数字微镜器件及其形成方法

专利名称：数字微镜器件及其形成方法
技术领域：
本发明涉及投影仪技术领域，尤其涉及数字微镜器件及其形成方法。
背景技术：
DMD(digital mirror device)数字微镜器件是一种整合的微机电上层结构电路单元(MEMS superstructure cell)，它是利用CMOS SRAM记忆晶胞所制成。DMD上层结构的制造是从完整CMOS内存电路开始，再透过光罩层的使用，制造出铝导电层和硬化光阻层 (hardened photoresist)交替的上层结构,铝导电层包括地址电极(address electrode)、 绞链(hinge)、轭(yoke)和反光镜，硬化光阻层则作为牺牲层(sacrificial layer)，用来形成空气间隔(air gaps)。铝导电层经过溅镀沉积(sputter-d印osited)以及电浆蚀刻 (plasma-etched)处理形成地址电极(address electrode)、绞链(hinge)、轭(yoke)禾口反光镜；牺牲层则经过电浆去灰(plasma-ashed)处理，以便制造出层间的空气间隙。每个反光镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于「0N」状态时，反光镜会旋转至+12度，记忆晶胞处于「OFF」状态，反光镜会旋转至-12度。只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反光镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得「0N」状态的反光镜看起来非常明亮，ΓOFFJ状态的反光镜看起来就很黑暗。利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD芯片，即可得到彩色显示效果。图1为现有技术中的一种数字微镜的立体分解图，参考图1，现有技术的数字微镜形成在基底10上，其中基底10上形成有CMOS电路结构，该CMOS电路结构为微镜器件控制电路结构。现有技术的数字微镜包括反光镜11、位于所述反光镜11下方且与所述反光镜 11相对的轭板(yoke) 12，铰链13，在所述反光镜11和轭板12之间具有电势差时，轭板12 与所述反光镜11之间具有静电力，所述反光镜11可绕所述铰链13旋转预定的角度。反光镜11具有反光镜支柱111，反光镜11通过反光镜支柱111与铰链13连接。数字微镜还包括反光镜地址电极14，所述反光镜地址电极14与所述基底10上的CMOS电路结构连接， 通过CMOS电路结构向反光镜地址电极14提供电压，反光镜地址电极14与反光镜11电连接，从而CMOS电路结构通过反光镜地址电极14向反光镜11提供电压，使反光镜11具有预定的电势。数字微镜还包括轭板地址电极15，所述轭板地址电极15与所述基底10上的 CMOS电路结构连接，通过CMOS电路结构向轭板地址电极15提供电压，轭板地址电极15与轭板12电连接，从而CMOS电路结构通过轭板地址电极15向轭板12提供电压，使轭板12 具有预定的电势。在基底10和轭板12之间具有偏置/复位总线(bias/reset bus) 16。以上所述的现有技术的数字微镜器件结构复杂，成品率低，驱动电压高(功耗
1 ) O

发明内容
本发明解决的问题是现有技术的数字微镜器件结构复杂，成品率低，驱动电压高(功耗高)。为解决上述问题，本发明提供一种数字微镜器件，包括基底，所述基底上形成有微镜器件控制电路结构；位于所述基底上的数字微镜阵列，数字微镜阵列中的每一数字微镜包括一个反光镜、两个第一极板、两个第二极板、铰链；所述两个第二极板位于所述基底上，与所述微镜器件控制电路结构电连接；所述两个第一极板位于所述两个第二极板上方，且分别与所述两个第二极板相对；所述铰链位于所述第二极板上方；所述反光镜位于所述第一极板上方，且所述反光镜通过第一插栓与两个第一极板电连接，所述反光镜通过第二插栓与所述铰链电连接；在所述第一极板或第二极板之间具有电压差时，所述反光镜绕所述铰链偏转；还包括两个卡口，所述铰链两端分别可活动设于所述两个卡口内，所述卡口固定且与所述微镜器件控制电路结构电连接，在所述铰链与所述卡口接触时，所述卡口与所述铰链电连接。可选的，还包括两个连接端，位于所述两个第二极板之间，所述第二极板通过第三插栓与所述微镜器件控制电路结构电连接，所述连接端通过第四插栓与所述微镜器件控制电路结构电连接；所述卡口通过第五插栓与所述连接端电连接。可选的，所述卡口包括底板、顶板以及侧壁；所述底板与所述第五插栓电连接，所述顶板与所述底板相对，所述侧壁连接所述底板与所述顶板。可选的，所述铰链包括导电层和介质层，所述导电层靠近所述第二极板，所述介质层远离所述第二极板。可选的，所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层靠近所述第二极板，所述介质层远离所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有压应力。可选的，所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层靠近所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有拉应力。本发明还提供一种形成数字微镜器件的方法，包括提供基底，所述基底上形成有微镜器件控制电路结构；在所述基底上形成第二极板、两个连接端以及第二极板、两个连接端与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓和第四插栓；形成第一牺牲层，覆盖所述第二极板、两个连接端和基底形成的表面，在所述第一牺牲层的表面形成第一极板；形成第二牺牲层，覆盖所述第一极板和所述第一牺牲层，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五插栓，在所述第五插栓上形成所述卡口的底板；形成第三牺牲层，覆盖所述第二牺牲层、所述卡口的底板，在所述第三牺牲层表面形成铰链；形成第四牺牲层，覆盖所述第三牺牲层和铰链，在所述第四牺牲层和第三牺牲层中形成卡口的侧壁、第四牺牲层的表面形成卡口的顶板；形成第五牺牲层，覆盖所述第四牺牲层和所述卡口，在所述第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层中形成第一插栓、在所述第四牺牲层和第五牺牲层中形成第二插栓；在所述第五牺牲层和第一插栓、第二插栓形成的表面上形成反光镜，所述反光镜与所述第二插栓电连接；去除第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层以及第一牺牲层。可选的，所述在所述基底上形成第二极板、两个连接端以及第二极板、两个连接端与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓和第四插栓包括在所述基底上形成介质层；图形化所述介质层，形成第三通孔和第四通孔；在所述第三通孔和第四通孔中沉积导电材料形成第三插栓和第四插栓，第三通孔对应形成第三插栓，第四通孔对应形成第四插栓；在所述图形化的介质层和第三插栓、第四插栓形成的表面形成导电层；图形化所述导电层，形成第二极板、连接端。可选的，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五插栓，在所述第五插栓上形成所述卡口的底板包括图形化所述第二牺牲层和第一牺牲层，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五通孑L ；在所述第五通孔的侧壁形成介质层；在所述第五通孔的侧壁形成介质层后，在所述第五通孔内填满导电材料，形成第五插栓；在所述第五插栓和所述第二牺牲层组成的表面上形成导电层；图形化所述导电层，形成卡口的底板。可选的，所述在所述第三牺牲层表面形成铰链包括在所述第三牺牲层表面依次形成导电层、介质层；图形化所述导电层和介质层，形成铰链。可选的，所述在所述第四牺牲层和第三牺牲层中形成卡口的侧壁、第四牺牲层的表面形成卡口的顶板包括在所述第四牺牲层表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述第四牺牲层，在所述第四牺牲层中形成开口，所述开口暴露出所述底板远离铰链的边缘部分；在所述开口的侧壁、底部以及所述第四牺牲层的表面形成导电层；图形化所述导电层，保留所述开口侧壁、底部以及与所述底板相对的第四牺牲层表面的导电层，形成卡口的侧壁以及顶板，其中与所述底板相对的导电层为顶板，连接顶板和底板的开口侧壁的导电层为卡口的侧壁。与现有技术相比，本发明具有以下优点本技术方案的数字微镜器件，结构简单，而且，铰链的两端可活动于卡口内，因此铰链对力比较敏感，这样可以提高数字微镜器件的灵敏度。
进一步的，铰链包括导电层和介质层，由于介质层的存在，介质层的强度大于导电层的强度，相对于现有技术中仅包括导电层的铰链，提高了铰链的强度，从而可以提高铰链的可靠性(也就是说，提高铰链可以转动的次数)。进一步的，位于所述第二极板上方的第一极板也包括导电层和介质层，所述介质层靠近所述第二极板，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有压应力。由于介质层对导电层的压应力的存在，当第一极板和第二极板之间具有电势差，具有吸引力时，第一极板较容易向第二极板方向偏转，从而反光镜容易偏转，这样第一极板和第二极板之间的电势差相对于现有技术可以降低，因此可以降低驱动电压，从而可以降低功耗。


图1是现有技术的数字微镜的立体分解示意图；图2是本发明具体实施例的数字微镜的立体分解示意图；图3为本发明具体实施方式
的形成数字微镜器件的方法的流程图；图4a、4b 图20a、图20b为本发明具体实施例的形成数字微镜器件的方法的剖面结构示意图，其中，各幅a图为图2中所示的a-a方向的剖面结构示意图，各幅b图为图 2中所示的b-b方向的剖面结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明具体实施例的数字微镜器件。图2为本发明具体实施例的数字微镜器件的立体结构示意图，图20a为图2所示的数字微镜器件沿a-a方向的剖面结构示意图，图20b为图2所示的数字微镜器件沿b_b 方向的剖面结构示意图，其中a-a方向垂直于b-b方向，结合参考图2和图20a、图20b，本发明的数字微镜器件，包括基底30，所述基底30上形成有微镜器件控制电路结构31 ；位于所述基底30上的数字微镜阵列，数字微镜阵列中的每一数字微镜包括反光镜36、两个第一极板35、两个第二极板33、铰链34 ；所述两个第二极板33位于所述基底30上，与所述微镜器件控制电路结构31电连接；所述两个第一极板35位于所述两个第二极板33上方，且所述两个第一极板35与所述两个第二极板33相对设置；所述铰链34位于所述第二极板33 上方；所述反光镜36位于所述第一极板35上方，且所述反光镜36通过第一插栓361与第一极板35电连接，所述反光镜36通过第二插栓362与所述铰链34电连接，所述铰链34与所述微镜器件控制电路结构电连接；在所述第一极板35和第二极板33之间具有电压差时， 所述反光镜36绕所述铰链34偏转。本发明中，数字微镜器件还包括两个卡口 37，所述铰链34两端分别设于所述两个卡口 37内且处于悬浮状态，所述卡口 37固定且与所述微镜器件控制电路结构31电连接。铰链的两端悬浮于卡口内，因此铰链对力比较敏感，这样可以提高数字微镜器件的灵敏度。本发明中，结合参考图20a和图20b，所述铰链34包括导电层341和介质层342， 所述导电层341靠近所述第二极板33，所述介质层342远离所述第二极板33。本发明中， 由于介质层342的存在，介质层342的强度大于导电层341的强度，相对于现有技术中仅包括导电层的铰链，提高了铰链的强度，从而可以提高铰链的可靠性(也就是说，铰链可以转动的次数)，提高数字微镜的使用寿命。结合参考图2和图20b，在本发明中，所述第一极板35包括导电层351和介质层 352，所述介质层352远离所述第二极板33，所述导电层351靠近所述第二极板33，所述介质层352相对于所述导电层351具有压应力。由于介质层352对导电层351的压应力的存在，使得第一极板35的边缘相对于中央向第二极板33靠近，当第一极板35和第二极板33 之间具有电势差，具有吸引力时，第一极板35较容易向第二极板33方向偏转，这样第一极板35和第二极板33之间的电势差相对于现有技术可以降低，因此可以降低驱动电压，从而可以降低功耗。在另一实施例中也可以所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层靠近所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有拉应力，使得第一极板35的边缘相对于中央向第二极板靠近。结合参考图2以及图20a、图20b，本发明具体实施例中，两个第一极板35厚度相同，两者的上下表面均在同一平面上，且两者之间具有一定间距。两个第一极板35的形状在本发明具体实施例中相同，且均为三角形，然而，第一极板35的形状不限于三角形，可以为任意形状的平板。所述铰链34位于两个第一极板35之间，但在本发明具体实施例中，铰链；34的平面与两个第一极板35的不在一个平面内。结合参考图2以及图20a、图20b，本发明具体实施例中，每一个数字微镜还包括两个连接端332 ；所述两个连接端位于两个第二极板33之间。两个第二极板33厚度相同，两者的上下表面均在同一平面上，且两者之间具有一定间距。两个第二极板33的形状在本发明具体实施例中相同，且均为三角形，然而，第二极板33的形状不限于三角形，可以为任意形状的平板。在本发明具体实施例中，第一极板35和第二极板33的形状相同。所述第二极板33通过第三插栓333与所述微镜器件控制电路结构电连接，所述连接端332通过第四插栓334与所述微镜器件控制电路结构电连接，所述卡口 37通过第五插栓343与两个连接端332电连接。因此，结合参考图2以及图20a和图20b，本发明具体实施例中，反光镜36通过第一插栓361与第一极板35电连接，通过第二插栓362与铰链34 电连接，铰链；34的两端可活动设于卡口 37内，也就是悬浮在卡口 37内，卡口 37通过第五插栓343、连接端332以及第四插栓334与微镜器件控制电路结构31电连接，在铰链34与卡口 37接触后，铰链34与卡口具有相同的电势，因此通过第一插栓361与卡口 37电连接的第一极板35也具有与卡口相同的电势。参考图16b，第二极板33通过第三插栓333与微镜器件控制电路结构电连接，即微镜器件控制电路结构通过第三插栓333向第二极板33提供由热供电势。结合参考图20a和图20b，本发明具体实施例中，卡口 37具有一底板371、与底板 371相对的顶板373，以及与所述底板371和顶板373连接的侧壁372，其中，底板371与所述第五插栓343的顶部接触、且与所述第五插栓343电连接，所述铰链34的两端悬置于底板371和顶板373之间。本发明中，卡口 37的形状不限于以上本发明具体实施例中限定的形状。本发明具体实施例的数字微镜的工作原理为通过微镜器件控制电路结构向第一极板35和第二极板33提供电压，控制第一极板35和第二极板33之间的电势差，使其中一个第一极板35和第二极板33之间具有吸引力，由于第一极板35和反光镜36连接，因此第一极板35在第二极板33的吸引力的作用下可以带动反光镜36绕铰链34旋转预定的角度。由于具有两个第一极板和两个第二极板，因此反光镜36根据具有电势差的其中一个第一极板和第二极板决定偏转的方向。反光镜36旋转的角度与第一极板35和第二极板33 之间的电势差有关。在反光镜36绕铰链旋转时，铰链的两端悬浮于卡口内，因此铰链对力比较敏感，这样可以提高数字微镜器件的灵敏度。本发明具体实施例中，所述铰链34的介质层342、所述第一极板35的介质层352 的材料选自氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅其中之一或者他们的任意组合。所述铰链 34的导电层341、所述第一极板35的导电层351、所述第二极板33、所述卡口 37的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、镍、钴其中之一或者他们的任意的组合；或者，选自多晶硅、 非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅其中之一或者他们的任意组合。根据以上所述的本发明的数字微镜器件，本发明还提供了一种形成数字微镜器件的方法。为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合

本发明具体实施方式
的形成数字微镜器件的方法，图3本发明具体实施例的形成数字微镜器件的方法的流程图，参考图3，本发明具体实施例的形成数字微镜器件的方法包括步骤Si，提供基底，所述基底上形成有微镜器件控制电路结构；步骤S2，在所述基底上形成第二极板、两个连接端以及第二极板、两个连接端与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓和第四插栓；步骤S3，形成第一牺牲层，覆盖所述第二极板、两个连接端和基底形成的表面，在所述第一牺牲层的表面形成第一极板；步骤S4，形成第二牺牲层，覆盖所述第一极板和所述第一牺牲层，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五插栓，在所述第五插栓上形成所述卡口的底板；步骤S5，形成第三牺牲层，覆盖所述第二牺牲层、所述卡口的底板，在所述第三牺牲层表面形成铰链；步骤S6，形成第四牺牲层，覆盖所述第三牺牲层和铰链，在所述第四牺牲层和第三牺牲层中形成卡口的侧壁、第四牺牲层的表面形成卡口的顶板；步骤S7,形成第五牺牲层，覆盖所述第四牺牲层和所述卡口，在所述第五牺牲层、 第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层中形成第一插栓、在所述第四牺牲层和第五牺牲层中形成第二插栓；步骤S8，在所述图形化的第五牺牲层和第一插栓、第二插栓形成的表面上形成反光镜，所述反光镜与所述第二插栓电连接；步骤S9，去除第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层以及第一牺牲层。为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明的形成数字微镜器件的方法，下面结合附图以及具体实施例详细说明本发明形成数字微镜器件的方法。图如、仙 图20a、图 20b为本发明具体实施例的形成数字微镜器件的方法的剖面结构示意图，其中，各幅a图为图2中所示的a-a方向的剖面结构示意图，各幅b图为图2中所示的b_b方向的剖面结构示意图，结合参考图3和图4a、4b 图20a、图20b详细说明本发明具体实施例的形成数字微镜器件的方法。结合参考图3和图如、图4b，执行步骤Sl，提供基底30，所述基底30上形成有微镜器件控制电路结构31。本发明具体实施例中，所述微镜器件控制电路结构31为CMOS SRAM 电路结构。结合参考图3和图5a、图恥，执行步骤S2，在所述基底30上形成第二极板33、两个连接端332以及第二极板33、两个连接端332与所述微镜器件控制电路结构31连接的第三插栓333和第四插栓334。本发明具体实施例中，所述在所述基底30上形成第二极板33、连接端332以及第二极板33、连接端332与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓333和第四插栓334 包括在所述基底30上形成介质层；图形化所述介质层，形成第三通孔和第四通孔；在所述第三通孔和第四通孔中填充导电材料，形成第三插栓333和第四插栓334，第三通孔对应形成第三插栓333，第四通孔对应形成第四插栓334;在所述图形化的介质层和第三插栓、第四插栓形成的表面形成导电层；图形化所述导电层，形成第二极板33、连接端332。本发明中，形成第二极板33、连接端332后，沉积介质材料于第二极板33、连接端332之间的间隙， 该介质材料起到保护第二极板33、连接端332以及绝缘的作用。其中，基底30上形成的介质层的材料可以选自氧化硅、碳氧化硅、氮氧化硅等本领域技术人员公知的介质层材料其中之一或者他们的任意组合，形成介质层的方法为化学气相沉积，利用化学气相沉积形成介质层后，对介质层进行平坦化工艺，使介质层的表面平坦化。之后在介质层的表面利用旋涂法形成光刻胶层，利用曝光、显影工艺图形化光刻胶层，形成图形化的光刻胶层，定义出第三通孔和第四通孔，然后以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀介质层，形成图形化的介质层， 在介质层中形成第三通孔和第四通孔，之后灰化去除图形化的光刻胶。接着，在第三通孔和第四通孔内填充导电材料，形成第三插栓和第四插栓。本发明具体实施例中，第二极板33、 连接端332间隙中的介质材料可以选自氧化硅、碳氧化硅、氮氧化硅等本领域技术人员公知的介质材料其中之一或者他们的任意组合，形成介质材料的方法为化学气相沉积，利用化学气相沉积形成介质材料后，对介质材料进行平坦化工艺。本发明具体实施例中，在所述第三插栓和第四插栓中填充导电材料之前，还包括扩散阻挡层，覆盖所述第三通孔的侧壁和底部、第四通孔的侧壁和底部；之后，在所述第三通孔和第四通孔内填充导电材料形成第三插栓333和第四插栓334，所述导电材料并覆盖所述扩散阻挡层。所述导电材料为铜或钨或者导电的非金属，导电的非金属可以为重参杂的多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅等。结合参考图3和图6a、图6b，执行步骤S3，形成第一牺牲层41，覆盖所述第二极板、两个连接端和基底形成的表面，在所述第一牺牲层的表面形成第一极板。本发明具体实施例中，第一牺牲层41的材料为非晶碳，形成第一牺牲层41的方法为其形成方法为CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。形成第一牺牲层41后，在所述第一牺牲层上形成第一极板。本发明具体实施例中，所述第一极板35包括导电层351和介质层352，所述第一极板35的导电层351靠近所述第二极板33，所述第一极板35的介质层 352远离所述第二极板33，所述第一极板35的介质层352相对于所述第一极板35的导电层351具有压应力。由于介质层对导电层的压应力的存在，使得第一极板35的边缘相对于中央向第二极板靠近，当第一极板和第二极板之间具有电势差，具有吸引力时，第一极板较容易向第二极板方向偏转，这样第一极板和第二极板之间的电势差相对于现有技术可以降低，因此可以降低驱动电压，从而可以降低功耗。形成第一极板35的方法包括在所述第一牺牲层41表面上依次形成导电层352、介质层351，即先形成导电层352，之后再形成介质层 351，该介质层351覆盖导电层；图形化导电层352和介质层351，形成第一极板35。所述第一极板35的介质层的材料选自氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅其中之一或者他们的任意组合。所述第一极板35的导电层的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、镍、钴其中之一或者他们的任意的组合。在另一实施例中也可以所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层靠近所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有拉应力，使得第一极板35的边缘相对于中央向第二极板靠近。结合参考图3和图10a、图10b，执行步骤S4，形成第二牺牲层42，覆盖所述第一极板和所述第一牺牲层41，在所述第二牺牲层42和第一牺牲层41中形成第五插栓343，在所述第五插栓343上形成所述卡口的底板371。具体为参考图7a和图7b，本发明具体实施例中，第二牺牲层42的材料为非晶碳，形成第二牺牲层42的方法为CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。第二牺牲层42覆盖第一极板33和所述第一牺牲层41，也就是说，在第一极板33和所述第一牺牲层41组成的表面上形成第二牺牲层42。本发明具体实施例中，形成第二牺牲层42后，在第一牺牲层41和第二牺牲层42 中形成第五插栓的方法具体包括参考图8a和图8b，图形化所述第二牺牲层42和第一牺牲层41，在所述第二牺牲层42和第一牺牲层41中形成第五通孔421。参考图9a和图％， 在所述第五通孔421的侧壁形成介质层422 ；在所述第五通孔421的侧壁形成介质层422 后，在所述第五通孔421内填满导电材料，形成第五插栓343。本发明具体实施例中，在所述第五通孔421的侧壁形成介质层422后，在所述第五通孔内填满导电材料之前，还包括在所述第五通孔的侧壁和底部形成扩散阻挡层423，所述扩散阻挡层423在第五通孔的侧壁覆盖第五通孔侧壁的介质层422 ；在所述第五通孔的侧壁和底部形成扩散阻挡层后，在所述第五通孔内填满导电材料，形成第五插栓。也就是说，在本发明的其他实施例中，也可以没有扩散阻挡层423，在第五通孔的侧壁形成介质层后，用导电材料填满第五通孔形成第五插栓。本发明具体实施例中，所述第五通孔侧壁的介质层的材料为氧化硅，在第五通孔的侧壁形成介质的方法为利用化学气相沉积方法沉积氧化硅于第五通孔内，并填满第五通孔，之后利用平坦化工艺平坦化高于第一牺牲层表面的氧化硅，接着利用干法刻蚀工艺去除第五通孔内的氧化硅，保留第五通孔侧壁的预定厚度的氧化硅。其中，第五通孔侧壁的介质层的作用为在之后去除图形化的第一牺牲层后，介质层可以起到支撑第五插栓的作用。本发明中，第五通孔侧壁的介质层的材料不限于氧化硅，其可以选自氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅其中之一或者他们的任意组合。第五通孔内的导电材料为铜或钨或者导电的非金属，导电的非金属可以为重参杂的多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶错娃等。参考图IOa和图10b，形成第五插栓343后，在所述第五插栓343上形成所述卡口的底板371。本发明具体实施例中，底板371的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、镍、钴其中之一或者他们的任意的组合。在所述第五插栓343上形成所述卡口的底板371的方法为利用气相沉积方法形成导电层，该导电层覆盖第二牺牲层以及第五插栓，之后，图形化该导电层形成底板371。其中，图形化导电层的方法为本领域技术人员的公知常识，此不做赘述。结合参考图3和图11a、图11b，执行步骤S5，形成第三牺牲层43，覆盖所述第二牺牲层42、所述卡口的底板371，在所述第三牺牲层43表面形成铰链34。具体为本发明具体实施例中，第二牺牲层42的材料为非晶碳，形成第二牺牲层42的方法为CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。形成第三牺牲层43后，在所述第三牺牲层43表面形成铰链34。 本发明具体实施例中，铰链；34包括导电层341和介质层342，所述导电层341靠近所述第一极板35、第二极板33，所述介质层342远离所述第一极板35、第二极板33，也就是说，导电层341位于所述第三牺牲层43上，介质层342位于导电层341上。本发明具体实施例中， 由于介质层342的存在，介质层342的强度大于导电层341的强度，相对于现有技术中仅包括导电层的铰链，提高了铰链的强度，从而可以提高铰链的可靠性(也就是说，铰链可以转动的次数)，提高数字微镜的使用寿命。本发明具体实施例中，形成铰链34的方法为在所述第三牺牲层43的表面上依次形成导电层、介质层；图形化所述图形化的第三牺牲层43上的导电层和介质层，形成铰链34。所述铰链34的介质层342的材料选自氧化硅、碳化硅、 氮氧化硅、碳氧化硅其中之一或者他们的任意组合。所述铰链34的导电层341的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、镍、钴其中之一或者他们的任意的组合；或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅其中之一或者他们的任意组合。结合参考图3和图15a、图15b，执行步骤6，形成第四牺牲层44，覆盖所述第三牺牲层43和铰链34，在所述第四牺牲层44和第三牺牲层43中形成卡口的侧壁372、在第四牺牲层44的表面形成卡口的顶板373。具体为结合参考图1 和图12b，形成第四牺牲层44，覆盖所述第三牺牲层43和铰链34。 本发明具体实施例中，第四牺牲层44的材料为非晶碳，形成第四牺牲层42的方法为CMOS 工艺中的普通的化学气相沉积工艺。结合参考图13a和图13b，图形化所述第四牺牲层44，在所述第四牺牲层44中形成开口 441，所述开口 441暴露出所述卡口的底板371远离铰链的边缘部分。其中，图形化第四牺牲层44的方法为在第四牺牲层44的表面形成光刻胶层；之后图形化所述光刻胶层，定义出开口 441的位置；然后以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀第四牺牲层44，形成开口 441 ；最后灰化去除光刻胶层。结合参考图1 和图14b，在所述开口 441的侧壁、底部以及图形化的第四牺牲层 44的表面上形成导电层372 ‘，形成介质层374，所述介质层374填满开口 441且覆盖所述导电层372'。本发明具体实施例中，导电层372'的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、 镍、钴其中之一或者他们的任意的组合；或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅其中之一或者他们的任意组合，采用物理气相沉积方法形成导电层372'。介质层374的材料选自氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅其中之一或者他们的任意组合， 利用化学气相沉积方法形成介质层374。结合参考图15a和图15b，图形化所述导电层372 ‘和介质层374，形成卡口的侧壁372和顶板373。本发明具体实施例中，图形化所述导电层372'和介质层374时，保留了开口内的介质层和导电层，其中，与顶板373和底板371均接触的导电层作为卡口的侧壁 372。图形化所述导电层372'和介质层374的方法为在所述介质层374的表面上形成光刻胶层，图形化所述光刻胶层定义出侧壁372和顶板373的位置，以图形化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀介质层374和导电层372'形成卡口的侧壁372和顶板373，最后灰化去除图形化的光刻胶层。结合参考图3和图18a、图18b，执行步骤S7，形成第五牺牲层45，覆盖所述第四牺牲层44和所述卡口 37，在所述第五牺牲层45、第四牺牲层44、第三牺牲层43、第二牺牲层 42中形成第一插栓361、在所述第四牺牲层44和第五牺牲层45中形成第二插栓362。所述第一插栓361与第一极板35电连接，第二插栓362与之后形成的反光镜电连接。具体为结合参考图16a、图16b，形成第五牺牲层45，覆盖所述第四牺牲层44和所述卡口 37。本发明具体实施例中，第四牺牲层44的材料为非晶碳，形成第四牺牲层44的方法为 CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。结合参考图17a、图17b，图形化所述第五牺牲层45、第四牺牲层44、第三牺牲层 43、第二牺牲层42，在所述第五牺牲层45、第四牺牲层44、第三牺牲层43、第二牺牲层42中形成第一通孔451，图形化所述第五牺牲层45、第四牺牲层44，在所述第五牺牲层45、第四牺牲层44中形成第二通孔452。可以先形成第一通孔451，之后再形成第二通孔452 ；也可以先形成第二通孔452，之后再形成第一通孔451。以先形成第一通孔451，之后再形成第二通孔452为例详述第一通孔451和第二通孔452的形成方法在第五牺牲层45的表面形成第一光刻胶层，图形化第一光刻胶层定义出第一通孔451，然后以图形化的第一光刻胶层为掩膜依次刻蚀第五牺牲层45、第四牺牲层44、第三牺牲层43、第二牺牲层42形成第一通孔451，接着灰化去除图形化的第一光刻胶层。形成第一通孔451后，形成第二光刻胶层， 覆盖第一通孔的底部、侧壁和第五牺牲层45 ；图形化第二光刻胶层定义出第二通孔452 ；然后，以图形化的第二光刻胶层为掩膜依次刻蚀第五牺牲层45、第四牺牲层44，在第五牺牲层45、第四牺牲层44中形成第二通孔452。本领域技术人员根据以上所述的具体实施例以及本领域技术人员的公知技术，可以毫无疑问的推知先形成第二通孔452，之后再形成第一通孔451的方法。结合参考图18a和图18b，在第一通孔451中形成第一插栓361，在第二开口 452 中形成第二插栓362。本发明具体实施例中，形成第一插栓361的方法为在所述第一通孔 451的侧壁形成介质层(图中未标号)；在所述第一通孔451的侧壁和底部形成扩散阻挡层 (图中未标号)，扩散阻挡层在第一通孔451的侧壁覆盖第一通孔451侧壁的介质层；在所述第一通孔451内填满导电材料，形成第一插栓361。本发明具体实施例中，所述第一通孔 451侧壁的介质层的材料为氧化硅，在第一通孔451侧壁形成介质的方法为利用化学气相沉积方法沉积氧化硅于第一通孔451内并填满第一通孔451，之后利用平坦化工艺平坦化高于第五牺牲层45表面的氧化硅，接着利用干法刻蚀工艺去除第一通孔451内的氧化硅， 保留第一通孔451侧壁的预定厚度的氧化硅。其中，第一通孔451侧壁的介质层的作用为 在之后去除图形化的第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层和第一牺牲层后， 介质层可以起到支撑第一插栓361的作用。其中第一插栓361和第二插栓362可以在同一工艺中形成，也可以在分别形成，可以先形成第一插栓361，也可以先形成第二插栓。第一通孔和第二通孔内的导电材料为铜或钨或者导电的非金属，导电的非金属可以为重参杂的多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅等。结合参考图3和图19a、图19b，执行步骤S8，在所述图形化的第五牺牲层45和第一插栓361、第二插栓362形成的表面上形成反光镜36，所述反光镜36与所述第二插栓362 电连接。本发明具体实施例中，形成反光镜36包括在所述图形化的第五牺牲层45和第一插栓361、第二插栓362形成的表面上形成导电层；图形化所述导电层形成反光镜36。反光镜36的材料选自金、银、铜、铝、钛、铬、钼、镉、镍、钴其中之一或者他们的任意的组合；或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗、非晶锗、多晶锗硅、非晶锗硅其中之一或者他们的任意组合。利用物理气相沉积方法形成导电层，之后对导电层进行平坦化工艺；接着，在平坦化后的导电层上形成光刻胶层，利用曝光、显影工艺图形化光刻胶层，形成图形化的光刻胶层； 之后，以图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀导电层形成反光镜36，然后灰化去除图形化的光刻胶层。结合参考图3和图20a、图20b，执行步骤S9，去除第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层以及第一牺牲层。本发明具体实施例中，去除图形化的第五牺牲层、图形化的第四牺牲层、图形化的第三牺牲层、图形化的第二牺牲层以及第一牺牲层的方法为等离化氧气形成氧等离子体；在温度范围为150°C 450°C的条件下使所述氧等离子体流过图形化的第五牺牲层、图形化的第四牺牲层、图形化的第三牺牲层、图形化的第二牺牲层以及第一牺牲层，灰化所述非晶碳。以上所述的具体实施例中，所述第一牺牲层、第二牺牲层、第三牺牲层、第四牺牲层以及第五牺牲层的材料为非晶碳，在其他实施例中，第一牺牲层、第二牺牲层、第三牺牲层、第四牺牲层以及第五牺牲层的材料也可以为光刻胶、二氧化硅、锗或者非晶硅。当然，第一牺牲层、第二牺牲层、第三牺牲层、第四牺牲层以及第五牺牲层的材料发生变化以后，形成第一牺牲层、第二牺牲层、第三牺牲层、第四牺牲层以及第五牺牲层的方法也相应的需要进行变化，其均为本领域技术人员的常用技术手段，在此不做赘述。需要说明的是，光刻胶的去除方法和非晶碳的去除方法相同，此不做赘述。去除二氧化硅的方法为利用HF蒸汽去除二氧化硅。去除非晶硅的方法为禾Ij用包含SF6、02* CHF3的混合气体的等离子体等离子刻蚀所述非晶硅以去除非晶硅。本发明的数字微镜器件，结构简单，而且，铰链的两端可活动设于卡口内，因此铰链对力比较敏感，这样可以提高数字微镜器件的灵敏度。进一步的，铰链包括导电层和介质层，由于介质层的存在，介质层的强度大于导电层的强度，相对于现有技术中仅包括导电层的铰链，提高了铰链的强度，从而可以提高铰链的可靠性(也就是说，铰链可以转动的次数)。进一步的，位于所述第二极板上方的第一极板也包括导电层和介质层，所述介质层靠近所述第二极板，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有压应力，所述导电层相对于所述介质层具有拉应力。由于介质层对导电层的压应力的存在， 当第一极板和第二极板之间具有电势差，具有吸引力时，第一极板较容易向第二极板方向偏转，从而反光镜较容易向第二极板方向偏转，这样第一极板和第二极板之间的电势差相对于现有技术可以降低，因此可以降低驱动电压，从而可以降低功耗。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种数字微镜器件，其特征在于，包括 基底，所述基底上形成有微镜器件控制电路结构；位于所述基底上的数字微镜阵列，数字微镜阵列中的每一数字微镜包括一个反光镜、 两个第一极板、两个第二极板、铰链；所述两个第二极板位于所述基底上，与所述微镜器件控制电路结构电连接； 所述两个第一极板位于所述两个第二极板上方，且分别与所述两个第二极板相对； 所述铰链位于所述第二极板上方；所述反光镜位于所述第一极板上方，且所述反光镜通过第一插栓与两个第一极板电连接，所述反光镜通过第二插栓与所述铰链电连接；在所述第一极板或第二极板之间具有电压差时，所述反光镜绕所述铰链偏转； 还包括两个卡口，所述铰链两端分别可活动设于所述两个卡口内，所述卡口固定且与所述微镜器件控制电路结构电连接，在所述铰链与所述卡口接触时，所述卡口与所述铰链电连接。
2.如权利要求1所述的数字微镜器件，其特征在于，还包括两个连接端，位于所述两个第二极板之间，所述第二极板通过第三插栓与所述微镜器件控制电路结构电连接，所述连接端通过第四插栓与所述微镜器件控制电路结构电连接；所述卡口通过第五插栓与所述连接端电连接。
3.如权利要求2所述的数字微镜器件，其特征在于，所述卡口包括底板、顶板以及侧壁；所述底板与所述第五插栓电连接，所述顶板与所述底板相对，所述侧壁连接所述底板与所述顶板。
4.如权利要求1 3任一项所述的数字微镜器件，其特征在于，所述铰链包括导电层和介质层，所述导电层靠近所述第二极板，所述介质层远离所述第二极板。
5.如权利要求1 3任一项所述的数字微镜器件，其特征在于，所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层靠近所述第二极板，所述介质层远离所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有压应力。
6.如权利要求1 3任一项所述的数字微镜器件，其特征在于，所述第一极板包括导电层和介质层，所述导电层远离所述第二极板，所述介质层靠近所述第二极板，所述介质层相对于所述导电层具有拉应力。
7.一种形成权利要求3所述的数字微镜器件的方法，其特征在于，包括 提供基底，所述基底上形成有微镜器件控制电路结构；在所述基底上形成第二极板、两个连接端以及第二极板、两个连接端与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓和第四插栓；形成第一牺牲层，覆盖所述第二极板、两个连接端和基底形成的表面，在所述第一牺牲层的表面形成第一极板；形成第二牺牲层，覆盖所述第一极板和所述第一牺牲层，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五插栓，在所述第五插栓上形成所述卡口的底板；形成第三牺牲层，覆盖所述第二牺牲层、所述卡口的底板，在所述第三牺牲层表面形成铰链；形成第四牺牲层，覆盖所述第三牺牲层和铰链，在所述第四牺牲层和第三牺牲层中形成卡口的侧壁、第四牺牲层的表面形成卡口的顶板；形成第五牺牲层，覆盖所述第四牺牲层和所述卡口，在所述第五牺牲层、第四牺牲层、 第三牺牲层、第二牺牲层中形成第一插栓、在所述第四牺牲层和第五牺牲层中形成第二插栓；在所述第五牺牲层和第一插栓、第二插栓形成的表面上形成反光镜，所述反光镜与所述第二插栓电连接；去除第五牺牲层、第四牺牲层、第三牺牲层、第二牺牲层以及第一牺牲层。
8.如权利要求7所述的形成数字微镜器件的方法，其特征在于，所述在所述基底上形成第二极板、两个连接端以及第二极板、两个连接端与所述微镜器件控制电路结构连接的第三插栓和第四插栓包括在所述基底上形成介质层；图形化所述介质层，形成第三通孔和第四通孔；在所述第三通孔和第四通孔中沉积导电材料形成第三插栓和第四插栓，第三通孔对应形成第三插栓，第四通孔对应形成第四插栓；在所述图形化的介质层和第三插栓、第四插栓形成的表面形成导电层； 图形化所述导电层，形成第二极板、连接端。
9.如权利要求7所述的形成数字微镜器件的方法，其特征在于，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五插栓，在所述第五插栓上形成所述卡口的底板包括图形化所述第二牺牲层和第一牺牲层，在所述第二牺牲层和第一牺牲层中形成第五通孔；在所述第五通孔的侧壁形成介质层；在所述第五通孔的侧壁形成介质层后，在所述第五通孔内填满导电材料，形成第五插栓；在所述第五插栓和所述第二牺牲层组成的表面上形成导电层； 图形化所述导电层，形成卡口的底板。
10.如权利要求7所述的形成数字微镜器件的方法，其特征在于，所述在所述第三牺牲层表面形成铰链包括在所述第三牺牲层表面依次形成导电层、介质层； 图形化所述导电层和介质层，形成铰链。
11.如权利要求7所述的形成数字微镜器件的方法，其特征在于，所述在所述第四牺牲层和第三牺牲层中形成卡口的侧壁、第四牺牲层的表面形成卡口的顶板包括在所述第四牺牲层表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述第四牺牲层，在所述第四牺牲层中形成开口，所述开口暴露出所述底板远离铰链的边缘部分；在所述开口的侧壁、底部以及所述第四牺牲层的表面形成导电层； 图形化所述导电层，保留所述开口侧壁、底部以及与所述底板相对的第四牺牲层表面的导电层，形成卡口的侧壁以及顶板，其中与所述底板相对的导电层为顶板，连接顶板和底板的开口侧壁的导电层为卡口的侧壁。
全文摘要
一种数字微镜器件及其形成方法，数字微镜器件包括基底，其上形成有微镜器件控制电路结构；数字微镜阵列，数字微镜阵列中的每一数字微镜包括反光镜、两个第一极板、两个第二极板、铰链；两个第二极板位于基底上，与微镜器件控制电路结构电连接；两个第一极板位于两个第二极板上方，且分别与两个第二极板相对；铰链位于第二极板上方；反光镜位于第一极板上方，且反光镜通过第一插栓与两个第一极板电连接，反光镜通过第二插栓与铰链电连接；在第一极板或第二极板之间具有电压差时，反光镜绕铰链偏转；还包括两个卡口，铰链两端分别设于两个卡口内且处于悬浮状态。本技术方案结构简单，铰链的两端悬浮于卡口内，可以提高数字微镜器件的灵敏度。
文档编号B81C1/00GK102360120SQ20111029619
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者唐德明, 毛剑宏 申请人:上海丽恒光微电子科技有限公司