并入多个电介质层的显示装置的制造方法_4

文档序号:8548003阅读:来源:国知局
A1且第二机械层609是a-Si。 在低于牺牲层613在其处发生物理降级的温度的温度下,沉积第一机械层605、导体层607 和第二机械层609。举例来说,聚酷亚胺在高于大约400°C的温度下分解。因此,在某些实 施方案中,在低于大约400°C的温度下沉积第一机械层605、导体层607和第二机械层609, 允许使用聚酷亚胺作为牺牲层材料。在某些实施方案中,氨化非晶娃(a-Si:H)是对第一机 械层605和第二机械层609有用的机械材料,该是因为其可在大约250°C到大约350°C的范 围中的温度下通过来自硅烷气体的等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)的方式W相对 无应力的状态生长到介于大约0. 15微米到大约3微米的范围中的厚度。在此些实施方案 中的某些实施方案中,使用磯化氨气体(PHs)作为渗杂物,W使得a-Si可生长为具有低于 大约1欧姆-厘米的电阻率。在替代实施方案中,类似的PECVD技术可用于沉积SisN4、富 娃SigNA或Si〇2材料W作为第一机械层605或沉积类金刚石碳、Ge、SiGe、CdTe或其它半导 体材料W用于第一机械层605。PECVD沉积技术的优点是沉积可相当保形,即,其可涂布窄 通孔的多种倾斜表面或内表面。即使经切割到牺牲层材料中的错孔或通孔呈现几乎垂直的 侧壁,PECVD技术也可在错的底部和顶部水平表面之间提供实质上连续的涂层。
[0104] 除阳CVD技术外,可用于第一机械层605和第二机械层609的生长的替代的合适 技术包含RF或DC瓣锻、有机金属CVD、蒸锻、电锻或无电电锻。
[0105] 对于导体层607,在某些实施方案中,利用金属薄膜,例如A1。在某些其它实施方 案中,可挑选替代金属,例如化、Ni、Mo或化。包含此导电金属起到两个用途。其减少快口 601的整体片电阻,且其有助于阻挡可见光通过快口 601,该是因为a-Si(如果小于大约2 微米厚)(如快口 601的某些实施方案中可使用)可在某一程度上透射可见光。导电材料 可通过瓣锻或W更保形方式、通过CVD技术、电锻或无电电锻来沉积。
[0106] 图抓展示用于形成快口组合件600的下一组处理阶段的结果。第一机械层605、 导体层607和第二机械层609经光掩盖和蚀刻,同时牺牲层613仍位于衬底603上。首先, 施加光致抗蚀剂材料,然后通过光掩模曝光,且然后经显影W形成蚀刻掩模。然后可W基于 氣的等离子体化学物蚀刻非晶娃、SisN4和SiO2。还可使用HF湿式化学物来蚀刻Si〇2机械 层;可借助湿式化学或基于氯的等离子体化学物来蚀刻导体层607中的任何金属。
[0107] 通过光掩模施加的图案形状可影响机械性质,例如快口组合件600的致动器和快 口 601中的刚性、柔顺性和电压响应。快口组合件600包含W横截面展示的柔顺梁602。每 一柔顺梁602经塑形W使得宽度小于快口材料的总高度或厚度。在某些实施方案中,梁尺 寸比率维持在大约1. 4:1或更大,其中与其宽相比,柔顺梁602更高或更厚。
[010引图6E中描绘用于构建快口组合件600的实例性制造过程的后续阶段的结果。牺 牲层613经移除,此将所有移动部件从衬底603移除,在错点处除外。在某些实施方案中, W氧化等离子体移除聚酷亚胺牺牲材料。用于牺牲材料613的其它聚合物材料还可W氧化 等离子体或在某些情形中通过热解来移除。某些牺牲层材料(例如Si02)可通过湿式化学 蚀刻或通过气相蚀刻来移除。
[0109] 在最终过程(图6A中描绘其结果)中,将囊封电介质611沉积于快口组合件600 的所有暴露表面上。在某些实施方案中,可W保形方式施加囊封电介质611,W使得快口 601和梁602的所有底部、顶部和侧表面都使用CVD均匀涂布。在某些其它实施方案中,仅 快口 601的顶部和侧表面被涂布。在某些实施方案中,Al2〇3用于囊封电介质611且通过原 子层沉积而沉积到介于大约10纳米到大约100纳米的范围中的厚度。
[0110] 最后,可将抗静态阻力涂层施加到快口 601和梁602的表面。该些涂层防止致动 器的两个独立梁之间的非所要的粘滞性或粘附。合适的涂层包含碳膜(石墨和类金刚石 两者)w及氣聚合物,和/或低蒸气压润滑剂,w及氯硅烷、姪类氯硅烷、氣碳氯硅烷,例如 甲氧基封端的硅烷、全氣化胺基硅烷、硅氧烷和基于駿酸的单体和物质。可通过暴露于分子 蒸气或通过前驱体化合物的分解而借助CVD施加该些涂层。还可通过快口表面的化学变化 (例如通过绝缘表面的氣化、硅烷化、娃氧化或氨化)来形成抗静态阻力涂层。
[0111] 供在基于MEMS快口显示器中使用的一个种类的合适致动器包含用于控制横向于 显示衬底或在显示衬底的平面中的快口运动的柔顺致动器梁。用于此些快口组合件的致动 的电压减小,因为致动器梁变得更柔顺。如果梁经塑形W使得平面内运动相对于平面外运 动是优选或得到促进的,则对致动运动的控制还得到提高。因此,在某些实施方案中,柔顺 致动器梁具有矩形横截面,W使得与所述梁宽相比,所述梁更高或更厚。
[0112] 长矩形梁相对于在特定平面内弯曲的刚性W所述梁在所述平面中的最薄尺寸的 =次方调整比例。因此,减小柔顺梁的宽度W减小平面内运动的致动电压是有利的。然而, 当使用常规的光刻设备来界定和制造快口和致动器结构时,梁的最小宽度可受限于光学器 件的分辨率。且尽管光刻设备已经开发W用于在光致抗蚀剂中界定具有窄特征的图案,但 此设备是昂贵的,且在其上方可W单次曝光完成图案化的区域是有限的。为了玻璃或其它 透明衬底的大面板上方的经济光刻,图案化分辨率或最小特征大小通常限于数微米。
[0113] 图7A到7D展示具有窄侧壁梁的实例性快口组合件700的构造阶段的等角视图。 此替代过程产生柔顺致动器梁718和720和柔顺弹黃梁716 (统称为"侧壁梁716、718和 720"),所述梁具有充分低于对大玻璃面板的常规光刻限制的宽度。在图7A到7D中所描绘 的过程中,快口组合件700的柔顺梁形成为由牺牲材料制成的模具上的侧壁特征。所述过 程被称作侧壁梁过程。
[0114] 如图7A中所描绘,形成具有侧壁梁716、718和720的快口组合件700的过程开始 于对第一牺牲材料701的沉积和图案化。第一牺牲材料701中界定的图案形成开口或通孔 702,最终快口组合件700的错将形成于所述开口或通孔内。对第一牺牲材料701的沉积和 图案化在概念上与针对关于图6A到6E所描述的沉积和图案化所描述的内容类似,且使用 与其类似的材料和技术。
[0115]形成侧壁梁716、718和720的过程W第二牺牲材料705的沉积和图案化继续。图 7B展示在对第二牺牲材料705的图案化之后形成的模具703的形状。模具703还包含第 一牺牲材料701和其先前界定的通孔702。图7B中的模具703包含两种不同水平面。模 具703的底部水平面708通过第一牺牲层701的顶部表面建立,且可在其中第二牺牲材料 705已被蚀刻掉的那些区域中接近。模具703的顶部水平面710通过第二牺牲材料705的 顶部表面建立。图7B中所描绘的模具703还包含实质上垂直侧壁709。供用作第一牺牲材 料701和第二牺牲材料705的材料在上文关于图6A到6E的牺牲层613进行了描述。
[0116] 形成侧壁梁716、718和720的过程W将快口材料沉积到牺牲模具703的所有暴露 表面上并进行图案化而继续,如图7C中所描绘。用于形成快口 712的合适材料在上文关于 图6A到6E的第一机械层605、导体层607和第二机械层609进行了描述。快口材料被沉 积到小于大约2微米的厚度。在某些实施方案中,快口材料经沉积W具有小于大约1. 5微 米的厚度。在某些其它实施方案中,快口材料经沉积W具有小于大约1.0微米的厚度,且薄 至大约0. 10微米。在沉积之后,将快口材料(其可由如上文所描述的若干材料构成)图案 化,如图7C中所描绘。首先,将光致抗蚀剂沉积于快口材料上。然后,将光致抗蚀剂图案 化。形成到光致抗蚀剂中的图案经设计w使得快口材料在后续蚀刻阶段之后保持于快口712的区中化及错714处。
[0117] 制造过程W施加各向异性蚀刻而继续,从而产生图7C中所描绘的结构。快口材料 的各向异性蚀刻是在等离子体气氛中实施,其中将偏压施加到衬底726或接近于衬底726 的电极。经偏置的衬底726 (其中电场垂直于衬底726的表面)导致离子W几乎垂直于衬底 726的角度朝向衬底726加速。次些经加速的离子连同蚀刻化学物导致与平行于衬底726 的方向相比在垂直于衬底726的平面的方向上的快得多的蚀刻速率。借此实质上消除对由 光致抗蚀剂保护的区中的快口材料的底切蚀刻。沿着模具703的垂直侧壁709(其实质上 平行于经加速的离子的轨道),快口材料还实质上免受各向异性蚀刻。此受保护的侧壁快口 材料形成用于支撑快口 712的侧壁梁716、718和720。沿着模具703的其它(非经光致抗 蚀剂保护的)水平表面,例如顶部水平表面710或底部水平表面708,快口材料已经被蚀刻 实质上完全移除。
[0118] 用于形成侧壁梁716、718和720的各向异性蚀刻可在RF或DC等离子体蚀刻装置 中实现,只要供应对衬底726或紧密接近衬底726的电极的电偏压的提供。针对RF等离子 体蚀刻的情形,可通过使衬底固持器从激励电路的接地板断开连接而获得等效自偏压,借 此允许衬底电位在等离子体中浮动。在某些实施方案中,可能提供蚀刻气体,例如=氣甲烧 (CHFs)、全氣了締(C4F8)或氯仿(CHCls),其中碳与氨气两者和/或碳与氣两者都是蚀刻气 体中的成分。当与定向等离子体禪合(再次通过对衬底726的电压偏置实现)时,经解离 的碳(C)、氨(H)和/或氣(巧原子可迁移到其中其建立被动或保护性似聚合物涂层的垂直 侧壁709。此似聚合物涂层进一步保护侧壁梁716、718和720免受蚀刻或化学侵蚀。
[0119] 形成侧壁梁716、718和720的过程是借助移除第二牺牲材料705和第一牺牲材料 701的剩余部分而完成。图7D中展示结果。移除牺牲材料的过程类似于关于图6E所描述 的过程。沉积于模具703的垂直侧壁709上的材料保持为侧壁梁716、718和720。侧壁梁 716用作将错714机械连接到快口 712的弹黃,且还提供被动回复力且抵抗由从柔顺梁718 和720形成的致动器施加的力。错714连接到光圈层725。侧壁梁716、718和720是高且 窄的。侧壁梁716、718和720的宽度(如由模具703的表面形成)类似于如所沉积的快口 材料的厚度。在某些实施方案中,侧壁梁716的宽度将与快口 712的厚度相同。在某些其 它实施方案中,梁宽度将是快口 712的厚度的大约1/2。侧壁梁716、718和720的高度由第 二牺牲材料705的厚度,或换句话说,由模具703的深度(如由关于图7B描述的图案化操 作期间所形成)确定。只要所沉积快口材料的厚度经挑选小于大约2微米,图7A到7D中 所描绘的过程将充分适于窄梁的产生。事实上,对于许多应用,0. 1微米到2. 0微米的厚度 范围是相当合适的。常规的光刻将限制图7A、7B和7C中所示的经图案化特征,举例来说, 允许不小于2微米或5微米的最小解析特征。
[0120] 图7D描绘在上文所描述过程中的释放操作(产生具有高纵横比的横截面的柔顺 梁)之后所形成的快口组合件700的等角视图。只要第二牺牲材料705的厚度(例如)大 于快口材料的厚度的大约4倍,梁高度对梁宽度的所得比率将产生为类似比率,即,大于大 约 4:1。
[0121] 任选的阶段(上文未说明但被包含作为导致图7C的过程的一部分)设及对侧壁 梁材料进行各向同性蚀刻W将柔顺负载梁720与柔顺驱动梁718分离或解禪。举例来说, 已通过使用各向同性蚀刻来将点724处的快口材料从侧壁移除。各向同性蚀刻是所有方向 上的蚀刻速率实质上相同的蚀刻,W使得例如点724等区中的侧壁材料不再受保护。各向 同性蚀刻可在典型等离子体蚀刻设备中完成,只要未将偏压施加到衬底726。还可使用湿式 化学或气相蚀刻技术来实现各向同性蚀刻。在此任选的第四掩盖和蚀刻阶段之前,侧壁梁 材料基本上连续围绕模具703中的凹入特征的周边而存在。第四掩盖和蚀刻阶段用于分离 和划分侧壁材料,从而形成不同的梁718和720。通过光致抗蚀剂施配和穿过掩模的曝光的 第四过程实现点724处的梁718和720的分离。在此情形中光致抗蚀剂图案经设计W保护 侧壁梁材料免于在所有点处进行各向同性蚀刻,分离点724处除外。
[0122] 作为侧壁过程中的最终阶段,囊封电介质安置于侧壁梁716、718和720的外部表 面周围。
[0123] 为了保护沉积于模具703的垂直侧壁709上的快口材料且产生实质上均匀横截面 的侧壁梁716、718和720,可遵循某些特定过程准则。举例来说,在图7B中,可将侧壁709 制得尽可能垂直。垂直侧壁709和/或暴露表面处的斜率变得可易受各向异性蚀刻。在某 些实施方案中,垂直侧壁709可由图7B处的图案化操作(例如W各向异性操作对第二牺牲 材料705的图案化)产生。额外的光致抗蚀剂涂层或硬掩模的使用结合对第二牺牲层705 的图案化允许在对第二牺牲材料705的各向异性蚀刻中使用侵蚀性等离子体和/或高衬底 偏压,同时减轻对光致抗蚀剂的过度磨损。垂直侧壁709还可W可光成像牺牲材料产生,只 要注意在UV曝光期间控制焦距且在抗蚀剂最终固化期间避免过度收缩。
[0124] 在侧壁梁处理期间有帮助的另一过程准则设及快口材料沉积的保形性。模具703 的表面可覆盖有类似厚度的快口材料,而不论那些表面(垂直或水平)的定向如何。此保 形性可在使用CVD沉积时实现。具体来说,可采用W下保形技术;PECVD、低压化学气相沉积 (LPCVD)和原子或自限层沉积(ALD)。在W上CVD技术中,薄膜的生长速率可受表面上的反 应速率限制,该与使表面暴露于源原子的方向性通量形成对比。在某些实施方案中,垂直表 面上生长的材料的厚度是水平表面上生长的材料的厚度的至少50%。替代地,在提供在电 锻之前涂布表面的金属种子层之后,可通过无电电锻或电锻从溶液保形地沉积快口材料。
[0125] 图8展示具有单层纯化层的实例性显示设备800的横截面图。具体来说,图8展 示显示设备800,其中电荷累积或电荷积聚801在快口组合件803的电介质层802上方。显 示设备800包含盖板804、快口组合件803、光圈层805、透明衬底806、背光807和光源808。 光源808将光引入到背光809中。来自背光809的光朝向面向显示设备800的前部的盖板 804传播穿过形成于光圈层805中的一或多个光圈810。盖板804包含光吸收层812W用 于从显示装置的前部吸收周围光W改进显示设备800的对比度比率。光圈层805和光吸收 层812可统称为光阻挡层。
[0126] 快口组合件803包含通过致动器814和错815悬置于光圈层805上方的快口 813。 致动器814经致动W使快口 813在光圈810上方移动,W使得快口 813实质上在关闭位置 中覆盖光圈810且在打开位置中不覆盖光圈810。快口组合件803浸没于流体816中W用 于提供润滑和减少静态阻力的可能性。
[0127] 快口组合件803和光圈层805经涂布有电介质层802W用于提供纯化。电介质层 802向快口组合件803和光圈层805提供保护和绝缘。举例来说,纯化层802可提供保护W 免受后续制造和封装过程的影响。此外,电介质层802可向并入到快口组合件803中的载 流导体提供绝缘。
[0128] 然而,电介质层802可经历在其表面上方的电荷累积或积聚。举例来说,图8展示 在涂布快口 813的电介质层802的表面上的电荷积聚801。此电荷积聚801继而在不相等 充电的表面之间产生静电力。举例来说,可由于快口 813与光圈层805之间的差分电荷积 聚而产生静电力。该些静电力可在显示装置的操作中引入缺陷,例如使快口 813的致动速 度变慢,快口 813暂时或永久地陷入于非所要的打开或关闭或位置中等。差分电荷积聚还 可在致动器814的各种组件之间(例如,在驱动梁与负载梁之间)发生。此差分电荷积聚 还可产生可导致显示装置的操作中的缺陷的静电力。
[0129] 虽然图8展示电荷积聚801仅位于快口 813的一部分上方,应理解,电荷积聚可在 涂布有电介质涂层802的显示装置800的任何部分处发生。举例来说,电荷积聚可发生于 沉积于快口 813、致动器814、错815或涂布有电介质材料802的快口组合件803的任何其 它部分上的电介质涂层802上方。此外,虽然图8中展示的电荷积聚801包含负电荷,但应 理解电荷积聚可替代地包含正电荷。
[0130] 电荷积聚801通常是在电介质层802的表面上存在电陷阱和在流体816中存在移 动电荷的结果。电陷阱的密度越高,电荷积聚801越大。形成于电介质层802上方的
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