微机电装置及其绝缘层的电调节的制作方法

专利名称：微机电装置及其绝缘层的电调节的制作方法
技术领域：
背景技术：
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、致动器及电子器件。微机械元件可使用 沉积、蚀刻或其它可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成 电和机电装置的微机械加工过程形成。 一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器。如 本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指使用光学干涉原理有选择地 吸收及/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述导 电板中的一者或两者可是全部或部分地透明及/或反射的且在施加适合的电信号时能 够相对运动。在特定实施例中， 一个板可包含沉积于衬底上的固定层且另一板可包含 与所述固定层分离一气隙的金属膜。如本文中的更详细描述， 一个板相对于另一个板 的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。所述装置具有广泛的应用范围， 且在此项技术中，利用及/或修改所述类型装置的特性以使其特征可用于改进现有产品 及形成目前尚未开发的新产品将是有益的。

发明内容
在一个实施例中，提供一种制作MEMS装置的方法，所述方法包括形成第一 电极层；在所述第一电极层上形成介电层；在所述介电层上沉积牺牲材料层；其中所 述牺牲材料层是导电的，且其中所述牺牲材料层与所述介电层电连通；及向所述牺牲 材料层施加电压。
在另一实施例中，提供一种测试部分制成的MEMS装置的方法，其包括在导 电牺牲层与第一电极层之间施加电压，其中所述介电层位于所述牺牲层与所述第一电 极层之间；及测量跨越至少所述导电牺牲层、所述第一电极层及任何中间层的电阻。
在另一实施例中，提供一种用于调节部分制成的MEMS装置的系统，所述系统
包括衬底、位于所述衬底上的第一电极层、位于所述第一电极层上的介电层、位于
所述介电层上的导电牺牲层及与所述导电牺牲层电连通的电源。
在另一实施例中，提供一种制作MEMS装置的方法，所述方法包括提供第一
电极层，提供位于所述第一电极层上的介电层，提供位于所述介电层上的导电牺牲层， 提供位于所述导电牺牲层上的第二电极层，向所述导电牺牲层施加电压达时间周期及
蚀刻所述导电牺牲层以界定空腔。


图1是等轴图，其描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分，其中第一干 涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于 致动位置。
图2是系统框图，其图解说明并入有3x3干涉式调制器显示器的电子装置的一个 实施例。
图3是图1的干涉式调制器的一个实例性实施例的可移动镜位置与所施加电压的 图示。
图4是可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行电压及列电压的图解。
图5A及图5B图解说明可用于将显示数据帧写入到图2的3x3干涉式调制器显 示器的行信号及列信号的一个实例性时序图。
图6A及6B是系统框图，其图解说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的 实施例。
图7A是图1的装置的截面图。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的截面图。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的截面图。
图7D是干涉式调制器的再一替代实施例的截面图。
图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的截面图。
图8A-8F是描绘MEMS装置的制作中的某些步骤的截面图。
图9A是MEMS装置在未致动状态中的截面图。图9B是MEMS装置在烧机测试 过程中的截面图，其中MEMS装置被驱动到致动状态。
图10是部分制成的MEMS装置在向导电牺牲层施加电压的烧机测试过程期间的 截面图。
图11是部分制成MEMS装置(例如图IO的MEMS装置)阵列的俯视图。
具体实施例方式
以下详细说明是针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以许多种不同的 方式来体现。在此说明中，会参照图式，在所有图式中给相同的部件指定相同的编号。 如依据以下说明将了解，所述实施例可在经配置以显示图像一无论是动态图像(例如 视频)还是静态图像(例如静止图像)，无论是文字图像还是图片图像一的任一装置
中实施。更明确地说，本发明预期所述实施例可在例如(但不限于)以下等众多种 电子装置中实施或与所述电子装置相关联移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、 手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照像机、MP3播放器、摄录机、
游戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车 显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制装置及/或显示器、照相机景物显示器
(例如，车辆中的后视摄像机的显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、 建筑结构、包装及美学结构(例如， 一件珠宝上的图像显示器)。与本文所述者类似 结构的MEMS装置还可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。
在例如干涉式调制器等MEMS装置中使用的绝缘层易于积累电荷，此可造成操 作电压的移位并对MEMS装置的性能(特别是在MEMS装置制成后不久)产生不利 影响。跨越绝缘层持续施加电压能对绝缘层进行调节，使绝缘层稳定及/或处于电荷饱 和状态，从而尤其跨越MEMS装置阵列得到更一致且可预测的性能。尽管可通过将已 制成的MEMS装置驱动到致动状态并维持某一电压达一时间周期来施加所述电压，但 本文描述的是用于在MEMS装置部分制成时经由导电牺牲层施加所需电压的方法。所 述导电牺牲层有利地接触介电层或其它下伏层，甚至在例如支撑柱等支撑结构附近一 致动反射层在此处则不能，且某些牺牲材料特别具有导电性。另外，由于所述导电牺 牲层可包含贯穿整个MEMS阵列延伸的连续层，因而此电压的施加得到简化。
图1中图解说明一种包含干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。 在所述装置中，像素处于亮或暗状态。在亮("导通(on)"或"打开(open)") 状态下，显示元件向用户反射入射可见光的一大部分。在处于暗("切断(off)"或 "关闭(closed)")状态下时，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。取决于不同 的实施例，可颠倒"导通"及"切断"状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主 要在选定的色彩下反射，以允许除黑色和白色之外的彩色显示。
图1是等轴图，其描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素，其中每一像 素包含MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包含由所述干涉 式调制器形成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，所述对反射层定位成 彼此相距可变且可控的距离，以形成至少具有一个可变尺寸的光学共振腔。在一个实 施例中，所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一 位置中，可移动反射层定位于距固定的部分反射层相对远的距离处。在本文中称作致 动位置的第二位置中，可移动反射层定位成更紧密地邻近部分反射层。取决于可移动 反射层的位置，从所述两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而产生每一 像素的总体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近的干涉式调制器12a及12b。在左 侧的干涉式调制器12a中，图解说明可移动反射层14a处于松弛位置，所述松弛位置 与包括部分反射层的光学堆叠16a相距预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，图 解说明可移动反射层14b处于邻近光学堆叠16b的致动位置处。
本文中所提及的光学堆叠16a及16b (统称为光学堆叠16)通常由数个熔合层构 成，所述熔合层可包括电极层(例如氧化铟锡(ITO))、部分反射层(例如铬)、 及透明电介质。光学堆叠16因此是导电的、部分透明及部分反射的，且可例如通过将 上述各层中的一个或一个以上层沉积到透明衬底20上来制成。所述部分反射层可由各
种各样的部分反射材料(例如各种金属、半导体及电介质)形成。所述部分反射层可 由一个或一个以上材料层形成，且所述层的每一层可由单种材料或多种材料的组合来 形成。
在一些实施例中，所述光学堆叠中的各个层被图案化成平行条带，且可形成显示
装置中的行电极，如将下文中的进一步描述。可移动反射层14a、 14b可形成为由沉积 于支柱18顶部上的一个或多个沉积金属层(与行电极16a、 16b正交)及沉积于支柱 18之间的中间牺牲材料的一系列平行条带。在牺牲材料被蚀刻掉时，可移动反射层 14a，14b与光学堆叠16a， 16b分离界定的间隙19。反射层14可使用高导电及反射材 料(例如铝)，且所述条带可形成显示装置中的列电极。
在不施加电压时，空腔19保持在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可 移动反射层14a处于机械松弛状态，如由图1中的像素12a所图解说明。然而，在向 选定的行及列施加电位差时，在对应像素处的行及列电极交汇处所形成的电容器变为 充电状态，且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高，那么可移动反射层14 会变形并被挤压在光学堆叠16上。光学堆叠16内的介电层(在此图中未图解说明) 可防止短路且控制层14与16之间的分离距离，如由图1中右边的像素12b所图解说 明。无论所施加电位差的极性如何，其行为是相同的。以此方式，可控制反射与非反 射像素状态的行/列致动与常规LCD及其它显示技术中所用的行/列致动在许多方面相 似。
图2至U 5B图解说明在显示应用中使用干涉调制器阵列的一个实例性过程及系统。 图2是系统框图，其图解说明可并入有本发明各方面的电子装置的一个实施例。 在所述实例性实施例中，电子装置包括处理器21，其可以是任何通用单芯片或多芯片 微处理器，例如ARM、 Pentium 、 Pentium II 、 Pentium III 、 Pentium IV 、 Pentium Pro、 8051、 MIPS 、 Power PC 、 ALPHA ,或任何专用微处理器，例如数字信号处 理器、微控制器或可编程门阵列。按照业内惯例，处理器21可经配置以执行一个或一 个以上软件模块。除执行操作系统外，处理器还可经配置以执行一个或一个以上软件 应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。 在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中， 阵列驱动器22包括向显示阵列或面板30提供信号的行驱动器电路24及列驱动器电路 26。图1中所图解说明的阵列截面图在图2中以线1-1显示。对于MEMS干涉式调制 器，所述行/列致动协议可利用图3中所图解说明的所述装置的滞后性质。其可能需要 例如IO伏的电位差以致使可移动层从松弛状态变形到致动状态。然而，当所述电压从 所述值减小时，在电压降回到IO伏以下时，所述可移动层维持其状态。在图3的实例 性实施例中，在电压降到2伏以下之前，可移动层不完全松弛。因此，在图3中所图 解说明的实例中存在约3到7伏的电压范围，在所施加电压范围内存在所述装置在松 弛或受致动状态下均稳定的窗口。在本文中将其称为「滞后窗口」或「稳定窗口J 。
对于具有图3的滞后特性的显示阵列，行/列致动协议可经设计以便在行选通期间将所
选通行中的待致动像素暴露到约10伏的电压差，且将待松弛像素暴露到接近0伏的电 压差。在选通之后，将像素暴露到约5伏的稳态电压差，以使所述像素保持在行选通 使其所处的任何状态。在此实例中，在被写入之后，每一像素承受3-7伏的"稳定窗 口"内的电位差。所述特征使图1所图解说明的像素设计在相同的所施加电压条件下 稳定于预存在的致动状态或松弛状态。由于干涉式调制器的每一像素(无论处于致动 状态还是松弛状态)实质上是由固定反射层及移动反射层所形成的电容器，因此，所 述稳定状态可在滞后窗口内的电压下得以保持而几乎不耗散功率。如果所施加的电位 是固定的，那么实质上没有电流进入到像素中。
在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组致动像素断言一组列电极来形 成显示帧。接着，将行脉冲施加到行1电极，从而致动对应于所断言列线的像素。接 着，将所断言的一组列电极改变为对应于第二行中所期望的一组致动像素。然后，将 脉冲施加到行2电极，从而根据所断言的列电极来致动行2中的适合像素。行1像素 不受行2脉冲的影响，且保持其在行1脉冲期间所设定的状态。可以顺序方式对整个 系列的行重复上述步骤，以产生所述帧。通常，通过在每秒某一所需帧数目连续重复 所述过程以用新的显示数据来刷新及/或更新所述帧。用于驱动像素阵列的行及列电极 以产生显示帧的各种协议也众所周知且可结合本发明使用。
图4、 5A及5B图解说明一种用于在图2的3x3阵列上形成显示帧的可能致动协 议。图4图解说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的一组可能的列及行电压电平。 在图4的实施例中，致动像素涉及将适合的列设定到-Vbi^，且将适合的行设定到+A 伏，其可分别对应于-5伏及+5伏。使像素松弛是通过将适合的列设定到+Vb^并将适 合的行设定到同一+A伏以跨越所述像素产生0伏的电位差来实现的。在其中行电压保 持在0伏的所述行中，像素稳定于其原本所处的任何状态，而无论所述列处于+Vb^ 还是-Vbi^。如还在图4中所图解说明，将了解，可使用与上述电压相反极性的电压， 例如，致动像素可涉及将适合的列设定到+VbiM且将适合的行设定到-A伏。在此实施 例中，使像素松弛是通过将适合的列设定到-Vb^且将适合的行设定到同一-A伏以跨越 像素产生0伏的电位差来实现的。
图5B是显示施加到图2的3x3阵列的一系列行及列信号的时序图，其将产生图 5A中所图解说明的显示布置，其中致动像素是非反射性的。在写入图5A中所图解说 明的帧之前，像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行均处于0伏，且所有列均 处于+5伏。在所述所施加电压下，所有像素稳定于其现有的致动状态或松弛状态。
在图5A的帧中，像素(1， 1) 、 (1， 2) 、 (2， 2) 、 (3， 2)及(3， 3)受 到致动。为实现此效果，在行l的"线时间"期间将列l及列2设定到-5伏，且将列 3设定到+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定 窗口中。接着，通过从0伏到高达5伏且返回到0伏的脉冲来选通行1。此致动像素 (1， 1)及(1， 2)并使像素(1, 3)松弛。阵列中的其它像素不受影响。为将行2
设定所需要的，将列2设定到-5伏，且将列l及列3设定到+5伏。接着，施加到行2 的相同选通脉冲将致动像素(2， 2)并使像素(2， 1)及(2， 3)松弛。同样，阵列 中的其它像素不受影响。类似地，通过将列2及列3设定到-5伏、并将列l设定到+5 伏来设定行3。行3选通脉冲将行3像素设定为图5A所示的状态。在写入帧之后，行 电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且接着显示将稳定于图5A的布置。将了解， 可将相同的程序用于数十或数百个行及列的阵列。还将了解，用于执行行及列致动的 电压的定时、系列及电平可在以上所概述的一般原理内变化很大，且上述实例仅为实 例性，且任何致动电压方法可与本文所述的系统及方法一起使用。
图6A及6B是图解说明显示装置40的实施例的系统框图。显示装置40例如可 以是蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其稍作变化的形式还可 作为例如电视及便携式媒体播放器等各种类型显示装置的例证。
显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器44、输入装置48及麦克 风46。外壳41通常由所属领域的技术人员众所周知的各种制造过程中的任一种形成， 包括注射成型及真空成形。另外，外壳41可由各种材料中的任一种制成，包括但不限 于塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷、或其组合。在一个实施例中，外壳41包括可拆卸 部分(未显示)，其可与不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可拆卸部分互 换。
实例性显示装置40的显示器30可以是各种显示器中的任一种，包括本文所述的 双稳态显示器。在其它实施例中，如所属领域的技术人员众所周知，显示器30包括平 板显示器，例如如上所述的等离子、EL、 OLED、 STN LCD或TFT LCD显示器等， 或非平板显示器，例如CRT或其它显像管装置。然而，出于描述本实施例的目的，显 示器30包括如上所述的干涉式调制器显示器。
在图6B中示意性地图解说明实例性显示装置40的一个实施例的各组件。所图解 说明的实例性显示装置40包括外壳41，且可包括至少部分地封闭于所述外壳内的额 外组件。例如，在一个实施例中，实例性显示装置40包括网络接口 27，网络接口27 包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21又连接到调 节硬件52。调节硬件52可经配置以对信号进行调节(例如对信号进行滤波)。调节 硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置48及驱动器控制 器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28并耦合到阵列驱动器22，而阵列驱动器 22又耦合到显示阵列30。电源50根据特定实例性显示装置40设计的需要为所有组件 供电。
网络接口 27包括天线43及收发器47，以使实例性显示装置40可经由网络与一 个或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口 27还可具有一些处理能力，以减 轻对处理器21的要求。天线43是所属领域的技术人员己知的用于传输及接收信号的 任何天线。在一个实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE802.11(a)， (b)或(g))来传输及接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)
标准来传输及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，所述天线经设计以接收CDMA、 GSM、 AMPS或用于在无线移动电话网络内通信的其它已知信号。收发器47预处理 从天线43接收的信号，以使所述信号可由处理器21接收且由其进一步操纵。收发器 47还处理从处理器21接收的信号，以使所述信号可经由天线43从实例性显示装置40 传输。
在替代实施例中，可使用接收器替代收发器47。在又一替代实施例中，网络接口 27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源替代。例如，所述图像 源可以是例如数字视频磁盘(DVD)的存储器装置或含有图像数据的硬磁盘驱动机、 或产生图像数据的软件模块。
处理器21通常控制实例性显示装置40的整个操作。处理器21从网络接口 27或 图像源接收数据，例如经压縮的图像数据，并将所述数据处理成原始图像数据或处理 成易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器21将经处理的数据发送到驱动器控 制器29或发送到帧缓冲器28进行存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的 图像特性的信息。例如，所述图像特性可包括色彩、饱和度及灰度阶。
在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU、或用于控制实例性显示装置 40的操作的逻辑单元。调节硬件52通常包括用于向扬声器45传输信号及从麦克风46 接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可以是实例性显示装置40内的离散组件， 或者可并入到处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28获取由处理器21产生的原始 图像数据，并适当地将原始图像数据重新格式化以便高速传输到阵列驱动器22。具体 来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，以使 其具有适合于跨越显示阵列30进行扫描的时间次序。然后，驱动器控制器29将经格 式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29 (例如LCD控制器)常常作 为独立的集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但所述控制器可以许多方式实施。 所述控制器可作为硬件嵌入处理器21中、作为软件嵌入处理器21中、或以硬件形式 与阵列驱动器22完全集成在一起。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息并将视频数据重新 格式化成平行的一组波形，所述平行的一组波形每秒多次地施加到来自显示器的x-y 像素阵列的数百且有时数千引线。
在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适用于本文所 述的显示器类型中的任一者。例如，在一个实施例中，驱动器控制器29是常规显示控 制器或双稳态显示控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱 动器22是常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实 施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成在一起。此实施例在例如蜂窝式电话、 手表及其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列30 是典型的显示阵列或双稳态显示阵列(例如包括干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制实例性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装 置48包括小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、触敏屏幕、压 敏或热敏膜。在一个实施例中，麦克风46是实例性显示装置40的输入装置。当使用 麦克风46向所述装置输入数据时，可由用户提供话音命令来控制实例性显示装置40 的操作。
电源50可包括如此项技术中众所周知的各种能量存储装置。例如，在一个实施 例中，电源50是可再充电式电池，例如镍-镉电池或锂离子电池。在另一实施例中， 电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料。 在另一实施例中，电源50经配置以从墙壁插座接收电力。
在一些实施方案中，如上所述，控制可编程性驻存于驱动器控制器中，所述驱动 器控制器可位于电子显示系统中的数个地方。在一些情形中，控制可编程性驻存于阵 列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到，可在任何数目的硬件及/或软件组件 中及在不同的配置中实施上述佳化。
根据上述原理操作的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图7A-7E图解 说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的实施例的截面 图，其中在正交延伸的支撑件18上沉积金属材料条带14。在图7B中，可移动反射层 14仅在系链32上的拐角处附接到支撑件18。在图7C中，可移动反射层14悬挂于可 变形层34上，可变形层34可包含挠性金属。可变形层34直接或间接地连接到环绕可 变形层34的周边的衬底20。所述连接在本文中称作支撑结构或支柱。图7D中所图解 说明的实施例具有包括支撑柱塞42的支撑结构18，可变形层34依靠在支撑柱塞42 上。如在图7A-7C中，可移动反射层14保持悬挂于空腔上面，但可变形层34并未通 过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。而是，由用于形成支撑柱 塞42的平面化材料形成支撑柱18。图7E中所图解说明的实施例基于图7D中所示的 实施例，但也可适于与图7A-7C中所图解说明的任一实施例以及未显示的额外实施例 一起工作。在图7E中所示的实施例中，已使用额外的金属或其它导电材料层来形成 总线结构44。此允许沿干涉式调制器的背面路由信号，从而消除了原本可能须形成于 衬底20上的大量电极。
在例如图7所示的那些实施例中，干涉式调制器用作直视式装置，其中从透明衬 底20的前侧(与其上布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在所述实施例中，反射 层14在光学上屏蔽干涉式调制器中位于与衬底20相对的反射层侧上的部分，包括可 变形层34。此允许被屏蔽区域的配置及操作不会不利地影响图像质量。此屏蔽允许图 7E中的总线结构44，此提供使调制器光学性质与调制器的机电特性(例如定址与因 定址而引起的移动)分离的能力。此可分离调制器架构允许选择用于调制器的机电方 面及调制器的光学方面的结构设计及材料并使其彼此独立地发挥作用。此外，图7C-7E 中所示的实施例具有从反射层14的光学性质与其机械性质的分隔(此由可变形层34 来实施)得到的额外益处。此允许针对光学性质优用于化反射层14的结构设计及材料，
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且可针对所需机械性质优化用于变形层34的结构设计及材料。
如上文所论述，在许多实施例中，干涉式调制器中的光学堆叠包含位于电极之间 (例如位于固定电极上面)的介电层，所述介电层用于使固定电极与可移动电极绝缘， 从而防止在将可移动电极致动到邻近光学堆叠的位置时发生短路。然而，许多介电材 料易于出现例如电荷积累、电荷泄漏、或穿过介电层短路等问题。所述问题中的任一 者均可影响干涉式调制器元件的操作。
介电层内电荷的积累用于使干涉式调制器元件的操作电压移位，因为所述元件是
通过如下方式受到致动跨越两个电极施加电压来积累电荷、从而形成吸引作用。在 介电层内存在预先存在的电荷会改变为积累足以朝光学堆叠致动可移动电极的电荷所 需的电压。类似地，电荷的存在还会改变释放电压，在所述释放电压下，所存在的电 荷不足以克服机械回复力。泄漏电流与短路(其实质上是泄漏电流的极端形式)两者 将类似地影响干涉式调制器元件的操作电压。
除所积累电荷或泄漏电流可对个别干涉式调制器元件的操作电压所产生的总体 影响外，此影响在不同干涉式调制器元件中可能存在差别。在干涉式调制器元件阵列 中，所积累电荷或泄漏电流的影响可能因位置而异。例如，在阵列的特定部分中可能 会积累更多的电荷量，且阵列的所述部分的操作可不同于周围部分的操作，从而致使 在打算致动所述调制器时其不致动。例如，还可因介电层中存在缺陷而使电荷泄漏集
中于特定位置处。
将了解，所述问题并非是干涉式调制器所独有的，而是可影响其中将可移动电极 经由间隙朝另一电极驱动并使用介电层来分离所述两个电极的MEMS装置。可能会出 现类似问题的其它类型MEMS装置包括但不限于MEMS开关、MEMS锁存器及DLP 装置(数字光处理装置，其为反射性MEMS装置)。尽管以下揭示内容在多数情况下 是针对干涉式调制器原件的制作及测试，但将了解以下方法及设备适于在制作及测试 具有类似特征的其它MEMS装置中使用。
某些用于解决电荷积累问题及用于测试泄漏电流问题的方法涉及电调节过程一 还称作"烧机测试"过程，此可在MEMS装置(例如干涉式调制器)制作结束或接近 结束时执行。此调节过程还可称作"老化"过程。在此过程的一个实施例中，将MEMS 装置驱动到致动状态并保持于致动状态中达一时间周期。
图8A-8F图解说明一种制作MEMS装置的实例性方法，在此情况中，所述MEMS 装置包含干涉式调制器。在图8A中，提供衬底20，并在衬底上沉积电极层52。然后， 在电极层上沉积部分反射层54。在一个实施例中，电极层52是透明的导电材料，例 如氧化铟锡(ITO)，且部分反射层54包含例如铬(Cr)等材料。然而，将了解，在 包括MEMS开关及干涉式调制的替代结构在内的其它装置的制作中，可使部分反射层 位于别处或者不包含部分反射层，且电极层可以是不透明的。在另一实施例中，电极 层自身可以是部分反射的。
在图8B中，可以看出，图案化及蚀刻电极层52及部分反射层54，并在部分反
射层上沉积介电层56 —或者称作绝缘层，从而形成光学堆叠16。所述电极层及部分反 射层的图案化及蚀刻可是为了例如在衬底表面上形成分离开间隙55的条带电极。如果 需要，还可使用图案化及蚀刻来从待形成的下面支撑结构及显示器的其它非有源部分 移除电极及部分反射表面。在某些实施例中，介电层56可包含氧化硅或氮化硅，但还 可使用其它适合的绝缘材料，例如其它氧化物。在其它实施例中，介电层56可包含多 个介电层。例如，介电层56可包含位于Si02层上的八1203层，且在又一实施例中， 可包含位于八1203层上的额外Si02层。
在图8C中，可以看出，在介电层上沉积牺牲层60，并可图案化及蚀刻牺牲层60 以形成如图所示的开孔62。牺牲层60的高度将确定成品干涉式调制器中固定电极与 可移动电极之间的距离。在图8C中，显示牺牲层60具有恒定的厚度，但将了解，还 可使用具有变化的厚度的牺牲层来制作例如其中不同的调制器基于电极之间的距离反 射不同色彩的干涉式调制器阵列。开孔62使得能形成支撑结构，例如图1中的支撑柱 18,此可用于维持固定电极与可移动电极之间的分离。在某些实施例中，牺牲材料可 包括钼、非晶硅、多晶硅、或任何其它适合材料。优选地，牺牲材料可相对于任何邻 近层或结构进行选择性蚀刻，以促进随后移除牺牲材料而不会明显地损坏所述层/结 构。如下文所论述，牺牲材料优选地也是导电的。如果希望在邻近结构中使用不允许 相对于其选择性地蚀刻牺牲材料的材料，那么可沉积蚀刻阻挡层(未显示)来保护邻 近层/结构不会受到牺牲蚀刻的影响。
在图8D中，可以看出，在开孔62内形成支撑结构64，且在牺牲层60及支撑结 构64上沉积反射层66及可变形层68，从而形成可变形反射层70。支撑结构64可以 各种方式形成，并可由各种适合材料形成，所述适合材料包括但不限于光致抗蚀剂、 旋涂玻璃、氧化硅、氮化硅及氧化铝。还可形成具有不同形状的支撑结构。
在所描绘的实施例中，可变形反射层70是由两个不同层形成的。在某些实施例 中，反射层66包含具有高度反射率的材料，例如铝。可变形层68无需针对其反射率 加以选择，而是可根据适合的机械性质加以选择，并可包含例如镍等材料。在一个替 代实施例中，可变形反射层70可由具有适合反射特性及机械性质的单个层形成。在另 一替代实施例中，反射层可通过连接器或系链悬挂于可变形层上而形成，如在图7C-7E 中的成品干涉式调制器中所描绘。制作所述调制器可能需要修改上述过程，以沉积额 外的牺牲材料层来界定所悬挂反射层与上覆机械层之间的间隙。
在图8E中，图案化及蚀刻上覆层(例如反射层66及可变形层68)，以形成所需 的结构。在某些实施例中，可图案化及蚀刻上覆层以形成蚀刻孔72，蚀刻孔72通过 暴露牺牲层60的额外部分而有促进牺牲材料的随后蚀刻。还可图案化及蚀刻上覆层以 形成条带电极，如上文所论述，所述条带电极垂直于在衬底上形成的固定条带电极伸 展。由于牺牲材料禁止上覆层移动，因此在制作过程的所述阶段时称MEMS装置"未 释放"。
在图8F中，执行牺牲蚀刻以移除牺牲层60，从而准许上覆电极朝衬底上的固定
电极移动。因此称MEMS装置"已释放"。可以看出，此过程将形成类似于图1的调 制器的已释放干涉式调制器元件。
将了解，如果要形成替代或额外的结构，那么可视需要对上述过程加以修改。例 如，可以不同的次序执行某些步骤，或者可完全省略某些步骤。
在上文所简要论述的一个实施例中， 一旦已移除牺牲层60，便可在例如图8F中 所描绘的阶段处对已释放的MEMS装置执行调节过程。图9A描绘类似于图8F的干 涉式调制器的MEMS装置，其包含衬底20、位于衬底上的第一电极80、及位于第一 电极上的介电层56。在其中MEMS装置是干涉式调制器的实施例中，所述层可形成 干涉式调制器的光学堆叠16，例如图1的光学堆叠16。将了解，在此实施例中，光学 堆叠16可包含未显示的额外层，例如第一电极80与介电层56之间的部分反射层。支 撑结构64使第二电极82与介电层56间隔开气隙84。尽管干涉式调制器是具有此结 构或类似结构的MEMS装置的一个实例，但其它MEMS装置(例如开关及锁存器) 也可包括与另一电极间隔开气隙及介电层的可移动电极。
在图9B中，在将第二电极82接地的同时跨越第一电极80施加电压，以使第二 电极朝第一电极80偏转，从而使第二电极82的一部分接触介电层56。所述电压是经 由电源85施加的。在此实施例中，接着使所施加电压维持一时间周期。施加持续的电 压用于稳定积累于介电层56内的电荷，并使介电层56饱和。尽管此稳定及饱和是介 电层56的内部老化过程的结果，然而，跨越介电层56持续施加电压用于加速此老化 过程，从而产生具有比未经老化的MEMS装置更一致的初始性能的MEMS装置。
通常，例如干涉式调制器等MEMS装置是制作成包含多行及多列条带电极的大 阵列形式。此调节过程可针对阵列中的每一MEMS装置同时执行。在一个实施例中， 此可通过使用将每一行电极或每一列电极短接在一起的短接结构来完成，从而促进跨 越阵列中的每一MEMS装置施加电压。在一个实施例中，所述短接结构包含沉积于衬 底的某些部分上的导电引线，所述引线将在制造过程中的对后阶段时被划掉。在另一 实施例中，所述短接结构包含用于制作电极之间的所需连接的外部装置。跨越阵列中 的每一MEMS装置持续施加电压将会使介电层的对应部分老化，从而如上文所论述跨 越所述阵列提供均匀的性能。
然而，此调节方法存在某些缺点。其一，可在图9B中看出，当施加电压时，并 非介电层56的每一部分均接触可移动电极82。介电层56中环绕支撑结构64的区段 86并不接触可移动电极82。因此，介电层56的那些部分86不像介电层56中接触可 移动第二电极82的部分一样有效地得到老化。
另外，如上文所简要论述，在可通过行电极及列电极寻址的阵列中，为对个别的 MEMS元件进行烧机测试，必须跨越对应行电极与列电极施加充足的电压。对整个 MEMS装置(例如干涉式调制器)阵列进行烧机测试的最快方式是在将行电极接地的 同时跨越例如每一列电极施加相同的电压，从而需要制作与所述电极的每一者的连接。 此可以各种方式来实现，其中一种方式是通过使用上文所论述的短接结构，但希望简 化此过程。
在参照图10所论述的替代实施例中，可在制作过程中的早期阶段时有利地执行 所述烧机测试过程。图10描绘类似于图9A及9B的装置的部分制成的MEMS装置。 所述装置包含衬底20、位于衬底上的第一电极80及位于第一电极80上的介电层56。 牺牲层60位于介电层上，且第二电极82位于牺牲层60上，其中支撑结构64从第一 电极80的底侧穿过牺牲层60向下延伸。在所图解说明的实施例中，已在第二电极82 中形成了开孔86，从而暴露牺牲层60的一部分。然而，在其它实施例中，开孔86可 不形成于第二电极中，且如在下文中的更详细论述，可向牺牲层中延伸超出第二电极 的部分施加电压。在此实施例中，牺牲层包含导电材料，例如钼。
然后，在将第一电极80接地的同时，经由电源85向导电牺牲层60施加电压。 如可看出，不同于图9B的经致动第二电极82，甚至在紧紧环绕支撑结构64的区域中， 导电牺牲层60也接触下伏层。因此，能更有效地向除支撑区以外的整个介电层56施 加电力，从而加速老化过程。另外，在许多实施例中，导电牺牲层60比第二电极82 更具导电性，从而促进烧机测试过程，尤其是在牺牲层60包含钼的情况下。明确地说， 在其中MEMS装置是干涉式调制器的实施例中，第二电极82中接触介电层56的部分 可包含针对其反射性质而非其导电性质(例如图8D的反射层66)加以选择的材料， 例如铬(Cr)或铝(Al)。
通常施加电压达预定的时间。在一个实施例中，施加电压至少约5分钟。在另一 实施例中，施加电压至少约10分钟。将了解，施加电压的所需时间长度将取决于各种 因素，包括未释放MEMS装置中各种层的成分及厚度、MEMS装置的结构、所施加 的电压及环境因素。明确地说，老化过程在较高温度下会加速。
有利地，在某些实施例中，牺牲层60为单个连续层，其延伸遍及整个部分制成 MEMS装置的阵列，如下文中将参照图ll所论述。因此，向导电牺牲层60的单个部 分施加电压将会使阵列中每一 MEMS元件中的介电层56得到老化。向牺牲层60而非 向上部电极82施加电压能有利地消除对如上文所论述将上部电极82相互连接的短接 结构的需要，从而简化烧机测试过程。
在某些实施例中，可图案化及蚀刻第二电极82，以形成准许直接向牺牲层60施 加电压的开孔86。然而，为确保对MEMS装置进行均匀的烧机测试，可能希望在牺 牲区域上的多于一个位置处施加电压。在某些实施例中，可在沉积第二电极层之前图 案化牺牲层，从而形成例如接触区域87的结构，其是下伏牺牲层60延伸超出第二电 极82的一部分。图11描绘此阵列的简化形式的俯视图。如在图11中还可看到，尽管 在整个阵列中存在支撑结构64，但牺牲层60包含延伸遍及整个MEMS阵列的连续层， 以使得在单个点或在较少数目的点处向牺牲层60施加电压便可有效，从而简化烧机测 试过程。在进一步实施例中，可形成多个接触区域87，从而能够在多个位置处施加电 压。在其它实施例中，所述接触区域87可包含各种形状，并可形成于各种位置中，例 如经由较薄引线连接到牺牲层的其余部分的宽接触区域。在又其它实施例中，牺牲层
60的周边可保持基本不受蚀刻，以使其延伸超出第二电极82(如在图11中还可看到)， 且可在第二电极82以外的任何位置处施加电压。在各种实施例中，可经由上覆层中的 开孔(未显示)施加电压，例如经由图10的开孔86。
第一电极层80通常由遍及MEMS阵列的介电层56所覆盖。为制作与第一电极 层80的电连接，可图案化及蚀刻第一电极层80的延伸部分，以如在图11中可见形成 至少部分地延伸超出阵列及介电层的导电引线88。这些导电引线88可包含或连接到 接触点90，在某些实施例中，接触点90可包含接触垫或导电凸块。在某些实施例中， 所述导电引线可例如通过使用上文所论述的短接结构临时短接在一起，并随后用于连 通成品装置中的不同条带电极。
当在第一与第二电极之间施加电压以致动可移动电极时，上述类型的MEMS装 置的介电层中的缺陷可导致出现泄漏电流或短路。除烧机测试过程外，此时还可在制 作过程中测试MEMS装置或阵列，以识别其中介电层存在缺陷或以某种方式提供不充 分绝缘的装置。在一些实施例中，此测试包含测量跨越MEMS装置或阵列的电阻，此 可在烧机测试过程期间或在单独过程中完成。尽管牺牲层及下伏电极将引起某一电阻， 但电阻测量值仍将由介电层的电阻来主导。如果所测量的电阻与所期望的电阻相差明 显的量，那么可将MEMS装置或阵列识别为可能有缺陷。通过测试未释放MEMS装 置或阵列，可比通过测试经释放MEMS装置或阵列(例如，图8F及9A)更容易识别 介电层环绕支撑结构的所述部分中的缺陷，此时可移动层可不接触介电层的所述部 分。
在其中正如上文所论述对未释放干涉式调制器阵列(例如图8E及10)进行老化 的实施例中，所期望的电阻可约为IOMQ。在特定实施例中，如果当向导电牺牲层施 加电压时所测量的电阻小于约100kQ，那么将干涉式调制器阵列识别为可能有缺陷。 在另一实施例中，如果所测量的电阻小于约10kQ，那么将干涉式调制器阵列识别为可 能有缺陷。在另一实施例中，如果跨越未释放MEMS装置所测量的电阻小于所期望的 电阻至少约2个数量级，那么将MEMS装置识别为可能有缺陷。
将了解，上述实施例可存在各种组合。例如，在其中直接向牺牲层施加电压的实 施例中，可在沉积上覆在牺牲层上的一个或所有层之前施加电压，从而消除出于施加 电压的目的而在上覆层中蚀刻任何开孔的需要。在另一实施例中，可以另一方式，例 如通过将牺牲层接地并向条带电极施加电压而跨越牺牲层及第一电极施加电压。本发 明还预期上述方法及装置的各种其它组合。另外，将了解，上述用于形成及测试MEMS 装置的方法可与用于形成及测试MEMS装置的其它方法结合使用，以改进所述MEMS 装置的性能。
还将认识到，上述实施例中层的次序及形成所述层的材料仅为实例性。此外，在 一些实施例中，可沉积及处理其它层(未显示)，以形成MEMS装置的部分或者形成 衬底上的其它结构。在其它实施例中，如所属领域的技术人员已知，所述层可使用替 代的沉积、图案化及蚀刻材料及过程来形成，可以不同的次序沉积，或者可由不同的
材料构成。
还认识到，取决于实施例，本文所述任何方法的动作或事件均可以其它序列来执 行、可进行添加、合并、或者完全省略(例如，并非所有动作或事件均是实践所述方 法所必需)，除非正文中另有具体且清楚的说明。
,尽管上文已显示、描述了详细说明且所述详细说明也已指出了适用于不同实施例 的本发明的新颖特征，当将了解，所属领域的技术人员可在形式及细节上对所图解说 明的装置或过程作出各种删略、替代及改变，此并不背离本发明的精神。如将认识到， 由于某些特征可与其它特征独立地使用或付诸实践，因而可在并不提供本文所述的所 有特征及益处的形式内体现本发明。
权利要求
1、一种制造MEMS装置的方法，其包含形成第一电极层；在所述第一电极层上沉积介电层；在所述介电层上沉积牺牲材料层，其中所述牺牲材料层是导电的，且其中所述牺牲材料层与所述介电层电连通；及向所述牺牲材料层施加电压。
2、 如权利要求l所述的方法，其另外包含在所述牺牲材料层上形成第二电极层。
3、 如权利要求2所述的方法，其另外包含图案化所述第二电极层，以暴露所述 牺牲材料层的至少一个部分，其中向所述至少一个暴露部分施加所述电压。
4、 如权利要求3所述的方法，其中图案化所述第二电极层包含在所述第二电极 层中形成开孔。
5、 如权利要求3所述的方法，其另外包含图案化所述牺牲材料层以形成接触区 域，其中向所述接触区域施加所述电压。
6、 如权利要求2所述的方法，其另外包含在所述第一电极层与所述介电层之间 形成部分反射层。
7、 如权利要求2所述的方法，其中形成所述第二电极层包含形成邻近所述牺牲 材料层的反射层。
8、 如权利要求7所述的方法，其中形成所述第二电极层包含在所述牺牲材料层 上方形成可变形层。
9、 如权利要求1所述的方法，其中施加所述电压达足以使所述介电层中的电荷 稳定的时间周期。
10、 如权利要求l所述的方法，其中施加所述电压达至少约5分钟。
11、 如权利要求l所述的方法，其中施加所述电压达至少约IO分钟。
12、 如权利要求l所述的方法，其另外包含形成与所述第一电极层电连通的至少 一个导电引线，其中向所述至少一个导电引线施加所述电压。
13、 如权利要求l所述的方法，其中所述介电层包含氧化硅。
14、 如权利要求l所述的方法，其中所述介电层包含氮化硅。
15、 如权利要求l所述的方法，其中所述牺牲材料层包含钼。
16、 一种通过如权利要求1所述的方法制作的MEMS装置。
17、 如权利要求16所述的MEMS装置，其中所述MEMS装置包含至少一个干 涉式调制器。
18、 如权利要求17所述的MEMS装置，其进一步包含处理器，其经配置以与至少所述第一电极层通信，所述处理器经配置以处理图像数据；存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
19、 如权利要求18所述的MEMS装置，其进一步包含驱动器电路，所述驱动器 电路经配置以将至少一个信号发送到至少所述第一电极层。
20、 如权利要求19所述的MEMS装置，其进一步包含控制器，所述控制器经配 置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
21、 如权利要求18所述的MEMS装置，其进一步包含图像源模块，所述图像源 模块经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
22、 如权利要求21所述的MEMS装置，其中所述图像源模块包含接收器、收发 器及传输器中的至少一者。
23、 如权利要求18所述的MEMS装置，其进一步包含输入装置，所述输入装置 经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器。
24、 一种测试部分制成的MEMS装置的方法，其包含在导电牺牲层与第一电极层之间施加电压，其中介电层位于所述牺牲层与所述第 一电极层之间；及测量跨越至少所述导电牺牲层、所述第一电极层及任何中间层的电阻。
25、 如权利要求24所述的方法，其另外包含如果所述电阻低于预定值，则将 所述MEMS装置识别为有缺陷。
26、 如权利要求25所述的方法，其中如果所述电阻小于约100kQ，则将所述MEMS 装置识别为有缺陷。
27、 如权利要求26所述的方法，其中如果所述电阻小于约10kQ，则将所述MEMS 装置识别为有缺陷。
28、 一种用于调节部分制成的MEMS装置的系统，所述系统包含 衬底；第一电极层，其位于所述衬底上； 介电层，其位于所述第一电极层上； 导电牺牲层，其位于所述介电层上；及 电源，其与所述导电牺牲层电连通。
29、 如权利要求28所述的系统，其另外包含位于所述介电层上的第二电极层， 其中第二导电层已经图案化，以暴露所述下伏的牺牲层的一部分，且其中所述电源与 所述导电牺牲层的所述暴露部分电连通。
30、 一种制作MEMS装置的方法，其包含 提供第一电极层；提供位于所述第一电极层上的介电层； 提供位于所述介电层上的导电牺牲层； 提供位于所述导电牺牲层上的第二电极层；向所述导电牺牲层施加电压达一时间周期；及 蚀刻所述导电牺牲材料以界定空腔。
31、 如权利要求30所述的方法，其进一步包含提供位于所述第一电极层与所述 介电层之间的部分反射层，且其中所述第二电极层包含反射层。
32、 如权利要求30所述的方法，其中所述导电牺牲层包含钼。
33、 如权利要求30所述的方法，其中蚀刻所述导电牺牲层包含XeF2蚀刻。
34、 如权利要求30所述的方法，其中所述介电层包含氧化硅与氮化硅中的至少 一者。
全文摘要
本发明揭示一种制作MEMS装置的方法，其包括在移除导电牺牲层之前，通过经由所述导电牺牲层跨越绝缘层施加电压达一时间周期来调节所述绝缘层。所述调节过程可用于使积累在所述绝缘层内的电荷饱和或稳定。还可测量跨越所述绝缘层的电阻，以检测所述绝缘层中可能的缺陷。
文档编号G02B26/00GK101389566SQ200780006450
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月7日 优先权日2006年2月22日
发明者吴春辰, 周岑今, 帕特里克·F·布林克利 申请人:高通Mems科技公司