专利名称：镜面制程的制作方法
技术领域：
本发明是关于微机电系统(microelectromechanicalsystem；MEMS)的镜面(mirror)技术，特别是关于一种使用钨保护层来防止因金属突穿(metal-spiking)造成镜面结构的桥接、并改善镜面结构的曲率的镜面制程(mirror process)。
背景技术：
在各项应用产品中，例如用于直接显示(direct view)与投影显示屏幕的感应器、加速度计(accelerometer)、电动开关(electrical switch)、光学开关(optical switch)、微透镜(microlens)、电容器、电感器、与微型反射镜(micromirror)，微机电系统影响性与重要性日益增加。
数字光源处理器(digital light processing；DLP)，是一新兴的投影显示技术，其接收数字影像，并以短暂的数字光线脉冲传至眼睛，而使眼睛将其视为彩色的模拟影像。微机电系统的数字光源处理器称为数字微镜装置(digital micromirrordevice；DMD)。数字微镜装置为快速反射式的数字光学开关，其结合了影像处理、存储、光源、与光学系统(optics)，而形成一数字光源处理器系统。通常，静电驱动(electrostaticallycontrolled)的微机电系统的镜面结构(mirror structure)是用于光学开关中，将光线予以数字调变(digitally modulate)，而在屏幕上形成高画质的影像。
微机电系统的镜面结构的制程类似于集成电路的制程。可整合目前可取得的次微米尺度的硅的互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor)技术与微机械，而得到一系列可个别定址的镜面结构，每个镜面结构可将光线反射至二选一的方向，其方向决定于其下方的存储单元的状态。在传统的镜面制程中，一非晶形硅的牺牲层是形成于一基底与一铝合金反射膜之间，而后将其释出而完成一悬臂式(cantilever)的微机电结构。通过退火，可在铝合金与非晶形硅之间形成一界面，但是会在铝扩散至非晶形硅时发生金属突穿的现象，使半导体装置发生短路。请参考出版于西元一九九四年四月十五日的期刊J.Appl.Phys.75(8)，由M.ShahidulHaque，H.A.Naseem与W.D.Brown所著的“Interactionof aluminum with hydrogenated amorphous silicon at lowtemperature”。
为了解决上述的金属突穿问题，可在铝的镜面层上加上一阻障层，以防止铝金属的突穿，亦防止铝金属与其他界面例如硅发生反应，例如可分别在铝镜面层的上下各形成一氧化物的阻障层。但是，在图形化铝镜面层之后，铝金属仍会经由图形化的铝镜面层的侧壁扩散出去而接触到硅，而发生侧壁的突穿问题，其会造成镜面结构的桥接现象。为了应付上述铝硅接触的问题，更复杂的镜面结构硅使用氧化物的间隔物来覆盖铝镜面层的侧壁。然而，氧化物间隔物的制程比较难以控制其蚀刻终止点，而会造成而造成无法接受的镜面曲率或镜面耦合。例如，在蚀刻不足的情况下，残留的氧化物会将原本分离的镜面结构耦合在一起，而造成镜面失灵(malfunction)。另外，在过蚀刻的情况下，铝镜面层上的上阻障层会受到侵蚀，而会变得比铝镜面层下的下阻障层要薄。上阻障层的厚度变异会造成铝镜面层上下表面所受的应力失衡，而使得铝镜面层发生形变，例如变成弧形(bow)或弯曲(twist)等。上述的变形将恶化镜面的曲率而使其反射能力受到严重的影响。
对微机电镜面结构领域的挑战，随着对其提高技术能力的需求而不断增加。因此，需要一个崭新的方法以避免镜面桥接的现象并改善镜面的曲率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一镜面制程，通过一钨保护层的使用来防止因金属突穿(metal-spiking)造成镜面结构的桥接，并改善镜面结构的曲率。
本发明的另一目的是提供一镜面制程，通过使用毯覆性的沉积方法来形成一钨保护层，以克服现有技术中使用氧化物的间隔物所造成的问题。
为达成上述本发明之目的，本发明是提供一镜面制程，包含提供一基底；形成一镜面结构(mirror structure)于上述基底上；毯覆性地沉积一保护层于上述镜面结构与上述基底上；形成一牺牲层于上述保护层上；以及同时移除上述牺牲层与上述保护层。
本发明所述的镜面制程，该保护层包含钨。
本发明所述的镜面制程，该牺牲层包含非晶形硅。
本发明所述的镜面制程，移除该牺牲层与该保护层时是使用二氟化氙蚀刻剂。
本发明所述的镜面制程，于形成该镜面结构之前，更包含形成一可释层于该基板上，而使该镜面结构形成于该可释层上；其中移除该牺牲层与该保护层时亦同时移除该可释层，且该可释层包含非晶形硅。
本发明所述的镜面制程，形成该镜面结构更包含形成第一阻障层于该基底上；形成一反射层于该第一阻障层上；形成第二阻障层于该反射层上；以及图形化该第二阻障层、该反射层、与该第一阻障层，而形成该镜面结构。
本发明所述的镜面制程，毯覆性地沉积该保护层时，是于该镜面结构的侧壁及上表面形成一顺应性的衬垫。
本发明所述的镜面制程，该第一阻障层包含氧化硅、氮化硅、氮化钛、或上述的组合。
本发明所述的镜面制程，该第二阻障层包含氧化硅、氮化硅、氮化钛、或上述的组合。
本发明所述的镜面制程，该反射层包含铝、铝合金、铝-硅-铜、铝基材料、或上述的组合。
本发明又提供一镜面制程，包含形成第一牺牲层于一基底上；形成一镜面结构于上述第一牺牲层上，其中上述镜面结构包含介于第一阻障层与第二阻障层之间的一反射层；形成一钨保护层于上述镜面结构与上述第一牺牲层上，其中上述钨保护层是毯覆性的沉积层，覆盖上述镜面结构的侧壁及上表面；形成第二牺牲层于上述钨保护层上；以及同时移除上述第二牺牲层、上述钨保护层、与上述第一牺牲层。
本发明所述镜面制程，形成于镜面结构裸露的侧壁上的钨保护层可防止金属突穿入侵邻近的非晶形硅区域，以减少因金属突穿造成镜面结构的桥接。钨保护层的形成是省略传统的氧化物间隔物制程所必须的回蚀步骤，可原封不动地留下上、下阻障层并维持其厚度的均匀性。因此，本发明的镜面制程为一简单、信赖度高、且为低成本、高生产力的制程。任何包含一反射镜面或反射镜面阵列的光反射系统均可通过本发明使用钨保护层的镜面制程，而改善其镜面曲率。
图1为一剖面图，是显示本发明的镜面制程的步骤；
图2为一剖面图，是显示本发明的镜面制程的步骤；图3为一剖面图，是显示本发明的镜面制程的步骤；图4为一剖面图，是显示本发明的镜面制程的步骤；图5为一剖面图，是显示本发明的镜面制程的步骤；图6为本发明的镜面制程的流程图。
具体实施例方式
为了让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下本发明是提供一镜面制程，其是使用一钨保护层来防止因金属突穿(metal-spiking)造成镜面结构的桥接，并改善镜面结构的曲率。具体而言，本发明通过使用毯覆性的沉积方法来形成一钨保护层，以克服现有技术中在氧化物间隔物制程中使用异向性的干蚀刻步骤所造成的问题。本发明的镜面制程，由于其所制造的镜面曲率的稳定性，是使应用微机电的光学元件的运作得以具备优良可靠度的要素，而可广泛地应用于各种光反射镜面系统。上述的元件例如光感应器(light switch)、光学调变器(optical modulator)、光学衰减器(optical attenuator)、信号衰减器(signal attenuator)、以及其他类似元件。通过本发明所揭露的方法及材料，可供制造各式各样的微机电镜面元件。
以下是详细地叙述本发明的较佳实施例，并绘示于相关的图式中。在以下的图式与叙述中，相同的符号会尽量代表相同或相近的元件。为了明确地说明或方便使阅读者了解，图式中实施例的形状与厚度等可能有所夸大。以下的叙述着重于具体描述构成本发明的元件、或高度相关的部分。而必须了解的是未特别绘示或叙述的元件，是具有广为本领域技术人员所了解的各种型态。另外，当一薄膜是位于另一薄膜或基底“上”时，是可能位于其上、或是与其之间隔着间隔层。
图1至图5为一系列的剖面图，是显示本发明的镜面制程的不同步骤。
请参考图1，是提供一基底10，其上依序沉积有一第一牺牲层12、一第一阻障层16、一反射层18、与一第二阻障层20。基底10可以是任何适当的基底，例如可传递光线的基底(如玻璃、蓝宝石、或石英)、半导体电路基底(如具有金属氧化物半导体电路系统的硅基底)、或其他用于半导体制造业界的各种基底。在一实施例中，一可传递光线的基底是用于制造镜面反射阵列(mirror array)，而后将其连接于具电路系统的半导体基底，以驱动其镜面结构。
第一牺牲层12可包含但不限于非晶形硅、含硅材料、或是与待蚀刻材料之间具高度蚀刻选择比的适当材料。在本文中，所谓的“牺牲层”是指形成于制造过程中的二维的微机械结构，但未存在于最后成品的结构。第一牺牲层12，可视为一可释层(releasable layer)，在后续的制程中，于基底10完成并固定一镜面结构后，会被移除；其亦可视为一支撑层，是在沉积与蚀刻的制程中，用以承载形成于其上的镜面结构。在一实施例中，第一牺牲层12是使用一等离子增益化学气相沉积(plasmaenhanced chemical vapor deposition；PECVD)系统形成的非晶形硅层，使用该系统的好处在于可在低温(150～300℃)下操作。在另一实施例中，用于形成第一牺牲层12的材料可包含一含硅材料(例如未掺杂的二氧化硅、未掺杂的硅氧化物、掺杂的二氧化硅、或掺杂的硅氧化物)或有机材料(例如光致抗蚀剂或聚合物)。
第一阻障层16可包含但不限于一透明的介电层、一含氧化物的薄膜、或一含氮化物的薄膜，其形成可选择各种的沉积方法，包含低压化学气相沉积(low-pressure chemical vapordeposition；LPCVD)、常压化学气相沉积(atmospheric-pressure chemical vapor deposition；APCVD)、等离子增益化学气相沉积、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、与未来可能发展出来的沉积方法。在一实施例中，用于形成第一阻障层16的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨、或上述的组合。使用第一阻障层16的一项目的在于避免导电材料的扩散与突穿穿过界面层，其会在元件与镜面之间造成无法接受的短路。在本实施例中，第一阻障层16能在反射层18与其下的硅之间的界面，防止因退火所发生的金属突穿。第一阻障层的厚度可以为200～500。
反射层18可包含但不限于铝、铝合金、铝-硅-铜、金、或其他适用以物理气相沉积形成的导电材料。在一实施例中，反射层18为铝基的导电材料，其厚度为1500～10000。
第二阻障层20可包含但不限于例如一不透明的介电层、一透明的介电层、一含氧化物的薄膜、或一含氮化物的薄膜，其形成可选择各种的沉积方法，包含低压化学气相沉积、常压化学气相沉积、等离子增益化学气相沉积、物理气相沉积、与未来可能发展出来的沉积方法。用以形成第二阻障层20的材料可包含例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨、或上述的组合。使用第二阻障层20的一项目的在于避免导电材料的扩散与突穿穿过邻近的绝缘层，其会在元件与镜面之间造成无法接受的短路。在本实施例中，第二阻障层20能在反射层18与其下的硅之间的界面，防止因退火所发生的金属突穿。第二阻障层20的厚度可以为200～500。在一实施例中，第二阻障层20的厚度大体与第一阻障层16相同。
接下来的步骤包含微影、掩膜、与干蚀刻例如反应离子蚀刻(reactive ion etching；RIE)及其他种类的等离子蚀刻步骤，以定义镜面层积结构，其包含第一阻障层16、反射层18、与第二阻障层20，而如图2所示，成为个别的镜面结构14。请注意个别的镜面结构14为一镜面反射阵列的一部分。在此步骤中，可将镜面结构14图形化成各种形状。为了简化，镜面反射阵列的其他镜面结构未绘示于图2。可在镜面结构14上沉积一或数个介电层作为反射性的涂覆层，以提升镜面结构14的反射能力。在此步骤中，是大体上不影响第一阻障层16与第二阻障层20厚度的均匀性，以使反射层18的上下两面所受到的应力能够均衡。
在图3中，于第一牺牲层12与镜面结构14上，顺应性地沉积一钨保护层22。更详细地说，钨保护层22是顺应性地覆盖镜面结构14的侧壁与上表面，以防止金属突穿经由反射层18裸露的侧壁入侵邻近含硅的区域。钨保护层22的毯覆性沉积是使用一适当的沉积技术例如物理气相沉积、化学气相沉积、无电镀、或电镀，其厚度为400～6000。本发明的一关键特征为使用钨保护层22覆盖反射层18裸露的侧壁，以防止因金属突穿造成镜面结构的桥接现象；另一关键特征为顺应性地沉积钨保护层22而不对其施加回蚀例如异向性干蚀刻的制程，以避免对第二阻障层20造成伤害，而能维持第一阻障层16与第二阻障层20厚度的均匀性，亦能够达成一理想的镜面曲率。
接下来，请参考图4，于钨保护层22上形成一第二牺牲层24，以在释出镜面结构14时，提供一间隔或支持结构(例如铰链结构)。第二牺牲层24的厚度为5000～15000，其沉积方法为等离子增益化学气相沉积、常压化学气相沉积、或低压化学气相沉积。第二牺牲层24可包含但不限于非晶形硅、含硅材料、或是与待蚀刻材料之间具高度蚀刻选择比的适当材料。第二牺牲层24可与第一牺牲层同时移除以释出镜面结构14。在一实施例中，第二牺牲层24是使用一等离子增益化学气相沉积系统所形成的非晶形硅层，使用该系统的好处在于可在低温(150～300℃)下操作。通过形成钨保护层22于反射层18的侧壁上，可减少金属突穿的现象(例如铝扩散至非晶硅)，而避免镜面桥接的问题。
在形成支持结构(例如铰链结构)，将镜面结构14固定于基底10上之后，则执行一释出的步骤，以形成一悬梁式的镜面结构14”，如图5所示。为了简化叙述，其支持结构未绘示于图5中，以免使本发明的特征不能明显的说明。一释出的步骤(releasing process)例如选择性蚀刻的步骤，是用以移除第一牺牲层12、第二牺牲层24、与钨保护层22，使得镜面结构14”通过于此步骤形成于镜面结构14”与基底10之间的间隔26，而与基底10分离，且位于基底10的上方。此释出步骤大体上未伤害镜面结构14，而大体上原封不动地留下第二阻障层20。如果第一牺牲层12与第二牺牲层24是以相同材料形成时，第一牺牲层12及第二牺牲层24可与钨保护层同时移除。如果第一牺牲层12与第二牺牲层24是以不同材料形成时，两者可连续使用不同的移除介质来移除；当然，在蚀刻剂或化学物质的选择上，是选择性地移除第一牺牲层12及第二牺牲层24，而不会将镜面结构14移除。在一较佳实施例中，第一牺牲层12及第二牺牲层24均为非晶形硅，而释出步骤所使用的蚀刻剂是包含二氟化氙(XeF2)及其他气态自发性的化学蚀刻剂，以同时选择性地蚀刻非晶形硅与钨保护层22。上述选择性的蚀刻中，可包含使用额外的气体例如氮或惰性气体(氩、氙、氦等)。所形成的悬壁式镜面结构14”是类似于镜面结构14，而可以将其整合于具有电极与电路系统的一半导体基底，以形成一光感应器元件。
如上所述，本发明所揭露使用钨保护层的镜面结构制程是具有以下优点。形成于镜面结构裸露的侧壁上的钨保护层可防止金属突穿入侵邻近的非晶形硅区域，以减少因金属突穿造成镜面结构的桥接。钨保护层的形成是省略传统的氧化物间隔物制程所必须的回蚀步骤，可原封不动地留下上、下阻障层并维持其厚度的均匀性，而可以得到理想的镜面曲率。另外钨可与释出步骤相容，因为非晶形硅与钨可以使用相同蚀刻剂，例如二氟化氙，而同时移除。因此，本发明的镜面制程为一简单、信赖度高、且为低成本、高生产力的制程。本发明所揭露的方法与结构不仅仅适用于微机电的微镜结构(micro-mirrorstructure)，亦适用于各种非微机电的元件。任何包含一反射镜面或反射镜面阵列的光反射系统均可通过本发明使用钨保护层的镜面制程，而改善其镜面曲率。
图6为本发明的镜面制程的流程图。在步骤301中，是于一基底上沉积第一牺牲层。在步骤303中，是于上述第一牺牲层上形成一镜面结构，其中上述镜面结构包含第一阻障层、一反射层、与第二阻障层，然后将上述层积的镜面结构图形化，而定义出一个别的镜面结构。在步骤305中，是沉积顺应性的一钨保护层于上述镜面结构于上述第一牺牲层上。上述钨保护层是覆盖上述镜面结构裸露的侧壁，而防止金属突穿入侵邻近的含硅区域。在步骤307中，是沉积第二牺牲层于上述钨保护层上。在步骤309中，是同时移除上述第二牺牲层、上述钨保护层、与第一牺牲层，以自上述基底释出上述镜面结构。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下10基底12第一牺牲层14镜面结构14”镜面结构16第一阻障层18反射层20第二阻障层22保护层24第二牺牲层26间隔301步骤303步骤305步骤307步骤309步骤
权利要求
1.一种镜面制程，所述镜面制程包含提供一基底；形成一镜面结构于该基底上；毯覆性地沉积一保护层于该镜面结构与该基底上；形成一牺牲层于该保护层上；以及同时移除该牺牲层与该保护层。
2.根据权利要求1所述的镜面制程，其特征在于该保护层包含钨。
3.根据权利要求1所述的镜面制程，其特征在于该牺牲层包含非晶形硅。
4.根据权利要求1所述的镜面制程，其特征在于移除该牺牲层与该保护层时是使用二氟化氙蚀刻剂。
5.根据权利要求1所述的镜面制程，其特征在于于形成该镜面结构之前，更包含形成一可释层于该基板上，而使该镜面结构形成于该可释层上；其中移除该牺牲层与该保护层时亦同时移除该可释层，且该可释层包含非晶形硅。
6.根据权利要求1所述的镜面制程，其特征在于形成该镜面结构更包含形成第一阻障层于该基底上；形成一反射层于该第一阻障层上；形成第二阻障层于该反射层上；以及图形化该第二阻障层、该反射层、与该第一阻障层，而形成该镜面结构。
7.根据权利要求6所述的镜面制程，其特征在于毯覆性地沉积该保护层时，是于该镜面结构的侧壁及上表面形成一顺应性的衬垫。
8.根据权利要求6所述的镜面制程，其特征在于该第一阻障层包含氧化硅、氮化硅、氮化钛、或上述的组合。
9.根据权利要求6所述的镜面制程，其特征在于该第二阻障层包含氧化硅、氮化硅、氮化钛、或上述的组合。
10.根据权利要求6所述的镜面制程，其特征在于该反射层包含铝、铝合金、铝-硅-铜、铝基材料、或上述的组合。
全文摘要
本发明揭示一种镜面制程，其是使用钨保护层来防止因金属突穿造成镜面结构的桥接，并改善镜面结构的曲率，其步骤包含在一基底上的第一牺牲层之上，图形化一镜面结构；毯覆性地沉积一钨保护层，以覆盖上述镜面结构的侧壁及上表面；形成第二牺牲层于上述钨保护层上；以及使用含二氟化氙的一蚀刻剂施以一释出的步骤，以同时移除上述第二牺牲层、上述钨保护层、与上述第一牺牲层。
文档编号B81C1/00GK1740088SQ200510093268
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月23日 优先权日2004年8月23日
发明者王薇雅, 郑仲原, 吴子扬, 洪嘉隆, 陈斐筠 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司