微機電系統(tǒng)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微機電系統(tǒng)(microelectromechanicalsystem, MEMS)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，機械元件可制造得較小。舉例而言，可通過半導(dǎo)體制作工藝來制造微小的機械元件(例如，MEMS元件)，且可通過電力來驅(qū)動MEMS元件。因此，包含MEMS元件的裝置或元件(例如，電子元件)可制造得較小或通過使用大量的MEMS單元而實現(xiàn)較多或較好的功能。
[0003]數(shù)字微鏡元件(digitalmicro-mirror device, DMD)為一種 MEMS 元件，且具有配置成陣列且由電力驅(qū)動的多個微鏡(micro-mirror)。DMD可充當(dāng)反射性顯示面板。與具有液晶層以及導(dǎo)致大量光損失的偏光器的液晶顯示面板相比，DMD具有高反射率的微鏡以便實現(xiàn)高的光效率。
[0004]在DMD中，通過靜電力來驅(qū)動微鏡的擺動(swing)。當(dāng)微鏡擺動至開啟狀態(tài)時，微鏡將光自照明系統(tǒng)反射至投影鏡頭。當(dāng)微鏡擺動至關(guān)閉狀態(tài)時，微鏡將光反射至偏離投影鏡頭的方向。開啟狀態(tài)的時間長與關(guān)閉狀態(tài)的時間長的比率決定畫面中的像素的灰度。如何有效地使用靜電力來切換微鏡的狀態(tài)及如何改良DMD的使用壽命對于實現(xiàn)高可靠性、大操作范圍(operat1n window)以及長使用壽命的顯示器是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS元件，其具有大操作范圍、高可靠性以及長使用壽命ο
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種MEMS元件，包含基板以及配置于基板上的至少一個MEMS單元。MEMS單元包含至少一個第一電極、至少一個第二電極、至少一個著陸部件以及鉸鏈層。第一電極配置于基板上。第二電極配置于基板上。著陸部件配置于基板上。鉸鏈層包含鉸鏈部分以及至少一個懸臂部分。鉸鏈部分連接至第二電極。懸臂部分連接至鉸鏈部分。懸臂部分具有第一開口以及配置于第一開口中且連接至第一開口的至少一側(cè)的至少一個彈簧。當(dāng)電壓差存在于第一電極與第二電極之間時，鉸鏈部分變形且彈簧因此觸碰著陸部件。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的實施例的MEMS元件中，在鉸鏈部分變形后，彈簧觸碰著陸部件。因此，當(dāng)?shù)谝浑姌O與第二電極之間的電壓差消失時，彈力使懸臂部分較容易離開著陸部件，且有效地防止了懸臂部分黏附于著陸部件上。因此，鉸鏈層對電壓差的回應(yīng)得以改良，以使得所施加的電壓的量值以及時間點的操作范圍擴大，且MEMS元件的可靠性提高。此外，因為彈力使懸臂部分較容易離開著陸部件，所以用以切換鉸鏈層的狀態(tài)的靜電力可減小。因此，懸臂部分撞擊著陸部件的力減小，以便提高M(jìn)EMS元件的使用壽命。
[0008]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0009]圖1A為本發(fā)明的實施例的MEMS元件的示意性橫截面圖；
[0010]圖1B為圖1A中的MEMS元件的示意性分解圖；
[0011]圖1C為圖1A中的鉸鏈層的示意性俯視圖；
[0012]圖2A及圖2B為在鉸鏈部分變形時分別處于兩種不同狀態(tài)的如圖1A所示的MEMS元件的示意性橫截面圖；
[0013]圖3A為本發(fā)明的另一實施例的鉸鏈層的示意性俯視圖；
[0014]圖3B為圖3A的實施例的第一間隔物層的示意性俯視圖；
[0015]圖4為本發(fā)明的另一實施例的鉸鏈層的示意性俯視圖；
[0016]圖5為本發(fā)明的另一實施例的鉸鏈層的示意性俯視圖；
[0017]圖6為本發(fā)明的另一實施例的鉸鏈層的示意性俯視圖；
[0018]圖7為本發(fā)明的另一實施例的MEMS元件的示意性俯視圖。
[0019]符號說明
[0020]100、100e:MEMS 元件
[0021]110:基板
[0022]200:MEMS 單元
[0023]210:第一電極
[0024]220:第二電極
[0025]230:著陸部件
[0026]240、240a、240b、240c、240d:鉸鏈層
[0027]241、241a、241d:第一開口
[0028]242:鉸鏈部分
[0029]243、243a、243d:彈簧
[0030]244:懸臂部分
[0031]245:相對側(cè)
[0032]245a、245d:側(cè)
[0033]246:連接部分
[0034]247a、247b、247c、247d:自由末端
[0035]248:主要部分
[0036]249:相對末端
[0037]250:第三電極
[0038]260:光學(xué)組件
[0039]270:第一間隔物層
[0040]270a:第一間隔物
[0041]272、272a:第二開口
[0042]280:第二間隔物層
[0043]290:鏡面層
[0044]2432d:突起
[0045]S:操作空間
【具體實施方式】
[0046]現(xiàn)將詳細(xì)地參考本發(fā)明的實施例，所述實施例的實例說明于附圖中。只要有可能，相同元件符號在附圖及描述中用來表示相同或相似部分。
[0047]圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的MEMS元件的示意性橫截面圖，圖1B為圖1A中的MEMS元件的示意性分解圖，圖1C為圖1A中的鉸鏈層的示意性俯視圖，且圖2A及圖2B為在鉸鏈部分變形時分別處于兩種不同狀態(tài)的如圖1A所示的MEMS元件的示意性橫截面圖。參看圖1A至圖1C、圖2A及圖2B，此實施例中的MEMS元件100包含基板110以及配置于基板110上的至少一個MEMS單元200 ( 一個MEMS單元200例示性地展示于圖1A中)。MEMS單元200包含至少一個第一電極210 (三個第一電極210例示性地展示于圖1B中)、至少一個第二電極220 (兩個第二電極220例示性地展示于圖1B中)、至少一個著陸部件230 (兩個著陸部件230例示性地展示于圖1B中)以及鉸鏈層240。
[0048]第一電極210、第二電極220以及著陸部件230配置于基板110上。鉸鏈層240包含鉸鏈部分242以及至少一個懸臂部分244 (兩個懸臂部分244例示性地展示于圖1B中)。鉸鏈部分242連接至第二電極220。在此實施例中，鉸鏈部分242具有分別連接至第二電極220的兩個相對末端249。懸臂部分244連接至鉸鏈部分242。在此實施例中，懸臂部分244中的每一者經(jīng)由變窄的連接部分246而連接至鉸鏈部分242。
[0049]懸臂部分244中的每一者具有第一開口 241以及配置于第一開口 241中且連接至第一開口 241的至少一側(cè)的至少一個彈簧243 ( —個第一開口 241中有一個彈簧243例示性地展示于圖1B中)。在此實施例中，彈簧243連接至第一開口 241的兩個相對側(cè)245以便連接至懸臂部分244的主要部分248，主要部分248具有第一開口 241。詳言之，彈簧243可為連接至第一開口 241的兩個相對側(cè)245的可撓性條帶；亦即，可撓性條帶的兩個相對末端分別連接至第一開口 241的兩個相對側(cè)245。在此實施例中，彈簧243的延伸方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于鉸鏈部分242的延伸方向。
[0050]當(dāng)電壓差存在于第一電極210與第二電極220之間時，鉸鏈部分242變形且彈簧243因此觸碰著陸部件230。在此實施例中，鉸鏈層240包含分別連接至鉸鏈部分242的兩個相對側(cè)的兩個懸臂部分244，且MEMS單元200還包含配置于基板110上的至少一個第三電極250 (三個第三電極250例示性地展示于圖1B中)。第一電極210以及第三電極250分別配置于兩個懸臂部分244下。
[0051]在此實施例中，鉸鏈層240與著陸部件230兩者都由導(dǎo)電材料制成，且鉸鏈層240電連接至第二電極220。因此，施加至第二電極220的電壓也施加至鉸鏈層240。
[0052]當(dāng)電壓差存在于第一電極210與第二電極220之間時，由于靜電力，懸臂部分244中的一者(例如，圖1A及圖1B中的右懸臂部分244)移向?qū)?yīng)的第一電極210，以使得右彈簧243觸碰右著陸部件230，如圖2A所示。另一方面，當(dāng)電壓差存在于第三電極250與第二電極220之間時，由于靜電力，懸臂部分244中的另一者(例如，圖1A及圖1B中的左懸臂部分244)移向?qū)?yīng)的第三電極250，以使得鉸鏈部分242變形且左彈簧243因此觸碰左著陸部件230，如圖2B所示。
[0053]在此實施例的MEMS元件100中，在鉸鏈部分242變形后，彈簧243觸碰著陸部件230。因此，當(dāng)?shù)谝浑姌O210與第二電極220之間(或第三電極250與第二電極220之間)的電壓差消失時，彈力使懸臂部分244較容易離開著陸部件230 (亦即，懸臂部分244自圖2A(或圖2B)所示的狀態(tài)移動至圖1A所示的狀態(tài))，且有效地防止了懸臂部分244黏附于著陸部件230上。因此，鉸鏈層240對電壓差的回應(yīng)得以改善，以使得所施加的電壓的量值以及時間點的操作范圍擴大，且MEMS元件100的可靠性提高。
[0054]此外，因為彈