25. 如权利要求20所述的方法，其中在牺牲材料上淀积一层或 多层结构材料包括以下步骤淀积导电材料以形成可倾斜微型反射镜板的下层； 在下层上淀积结构材料以形成可倾斜微型反射镜板的中层；以及 在中层上淀积反射材料以形成可倾斜微型反射镜板的上层。
26. —种微器件，包括在衬底上的静止的第一部件，所述第一部件具有第一表面； 具有第二表面的可动的第二部件，其中第二部件被配置使得通过运动而与所述第一表面相接触；以及在第一表面和第二表面的至少一个上的碳层，用于降低第一部件和第二部件之间的粘着。
27. 如权利要求26所述的微器件，其中第二部件被配置使得响 应电压信号而运动。
28. 如权利要求26所述的微器件，其中碳层的厚度大于0.3纳米。
29. 如权利要求28所述的微器件，其中碳层的厚度大于1.0纳米。
30. 如权利要求26所述的微器件，其中第二部件包括从由钛、 钽、鴒、钼、铝、铝硅合金、硅、非晶硅、多晶硅、硅化物以及它们 的组合构成的组中选择的材料。
31. 如权利要求26所述的微器件，其中第一部件是着陆止动件； 在衬底上具有支柱；可偏转部件与所述支柱相连接；第二部件和所述可偏转部件相连接，第二部件可在第一位置和第二位置之间运动，其中，第二部件在第一位置上与着陆止动件相分离，而在第二位置上与着陆止动件相接触；以及所述碳层在第二部件的表面或着陆止动件的表面的至少一个上， 用于降低在部件和衬底上的着陆止动件之间的粘着。
32. 如权利要求31所述的微器件，其中第二部件包括反射表面。
33. 如权利要求31所述的微器件，其中第二部件包括被配置用 于与着陆止动件相接触的可偏转的端部，碳层被形成在所述可偏转的 端部的表面上。
34. 如权利要求31所述的微器件，还包括在衬底上的电极，其 中所述部件的至少 一部分是导电的。
35. 如权利要求34所述的微器件，其中所述部件被配置使得响 应施加于电极或部件的导电部分至少之一上的一个或多个电压信号 而在第一位置和第二位置之间运动。
36. 如权利要求31所述的微器件，其中部件的下表面被配置使 得在第二位置上与着陆止动件的上表面相接触，其中碳层被形成在部 件的下表面或着陆止动件的上表面上。
全文摘要
本发明提供了一种用于制造微结构的方法，包括在衬底上形成第一结构部分；在第一结构部分上配置牺牲材料；在牺牲材料和衬底上淀积一层第一结构材料；除去牺牲材料的至少一部分，以在第一结构材料层中形成第二结构部分；以及在第二结构部分的表面或第一结构部分的表面上形成碳层，用于阻止在第二结构部分和第一结构部分之间的粘着。其中第二结构部分和衬底相连接，并可在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置上，第二结构部分和第一结构部分分离，在第二位置上，第二结构部分和第一结构部分接触。
文档编号G02B26/08GK101174024SQ20071014690
公开日2008年5月7日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月25日
发明者潘小河 申请人:视频有限公司