專利名稱：制造具有高對比率的反射空間光調制器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造具有高對比率的反射空間光調制器的方法。
背景技術：
空間光調制器(SLM)在光信息處理、投影顯示器、視頻和圖形監(jiān)視 器、電視和電子照相印刷領域中具有眾多應用。反射SLM是以空間圖案 對入射光進行調制從而反射與電或光輸入相對應的圖像的器件。可以在相 位、強度、偏振態(tài)或偏轉方向方面調制入射光。反射SLM通常包括能夠 反射入射光的可尋址圖像元素(像素)的區(qū)域或二維陣列。源像素數(shù)據(jù)首 先被相關控制電路處理，然后被加載到像素陣列中， 一次一幀。
SLM器件通常由以像素陣列形式布置的多個可動反射元件制成。所產(chǎn) 生的器件的性能部分地取決于從像素區(qū)域反射的光的強度與背景的強度之 間的對比度。背景光的強度可以通過反光表面而非像素元的存在而被增 強。
因此，本領域中需要制造SLM器件的經(jīng)改進的方法和形成SLM器件 的方法，這些SLM器件可以在所產(chǎn)生的圖像與背景光強度之間產(chǎn)生更高 的對比度。

發(fā)明內(nèi)容
通過將諸如支撐柱和可動鉸鏈之類的非反射元件布置在像素的反射表 面后面，可以增強空間光調制器器件所提供的對比度。根據(jù)一個實施例， 由犧牲層中的間隙所限定的反射材料的肋將反射表面懸掛在下層的包含鉸 鏈的層之上。根據(jù)可替換的實施例，由在諸如氧化物之類的介入層中形成 的間隙，將反射表面與下層鉸鏈分離。在任一實施例中，將相鄰像素區(qū)域 分離的壁可以在反射表面之下凹進，以進一步減少對入射光的不期望的散射并從而增強對比度。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造反射像素的方法的一個實施例包括提供 帶有導電層并且由CMOS襯底上的下層柱支撐的硅層，并且在第一光刻膠 掩模的間隙中刻蝕穿導電層和硅層以限定與硅層中的可動鉸鏈部分相鄰的 開口。在由導電層上的被圖案化的第二光刻膠掩模所限定的過孔中沉積反
射材料；并且去除第二光刻膠掩模以留下反射材料，反射材料被過孔的此 前位置處的凸出物支撐在導電層和鉸鏈之上。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造反射像素的方法的一個實施例包括提供
由CMOS襯底上的下層柱支撐的硅層，在硅層上形成電介質層，并且在第 一光刻膠掩模的間隙中刻蝕穿電介質層和硅層以限定與硅層中的可動鉸鏈 部分相鄰的開口。去除可動鉸鏈上的電介質層，并且在開口中形成光刻膠 材料。在電介質和光刻膠材料上沉積反射材料，并且去除光刻膠材料以留 下反射材料，反射材料與可動鉸鏈間隔開。
根據(jù)本發(fā)明的一種反射結構的一個實施例包括柱之上的可動堆疊物和 具有電極的下層CMOS襯底?？蓜佣询B物包括限定可動鉸鏈部分的硅層和 被支撐在可動鉸鏈上的反射表面。
通過參考下面的結合附圖進行閱讀的詳細描述，本發(fā)明的這些和其他 目的和特征以及獲得這些和其他目的和特征的方式對于本領域技術人員而 言將變得顯而易見，并本發(fā)明本身將被最好地理解。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的空間光調制器的總體結構的圖。
圖2a和2b是單個微鏡的透視圖。
圖3a和3b是示出微鏡陣列的頂部和側面的透視圖。
圖4a和4b是示出微鏡陣列的底部和側面的透視圖。
圖5a和5b是微鏡陣列的俯視圖。
圖6a和6b是微鏡陣列的仰視圖。
圖7a-7d是示出微鏡陣列的可替換實施例的單個微鏡的頂部、底部和 側面的透視圖。圖8a-8d是示出可替換微鏡陣列的頂部和底部的透視圖。
圖9a是圖示如何制造空間光調制器的優(yōu)選實施例的流程圖。
圖9b至9j是更詳細地圖示空間光調制器的制造的框圖。
圖10更詳細地圖示掩模的生成和在第一襯底中形成空腔的刻蝕。
圖ll是形成于第二襯底上的電極的一個實施例的透視圖。
圖12是示出第一襯底上的微鏡陣列位于第二襯底上的電極和其他電
路上方的透視圖。
圖13圖示用于刻蝕第一襯底的上表面的掩模的簡化實施例。
圖14是粘合在一起的兩個襯底的一部分的剖面。
圖15A示出根據(jù)本發(fā)明的空間光調制器(SLM)的反射像素元的一個
實施例的簡化平面圖。
圖15B示出圖15A的反射像素元的沿B-B'線的剖視圖。 圖15C示出圖15A的反射像素元的沿C-C'線的剖視圖。 圖15D示出在去除反射像素的情況下，圖15A的反射像素元的襯底部
分的平面圖。
圖15E示出圖15D的襯底的沿E-E'線的剖視圖。
圖15F-15N示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造SLM器件的工藝流程的一個 實施例的簡化剖視圖。
圖16A-16F示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造SLM器件的工藝流程的可替 換實施例的簡化透視圖。
具體實施例方式
空間光調制器概述
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的SLM 100的總體結構的圖。 反射空間光調制器("SLM" ) 100具有可偏轉鏡202的陣列103。 通過在一個鏡與相應電極126之間施加電壓偏置，可以選擇性地偏轉該鏡 202。每個鏡202的偏轉控制了從光源反射到視頻顯示器的光。因此，對 鏡202的偏轉進行的控制允許射到該鏡202上的光以選定的方向反射，從 而允許控制視頻顯示器中的像素的外觀。
7所圖示的實施例具有三層。第一層是具有多個可偏轉的微鏡202的鏡 陣列103。在一個優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103是由第一襯底105制造 的，第一襯底105是諸如單晶硅之類的單一材料。
第二層是具有用于控制微鏡202的多個電極126的電極陣列104。每 個電極126與微鏡202相關并且控制該微鏡202的偏轉。尋址電路允許選 擇單個電極126來控制與該電極126相關的特定微鏡202。
第三層是控制電路106的層。該控制電路106具有尋址電路，尋址電 路允許控制電路106控制施加到選定電極126的電壓。這允許控制電路 106經(jīng)由電極126來控制鏡陣列103中的鏡202的偏轉。通常，控制電路 106還包括顯示控制器108、線路存儲緩沖器IIO、脈寬調制陣列112以及 用于視頻信號120和圖形信號122的輸入。微控制器114、光學器件控制 電路116和閃存118可以是與控制電路106相連的外部部件，或者在一些 實施例中可以包括在控制電路106中。在各種實施例中，上面列出的控制 電路106的部件中的一些可以是不存在的、可以在分離的襯底上并與控制 電路106相連，或者其他附加部件可以存在，作為控制電路106的一部分 或者與控制電路106相連。
在一個實施例中，第二層104和第三層106都是在單個第二襯底107 上利用半導體制造工藝制造的。也就是說，第二層104不一定是分離并在 第三層106上方的。相反，術語"層"用于幫助將空間光調制器100的不 同部件概念化。例如，在一個實施例中，電極的第二層104被制造在控制 電路106的第三層頂上，這兩者都被制造在單個第二襯底107上。也就是 說，在一個實施例中，電極126以及顯示控制器108、線路存儲緩沖器 110和脈寬調制陣列112都被制造在單個襯底上。與將顯示控制器108、 線路存儲緩沖器IIO和脈寬調制陣列112制造在分離襯底上的傳統(tǒng)的空間 光調制器相比，將控制電路106的數(shù)個功能部件集成在同一襯底上提供了 改善的數(shù)據(jù)傳輸速率的優(yōu)點。而且，在單個襯底107上制造電極陣列104 的第二層和控制電路106的第三層提供了制造簡單和廉價以及最終產(chǎn)品緊 湊的優(yōu)點。
在制造層103、 104和106之后，將其粘合(bond)在一起以形成SLM 100。具有鏡陣列103的第一層覆蓋第二層104和第三層106。鏡陣 列103中的鏡202以下的面積確定了在第一層103之下有多少空間用于電 極126以及尋址和控制電路106。在鏡陣列103中的微鏡202之下存在有 限的空間來容納電極126以及形成顯示控制器108、線路存儲緩沖器110 和脈寬調制陣列112的電子部件。本發(fā)明使用允許創(chuàng)建小特征尺寸的制造 技術(下面將更全面地描述)，例如允許制造0.18微米的特征的工藝和允 許制造0.13微米或更小的特征的工藝。傳統(tǒng)的空間光調制器是通過不允許 這樣小特征的制造工藝制造的。通常，傳統(tǒng)的空間光調制器是通過將特征 尺寸限制于大約1微米或更大的制造工藝制造的。因此，本發(fā)明允許在鏡 陣列103的微鏡之下的有限面積中制造多得多的電路器件，例如晶體管。 這允許諸如顯示控制器108、線路存儲緩沖器IIO和脈寬調制陣列112之 類的項目在與電極126相同的襯底上集成。在與電極126相同的襯底107 上包括這種控制電路106改善了 SLM 100的性能。
在其他實施例中，電極126和控制電路的部件的各種組合可以被制造 在不同襯底上并被電連接。
鏡-
圖2a是單個微鏡202的透視圖。在一個優(yōu)選實施例中，微鏡202是由 諸如單晶硅之類的單一材料的晶片制造的。因此，這種實施例中的第一襯 底105是單晶硅的晶片。從單一晶片制造微鏡202大大簡化了鏡202的制 造。而且，單晶硅可以被拋光以創(chuàng)建光滑鏡面，這些光滑鏡面的表面粗糙 度比沉積膜的表面粗糙度光滑一個數(shù)量級。由單晶硅制造的鏡202機械上 是剛性的，這防止了不希望的鏡面彎曲或扭曲，并且，由單晶硅制造的鉸 鏈是耐用的、靈活的并且可靠的。在其他實施例中，可以使用其他材料而 不是單晶硅。 一種可能性是給微鏡202使用另一種類型的硅(例如，多晶 硅或者無定形硅)，或者甚至完全由金屬(例如，鋁合金或者鎢合金)來 制造鏡202。
微鏡202具有頂部鏡板204。該鏡板204是微鏡202中通過在鏡202 與相應電極126之間施加電壓偏置而被選擇性地偏轉的部分。在一個實施 例中，盡管其他形狀和尺寸也是可能的，但是該反射鏡板204的形狀基本為方形，并且大約為15微米乘以15微米，大約面積為225平方微米。在 一個優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103的大部分的表面積由微鏡202的鏡板 204的面積構成。
鏡板204具有反射表面，該反射表面以通過鏡板204的偏轉所確定的 角度來反射來自光源的光。該反射表面可以與制造微鏡202的材料相同， 在這種情況下，鏡板204的表面被拋光至提供期望的反射率級別的光滑 度。可替換地，在微鏡202的制造之后，諸如鋁之類的一層反射材料可以 被加至鏡板204的表面。由于在優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103的大部分表 面積由微鏡的鏡板204的面積構成，并且鏡板204具有反射表面，因此微 鏡陣列103的大部分表面積是反射性的并且能夠以選定的角度來反射光。 因此，SLM100具有大的填充率并且高效地反射入射光。
鏡板204通過連接器216與扭轉簧鉸鏈206相連。扭轉簧鉸鏈206與 將扭轉簧206保持在適當位置的隔離物支撐框架210相連。注意，在鏡板 204、鉸鏈206與隔離物支撐框架210之間也可以使用其他彈簧和連接方 案。當諸如靜電力之類的力被通過在鏡202與相應電極126之間施加電壓 而被施加到鏡板204時，扭轉簧鉸鏈206允許鏡板204相對于隔離物支撐 框架210圍繞隔離物支撐框架210的壁之間的軸旋轉。這種旋轉產(chǎn)生了用 于在選定方向上反射光的角偏轉。在一個實施例中，這種旋轉圍繞基本與 鉸鏈的長軸共線的軸而發(fā)生。在一個優(yōu)選實施例中，扭轉簧鉸鏈206具有 "垂直"對準。也就是說，鉸鏈206的寬度222小于鉸鏈的深度(與鏡板 204表面垂直)。鉸鏈的寬度通常在0.1微米至0.5微米之間，并且在一個 實施例中大約為0.2微米。鉸鏈的這種"垂直"對準用于幫助將鏡陣列 103的表面上的非反射表面最小化，并且保持高的填充率。同樣在一個優(yōu) 選實施例中，所述
隔離物支撐框架210將鏡板204與電極和尋址電路分離，以使得鏡板 204可以在不接觸下面的電極和其他電路的情況下向下偏轉。在一個實施 例中，隔離物支撐框架210包括隔離物壁，隔離物壁通常不是與隔離物支 撐框架210的其余部分分離的部件。這些壁幫助限定隔離物支撐框架210 的高度。隔離物210的高度是基于鏡板204與電極126之間的期望間隔以及電極的外形設計來選擇的。更大的高度允許鏡板204的更多偏轉和更大 的最大偏轉角。更大的偏轉角提供更好的對比率。在一個實施例中，鏡板 204的最大偏轉角是20度。隔離物支撐框架210還為鉸鏈206提供支撐， 并且將鏡板204與鏡陣列103中的其他鏡板204間隔開。隔離物支撐框架 210具有隔離物壁寬212，隔離物壁寬212在和鏡板204與支撐框架210之 間的間隙相加時，基本等于相鄰微鏡202的相鄰鏡板204之間的距離。在 一個實施例中，隔離物壁寬212是1微米或更小。這將鏡板204緊密放置 在一起以增大鏡陣列103的填充率。
在一些實施例中，微鏡202包括在板204已經(jīng)向下偏轉至預定角度時 阻止鏡板204偏轉的元件。通常，這些元件包括運動阻止物(motion stop)和著陸端(landing tip)。當鏡面204偏轉時，鏡板204上的運動阻 止物接觸著陸端。當這種情況發(fā)生時，鏡板204不能再偏轉。存在數(shù)種用 于運動阻止物和著陸端的可能配置。在一個實施例中，在隔離物框架210 的與鉸鏈側相對一側上制造著陸端。鏡板204的最大傾斜角將由隔離物框 架210上的著陸端來限制，著陸端阻止鏡板204的向下機械運動。具有固 定最大傾斜角簡化了對空間光調制器100的控制，從而在已知方向上反射 入射光。
在另一個實施例中，與第二襯底107上的電極126—同制造著陸端。 本實施例的著陸端可以由諸如二氧化硅之類的絕緣體制造，以防止鏡板 204與電極126之間的短路。在本實施例中，鏡板204的最大傾斜角由鏡 板204接觸第二襯底107上的著陸端時的角度來限制。隔離物210的高度 影響該角度；較高的隔離物210比較低的隔離物210允許更大的角度。第 二襯底107上的著陸端可以是突出的凸點(bump)，突出的凸點減小了實 際接觸的總表面積?？梢詫⑦@些凸點與鏡板204保持相同的電位以避免焊 接接觸。
在另一個實施例中，鏡板204與鉸鏈206之間的間隙被精確制造，以 使得當鏡板204傾斜至預定角度時，板204的接近鉸鏈206的拐角將接觸 鉸鏈206的末端，這些末端充當機械阻止物。這種情況的發(fā)生是因為鉸鏈 206的連接至鏡板204的部分與鏡板204 —起偏轉，而鉸鏈206的接近支
ii撐壁210的部分保持相對未偏轉。例如，在扭轉鉸鏈206的高度是1微米 的情況下，支撐壁與鉸鏈206之間的0.13微米的間隙將使得鏡板204的最 大傾斜角為15度。
在一個優(yōu)選實施例中，運動阻止物和著陸端都與鏡202的其余部分由 相同材料制成，并且都由第一襯底105制造。在該材料是單晶硅的實施例 中，運動阻止物和著陸端因此由具有長功能壽命的硬材料制成，這允許鏡 陣列103使用較長時間。而且，因為單晶硅是硬材料，所以可以在運動阻 止物與著陸端接觸面積很小的情況下制造運動阻止物和著陸端，這大大減 小了粘附力并且允許鏡板204自由偏轉。而且，這意味著運動阻止物和著 陸端保持為相同電位，這防止了在運動阻止物和著陸端處于不同電位的情 況下通過焊接和電荷注入工藝所發(fā)生的粘附。
圖2b是圖示包括支撐壁210、鏡板204、鉸鏈206和連接器216的單 個微鏡202的下側的透視圖。
圖3a是示出具有九個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列103的頂部和側 面的透視圖。盡管圖3a示出具有三行三列、總共九個微鏡202的微鏡陣列 103，但是其他大小的微鏡陣列103也是可以的。通常，每個微鏡202對 應于視頻顯示器上的一個像素。因此，具有更多微鏡202的更大陣列103 給視頻顯示器提供了更多像素。由于鏡陣列103中的鉸鏈206都平行地面 向一個方向，因此光源在陣列103中的鏡202處被沿著一個方向進行導 向，以被反射以在視頻顯示器上形成投影圖像。
如圖3a所示，微鏡陣列103的表面具有大的填充率。也就是說，微鏡 陣列103的大部分表面由微鏡202的鏡板204的反射表面構成。微鏡陣列 103只有非常小的表面是非反射的。如圖3a所圖示，微鏡陣列103表面的 非反射部分是微鏡202的反射表面之間的區(qū)域。例如，鏡202-1與202-2 之間的區(qū)域的寬度由隔離物壁寬212以及鏡202-1和202-2的鏡板204與 支撐壁210之間的間隙的寬度之和來確定?？梢允归g隙和隔離物壁寬212 與制造工藝所支持的特征尺寸一樣小。因此，在一個實施例中，間隙是 0.2微米，在另一個實施例中，間隙是0.13微米。隨著半導體制造工藝允 許更小的特征尺寸，隔離物壁210和間隙的尺寸可以減小以允許更高的填充率。圖3b是詳細示出圖3a的鏡陣列103的一個鏡202的透視圖。本發(fā) 明的實施例允許85%、 90%或者甚至更高的填充率。
圖4a是示出圖3所示的微鏡陣列103的底部和側面的透視圖。如圖 4a所示，微鏡202的隔離物支撐框架210限定鏡板204之下的空腔。這些 空腔為鏡板204向下偏轉提供空間，并且還允許鏡板204之下的大區(qū)域用 于放置具有電極126的第二層104和/或具有控制電路106的第三層。圖4b 是詳細示出圖4a的鏡陣列103的一個鏡202的透視圖。
圖5a是圖3a和4a所示的具有九個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列 103的俯視圖。例如，對于微鏡202-1，圖5a圖示了鏡板204、隔離物支 撐框架210、扭轉簧鉸鏈206和將鏡板204與扭轉簧206相連的連接器 216。與上面關于圖3a所述一樣，圖5a也清楚地圖示出微鏡陣列103具有 大的填充率。微鏡陣列103的大部分表面由微鏡202-1至202-9的反射表 面構成。圖5a清楚地圖示出如何由反射鏡板204的面積和鏡板204的反射 表面之間的面積來確定填充率。在一個實施例中，鏡板204的反射表面之 間的面積大小由制造工藝的特征尺寸界限來限制。這確定了鏡板204與隔 離物壁210之間的間隙可以制造為多小，以及隔離物壁210可以制造為多 厚。注意，盡管圖2所示的單個鏡202被描述為具有其自己的隔離物支撐 框架210,但是在諸如鏡202-1和202-2之類的鏡之間通常沒有兩個分離的 鄰接隔離物壁210。相反，鏡202-1與202-2之間通常存在支撐框架210的 一個實體隔離物壁。圖5b是詳細示出圖5a的鏡陣列103的一個鏡202的 透視圖。
圖6a是如圖3至5所示的具有九個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列 103的仰視圖。圖6a示出鏡板204的底部以及隔離物支撐框架210、扭轉 簧206和連接器216的底部。在許多實施例中，鏡板204之下的面積足夠 大以允許對電極126和控制電路106的最佳設計和放置以及用于容納可能 的鏡著陸端的空間。圖6b是詳細示出圖6a的鏡陣列103的一個鏡202的 透視圖。
如圖5a和6a可見，垂直于鏡板204的光只有非常少可以經(jīng)過微鏡陣 列103以到達微鏡陣列103之下的任何電極126或控制電路106。這是因為隔離物支撐框架210、扭轉簧206、連接器216和鏡板204對微鏡陣列 103之下的電路提供了幾乎完全的覆蓋。而且，由于隔離物支撐框架210 將鏡板204與微鏡陣列103之下的電路分離，因此以非垂直角度傳播到鏡 板204并經(jīng)過鏡板204的光可能射到隔離物支撐框架210的壁，但不到達 微鏡陣列103之下的電路。由于幾乎沒有入射到鏡陣列103上的強光到達 電路，因此SLM IOO避免了與射到電路上的強光相關的問題。這些問題包 括入射光使電路變熱和入射光光子對電路元件充電，這兩個問題都可能使 得電路誤動作。
在圖3-6中，微鏡陣列103中的每個微鏡202在相同一側具有扭轉簧 206。在一個可替換實施例中，微鏡陣列103中的不同微鏡202在不同側 具有扭轉簧206。例如，返回到圖3a，鏡202-1和202-3可以如圖所示在 同一側具有簧206。相比之下，鏡202-2可以在不同側具有簧206，以使得 鏡202-2的簧206垂直于鏡202-1和202-3的簧206。這允許不同微鏡202-1和202-2的鏡板204以不同方向偏轉，這給予整個鏡陣列103多于一個的 可控自由度。在該可替換實施例中，兩個不同光源(例如，具有不同彩色 光的光源)可被朝著微鏡陣列103導向，并且被微鏡陣列103中的微鏡 202分別地、選擇性地重導向，在視頻顯示器上形成圖像。在這種實施例 中，可以使用多個微鏡202將來自多個光源的光反射至視頻顯示器的同一 像素。例如，兩個不同的彩色光源可被沿著不同方向朝鏡陣列103導向， 并被陣列103反射，以在視頻顯示器上形成多色圖像。在第一側具有扭轉 簧206的微鏡202-1和202-3控制第一光源向視頻顯示器的反射。諸如微 鏡202-2之類的在不同的第二側具有扭轉簧206的微鏡控制第二光源向視 頻顯示器的反射。
圖7a是根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的微鏡702的透視圖。本實施例中 的扭轉簧206被相對于隔離物支撐框架210對角地定向，并將鏡板204分 成兩部分或兩側第一側704和第二側706。兩個電極126與鏡702相 關， 一個電極126用于第一側704并且一個電極126用于第二側706。這 允許任一側704、 706被吸引至下面的電極126之一并且向下樞轉，并且 與圖2-6所圖示的鏡相比，針對同一支撐壁210提供更大的全范圍角運動。圖7b是鏡702的更詳細視圖并且圖示出鏡板204、鉸鏈206和支撐壁 210。圖7c和7d圖示了單個鏡702的下側和鏡702的內(nèi)角部的更詳細視 圖。在其他實施例中，鉸鏈206可以基本平行于鏡板204的各側之一而不 是處于對角關系，但仍然被布置為使得將鏡板204分為兩部分704、 706。
圖8a至8d是由圖7a至7d所述的多個微鏡702組成的鏡陣列的各種 透視圖。圖8a和8b圖示鏡702陣列的頂部和陣列中的一個鏡702的更詳 細視圖。圖8c和8d圖示鏡702陣列的下側和陣列中的一個鏡702的更詳 細視圖。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例涉及表現(xiàn)出高對比率的微鏡陣列體系結構。 下面在題為"高對比率陣列體系結構"的部分中描述這些實施例。 空間光調制器的制造
圖9a是圖示如何制造空間光調制器IOO的一個優(yōu)選實施例的流程圖。 圖9b至9g是更詳細地圖示空間光調制器100的制造的框圖。總的來說， 在第一襯底105上部分地制造微鏡202。另外在第二襯底107上制造電 極、尋址電路和控制電路中的一些或全部。然后將第一襯底105和第二襯 底107粘合在一起。將第一襯底105打薄，然后是光刻和刻蝕步驟。然 后，微鏡202的制造完成。包括封裝在內(nèi)的最后步驟完成了空間光調制器 100。在一個實施例中，鏡陣列103是僅利用各向異性干刻蝕方法由單晶 硅的晶片制造的，僅進行兩次刻蝕來制造鏡陣列103，并且電路是利用標 準CMOS工藝制造的。這提供了制造SLM 100的簡單且廉價的方式。
傳統(tǒng)的空間光調制器是利用包括刻蝕、結構層的沉積、犧牲層的沉積 和去除在內(nèi)的表面微細加工工藝制造的。這些傳統(tǒng)的MEMS制造工藝導致 低成品率、低一致性，并且產(chǎn)生約為1微米或更大的特征尺寸。相比之 下，本發(fā)明的一個實施例使用這樣的半導體制造工藝這些半導體制造工 藝不包括犧牲層、具有高得多的成品率并且允許創(chuàng)建0.13微米或更小的特 征。
參考圖9a，生成(902)第一掩模以最初部分地制造微鏡202。該掩 模限定了要從第一襯底105的一側刻蝕什么來在微鏡陣列103的下側上形 成空腔，這些空腔限定了隔離物支撐框架210和支撐柱208?？梢允褂弥T如光刻之類的標準工藝在第一襯底上形成掩模。如前所述，在一個優(yōu)選實
施例中，微鏡202由諸如單晶硅之類的單一材料形成。因此，在一個優(yōu)選 實施例中，第一襯底105是單晶硅的晶片。注意，在單個晶片上通常制造 多個將用于多個SLM 100中的微鏡陣列103，稍后將該晶片分離。所制造 的用于創(chuàng)建微鏡陣列103的結構通常大于CMOS電路中使用的特征，因 此，利用已知的用于制造CMOS電路的工藝可以較容易地形成微鏡陣列 103。圖9b是圖示制造之前的第一襯底105的側視圖。襯底105最初包括 器件層938、絕緣氧化物層936和處理襯底934,器件層938是制造鏡陣 列103所用的材料。圖9c是圖示了上面具有掩模的第一襯底105的側視 圖。
在生成(902)掩模之后，在優(yōu)選實施例中，對第一襯底105進行各 向異性離子刻蝕(904)，以在鏡板204之下形成空腔。以另一種方式而 言，針對每一個微鏡202在第一襯底中形成"阱"。除各向異性離子刻蝕 之外的其他方法也可以用于形成空腔或"阱"，例如濕法刻蝕或等離子刻 蝕。圖9d是示出刻蝕了空腔的第一襯底105的框圖。
與鏡板204之下的空腔的制造分開，在第二襯底107上制造電極126 和控制電路106。第二襯底107可以是諸如石英之類的透明材料或者另一 種材料。如果第二襯底是石英，則與晶體硅相比，可以由多晶硅來制成晶 體管。可以利用標準CMOS制造工藝來制造(906)電路。例如，在一個 實施例中，在第二襯底107上所制造(906)的控制電路106包括存儲單 元陣列、行地址電路和列數(shù)據(jù)加載電路。存在許多制造執(zhí)行尋址功能的電 路的不同方法。通常所知的DRAM、 SRAM和鎖存器件都可以執(zhí)行尋址功 能。由于鏡板204的面積對于半導體規(guī)模而言可以較大(例如，鏡板204 可以具有225平方微米的面積)，因此在微鏡202之下可以制造復雜的電 路?？赡艿碾娐钒ǖ幌抻谟糜诖鎯r序像素信息的存儲緩沖器、用于 通過以不同的電壓電平驅動電極126來補償鏡板204與電極126分離距離 的可能的不一致性的電路、以及用于執(zhí)行脈寬調制轉換的電路。
該控制電路106被覆蓋以諸如氧化硅或氮化硅之類的鈍化層。接下 來，沉積金屬化層。在一個實施例中，該金屬化層被圖案化并被刻蝕以限定電極126和偏置/復位總線。電極126在制造期間被放置為使得一個或多 個電極126對應于每個微鏡202。與第一襯底105 —樣，通常在第二襯底 107上制造(906)用于多個SLM100的多組電路，稍后將其分離。
接下來，將第一和第二襯底粘合(910)在一起。第一襯底105的具 有空腔的一側與第二襯底的具有電極的一側粘合。對準襯底105和107以 使得第二襯底107上的電極處于適當?shù)奈恢靡钥刂莆㈢R陣列103中的微鏡 202的偏轉。在一個實施例中，通常利用雙焦顯微鏡、通過將第一襯底 105上的圖案與第二襯底107上的圖案對準來光學對準這兩個襯底105和 107，并且通過諸如陽極鍵合或共晶鍵合之類的低溫鍵合方法將這兩個襯 底105和107粘合在一起。對于制造(906)，存在許多可能的可替換實 施例。例如，可以使用熱塑性塑料或者電介質旋涂玻璃粘合材料，以使得 將襯底105和107以熱-機械方式粘合。圖9e是示出粘合在一起的第一襯 底105和第二襯底107的側視圖。
在將第一襯底105和第二襯底107粘合在一起之后，第一襯底105的 未被刻蝕的表面被打薄(912)至期望厚度。首先，如圖9f所示，通常通 過磨削(grind)或刻蝕來去除處理襯底934。然后去除氧化物936。然 后，如果必要的話，則將器件層938打薄或拋光。在一個實施例中，這種 打薄是通過將襯底105機械磨削至使得第一襯底105的所制造的"阱"的 底部與相對一側表面之間厚度接近微鏡202的期望厚度來完成的。在一個 實施例中，這種通過機械磨削獲得的厚度大約是5微米。然后通過機械精 細拋光或化學機械拋光將襯底105拋光至第一襯底105的"阱"的底部與 相對一側表面之間所期望的厚度。該厚度限定了鏡板204的厚度。在一個 實施例中，該期望厚度小于約l微米或更小。圖9g是示出在第一襯底105 被打薄之后，粘合的第一襯底105和第二襯底107的側視圖。
接下來，創(chuàng)建微鏡202的反射表面。這可以通過拋光(913)第一襯 底105以使得第一襯底105的表面是反射性的來完成。也可以在第一襯底 105上沉積(914)反射材料層以創(chuàng)建反射表面。也可以使用用于創(chuàng)建反射 表面的其他方法。
在一個實施例中，沉積(914)鋁反射層。第一襯底105的打薄后的表面被涂敷大約10nm的鈦種子薄膜。然后，沉積大約30nm厚的鋁層以 形成在大部分可見光譜區(qū)具有95%以上的反射率的反射層。圖9h是示出 沉積的反射層932的側視圖。
第一襯底105的反射表面然后被掩模，并且在優(yōu)選實施例中被以較高 的高寬比進行各向異性離子刻蝕(916)，以完成微鏡陣列103的形成并 釋放鏡板204。這種第二刻蝕限定了鏡板204、扭轉簧鉸鏈206和連接器 216。因此，僅利用對第一襯底105的兩次刻蝕來制造微鏡202。這大大降 低了制造微鏡202的成本。圖9i是示出覆蓋有掩模933的第一襯底105的 表面的框圖，圖9j是示出在第二刻蝕之后的包括鏡板204、鉸鏈206、隔 離物支撐框架210和電極126的空間光調制器100的框圖。
在一些實施例中，鉸鏈206被部分地刻蝕以從鏡板204的表面凹進。 而且，在一些實施例中，在進行了限定鏡板204、扭轉簧鉸鏈206和連接 器216的第二刻蝕之后，沉積反射表面。這種反射層例如可以通過以某個 角度向下蒸發(fā)鋁來沉積，所述角度使得該角度的水平向量是從鏡板204至 鉸鏈206。通過這樣的角度，如果鉸鏈206被刻蝕為從鏡板204的表面凹 進，則可以在凹進的鉸鏈206的表面上沉積基本無反射的涂層，以將扭轉 鉸鏈206的表面對入射光的光散射最小化。例如可以在電子槍熱蒸發(fā)器的 反應室中以每秒一納米的沉積速率來進行蒸發(fā)。
在一些實施例中，通過遮蓋層(capping layer)來保護微鏡陣列103， 該遮蓋層可以包括一片玻璃或其他透明材料。在一個實施例中，在微鏡陣 列103的制造期間，在第一襯底105上所制造的每個微鏡陣列103的周邊 附近保留輪緣(rim)。為了保護微鏡陣列103中的微鏡202，將一片玻璃 或其他透明材料與所述輪緣粘合(918)。該透明材料保護微鏡202不受 實體損害。在一個可替換實施例中，利用光刻在玻璃板上的光敏樹脂層中 產(chǎn)生輪緣的陣列。然后對輪緣的上邊緣涂敷環(huán)氧樹脂，并且將玻璃板對準 并將其附接到完成的反射SLM 100。
如上所述，可以由兩個襯底105和107制造多個空間光調制器100; 在第一襯底105中可以制造多個微鏡陣列103，并且可以在第二襯底107 中制造多組電路。制造多個SLM IOO提高了空間光調制器IOO制造工藝的
18效率。然而，如果一次制造多個SLM 100，則必須將其分離成個體的SLM 100。存在許多方法來分離每個空間光調制器100并且使之可用。在第一 方法中，將每個空間光調制器100與組合襯底105和107上的其余SLM 100簡單地管芯分離(920)。然后利用標準封裝工藝來封裝(922)每個 分離后的空間光調制器100。
在第二方法中，在SLM 100被分離之前執(zhí)行晶片級芯片規(guī)模封裝以將 每個SLM 100包封到分離的空腔中并且形成電引腳。這進一步保護了反射 性的可偏轉元件并且降低了封裝成本。在該方法的一個實施例中，將第二 襯底107的背側與焊接凸點粘合(924)。然后刻蝕(926)第二襯底107 的背側以暴露在第二襯底107上制造電路期間所形成的金屬連接器。接下 來，在金屬連接器與焊接凸點之間沉積(928)導線以將這兩者電連接。 最后，多個SLM被管芯分離(930)。
圖10更詳細地圖示了掩模1000的生成(902)和在第一襯底中形成 空腔的刻蝕(904)。在優(yōu)選實施例中，第一襯底是單晶硅的晶片。在第 一襯底上沉積氧化物并將其圖案化。這產(chǎn)生圖IO所示的圖案，其中，區(qū) 域1004是防止襯底之下被刻蝕的氧化物，并且區(qū)域1002是所暴露的襯底 的區(qū)域。所暴露的襯底的區(qū)域1002將被刻蝕以形成空腔。未被刻蝕的區(qū) 域1004保留并且形成隔離物支撐柱208和隔離物支撐框架210。
在一個實施例中，在具有分別以100sccm、 50sccm和10sccm的流動 速率流動的SF6、 HBr和氧氣的反應離子刻蝕室中刻蝕襯底。操作壓力的 范圍在IO至50mTorr，偏置功率是60W，并且源功率是300W。在另一個 實施例中，在分別以100sccm、 50sccm和10sccm的流動速率流動的Cl2、 HBr和氧氣的反應離子刻蝕室中刻蝕襯底。在這些實施例中，刻蝕工藝在 空腔深約3-4微米時停止。該深度是利用原位(in-situ)刻蝕深度監(jiān)視(例 如，原位光學千涉儀技術)或者通過對刻蝕速率進行計時來測量的。
在另一個實施例中，通過各向異性反應離子刻蝕工藝在晶片中形成空 腔。晶片被放置在反應室中。分別以100sccm、 50sccm和20sccm的總流 動速率將SF6、 HBr和氧氣引入到反應室中。在50mTorr的壓力下使用 50W的偏置功率設置和105W的源功率大約5分鐘。然后利用在lmTorr的壓力下利用20sccm的背側氦氣流來冷卻晶片。在一個優(yōu)選實施例中， 刻蝕工藝在空腔深約3-4微米時停止。該深度是利用原位刻蝕深度監(jiān)視 (例如，原位光學干涉儀技術)或者通過對刻蝕速率進行計時來測量的。
圖ll是形成于第二襯底107上的電極126的一個實施例的透視圖。在 本實施例中，每個微鏡202具有相應電極126。在該圖示的實施例中的電 極126被制造得高于第二襯底107上的其余電路。如圖ll所示，電極126 的側面上的材料以有些像金字塔的形狀從電極頂部表面向下傾斜。在其他 實施例中，電極126與第二襯底107上的其余電路位于相同的水平，而不 是在其余電路上方延伸。在本發(fā)明的一個實施例中，電極126是尺寸大約 為IOXIO微米的一個個鋁焊盤。這些電極126被制造在第二襯底107的表 面上。本實施例中的電極126的大表面積使將鏡板204向下拉至機械阻止 物上所需的尋址電壓較低，引起鏡板204以整個預定角偏轉。
圖12是示出第一襯底105上的微鏡陣列103位于第二襯底107上的電 極126和其他電路上方的透視圖。這圖示出在將第一襯底105和第二襯底 107粘合(910)在一起之前，微鏡陣列103中的微鏡202和電極的相對位 置。注意，出于圖示目的，微鏡陣列103中的微鏡202被示出為完成的微 鏡202。然而，在優(yōu)選實施例中，如關于圖9a所述，在將第一襯底105與 第二襯底107粘合之前，可能僅刻蝕了第一襯底105中的鏡板204之下的 空腔。鏡板204、鉸鏈206和連接器216可能還未被制造。在電極126位 于其余電路的水平上方并且電極126的側面上的材料向下傾斜的實施例 中，傾斜材料有助于將第一襯底105正確地定位在第二襯底107上。
圖13圖示用于刻蝕(916)第一襯底105的上表面的掩模的簡化實施 例。在刻蝕(916)步驟中，區(qū)域1302保持暴露，并且被刻蝕以釋放鏡板 204并形成扭轉簧206、連接器216和支撐柱208。其他區(qū)域1304被覆蓋 以光刻膠材料并且不被刻蝕。這些區(qū)域包括鏡板204本身和將會形成鉸鏈 206的材料。如圖13所示，鏡陣列103的大部分表面是反射性的。制造工 藝僅僅創(chuàng)建了將鏡板204與支撐壁210和鉸鏈206分離的小的非反射間 隙。
在將第一襯底105的上表面掩模之后，刻蝕第一襯底105的上表面以釋放鏡板204并形成鉸鏈206。在一個實施例中，在具有分別以 100sccm、 50sccm和10sccm的流動速率流動的SF6、 HBr和氧氣的反應離 子刻蝕室中刻蝕第一襯底105。操作壓力的范圍在IO至50mTorr，偏置功 率是60W，并且源功率是300W。由于刻蝕深度通常小于1微米，因此有 數(shù)種其他制造工藝可以實現(xiàn)相同目的。另一個實施例使用操作壓力為 lOmTorr至50mTorr的(312和氧氣以及分別為50W和300W的刻蝕反應室 的偏置和源功率設置，來實現(xiàn)緊尺寸控制。利用原位刻蝕深度監(jiān)視或者通 過對刻蝕速率進行計時，在期望的深度(在一個實施例中約為5微米深) 停止刻蝕工藝。 操作
在操作中，個體反射元件被選擇性地偏轉并且用于在空間上調制入射 到鏡上并且被鏡反射的光。
圖14是示出在電極126之上的微鏡202的剖面。在操作中，電壓被施 加到電極126以控制電極126之上的相應鏡板204的偏轉。如圖14所示， 當電壓被施加到電極126時，鏡板204被吸引至電極。這使得鏡板204圍 繞扭轉簧206旋轉。當電壓被從電極126去除時，鉸鏈206使得鏡板204 向上回彈。因此，射到鏡板204上的光被以可以通過向電極施加電壓來控 制的方向反射。
一個實施例如下操作。最初，鏡板是未偏轉的。在這種未偏置的狀態(tài) 下，來自光源的、傾斜入射到SLM的輸入光束通過平面鏡板204而被反 射。輸出的經(jīng)反射的光束例如可以由光倉庫(optical dump)來接收。從未 偏轉的鏡板204所反射的光不被反射到視頻顯示器。
當電壓偏置被施加在鏡板204與底部電極126之間時，鏡板204由于 靜電吸引而被偏轉。由于鉸鏈206的設計，鏡板204的自由端被朝著第二 襯底107偏轉。注意，在一個優(yōu)選實施例中，基本所有的彎曲都發(fā)生在鉸 鏈206中而不是鏡板204中。這在一個實施例中可以通過使得鉸鏈寬度 222變細并且僅在兩個末端上將鉸鏈206與支撐柱208相連來實現(xiàn)。如上 所述，鏡板204的偏轉受運動阻止物的限制。鏡板204的全偏轉將輸出的 經(jīng)反射的光束偏轉到成像光學器件中并且偏轉到視頻顯示器。當鏡板204偏轉經(jīng)過"快瑕^ (snap)"或"牽拉(pull)"電壓(在一 個實施例中大約為12伏特)時，鉸鏈206的恢復機械力或扭矩再也無法 平衡靜電力或扭矩，并且鏡板204向下朝著電極126 "快跳"以實現(xiàn)僅由 運動阻止物限制的全偏轉。為了將鏡板204從其全偏轉位置釋放，必須降 低電壓到顯著低于快跳電壓的釋放電壓(例如，在快跳電壓是5.0伏特的 實施例中大約是3.3伏特)。因此，微鏡202是機電雙穩(wěn)態(tài)器件。在給定 釋放電壓與快跳電壓之間的具體電壓的情況下，取決于鏡板204偏轉的歷 史，存在鏡板204可以處在的兩種可能的偏轉角。因此，鏡板204偏轉充 當閂鎖(latch)。這些雙穩(wěn)態(tài)和閂鎖屬性的存在是因為鏡板204的偏轉所 需要的機械力大致與偏轉角成線性關系，而相反作用的靜電力反比于鏡板 204與電極126之間的距離。
由于鏡板204與電極126之間的靜電力取決于鏡板204與電極126之 間的總電壓，因此施加到鏡板204上的負電壓降低了需要施加在電極126 上以實現(xiàn)給定的偏轉量所需要的正電壓。因此，向鏡陣列103施加電壓可 以降低電極126對電壓大小的要求。這可能是有用的，例如因為在一些應 用中，由于5V開關能力在半導體產(chǎn)業(yè)中更加普遍，因此希望將必須施加 到電極126的最大電壓保持在12V以下。另外，在電壓被施加到鏡陣列 103處的情況下對每個電極126進行偏置所需要的電荷量小于在鏡陣列 103被保持為地電位的實施例中所需要的電荷。因此，將適當?shù)碾妷赫_ 地施加到電極126并將鏡板204偏轉所需要的時間相對較快。
由于鏡板204的最大偏轉是固定的，因此在SLM IOO被以經(jīng)過快跳電 壓的電壓進行操作的情況下，SLM 100可被以數(shù)字式的方式操作。因為通 過向相關電極126施加電壓而將鏡板204向下全偏轉，或者在沒有電壓施 加到相關電極126的情況下允許鏡板204向上彈起，所以操作實質上是數(shù) 字的。使得鏡板204向下全偏轉直到被阻止鏡板204偏轉的實體元件所阻 止的電壓被稱為"快跳"或"牽拉"電壓。因此，為了將鏡板204向下全 偏轉，向相應電極126施加等于或大于快跳電壓的電壓。在視頻顯示應用 中，當鏡板204被向下全偏轉時，該鏡板204上的入射光被反射到視頻顯 示器上的相應像素。當允許鏡板204向上彈起時，以不射到視頻顯示器的方向來反射光。
在這種數(shù)字式操作期間，需要在相關鏡板204已被全偏轉之后保持電 極126上的全快跳電壓。在"尋址階段"期間，用于與應該被全偏轉的鏡 板204相對應的選定電極126的電壓被設置為使鏡板204偏轉所需要的電 平。在所述鏡板204已經(jīng)由于電極126上的電壓而偏轉之后，將鏡板204 保持在偏轉位置所需要的電壓小于實際偏轉所需要的電壓。這是因為偏轉 的鏡板204與尋址電極126之間的間隙小于鏡板204處于正被偏轉的過程 時的間隙。因此，在尋址階段之后的"保持階段"中，施加到選定電極 126的電壓可被從其最初的所要求的電平降低，而基本不影響鏡板204的 偏轉狀態(tài)。具有較低的保持階段電壓的一個優(yōu)點是附近的未偏轉鏡板 204受到較小的靜電引力，它們因此保持接近零偏轉位置。這改善了偏轉 的鏡板204與未偏轉的鏡板204之間的光學對比率。
在適當選擇尺寸(在一個實施例中，鏡板204與電極126之間的隔離 物210分離1至5微米并且鉸鏈206厚度為0.05至0.45微米)和材料(例 如單晶硅(100))的情況下，可以使得反射SLM 100具有僅幾伏特的操 作電壓。單晶硅制成的鉸鏈206的扭轉模量例如可以是每平方米每弧度 5x10牛頓。通過將鏡板204保持為適當電壓("負電壓")而不是地電 壓，可以使得電極126用于將相關鏡板204全偏轉的電壓更低。這對于施 加到電極126的給定電壓而言產(chǎn)生更大的偏轉角。最大的負偏置電壓是釋 放電壓，因此當尋址電壓降低至零時，鏡板204可以快跳回未偏轉位置。
也可以以更加"模擬"的方式控制鏡板204偏轉。施加小于"快跳電 壓"的電壓以偏轉鏡板204并且控制入射光所反射的方向。
可替換的應用
除視頻顯示器以外，空間光調制器100在其他應用中也是有用的。一 種這樣的應用是在無掩模光刻中，其中，空間光調制器IOO將光進行導向 以對沉積的光刻膠進行顯影。這消除了對用于以期望的圖案正確地對光刻 膠進行顯影的掩模的需要。
盡管已參考多個實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是相關領域技術 人員將會了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中作出形式和細節(jié)上的改變。例如，也可以通過除靜電吸引之外的方法來偏轉鏡
板204。也可以利用磁、熱或壓電致動來偏轉鏡板204。 高對比率陣列體系結構
空間光調制器器件的性能的一種重要量度是像素區(qū)域中的反射光的強 度與背景的強度之間的對比度。該對比度越大，器件的性能越好。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以利用多種技術來增強反射空間光調制器所 表現(xiàn)出的對比率。根據(jù)某些實施例，可以將器件制造為使得將除可動反射 表面之外的像素陣列元件(例如鉸鏈和/或支撐柱)對入射光隱藏起來。
通過將諸如支撐柱和可動鉸鏈之類的非反射元件布置在像素的反射表 面后面，可以增強空間光調制器器件所提供的對比度。根據(jù)一個實施例， 由犧牲層中的間隙所限定的反射材料的肋將反射表面懸掛在下層的包含鉸 鏈的層之上。根據(jù)可替換的實施例，通過在諸如氧化物之類的介入層中形 成的間隙，將反射表面與下層鉸鏈分離。在這兩種實施例的任一者中，將 相鄰像素區(qū)域分離的壁可以在反射表面之下凹進，以進一步減少對入射光 的不期望的散射并從而增強對比度。
圖15A示出根據(jù)本發(fā)明所制造的光學器件的一個實施例的簡化平面 圖。圖15B示出圖15A的器件的沿B-B'線的剖視圖。圖15C示出圖15A 的器件的沿C-C'線的剖視圖。
光學器件1500包括在下層CMOS襯底1504上由位于拐角1502a處的 柱1506所支撐的連續(xù)反射表面1502。鉸鏈結構1508允許反射表面1502 相對于柱1506頂上固定在適當位置的部分1510而傾斜。
圖15B和15C示出反射表面1502是材料的堆疊物1503的最上層。具 體地，通過使與上層的反射表面一體的鋁肋1512a突出，可以使厚度約為 1000-5000A的鋁層1512懸掛在包括導電(Ti/Al)層組合1514和硅1516 的下層堆疊物1503之上。在下面結合圖15F-15N詳細描述這些整體肋的 形成。
圖15D示出在不存在上層反射表面的情況下，CMOS襯底1504的平 面圖。圖15E是圖15D的襯底的沿E-E'線的剖視圖。這些圖示出了由凸起 的相交的氧化物壁1503而分開的個體像素區(qū)域1501。如圖15B所示，氧化物壁1503相對于相鄰反射表面的高度而凹進。這種配置減少了由氧化 物壁暴露的頂部造成的不期望的反射和散射，這種不期望的反射和散射可 能使器件所提供的對比度降低。下面會結合圖15M詳細討論凹進的氧化物 壁的制造。
每個像素區(qū)域1501包括由電介質材料1522分開的電極對1520a和 1520b。對電極1520a和1520b交替施加電壓在電極與相應鏡結構之間產(chǎn)生 靜電吸引。這種引力使反射表面的位置相對于入射光變動，使得像素或者 是反射性的(亮)或者是非反射性的(暗)。圖15D-15E還示出著陸焊盤 1524，著陸焊盤1524被配置來使位于其上的傾斜的反射表面的被吸引拐 角保持恒定電位。
圖15A-15E所示出的器件提供了某些能夠增強其性能的特征。已經(jīng)討 論過的一個這種特征是將相鄰像素區(qū)域分隔開的氧化物壁的凹進特征。因 此這些壁的頂部在反射表面的平面之下，所以來自這些壁的頂部的入射光 的散射被減少并且器件的對比度保持較高。
圖15A-15E的光學器件中增強性能的另一個特征是在支撐柱結構和撓 性鉸鏈結構之上創(chuàng)建反射表面。這些非反射功能的撓性鉸鏈結構像素元件 上層的這種反射表面的存在還可以減少從邊緣結構和未對準結構散射的不 期望光的量，從而有利地增強對比率。
現(xiàn)在結合圖15F-15N的剖視圖來討論圖15A-15E的光學器件的制造， 圖15F-15N是沿圖15A的B-B'線得到的。
圖15F示出初始制造步驟，其中提供了 CMOS襯底1504，其包括像 素區(qū)域1501，像素區(qū)域1501具有由電介質材料1522分開的電極1520a-b。相鄰的像素區(qū)域1501由突起的具有初始高度的氧化物壁1503a分開。 圖15A-15B所示的柱也從CMOS襯底向上延伸但并未在圖15F-15N的剖 視圖中示出，其與突起的氧化物壁表現(xiàn)出相同的初始高度。圖15F還示出 被放置為與氧化物壁的頂部接觸的絕緣體上硅(SOI)襯底1530，其包括 嵌在硅層1534和1536內(nèi)的氧化物層1532。
圖15G示出去除了硅1536和氧化物1532以顯露氧化物壁1503a和柱 (未示出)頂上的硅1534。硅層1534形成被如下所述制造的反射堆疊物的基礎。
在圖15H中，在硅層1534上沉積包括Ti/Al的導電層組合1514。層 組合1514的Al成分是導電的，并且層組合1514的Ti成分用于提升Al與 下層硅之間的粘附。
在圖151中，在導電層1514上方對第一光刻膠掩模1538進行圖案 化，留下與將要形成的鉸鏈結構的任一側上的開口 1540相對應的暴露區(qū) 域。
在圖15J中，通過刻蝕來去除導電層1514和下層的硅層1532的暴露 部分，以限定鉸鏈結構1508和周圍硅層中的相鄰幵口。然后將第一光刻 膠層剝離。
在圖15K中，在圖案化的粘附層上形成第二光刻膠掩模1542。該第 二光刻膠掩模1542穿入并占據(jù)用于限定鉸鏈結構1508的間隙。第二光刻 膠掩模1542還限定開口 1543a和過孔1543b。如圖15L所示，過孔1543b 被定位為用于接收所沉積的反射鋁材料1512，從而形成將該反射鋁表面懸 掛在下層的硅層上的凸出物或肋1512a，在所述下層的硅層中限定了可動 鉸鏈。
圖15L還示出所沉積的鋁1512之上的第三光刻膠掩模1550的圖案 化。由第三光刻膠掩模1550限定的間隙1552對應于像素區(qū)域的邊界和下 層的凸起的氧化物壁1503a的位置。
在圖15M中，間隙1552之下的第二光刻膠掩模1542的開口 1543a中 所沉積的鋁層1512、導電層1514、硅1532a和凸起的氧化物壁1503a的上 面部分被刻蝕，從而限定個體像素反射表面1502并使得氧化物壁1503變 得凹進。盡管在圖15M的剖視圖中未示出，但是柱在該過程中未被刻蝕并 且保持為其全高度以支撐反射堆疊物。
圖15N示出工藝流程的完成，其中，第二光刻膠掩模和第三光刻膠掩 模都被去除，留下連續(xù)反射表面1502，連續(xù)反射表面1502包括被過孔的 前一位置中存在的整體凸起物/肋1512a支撐在包含鉸鏈的硅層之上的鋁層 1512。在這種方式下，光學器件1500包括被支撐在柱1506和可動鉸鏈部 分之上的連續(xù)反射表面，以使得柱和鉸鏈元件都不能將入射光散射、減小對比度和降低器件性能。
圖15A-15N中示出的工藝流程和產(chǎn)生的SLM器件的實施例僅代表根 據(jù)本發(fā)明所制造的器件的一個示例。其他配置也是可以的。
例如，盡管圖15A-15N的方法采用犧牲光刻膠層來布置將反射表面懸 掛在下層硅之上的肋，但是這不是本發(fā)明必須的。
圖16A-16F圖示出一系列的簡化剖視圖，這些簡化剖視示出根據(jù) 本發(fā)明的工藝流程和產(chǎn)生的結構的可替換實施例以及高性能的光學器件的 實施例。
該可替換工藝流程的初始步驟與先前在圖15F-15H中示出的工藝流程 并行。然而，在圖16A中，直接在導電層組合1514上沉積連續(xù)氧化物層 畫。
在圖16B中，在氧化物層之上將第一光刻膠掩模1602圖案化，暴露 鉸鏈1508的任一側上的開口 1604。然后通過刻蝕來去除所暴露的氧化物 層1600、導電層1514和硅層1532的在開口 1604之下的部分，以限定鉸 鏈部分1508。
在圖16C中，第一光刻膠掩模被剝離，并被替換為第二光刻膠掩模 1610。第二光刻膠掩模1610是旋涂的，以使得其穿入先前在鉸鏈結構 1508的任一側上限定的間隙1604，但被圖案化為使得其被從鉸鏈1508之 上排除。然后，由第二掩模1610所暴露的鉸鏈1508上層的氧化物材料被 刻蝕并去除。
在圖16D中，第二光刻膠掩模被剝離，然后被替換為在掩模1620中 所圖案化的第三光刻膠層。然后，僅第三光刻膠掩模1620的上部區(qū)域 1620a被顯影至某一深度，該深度與第三光刻膠層的厚度相對應，但不包 括由鉸鏈間隙、導電層1514和氧化物層1600所提供的組合的另外深度。
在圖16E中，第三光刻膠層的上面部分被去除，留下較深部分1620b 保持在硅層的鉸鏈部分之間的間隙中。然后在氧化物和顯影不足的光刻膠 上沉積鋁層1630。
然后，還如圖16E所示，在Al層1630上對第四光刻膠掩模1640進 行圖案化，留下間隙1642暴露像素間區(qū)域。然后，在圖16F中，在由第四光刻膠掩模所暴露的像素間區(qū)域中刻蝕 鋁層1640、氧化物1630、導電層1514、硅層1532，以限定反射表面 1601。同樣在該刻蝕步驟期間，通過刻蝕將氧化物壁1503的頂部部分去
除以使得其在反射表面的位置之下凹進。而且，柱不受該刻蝕步驟影響并 且保持其全高度以在下層CMOS襯底上支撐像素的反射表面。
同樣在圖16F中示出的是最終光刻膠剝離步驟，其中，來自第三和第 四光刻膠掩模的材料被去除，以顯露堆疊物1603，堆疊物1603包括懸掛 在空間1650上的鋁反射表面1601，空間1650在由硅層1532中的相鄰開 口所限定的鉸鏈上方。
結合圖16A-16F在上面示出并描述的可替換實施例提供了更加閉合和 緊密的反射表面的優(yōu)點，沒有首先描述的實施例的凹進。該可替換實施例 也只需從對等離子體而言更易處理的不太閉合的位置處對較小量的光刻膠 的去除，從而縮短了光刻膠去除步驟的持續(xù)時間。
盡管以上是對本發(fā)明的各種具體實施例的完整描述，但是不應認為上 述描述是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由權利要求限定。
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權利要求
1.一種用于制造反射像素的方法，該方法包括提供帶有導電層并且由CMOS襯底上的下層柱支撐的硅層；在第一光刻膠掩模的間隙中刻蝕穿所述導電層和所述硅層，以限定與所述硅層中的可動鉸鏈部分相鄰的開口；在由所述導電層上的被圖案化的第二光刻膠掩模所限定的過孔中沉積反射材料；以及去除所述第二光刻膠掩模留下所述反射材料，所述反射材料被所述過孔的此前位置處的凸出物支撐在所述導電層和鉸鏈之上。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括將所述反射材料上的第三光刻膠掩模圖案化，以暴露像素間區(qū)域； 刻蝕像素間區(qū)域中的所述反射材料和所述硅層以限定離散的像素；以及在同 一步驟中去除所述第二光刻膠掩模和所述第三光刻膠掩模。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，所述CMOS襯底還包括所述像素 間區(qū)域中的凸起的壁，所述方法還包括在刻蝕像素間區(qū)域中的所述反射材 料和所述硅層的步驟期間刻蝕所述凸起的壁。
4. 如權利要求1所述的方法，其中，提供所述硅層包括提供絕緣體 上硅(SOI)襯底，然后去除絕緣體材料和背側硅以產(chǎn)生所述硅層。
5. 如權利要求1所述的方法，其中，沉積所述反射材料包括沉積鋁。
6. 如權利要求1所述的方法，還包括在所述反射材料與所述硅層之間 形成所述導電層的粘附成分。
7. —種用于制造反射像素的方法，該方法包括 提供由CMOS襯底上的下層柱支撐的硅層； 在所述硅層上形成電介質層；在第一光刻膠掩模的間隙中刻蝕穿所述電介質層和所述硅層，以限定 與所述硅層中的可動鉸鏈部分相鄰的開口 ； 去除所述可動鉸鏈上的所述電介質層；在所述開口中形成光刻膠材料；在所述電介質和所述光刻膠材料上沉積反射材料；以及 去除所述光刻膠材料以留下所述反射材料，所述反射材料與所述可動 鉸鏈間隔開。
8.如權利要求7所述的方法，還包括將所述反射材料上的第二光刻膠掩模圖案化，以暴露像素間區(qū)域； 刻蝕像素間區(qū)域中的所述反射材料、所述電介質層和所述硅層，以限定離散的像素；以及在同 一步驟中去除所述第二光刻膠掩模和所述反射材料。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述CMOS襯底還包括所述像素間區(qū)域中的凸起的壁，所述方法還包括在刻蝕像素間區(qū)域中的所述反射材料和所述硅層的步驟期間刻蝕所述凸起的壁。
10. 如權利要求7所述的方法，其中，提供所述硅層包括提供絕緣 體上硅(SOI)襯底，然后去除絕緣體材料和背側硅以產(chǎn)生所述硅層。
11. 如權利要求7所述的方法，其中，沉積所述反射材料包括沉積鋁。
12. 如權利要求7所述的方法，其中，從所述鉸鏈上去除所述電介質 包括將第三光刻膠掩模圖案化以暴露所述鉸鏈上的所述電介質材料的一部 分；以及刻蝕所述部分。
13. 如權利要求7所述的方法，其中，形成所述電介質層包括沉積氧 化硅。
14. 如權利要求7所述的方法，其中，在所述開口中形成所述光刻膠 材料包括在所述氧化物上形成光刻膠； 僅對所述光刻膠的上部區(qū)域進行顯影；以及去除所述光刻膠的經(jīng)顯影的上部區(qū)域，以在所述開口中留下所述光刻 膠的未被顯影的下部區(qū)域。
15. 如權利要求7所述的方法，還包括在所述反射材料與所述硅層之 間形成導電層。
16. —種反射結構，其包括柱之上的可動堆疊物和具有電極的下層 CMOS襯底，所述可動堆疊物包括限定可動鉸鏈部分的硅層和被支撐在所 述可動鉸鏈上的反射表面。
17. 如權利要求16所述的反射結構，其中，所述反射表面被所述反射 表面的一體的向下凸起物支撐在所述可動鉸鏈上。
18. 如權利要求16所述的反射結構，其中，所述反射表面被限定所述 鉸鏈上的間隔的電介質層支撐在所述可動鉸鏈上。
19. 如權利要求16所述的反射結構，其中，所述反射表面包括鋁。
20. 如權利要求16所述的反射結構，其中，所述反射表面覆蓋在所述 柱和所述可動鉸鏈結構上。
全文摘要
本發(fā)明公開了制造具有高對比率的反射空間光調制器的方法。通過將諸如支撐柱和可動鉸鏈之類的非反射元件布置在像素的反射表面后面，可以增強空間光調制器器件所提供的對比度。根據(jù)一個實施例，由犧牲層中的間隙所限定的反射材料的一體的肋將反射表面懸掛在下層的包含鉸鏈的層之上。根據(jù)可替換的實施例，由在諸如氧化物之類的介入層中形成的間隙將反射表面與下層鉸鏈分離。在任一實施例中，將相鄰像素區(qū)域分離的壁可以在反射表面之下凹進，以進一步減少對入射光的不期望的散射并從而增強對比度。
文檔編號B81C1/00GK101316790SQ200680044605
公開日2008年12月3日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權日2005年9月29日
發(fā)明者曉 楊, 陳東敏, 黃克剛 申請人:明銳有限公司