为了此
申请的目的,术语"晶片"和"基板"可互换地使用,它们之间 的差别仅在于其尺度。
根据本发明的方法特别适用于制造微镜空间光调制器。然而,其可以应
用于多种微机电装置、热探测器和非热探测器装置例如
量子阱探测器、热电
(pyroelectric)探测器、测
辐射热仪等,但不限于此。当不能在具有另一结 构(例如转向(steering)电子装置)的基板上直接处理/构图/沉积一结构(例 如微镜阵列)时,本发明特别适用。例如,如杲设置在所述基板上的结构对 于将在其上提供的结构的处理的工艺温度敏感,或者当该基板是多晶体且在 该基板上生长的元件必须是单晶时,情况如此。
图1示意性地示出了根据形成具有隐藏铰链的MEMS装置的本发明的 示范性实施例的第一工艺步骤。隐藏铰链是当从上面例如顶部观察MEMS 装置时被所述MEMS装置中的反射表面隐藏了的铰链。开始材料是晶片 130,其由单晶
硅或SOI (绝缘体上硅)制成。在所述晶片130顶上设置有 例如
氧化硅的掩模材料层120。所述掩模材料层120可以被抗蚀剂膜110至 少部分
覆盖。在所述第 一 工艺步骤中,可以采用标准
光刻工艺在掩模材料120 中界定铰链140。可以是CF4的反应离子蚀刻RIE可以用于除去抗蚀剂膜110 和下面的掩模材料120的暴露区域。
在基板130中铰链的界定可以通过使用深反应离子蚀刻(DRIE)而进 行(图2 )。在所述基板130中界定铰链之前,抗蚀剂膜110可以在抗蚀剂移 除器中被除去。在基板130中的铰链界定之前,所述基板可以浸在2%的HF 中。DRIE可以是公知的Bosch工艺。最简化的工艺仅包括
各向异性DRIE 蚀刻,之后跟随各向同性RIE以形成铰链。在所述基板130中的铰链界定之 前,氧化硅层150可以设置在所述基板130相对于界定所述铰链处的相对侧, 作为选择,所述氧化硅层150可以在基板130中的所述铰链界定之后设置在 所述相对侧。
在下面的步骤中,可以进行对处理过的表面的
钝化(图2)。可以进行干 氧化以释放局域氧化期间在硅中的应
力(在图3中未示出)。所述氧化是可 选的以提高
精度并减少表面粗糙。可以进行氮化硅的PECVD(等离子增强
化学气相沉积)以作为后续LOCOS (硅的局域氧化)步骤中的氧化屏障。 可以进行作为蚀刻保护的氧化硅170的PECVD,作为后续DRIE步骤中的 保护。
在图4中,除去了
水平表面上的
钝化层(氮化硅160和氧化硅170),并 界定了基板130中铰链的长度。钝化层可以通过高方向性(低压和高射频功 率)的RIE方法除去。基板130的露出的表面可以通过DRIE (Bosch工艺)的方法蚀刻,从而界定所述铰链的所述长度。
在下面的步骤中,如图5所示,进行热氧化以界定铰链的宽度。LOCOS 可以用于把铰链中的基板130的部分转变为氧化硅180。
在图6中,除去了钝化层和掩模材料并进行基板的平坦化。钝化层160、 170、 180和掩模材料120可以在BOE (緩沖氧化蚀刻)中被蚀刻掉。聚酰 亚胺(PI) 190可以旋转施加在基板130顶部以填充其中的腔。可以使用减 小的压力或
真空以确保所述PI将填充所述腔。所述PI可以在提高的温度下
被硬化。可以用02
等离子体除去不希望的PI。
掩模材料200沉积在所述基板130顶部上(图7 )。所述掩模材料可以是 铝且可以通过
蒸发进行沉积。
在所述掩模材料顶部上,可以提供抗蚀剂膜。标准光刻可以在基板130 中界定区域220,在该处将界定镜分离沟槽(见图8)。在暴露的抗蚀剂下面 的铝可以通过R正(SiCL4/Cl2)除去。还可以通过使用具有沟槽(通常填充 有氧化物)的SOI晶片而将分离沟槽作为电子设备的沟槽隔离的第一步骤形 成。
未暴露的抗蚀剂膜可以通过丙
酮除去。在掩模材料200和所述释放的基 板130的顶部上,提供氧化硅层(见图9)。所述层可以通过PECVD方法提供。
在所述氧化硅层230顶部上,提供抗蚀剂层245。标准光刻可以在掩模 材料230 (氧化硅)中限定镜分离沟槽240和电极沟槽250。氧化硅230可 以通过例如CF4的RIE方法蚀刻。
在图11中,镜分离沟槽260已经形成在基板130中。抗蚀剂245已经 通过使
用例如丙酮而除去。所述基板130中的所述镜沟槽260可以通过使用 Bosch工艺而形成。
在图12中,已经界定了铝层中的电极沟槽255。所述电极沟槽可以通过 例如SiCl4/Cl2的RIE方法界定。
在图13中PI已经被引入所述镜沟槽260中。不希望的PI可以通过使用 02等离子体除去。
在图14中已经在基板130中形成电极沟槽257。所述电极沟槽257可以 通过^^用Bosch工艺而形成。
在图15中,已经等离子增强化学气相沉积了氧化硅270,以作为后续各
向同性DRIE步骤中的蚀刻保护。
在图16中,已经除去了水平表面上的钝化层270。可以通过使用RIE 除去所述钝化层。
在图17中释放了底部结构(foot structure )。通过铰链之间材料的下蚀
取代),以释放镜的底部。通过除去铰链之间的材料,可以大大减小把镜偏 转到某偏转状态的施加的致动力。
各向同性蚀刻也除去镜中不必要的材料即 减轻了其重量,其可以影响把镜从一 个状态置于另 一状态的速度及其自身振
荡
频率。
在图18中,已经除去了钝化层230、 270和掩模层200。这些层可以通 过BOE方法除去。
在图19中,具有致动电子装置310的基板300已经贴附到所述基板130。 至少一个铰链贴附到所述基板300。该基板300具有用于贴附所述铰链的升 高的结构320 (作为选择可以降低基板130的电极区)。除了所述升高的结构 320之外,提供致动电子装置310。这里可以容易地看出,存在基板130贴 附到所述基板300的大的贴附区。即使所述两基板之间存在轻微不匹配,仍 然可以进行成功的贴附。所述贴附可以是低温氧等离子体辅助结合、粘结结 合(胶合)、
锡焊、共晶
焊接、
熔焊(直接结合)、玻璃釉料结合、
阳极结合。
在图20中,掩埋氧化物280已经从基板130除去。该掩埋的氧化物可 以通过BOE方法除去。镜132可以通过除去PI而释放。PI可以通过使用 02等离子体除去。从图20可以看出镜结构相当硬。这是由于将大大影响镜 表面刚性和平坦性的垂直部分136。铰链134可以根据希望设计为硬的或软 的。镜可以由纯单晶材料制成,例如硅。镜的其他可选材料可以是
多晶硅、
石英、III-V族材料、SiC。为了提高电导,如果所述镜材料由半导体材料形 成,则可以掺杂镜材料。面对基板300中的电子设备的表面可以涂覆有导电 材料。
图22-32图示了本发明的MEMS器件的制造工艺的另一可选实施例。在 图22中,初始材料是晶片130,其可以由
单晶硅或SOI制成。在所述晶片 130表面上设置有例如氧化硅的掩模材料层120。所述掩模材料120可以被 抗蚀剂膜110至少部分覆盖。在所述第一工艺步骤中,可以采用标准光刻工 艺在掩模材料120中界定沟槽隔离300。可以是CF4的RIE (反应离子蚀刻)
可以用于除去抗蚀剂膜110和下面的掩模材料120的暴露区域。
在基板130中的沟槽隔离界定可以通过DRIE (深RIE)进行。在所述 沟槽隔离300界定在所述基板130中之前,所述抗蚀剂膜IIO可以在抗蚀剂 移除器中被除去。在基板130中的铰链界定之前,所述基板可以浸在2 %的 HF中。DR正可以是公知的Bosch工艺。最简化的工艺仅包括各向异性DRIE 蚀刻,之后跟随各向同性R正以形成所述沟槽。在所述基板130中界定所述 沟槽之前,氧化硅层150可以设置在所述基板130相对于将界定所述沟槽300 处的相对侧,作为选择所述氧化硅层150可以在基板130中界定所述沟槽之 后设置在所述相对侧。
可以通过首先在基板130顶部上旋转施加聚酰亚胺(PI) 310填充其中 的腔而填充所述沟槽300。可以采用减小的压力或真空以确保所述PI将填充 所述腔。所述PI可以在升高的温度被硬化。不希望的PI可以用02等离子体 除去,见图24。
图25-29示出了用于界定掩埋或隐藏铰链的工艺步骤。在图25中,可 以采用标准光刻在掩模材料120中界定入口孔310。可以是CF4的RIE (反 应离子蚀刻)可以用于除去抗蚀剂膜IIO和下面的掩模材料120的暴露区域。
在图26中,干法蚀刻可以用于在基板130中界定孔320。在所述孔已经 界定在所述基板130中之后,可以进行所述抗蚀剂IIO的剥离。在抗蚀剂剥 离之后,可以沉积氧化物层以在所述孔320中设置氧化物层。
在图27中,干法蚀刻可以用于蚀刻所述氧化物层的水平表面。
在图28中,各向同性干法蚀刻可以用于在所述基板130中产生腔330 和掩埋铰链340。在图29中,已经在BOE中除去了氧化物层。在图30中, 示出了可选的结构剖面图,该剖面图在图30的左边示出。在图31中,基板 130可以结合到具有致动电才及410的晶片400。氧化物层150可以通过BOE 方法除去,且聚酰亚胺通过02等离子体中的干法蚀刻除去,见图32。
图21示出了根据本发明的镜结构132的示范性实施例的透视图。所述 镜结构包括镜表面135、支撑134、腔131、底座元件136、第一支腿142和 第二支腿144。镜结构132可以具有至少一个与初始基板130—样厚的剖面, 该厚度在此具体实施例中可以是从镜表面135到静电吸引表面145、 147的 距离。这可以赋予镜结构好的机械性质例如高
刚度,即反射镜表面在处于偏 转
位置时基本是刚性的。支撑134可以是细柱。支撑可以支撑反射镜结构132
且同时充当铰链。在图21中示出的示范性实施例中,设置所述支撑使得旋
转轴基本处于结构的中间。在可选的示范性实施例中,所述
旋转轴可以设置
得偏离中心,这可以通过把所述支撑从中心位置偏移而实现。镜表面135的 旋转轴可以平行于镜表面并垂直于所述支撑134。
底座元件136和支撑134可以代表隐藏铰链。在另一实施例中,底座元 件136被最小化,从而仅支撑134代表隐藏铰链(隐藏支撑)。所述柱的剖 面可以是多边形,例如三
角形或矩形。底座元件136可以贴附到支撑134。 底座元件134的表面可以贴附到另一表面,例如具有转向电子装置的晶片。 支腿142、 144可以具有基本垂直于镜表面135的表面146、 148。腔131可 以通过根据上述示范性实施例的各向同性蚀刻工艺而形成。镜结构132可以 被掺杂。掺杂优选在界定腔131和支撑134之前进行,即可以对用于界定所 述镜结构的基板掺杂。在此实施例中,静电吸引表面147可以用于顺
时针旋 转镜结构132。静电吸引表面145可以用于逆时针旋转镜结构132,即所述 结构可以从非致动状态顺时针或逆时针旋转。与静电吸引表面145、 147相 比,底座元件136的表面143可以处于另一水平。
在上面公开的实施例中,镜元件的致动是静电的。然而,致动镜元件的 其他方法是可能的,例如本领域的技术人员公知的热、压电或,兹。
因此,虽然已经公开了结合元件以形成集成装置的方法的具体实施例, 但本发明并非旨在将这些具体的参考作为对本发明范围的限制,本发明的范 围由
权利要求限定。此外,结合本发明的特定实施例描述了本发明,这应该 理解为进一步的改进可能启发本领域的技术人员,本发明旨在覆盖所有这些 落入所附权利要求范围内的改进。