УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ СТРУКТУР В УСТРОЙСТВЕ НА ОСНОВЕ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Российский патент 2010 года по МПК G02B26/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройствам на основе микроэлектромеханических систем. В частности, оно относится к тонкопленочным структурам в устройствах на основе микроэлектромеханических систем и к электромеханическим и оптическим откликам таких тонкопленочных структур.

Уровень техники

На сегодняшний день с использованием микротехнологий может быть изготовлено множество устройств на основе микроэлектромеханических систем (MEMS-устройств). Примеры этих MEMS-устройств включают двигатели, насосы, клапаны, переключатели, датчики, элементы изображения и т.д.

Часто в этих MEMS-устройствах используются принципы и явления, относящиеся к различным областям, например оптической, электрической и механической. Такие принципы и явления, которые, по-видимому, трудно применить на макроскопическом уровне, могут стать чрезвычайно полезными на микроскопическом уровне MEMS-устройств, где масштаб подобных явлений возрастает. Например, электростатические силы, которые в общем случае считаются слишком слабыми для использования на макроскопическом уровне, на микроскопическом уровне являются достаточно сильными, чтобы активировать MEMS-устройства, часто на высоких скоростях и с низким потреблением энергии.

Материалы, применяемые в MEMS-устройствах, обычно выбирают, исходя из присущих им свойств в оптической, электрической и механической областях, а также характерного отклика на входной сигнал, например напряжение возбуждения или включения.

Одной из проблем, связанных с изготовлением MEMS-устройств, является то, что в некоторых случаях материал с очень хорошим откликом на входной сигнал, например оптическим откликом на падающий свет, может также иметь нежелательный отклик на входной сигнал, например электромеханический отклик на напряжение возбуждения или включения. Чтобы устранить или, по меньшей мере, уменьшить нежелательный отклик, необходимо найти или разработать новые материалы, что часто сопровождается значительными затратами.

Другой проблемой, связанной с изготовлением MEMS-устройств, является то, что иногда материал, выбранный на основе его характерного отклика, может быть поврежден при воздействии химических веществ, используемых в конкретном микротехнологическом процессе, это приводит к снижению характерного отклика на входной сигнал, демонстрируемого материалом.

Раскрытие изобретения

Согласно одному из вариантов настоящего изобретения предлагается MEMS-устройство, имеющее подложку, которое содержит электродный слой, образованный на упомянутой подложке, диэлектрический слой, образованный на упомянутом электродном слое, первый слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом диэлектрическом слое, второй слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом первом слое противотравильного барьера, полость, расположенную над упомянутым вторым слоем противотравильного барьера, и подвижный слой, расположенный над упомянутой полостью.

Согласно другому варианту настоящего изобретения предлагается MEMS-устройство, содержащее проводящее средство, предназначенное для пропускания электрического сигнала, опорное средство, предназначенное для поддержки упомянутого проводящего средства, изолирующее средство, предназначенное для электрической изоляции упомянутого проводящего средства, первое защитное средство, предназначенное для защиты упомянутого изолирующего средства, второе защитное средство, предназначенное для защиты упомянутого первого защитного средства, и задающее средство, предназначенное для задания полости, имеющей переменный размер.

Согласно следующему варианту настоящего изобретения предлагается способ изготовления MEMS-устройства, содержащий следующие этапы: наносят электродный слой на подложку, наносят диэлектрический слой на упомянутый электродный слой, наносят слой, препятствующий травлению, на упомянутый диэлектрический слой и наносят защитный слой на упомянутый слой, препятствующий травлению.

Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предлагается способ изготовления MEMS-устройства, содержащий следующие этапы: наносят электродный слой на подложку, наносят первый диэлектрический слой на упомянутый электродный слой, наносят второй диэлектрический слой на упомянутый первый диэлектрический слой, наносят третий диэлектрический слой на упомянутый второй диэлектрический слой, наносят первый жертвенный слой на упомянутый третий диэлектрический слой, выполняют предварительное травление для удаления части упомянутого первого жертвенного слоя, таким образом, открывая, по меньшей мере, часть упомянутого третьего диэлектрического слоя, и наносят второй жертвенный слой на оставшуюся часть упомянутого первого жертвенного слоя и открытую часть упомянутого третьего диэлектрического слоя.

Согласно другому варианту настоящего изобретения предлагается MEMS-устройство, содержащее подложку, электродный слой, расположенный на подложке, слой, улавливающий заряды, который расположен на упомянутом электродном слое, причем упомянутый слой, улавливающий заряды, предназначен для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов, и первый слой противотравильного барьера, расположенный на упомянутом слое, улавливающем заряды.

Согласно следующему варианту настоящего изобретения предлагается способ изготовления MEMS-устройства, содержащий следующие этапы: наносят электродный слой на подложку, наносят слой, улавливающий заряды, на упомянутый электродный слой, причем упомянутый слой, улавливающий заряды, предназначен для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов, и наносят первый слой противотравильного барьера на упомянутый слой, улавливающий заряды.

Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предлагается MEMS-устройство, содержащее подложку, электродный слой, образованный на упомянутой подложке, слой нитрида кремния, образованный на упомянутом электродном слое, и слой оксида алюминия, образованный на упомянутом слое нитрида кремния.

Согласно другому варианту настоящего изобретения предлагается MEMS-устройство, содержащее средство пропускания электрического сигнала, средство поддержки упомянутого средства пропускания электрического сигнала, средство улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов и средство защиты упомянутого средства улавливания зарядов.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 и 2 схематично изображены поперечные сечения MEMS-устройства в не включенном и включенном состоянии соответственно;

Фиг.3 - график напряжений включения и выключения для MEMS-устройства, показанного на Фиг.1 и 2;

На Фиг.4 показан набор тонких пленок для MEMS-устройства согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;

На Фиг.5 показан набор тонких пленок для MEMS-устройства согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

На Фиг.6 показана кривая гистерезиса для MEMS-устройства, содержащего набор тонких пленок, показанный на Фиг.5;

На Фиг.7 показан другой вариант набора тонких пленок для MEMS-устройства;

На Фиг.8 показана кривая гистерезиса для MEMS-устройства, содержащего набор тонких пленок, показанный на Фиг.7;

На Фиг.9А-9D показаны варианты набора тонких пленок для MEMS-устройства;

Фиг.10А-10Н иллюстрируют примерный процесс изготовления MEMS-устройства;

На Фиг.11А и 11В показаны варианты набора тонких пленок для MEMS-устройства;

Фиг.11С - поперечное сечение двух интерферометрических модуляторов, содержащих набор тонких пленок, соответствующий одному из вариантов реализации настоящего изобретения;

На Фиг.11D показан еще один вариант набора тонких пленок для MEMS-устройства;

На Фиг.12А показана структурная схема электростатической системы протекания жидкости внутри MEMS-устройства, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения;

Фиг.12В - схематичный вид сверху системы протекания жидкости, показанной на Фиг.12А, который иллюстрирует принцип ее работы;

На Фиг.13 схематично показан еще один вариант MEMS-устройства, соответствующего настоящему изобретению; и

Фиг.14А и 14В - структурные схемы, иллюстрирующие один из вариантов устройства отображения информации, содержащего множество интерферометрических модуляторов.

Осуществление изобретения

Конкретная структура или слой в устройстве на основе микроэлектромеханических систем (MEMS-устройстве) может оказаться желательной из-за ее оптического отклика на входной сигнал в виде падающего света, но может в то же время иметь нежелательный электромеханический отклик на входной сигнал в виде напряжения включения или возбуждения. Здесь описаны технологии манипуляции или управления электромеханическим откликом структуры или слоя, что, по меньшей мере, снижает нежелательный электромеханический отклик.

В качестве иллюстративного, но не ограничивающего примера MEMS-устройства рассмотрим интерферометрический модулятор (IMOD-устройство) 10, показанный на Фиг.1. Обратившись к Фиг.1, можно увидеть, что IMOD-устройство 10 в значительной степени упрощено в иллюстративных целях, чтобы не затруднять понимание аспектов настоящего изобретения.

IMOD-устройство 10 включает прозрачный слой 12 и отражающий слой 14, который отделен от прозрачного слоя 12 воздушным зазором 16. Отражающий слой 14 поддерживается стойками 18 и под воздействием электростатических сил может смещаться в направлении прозрачного слоя 12, чтобы таким образом закрыть воздушный зазор 16. Электрод 20, соединенный с приводным механизмом 22, используется для обеспечения электростатического смещения отражающего слоя 14. На Фиг.1 показан отражающий слой 14 в невозбужденном или не смещенном состоянии, в то время как на Фиг.2 показан отражающий слой 14 в возбужденном или смещенном состоянии. В общем случае отражающий слой 14 выбирают таким образом, чтобы создать требуемый оптический отклик на падающий свет, когда он начинает контактировать с прозрачным слоем 12. В одной из конструкций IMOD-устройства прозрачный слой 12 может содержать SiO₂. Электрод 20 и прозрачный слой 12 созданы на подложке 24. Подложка 24, электрод 20 и прозрачный слой 12 далее будут называться "набором тонких пленок".

Обычно изготавливают большую матрицу из множества IMOD-устройств 10, чтобы получить элементы изображения в отражательном дисплее. В таком отражательном дисплее каждое IMOD-устройство фактически определяет элемент изображения, который имеет характерный оптический отклик в невозбужденном состоянии и характерный оптический отклик в возбужденном состоянии. Прозрачный слой 12 и размер воздушного зазора 16 могут выбираться таким образом, чтобы IMOD-устройство в отражательном дисплее могло отражать красный, синий или зеленый свет в невозбужденном состоянии и могло поглощать свет в возбужденном состоянии, как более подробно описано применительно к Фиг.10А-10Н.

Очевидно, что во время работы отражательного дисплея IMOD-устройства 10 быстро подключаются и отключаются для передачи информации. При подключении отражающий слой 14 IMOD-устройства 10 перемещается под действием электростатических сил в направлении прозрачного слоя 12, а при отключении IMOD-устройства 10 отражающий слой 14 имеет возможность вернуться в невозбужденное состояние. Чтобы поддерживать отражающий слой 14 в возбужденном состоянии, на каждое IMOD-устройство 10 подается напряжение смещения.

Если напряжение включения V_{включения}, определяемое как напряжение, необходимое для приведения отражающего слоя 14 IMOD-устройства в возбужденное состояние под действием электростатических сил, как показано на Фиг.2, равно напряжению выключения V_{выключения}, определяемому как напряжение, при котором отражающий слой 14 возвращается в невозбужденное состояние, как показано на Фиг.1, то становится чрезвычайно трудно выбрать подходящее напряжение смещения V_{смещения}, которое может быть подано на все IMOD-устройства 10 отражательного дисплея для поддержания отражающих слоев 14 каждого соответствующего IMOD-устройства 10 этого дисплея в возбужденном состоянии. Причина состоит в том, что каждое IMOD-устройство 10 в отражательном дисплее может иметь небольшие отклонения, например, в толщине слоев 12, 14 и т.д., что на практике приводит к разному напряжению выключения V_{выключения} для каждого IMOD-устройства 10. Кроме того, из-за линейного сопротивления будут существовать отклонения в реальном напряжении, подаваемом на каждое IMOD-устройство 10, исходя из его положения в дисплее. Это делает очень трудным, если не невозможным, выбор значения для V_{смещения}, которое будет поддерживать отражающий слой 14 каждого соответствующего IMOD-устройства 10 в отражательном дисплее в возбужденном состоянии. Это можно объяснить, если обратиться к Фиг.3, на которой показан наблюдаемый гистерезис отражающего слоя 14 IMOD-устройства 10, в котором прозрачный слой 12 содержит SiO₂.

На Фиг.3 показана кривая 30, которая отражает зависимость оптического отклика, измеренного в вольтах и отложенного по оси Y, от поданного напряжения, измеренного в вольтах и отложенного по оси Х, для IMOD-устройства 10, содержащего прозрачный слой из SiO₂. Как можно видеть, возбуждение отражающего слоя 14 происходит приблизительно при 12,5 В, т.е. V_{включения} равно 12,5 В, и отражающий слой 14 возвращается в невозбужденное состояние, когда подаваемое напряжение опускается ниже 12,5 В, т.е. V_{выключения} равно 12,5 В. В результате отражающий слой 14 IMOD-устройства 10, в котором прозрачный слой содержит только SiO₂, может иногда демонстрировать отсутствие гистерезиса. Таким образом, если отражательный дисплей изготовлен с использованием IMOD-устройств 10, каждое из которых содержит прозрачный слой 12 и имеет гистерезис, согласно Фиг.3, может оказаться невозможным выбрать значение для

V_{смещения}. Например, если V_{смещения} выбирается равным 12,5 В, из-за отклонений в IMOD-устройствах 10 отражательного дисплея, по меньшей мере, для некоторых из них такое V_{смещения} не сможет поддержать отражающий слой 14 этих устройств в возбужденном состоянии.

Чтобы выбрать V_{смещения}, достаточное для поддержания отражающего слоя 14 соответствующего IMOD-устройства 10 отражательного дисплея в возбужденном состоянии, необходимо, чтобы каждый отражающий слой 14 соответствующего IMOD-устройства 10 отражательного дисплея продемонстрировал некоторый уровень гистерезиса, определяемого как не нулевая разница между V_{включения} и V_{выключения}.

В контексте этого обсуждения понятно, что электромеханический отклик отражающего слоя 14 каждого IMOD-устройства 10 определяется электромеханическими свойствами отражающего слоя 14, а также электрическими свойствами прозрачного слоя 12. В одной из конкретных конструкций IMOD-устройства прозрачный слой 12 содержит SiO₂, который обеспечивает требуемый оптический отклик, когда отражающий слой 14 приводится с ним в контакт. Однако прозрачный слой 12, содержащий SiO₂, имеет определенную электрическую характеристику или свойство (SiO₂ улавливает отрицательные заряды), которое влияет на гистерезис отражающего слоя 14. В результате прозрачный слой 12 имеет желательный оптический отклик, но нежелательный электромеханический отклик на напряжение возбуждения или включения, которое влияет на гистерезис отражающего слоя 14.

В соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения электромеханическую реакцию прозрачного слоя 12 изменяют путем добавления дополнительного слоя или слоев, заменяющих SiO₂, в набор тонких пленок. Этот дополнительный слой, по меньшей мере, минимизирует или компенсирует влияние прозрачного слоя на гистерезис отражающего слоя 14.

На Фиг.4 изображен примерный набор тонких пленок, который может быть использован для модификации электромеханического отклика устройства, а именно путем смещения или иной модификации кривой гистерезиса. Если говорить более конкретно, на Фиг.4 изображено образование составного слоя 35 на подложке 32 и электроде 34 путем напыления предпочтительно при помощи химического осаждения из паровой фазы (CVD, chemical vapor deposition). Составной слой 35 содержит нижний слой 36, который может состоять из молибдена, кремнийсодержащего материала (например, кремния, нитрида кремния, оксида кремния и т.д.), вольфрама или титана, в предпочтительном случае оксида кремния, который является диэлектрическим материалом. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения участки нижнего слоя 36 могут быть удалены на более позднем этапе травления. Верхний или "препятствующий слой" 38 в предпочтительном случае состоит из материала, более стойкого к упомянутому этапу травления, чем нижний слой 36, и также может представлять собой металл (например, титан, алюминий, серебро, хром) или диэлектрический материал, в предпочтительном случае - оксид металла, например оксид алюминия. Оксид алюминия может быть нанесен непосредственно или путем нанесения алюминиевого слоя с последующим окислением. Верхний и нижний слои 38 и 36 могут состоять из одного материала, но в предпочтительном случае представляют собой различные материалы. В любом конкретном составном слое 35, по меньшей мере, одна из частей 36, 38 представляет собой электрический изолятор для предотвращения короткого замыкания нижнего электрода 20 с отражающим слоем 14, являющимся подвижным электродом (см. Фиг.1 и 2). Препятствующий слой 38 может быть тоньше или толще нижнего слоя 36. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения препятствующий слой 38 может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 50 Å до приблизительно 500 Å, а нижний слой 36 может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 500 Å до приблизительно 3000 Å. Препятствующий слой 38 служит препятствием травлению, предотвращая удаление или иное повреждение нижнего слоя 36, находящегося под упомянутым слоем 38. Препятствующий слой 38 более стоек к удалению (например, травлению), чем нижний слой 36. В одном из конкретных вариантов реализации настоящего изобретения, более подробно рассмотренном с использованием Фиг.5, препятствующий слой 38 представляет собой оксид алюминия, а диэлектрический слой 36 представляет собой оксид кремния.

В дополнительных вариантах реализации настоящего изобретения, как более подробно рассмотрено ниже, препятствующий слой 38, который подходит для защиты нижнего слоя 36 от данного процесса травления, может сам требовать защиты либо от предыдущего или последующего процесса травления, либо от условий окружающей среды. В таком случае для защиты препятствующего слоя 38 можно выгодно использовать нанесение дополнительного защитного слоя 39, показанного на Фиг.4 пунктирной линией. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения могут наноситься слои 36 и 38 и может применяться процесс травления, во время которого препятствующий слой 38 защищает диэлектрический слой 36. Затем выше препятствующего слоя 38 может быть нанесен защитный слой 39, который может защитить его от последующего процесса травления или от условий окружающей среды. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения защитный слой 39 может наноситься на препятствующий слой 38 до травления и защищать его от первого процесса травления, который в противном случае оказал бы нежелательное воздействие на препятствующий слой 38. После чего защитный слой 39 может быть удален при помощи последующего процесса травления, во время которого препятствующий слой 38 защищает диэлектрический слой 36. В примерном наборе тонких пленок защитный слой 39 содержит SiO₂, препятствующий слой 38 содержит Al₂O₃ и нижний слой 36 содержит SiO₂. Термины "препятствующий травлению", "защитный" и "противотравильный барьер" используются здесь для обозначения слоев, которые защищают нижележащие материалы от повреждений во время, по меньшей мере, одного этапа обработки, например этапа травления.

Как рассмотрено ранее, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения дополнительный слой содержит Al₂O₃, который наносится по известным технологиям на прозрачный слой 12. Это приводит к получению набора 40 тонких пленок, показанного на Фиг.5, который содержит подложку 42, электрод 44, отражающий слой 46 из SiO₂ и слой 48 из Al₂O₃.

На Фиг.6 показана кривая 50 гистерезиса для IMOD-устройства 10, содержащего набор 40 тонких пленок. Как и в случае кривой 30 гистерезиса (Фиг.3), по оси Х отложено подаваемое напряжение в вольтах, а по оси Y - оптический отклик в вольтах. На кривой 50 гистерезиса имеется "окно" размером 2,8 В, определяемое как разница между V_{включения} (7,8 В) и V_{выключения} (5,0 В). Когда каждое из отдельных IMOD-устройств 10 отражательного дисплея имеет соответствующий отражающий слой 14, который демонстрирует гистерезис в соответствии с кривой 50, понятно, что можно выбрать в качестве V_{смещения} значение между 5 В и 7,8 В, которое будет эффективно выполнять функцию поддержания отражающего слоя 14 каждого соответствующего IMOD-устройства 10 отражательного дисплея в возбужденном состоянии. В другом варианте реализации настоящего изобретения набор тонких пленок может быть дополнительно модифицирован путем размещения слоя Al₂O₃ выше (так же, как и ниже) прозрачного слоя 12. Этот вариант показан на Фиг.7, на котором можно видеть, что набор 60 тонких пленок включает подложку 62, электрод 64, первый слой 66 из Al₂O₃, прозрачный слой 68 из SiO₂ и второй слой 70 из Al₂O₃.

На Фиг.8 показана кривая 80 гистерезиса для отражающего слоя 14 IMOD-устройства 10, содержащего набор 60 тонких пленок, показанный на Фиг.7. Как можно видеть, окно гистерезиса теперь шире, т.е. составляет 4,5 В, являясь разницей между V_{включения} (9 В) и V_{выключения} (4,5 В).

Однако можно использовать другие материалы, которые имеют высокую способность улавливать заряды, некоторые из которых были рассмотрены выше применительно к Фиг.5. Эти материалы включают AlO_x, который является нестехиометрической версией Al₂O₃, нитрит кремния (Si₃N₄), его нестехиометрическую версию (SiN_x), а также пентаоксид тантала (Ta₂O₅) и его нестехиометрическую версию (TaO_x). Все эти материалы имеют способность улавливать заряды на несколько порядков выше, чем SiO₂, и могут улавливать заряды любой полярности. Так как эти материалы имеют высокую способность улавливать заряды, то относительно легко ввести и вывести из них заряд по сравнению с SiO₂, который имеет низкую способность улавливать заряды и может улавливать только отрицательные заряды.

Другие примеры материалов, которые имеют высокую способность улавливать заряды, включают оксиды редкоземельных металлов (например, оксид гафния) и полимеры. Кроме того, для создания дополнительного слоя выше и возможно ниже прозрачного слоя 12 из SiO₂ могут применяться полупроводниковые материалы, легированные для улавливания либо отрицательных, либо положительных зарядов.

До настоящего момента была описана технология манипулирования электромеханической реакцией MEMS-устройства, в которой накопление заряда в этом устройстве контролируется путем использования слоя, улавливающего заряды, который имеет высокую способность улавливать заряды. Однако необходимо понимать, что настоящее изобретение охватывает использование любого слоя, улавливающего заряды, для изменения или управления электромеханической реакцией MEMS-устройства вне зависимости от его способности улавливать заряды. Естественно, выбор слоя, улавливающего заряды, обладает ли он высокой, низкой или средней способностью улавливать заряды, будет продиктован тем, какова должна быть электромеханическая реакция MEMS-устройства.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения включение металлов в виде тонких слоев или заполнителей обеспечивает еще один механизм манипулирования способностью улавливать заряды основной пленки в MEMS-устройстве. Структурирование основной пленки путем создания пустот или изменения периодичности характеристики ее материалов может также использоваться для изменения характеристик улавливания зарядов.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, как рассмотрено выше с использованием Фиг.4 и 5, IMOD-устройство 10 включает слой химического барьера, нанесенный на прозрачный слой 12 для его защиты от повреждений или разрушения из-за воздействия химических травителей при выполнении микротехнологического процесса. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения прозрачный слой 12, который содержит SiO₂, защищается вышележащим слоем, содержащим Al₂O₃, который действует как химический барьер на пути травителей, например XeF₂. В таких вариантах обнаружено, что при защите прозрачного слоя 12 из SiO₂ от травителей исчезают неоднородности SiO₂ вместе с сопутствующими неоднородностями в электромеханической реакции, что приводит к появлению гистерезиса у отражающего слоя 14 в каждом IMOD-устройстве 10.

Как указано, в качестве слоя, улавливающего заряды, может использоваться нитрид кремния (стехиометрический или нестехиометрический). На Фиг.9А изображен набор 140а тонких пленок, в котором выше электрода 144 и подложки 142 образован диэлектрический слой 146, содержащий нитрид кремния. Выше слоя 146 из нитрида кремния образован слой 148, препятствующий травлению, из оксида алюминия для защиты нитрида кремния во время травления. Так как нитрид кремния имеет высокую способность улавливать заряды и способен улавливать как положительные, так и отрицательные заряды, то использование слоя 146 из нитрида кремния будет оказывать отличающийся эффект на электромеханические свойства набора 140 тонких пленок, а именно на ширину кривой гистерезиса, по сравнению с использованием слоя из оксида кремния.

В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения набор 140а тонких пленок, показанный на Фиг.9А, может быть модифицирован включением защитного слоя над слоем 148, препятствующим травлению. На Фиг.9В изображен набор 140b тонких пленок, который включает защитный или второй слой 150а противотравильного барьера, который в этом варианте содержит дополнительный слой из нитрида кремния. Защитный слой 150а предпочтительно наносят сразу после нанесения первого слоя 148, препятствующего травлению, как рассмотрено выше. В другом варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.9С, набор 140 с тонких пленок включает защитный или второй слой 150b противотравильного барьера, который содержит оксид кремния.

В предпочтительном случае защитные слои 150а или 150b удаляются тем же процессом травления, который будет использован для удаления жертвенного материала при создании полости. В качестве альтернативы жертвенный материал может быть удален первым травлением, а защитные слои 150а или 150b могут быть удалены вторым травлением. Защитные слои, такие как слои 150а или 150b, могут содержать оксид кремния или нитрид кремния, как описано ранее, но также могут содержать в альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения молибден, титан, аморфный кремний или любой другой подходящий материал. В определенных процессах производства защитный слой 150а или 150b может служить для защиты оксида алюминия во время структурирования основного жертвенного слоя, как станет более понятно из рассмотренных ниже Фиг.10А-10Н. Так как защитный слой 150а,b предпочтительно удаляется в то же время, что и жертвенный материал, то защитный слой может также считаться нижним или тонким жертвенным слоем под верхним или основным жертвенным материалом отличающегося состава.

Первое травление или травление для структурирования может быть выбрано таким образом, что основной жертвенный материал (например, Мо) травится со значительно большей скоростью, чем защитный слой 150а,b (например, оксид кремния, нитрид кремния, аморфный кремний или титан), а второе или разблокирующее травление может выбираться таким образом, что защитный слой 150а,b травится со значительно большей скоростью, чем первый слой 148, препятствующий травлению. Кроме того, первый слой 148, препятствующий травлению, например Al₂O₃, может дополнительно быть защищен, если некоторая часть защитного слоя 150а,b остается над упомянутым слоем 148, что снижает до минимума воздействие травителей на этот слой, препятствующий травлению.

Дополнительный слой защиты, представленный защитным слоем 150а,b, показанным на Фиг.9b и 9с, может в качестве преимущества снижать до минимума как воздействие травителей на слой 148, препятствующий травлению, так и изменения в степени воздействия на этот слой 148 другого процесса травления. Понятно, что во многих процессах производства (таких как процесс структурирования жертвенного материала, описанный ниже с использованием Фиг.10А-10Н) защитный слой 150а,b может защищать слой 148, препятствующий травлению, от травителей. Затем этот слой 148 может защищать нижележащий диэлектрический слой 146 во время последующего травления, когда второй слой 150а,b противотравильного барьера частично или полностью будет удален, например разблокирующего травления, которое описано ниже с использованием Фиг.10F-10G.

Как рассмотрено с использованием Фиг.7, под диэлектрическим слоем 146 может быть размещен дополнительный слой из оксида алюминия. Такой вариант реализации настоящего изобретения изображен на Фиг.9D, согласно этому варианту набор 140d тонких пленок включает слой 152 из оксида алюминия под диэлектрическим слоем 146, в дополнение к слою 148, препятствующему травлению, над упомянутым слоем 146. Такая компоновка может модифицировать электромеханические характеристики устройства, а именно за счет расширения кривой гистерезиса. Хотя это и не показано, понятно, что в компоновке, показанной на Фиг.9D, над первым слоем 148, препятствующим травлению, может также быть размещен дополнительный второй слой противотравильного барьера или защитный слой.

Фиг.10А-10С представляют собой поперечные сечения, иллюстрирующие первоначальные этапы процесса изготовления матрицы блокированных интерферометрических модуляторов (разблокировка путем удаления жертвенного материала для получения интерферометрических модуляторов рассмотрена ниже со ссылкой на Фиг.10F-10Н). На Фиг.10А-10Н будет проиллюстрировано образование матрицы из трех интерферометрических модуляторов 200 (красный подэлемент изображения), 210 (зеленый подэлемент изображения) и 220 (синий подэлемент изображения), причем каждый из интерферометрических модуляторов 200, 210 и 220 имеет отличающееся расстояние между нижним электродом/зеркалом 234 и верхним металлическим зеркальным слоем 238а, 238b и 238с, как видно из Фиг.10Н, на которой показаны окончательные конфигурации. Цветные дисплеи могут быть изготовлены с использованием трех (или более) элементов-модуляторов для создания каждого элемента изображения (пикселя) в результирующем изображении. Размеры полости каждого интерферометрического модулятора (например, полостей 275, 280 и 285 на Фиг.10Н) определяют природу интерференции и результирующий цвет. Одним из способов создания цветных элементов изображения является изготовление матриц интерферометрических модуляторов, каждый из которых имеет полость отличающегося размера, например три различных размера, соответствующих красному, зеленому и синему, как показано в этом варианте. Интерференционные свойства полостей напрямую зависят от их размеров. Чтобы получить эти различающиеся размеры полостей, как описано ниже, может быть изготовлено и структурировано множество жертвенных слоев так, чтобы отраженный свет результирующих пикселей соответствовал каждому из трех основных цветов. Также возможны и другие комбинации цветов, как и использование черных и белых элементов изображения.

На Фиг.10А изображен оптический набор 235, аналогичный рассмотренным ранее (например, оптический набор 140b на Фиг.9В), который образован первоначальным созданием слоя 234 электрода/зеркала путем нанесения электродного слоя из оксида индия и олова на прозрачную подложку 231 с последующим нанесением первого зеркального слоя на электродный слой из оксида индия и олова, в результате чего образуется составной слой, который далее будет называться нижним электродным слоем 234. В изображенном варианте реализации настоящего изобретения первый зеркальный слой содержит хром. Для создания первого зеркального слоя могут также использоваться и другие металлы с отражающими свойствами, такие как молибден и титан. Хотя на Фиг.10 электродный слой из оксида индия и олова и первый зеркальный слой указаны как единый слой 234, понятно, что электродный слой 234 содержит первый зеркальный слой, который образован на электродном слое из оксида индия и олова. Такая составная структура также может использоваться в любых электродных слоях в данной заявке. Видимая поверхность 231а прозрачной подложки 231 находится с противоположной стороны этой подложки относительно нижнего электродного слоя 234. При выполнении не показанного здесь процесса нижний электродный слой 234 структурируется и травится для получения электродных столбцов, строк или других полезных конфигураций, необходимых по конструкции дисплея. Как показано на Фиг.10А, оптический набор 235 также включает диэлектрический слой 237, который может содержать, например, оксид кремния или слой, улавливающий заряды, например нитрид кремния или другие перечисленные выше примеры, над нижним электродным слоем 234, обычно образованным после структурирования и травления этого слоя 234. В дополнение к этому оптический набор 235 включает первый слой 236 противотравильного барьера над диэлектрическим или улавливающим заряды слоем 237. Как отмечено выше, первый слой 236 противотравильного барьера предпочтительно содержит оксид алюминия. На этот слой наносят защитный или второй слой 244 противотравильного барьера. В различных вариантах реализации настоящего изобретения второй слой 244 противотравильного барьера содержит оксид кремния, нитрид кремния, молибден, титан или аморфный кремний.

Кроме того, на Фиг.10А показан первый пиксельный жертвенный слой 246А, образованный путем нанесения молибдена (в изображенном варианте реализации настоящего изобретения) на оптический набор 235 (и таким образом на первый и второй слои 236 и 244 противотравильного барьера, диэлектрический слой 237 и нижний электродный слой 234). В других вариантах компоновки жертвенным материалом может быть, например, титан или аморфный кремний, но в любом случае его выбирают отличающимся от материала второго слоя 244 противотравильного барьера и избирательно протравливаемым до упомянутого слоя 244. В изображенном варианте реализации настоящего изобретения молибден протравливается с получением первого пиксельного жертвенного слоя 246а, в результате чего открывается участок 244а второго противотравильного барьера, который покрывает соответствующий участок слоя 236 противотравильного барьера, в конечном счете, включаемый в получаемые в результате зеленый и синий интерферометрические модуляторы 210, 220 (Фиг.10Н). Толщина первого жертвенного слоя 246а (вместе с толщинами наносимых впоследствии слоев, как описано ниже) влияет на размер соответствующей полости 275 (Фиг.10Н) в получаемом в результате интерферометрическом модуляторе 200. Травитель, используемый для удаления части первого жертвенного слоя 246а, в предпочтительном случае выбирают так, чтобы не протравливать второй слой 244 противотравильного барьера или протравливать его с гораздо меньшей скоростью, чем упомянутый слой 246а. Поэтому, хотя открывается участок 244а второго противотравильного барьера, в предпочтительном случае он в как можно большей степени не подвергается воздействию этих травителей. Примерным травителем является фосфорная/уксусная/азотная кислота или травитель "PAN", который избирательно удаляет Мо до материала второго слоя 244 противотравильного барьера (например, оксид кремния, нитрид кремния, титан или аморфный кремний).

Фиг.10В-10С иллюстрируют образование второго пиксельного жертвенного слоя 246b путем нанесения, маскирования и структурирования сверху открытого участка 244а второго слоя 244 противотравильного барьера и первого пиксельного жертвенного слоя 246а. Второй пиксельный жертвенный слой 246b в предпочтительном случае содержит тот же жертвенный материал, что и первый пиксельный жертвенный слой 246а (в этом варианте реализации настоящего изобретения - молибден). Соответственно, может использоваться тот же химический состав для избирательного травления. Второй пиксельный жертвенный слой 246b структурируется и протравливается, как изображено на Фиг.10С, чтобы открыть участок 244b второго слоя 244 противотравильного барьера, лежащий над соответствующей частью первого слоя 236 противотравильного барьера, который, в конечном счете, будет включен в получаемый в результате синий интерферометрический модулятор 220 (Фиг.10Н).

Затем на открытый участок 236b слоя 236 противотравильного барьера и второй пиксельный жертвенный слой 246b наносится третий пиксельный жертвенный слой, как изображено на Фиг.10D. В этом варианте реализации настоящего изобретения нет необходимости структурировать или протравливать третий пиксельный жертвенный слой 246с, так как его толщина будет влиять на размеры всех трех полостей 275, 280, 285 в получаемых в результате интерферометрический модуляторах 200, 210, 220 (Фиг.10Н). Не обязательно, чтобы три нанесенных пиксельных жертвенных слоя 246а, 246b, 246с имели одинаковую толщину.

Фиг.10Е иллюстрирует образование второго зеркального слоя 238 путем нанесения слоя, содержащего алюминий на третий пиксельный жертвенный слой. В изображенном варианте второй зеркальный слой 238 также служит электродом. Хотя приведенное выше описание относится к определенным примерным материалам для изготовления различных слоев, изображенных на Фиг.10, понятно, что можно также использовать и другие материалы, например, описанные где-либо в этой заявке.

Фиг.10F иллюстрирует промежуточную стадию процесса изготовления, когда зеркальный слой 238 протравлен для получения верхних зеркальных участков 238а,b,c, и сверху этих участков нанесен дополнительный слой 246d жертвенного материала. Таким образом, между и вокруг оптического набора 235 и верхних зеркальных участков 238а,b,c существуют пакеты жертвенного материала 246a,b,c,d. Эти пакеты разделены поддерживающими стойками 240a,b,c,d. Фиг.10G иллюстрирует удаление жертвенных слоев 246a,b,c,d с образованием полостей 275, 280 и 285, в результате чего открывается второй слой 244 противотравильного барьера, лежащий ниже участков 238a,b,c зеркального слоя. В изображенном варианте для удаления жертвенных слоев 246a,b,c,d из молибдена в качестве травителя используется газообразный или парообразный XeF₂. Понятно, что XeF₂ может служить источником фторсодержащих газов, таких как F₂ и HF, поэтому в качестве травителя для предпочтительных жертвенных материалов в дополнение к XeF₂ могут использоваться F₂ и HF.

В обычном случае открытые участки второго слоя 244 противотравильного барьера и жертвенные слои 246а,b,c,d будут, по меньшей мере, частично удаляться разблокирующим травлением. Например, очень тонкий слой противотравильного барьера из SiO_2, такой как слой 244, может быть удален травителем XeF₂, используемым для удаления жертвенного слоя из молибдена. То же справедливо для нитрида кремния, титана и аморфного кремния. Обычно весь второй слой 244 противотравильного барьера удаляется над первым слоем 236 противотравильного барьера в зонах полостей 275, 280 и 285, как показано на Фиг.10Н. Второй слой 244 противотравильного барьера, находящийся вне полостей под поддерживающими стойками 240a,b,c,d, не удаляется травлением, как можно видеть на Фиг.10Н. Однако некоторая часть второго слоя 244 противотравильного барьера может оставаться даже в зонах полостей после разблокирующего травления (на Фиг.10Н не показано). Любой остающийся второй слой 244 противотравильного барьера прозрачен и настолько тонок, чтобы не влиять на оптические свойства устройства. В дополнение к этому любой остающийся второй слой 244 противотравильного барьера обычно будет иметь неравномерную толщину из-за разницы в подверженности воздействию травителей во время удаления разных толщин жертвенного материала. В дополнительном варианте реализации настоящего изобретения для удаления второго слоя 244 противотравильного барьера используется второй травитель.

Из сравнения Фиг.10Н и 10Е видно, что размер полости 275 (Фиг.10Н) соответствует суммарной толщине трех жертвенных слоев 246a,b,c. Подобным же образом размер полости 280 соответствует суммарной толщине двух жертвенных слоев 246b,c, а размер полости 285 соответствует толщине третьего жертвенного слоя 246c. Таким образом, размеры полостей 275, 280 и 285 меняются в соответствии с разной суммарной толщиной трех слоев 246a,b,c, что обеспечивает получение матрицы интерферометрических модуляторов 200, 210 и 220, способных отображать три разных цвета, например красный, зеленый и синий.

Как рассмотрено выше, некоторые участки второго слоя 244 противотравильного барьера будут в большей степени подвержены воздействию травителя, чем другие участки этого слоя. Это связано с повторным нанесением и травлением основного жертвенного слоя, как рассмотрено выше и изображено на Фиг.10А-10Е. Хотя травитель, используемый в травлении для структурирования жертвенных слоев 246a и 246b, предпочтительно выбирают таким образом, чтобы он оказывал как можно меньшее воздействие на второй слой 244 противотравильного барьера, этот травитель может оказывать некоторое нежелательное воздействие на этот слой. Поэтому на стадии процесса, изображенной на Фиг.10G, непосредственно перед удалением основного жертвенного материала посредством травления, второй слой 244 противотравильного барьера может иметь различные свойства или высоту в разных местах в результате вариаций в воздействии травителя. Однако, так как второй слой 244 противотравильного барьера тонок и прозрачен или полностью удален из полостей во время последующего разблокирующего травления, эти различия будут оказывать минимальное влияние на оптическую или электромеханическую реакцию готового MEMS-устройства. Из-за защиты, обеспечиваемой этим вторым слоем 244 противотравильного барьера, первый слой 236 противотравильного барьера, который в определенных вариантах реализации настоящего изобретения предназначен для формирования части готового MEMS-устройства, будет подвергаться воздействию только одного процесса травления (разблокирующее травление), которое обычно является в высшей степени избирательным и не будет влиять на Al₂O₃, и вариации в свойствах слоя 236 могут быть снижены до минимума.

Важно, что первый слой 236 противотравильного барьера защищает нижележащий диэлектрический (например, SiO₂) или улавливающий заряды слой (например, Si₃N₄) во время разблокирующего травления. Разблокирующее травление является продолжительным и вредным видом травления, чьи побочные продукты долго диффундируют из полостей 275, 280 и 285. Соответственно, нижележащие функциональные слои оптического набора 235 защищают слоем 236 противотравильного барьера предпочтительно из Al₂O₃.

На Фиг.11A и 11В изображены наборы тонких пленок, в которых используется диэлектрический слой из диоксида кремния и в которых над слоем, препятствующим травлению, образован защитный слой. Как показано на Фиг.11А, набор 160а тонких пленок включает диэлектрический слой 166 из оксида кремния, находящийся над электродным слоем 164 и подложкой 162. Выше диэлектрического слоя 166 находится слой 168 противотравильного барьера, который предпочтительно содержит оксид алюминия. Выше первого слоя 168 противотравильного барьера нанесен защитный или второй слой 170а противотравильного барьера. В другом варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.11В, набор 160b тонких пленок включает защитный или второй слой 170b противотравильного барьера, который содержит нитрид кремния.

В определенных вариантах реализации настоящего изобретения один или более участков набора 160а,b тонких пленок могут быть избирательно удалены. В других вариантах над оставшейся частью слоя, препятствующего травлению, может быть размещен защитный слой, в результате чего над, по меньшей мере, частью электрода существует структура из тонких пленок, аналогичная рассмотренной с использованием Фиг.11А и 11В. Такой вариант реализации настоящего изобретения описан с использованием Фиг.11С.

На Фиг.11С изображена пара интерферометрических модуляторов 172, аналогичных модуляторам 10, показанным на Фиг.1 и 2, которые включают набор 160с тонких пленок. Набор 160с содержит структурированный электродный слой 164, диэлектрический слой, который протравлен с образованием диэлектрических участков 166а, 166b и 166с, и слой, препятствующий травлению, который протравлен с образованием участков 168а, 168b и 168с, препятствующих травлению. Образование участков 168a,b,c, препятствующих травлению, может быть сделано при помощи фотомаски, первого травления для удаления выбранных участков слоя 168, препятствующего травлению, и последующего травления для удаления участков диэлектрического слоя 166, незакрытых в результате удаления слоя 168, препятствующего травлению. Перемещаемый отражающий слой 174 поддерживается стойками 176, образующими интерферометрические полости 178.

Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что в изображенном варианте участки полости могут содержать диэлектрический материал, например, некоторые или все внутренние стенки полости 178 могут быть покрыты или закрыты диэлектрическим материалом. В предпочтительном случае этот диэлектрический материал имеет низкую диэлектрическую проницаемость. Например, после травления с получением интерферометрического модулятора, изображенного на Фиг.11С, на нижнем электроде 164 над его открытой верхней поверхностью может быть создан слой диэлектрического материала. В предпочтительном случае любой такой слой диэлектрического материала является относительно тонким, чтобы между верхним электродом 174 и диэлектрическим материалом оставался воздушный зазор как во время возбужденного, так и во время невозбужденного состояния. Другие внутренние стенки полости 178, которые могут быть покрыты диэлектрическим материалом, включают верхний электрод 174 и набор 160с тонких пленок. Если набор 160с тонких пленок включает верхний слой из диэлектрического материала, будет создан набор тонких пленок, аналогичный наборам 160а и 160b (Фиг.11А и 11В соответственно). В вариантах реализации настоящего изобретения, в которых используется материал с низкой диэлектрической проницаемостью, предпочтительные материалы включают пористые диэлектрические материалы (например, аэрогели) и модифицированные оксиды кремния. В патентах США №№6171945 и 6660656 описаны материалы с низкой диэлектрической проницаемостью и способы их изготовления. Предпочтительные подобные материалы имеют диэлектрическую проницаемость приблизительно 3,3 или менее, более предпочтительно приблизительно 3,0 или менее.

Как рассмотрено применительно к Фиг.9D, ниже диэлектрического слоя может быть размещен дополнительный слой из оксида алюминия. На Фиг.11D изображен вариант, аналогичный показанному на Фиг.9D, в котором набор 160d тонких пленок включает слой 172 из оксида алюминия ниже диэлектрического слоя 166 из оксида кремния, в дополнение к слою 168, препятствующему травлению, выше диэлектрического слоя. Как рассмотрено ранее, включение этого дополнительного слоя может изменить электромеханические характеристики устройства, например, путем расширения кривой гистерезиса.

Как рассмотрено ранее, применительно к Фиг.10, нанесение слоя, улавливающего заряды, выполняется предпочтительно после структурирования электродного слоя. Для простоты во многих из наборов тонких пленок, описанных и рассмотренных в настоящей заявке, указан непрерывный электродный слой. Однако необходимо понимать, что эти чертежи являются достаточно схематичными, по которым нельзя делать обобщений и на которых представлены те участки конкретных наборов тонких пленок, которые находятся над электродом. Создание наборов тонких пленок, включающих структурируемые электроды, будет также приводить к возникновению зон в этих наборах, в которых между участком другого слоя (таким как слой оксида кремния или улавливающий заряды слой, например нитрид кремния) и подложкой не существует электродного слоя.

На Фиг.12А и 12В изображен следующий вариант применения MEMS-устройства, в котором слой, улавливающий заряды, используется для управления электромагнитной реакцией структуры внутри этого устройства.

На Фиг.12А ссылочным номером 90 в общем обозначен участок электростатической системы протекания жидкости. Электростатическая система протекания жидкости включает подложку 92, в которой образован в общем случае U-образный канал 94. Канал 94 включает внутренний слой 96 из первого материала, который выбирается, например, по его химическим и механическим свойствам, например, материал может быть особо износостойким и может демонстрировать небольшое разрушение при протекании жидкости в канале. Канал 94 также включает внешний слой 98, который выбирают по его способности улавливать заряды, как более подробно будет рассмотрено ниже.

Электростатическая система 90 протекания жидкости также включает пары электродов 100 и 102, которые выборочно подключаются, чтобы вызвать смещения заряженных частиц в жидкости, находящейся в канале 94, в направлении, указанном стрелкой 104 на Фиг.12В. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения внешний слой 98 улавливает заряды в жидкости, чтобы обеспечить лучший контроль за протеканием жидкости в системе 90. В другом варианте реализации настоящего изобретения слой 98 может улавливать заряды, чтобы устранить или снизить эффект гистерезиса. На Фиг.13 показан другой вариант использования слоя, улавливающего заряды, для изменения электромеханической реакции структуры MEMS-устройства. На Фиг.13 ссылочным номером 120 в общем обозначен двигатель, содержащий ротор 122, установленный на одной оси со статором 124 на расстоянии от него. Как можно видеть, статор 124 образован на подложке 126 и включает электроды 128, которые в процессе работы включаются при помощи механизма запуска (не показан). Ротор 122 включает цилиндрическую часть 130, которая закреплена на шпинделе 132. Ротор 122 может быть изготовлен из материала, выбираемого по механическим свойствам, включая стойкость к износу, но может обладать нежелательными электрическими свойствами как реакцией на входной сигнал, например, при подключении электродов 128 для приведения ротора 122 во вращение. Чтобы компенсировать эти нежелательные электрические свойства, на ротор 122 нанесены слои 134 и 136, по существу предназначенные для работы в качестве слоя, улавливающего заряды, чтобы изменить электромеханическую реакцию ротора 122.

Фиг.14А и 14В - структурные схемы, иллюстрирующие один из вариантов устройства 2040 отображения информации. Устройство 2040 отображения информации может, например, представлять собой сотовый или мобильный телефон. Однако те же компоненты этого устройства 2040 или их небольшие модификации также могут использоваться в различных типах устройств отображения информации, таких как телевизоры и портативные медиаплееры.

Устройство 2040 отображения информации включает корпус 2041, дисплей 2030, антенну 2043, динамик 2045, устройство 2048 ввода и микрофон 2046. Корпус 2041 в общем случае изготовлен с использованием любого из множества процессов производства, которые хорошо известны специалистам в данной области техники, включая литьевое формование и вакуумное формование. В дополнение к этому корпус 2041 может быть изготовлен из любого из множества материалов, включая пластмассу, металл, стекло, резину и керамику или их комбинации, но не ограничиваясь перечисленным. В одном из вариантов корпус 2041 включает съемные части (не показаны), которые могут быть заменены другими съемными частями отличающегося цвета либо содержащими отличающиеся логотипы, картинки или символы.

Дисплей 2030 примерного устройства 2040 отображения информации может быть любого из множества типов, включая дисплей с двумя устойчивыми состояниями, как описано ранее. В других вариантах дисплей 2030 является плоским, например плазменным, электролюминесцентным (EL, electroluminescent), на органических люминесцентных диодах (OLED, organic light emiting diode), на супертвистированных нематических жидких кристаллах (STN, supertwisted nematic; LCD, liquid crystal display) или на тонкопленочных транзисторах (TFT, thin film transistor), как описано выше, либо не плоским, на основе электронно-лучевой (CRT, cathode ray tube) или другой трубки, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Однако в целях описания представленного варианта реализации дисплей 2030 содержит интерферометрические модуляторы, которые здесь описаны.

Компоненты одного из вариантов примерного устройства 2040 отображения информации схематично изображены на Фиг.14В. Изображенное примерное устройство 2040 отображения информации включает корпус 2041 и может включать дополнительные компоненты, по меньшей мере, частично здесь рассмотренные. Например, в одном из вариантов изображенное примерное устройство 2040 отображения информации включает сетевой интерфейс 2027, содержащий антенну 2043, соединенную с приемопередатчиком 2047. Приемопередатчик 2047 соединен с процессором 2021, который в свою очередь соединен с аппаратными средствами 2052 предварительного формирования сигнала. Аппаратные средства 2052 предварительного формирования сигнала могут быть предназначены для обработки сигнала (например, фильтрации). Аппаратные средства 2052 предварительного формирования сигнала соединены с динамиком 2045 и микрофоном 2046. Процессор 2021 также соединен с устройством 2048 ввода и контроллером 2029 устройства управления. Контроллер 2029 устройства управления соединен с кадровым буфером 2028 и устройством 2022 управления матрицей, которое в свою очередь соединено с матрицей 2030 дисплея. Источник 2050 питания обеспечивает питание всех компонентов, как требуется при конкретной конструкции примерного устройства 2040 отображения информации.

Сетевой интерфейс 2027 включает антенну 2043 и приемопередатчик 2047, в результате чего примерное устройство 2040 отображения информации может обмениваться информацией по сети с одним или более устройством. В одном из вариантов сетевой интерфейс 2027 может также обладать определенными возможностями обработки, чтобы снизить требования к процессору 2021. Антенна 2043 представляет собой любую антенну для передачи и приема сигналов, известную специалистам в данной области техники. В одном из вариантов антенна передает и принимает высокочастотные (RF, radiofrequency) сигналы, соответствующие стандарту IEEE 802.11, включая IEEE 802.11(а), (b) или (g) (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). В другом варианте антенна передает и принимает высокочастотные сигналы, соответствующие стандарту BLUETOOTH. В случае сотового телефона антенна предназначена для приема CDMA (code division multiple access - коллективный доступ с кодовым разделением каналов), GSM (global system for mobile communications - глобальная система сотовой связи), AMPS (advanced mobile phone service - улучшенная мобильная телефонная служба) или других известных сигналов, которые используются для связи в беспроводной сотовой телефонной сети. Приемопередатчик 2047 предварительно обрабатывает сигналы, принятые от антенны 2043, в результате чего их может принимать и дальше обрабатывать процессор 2021. Приемопередатчик 2047 также обрабатывает сигналы, принятые от процессора 2021, в результате чего они могут передаваться от примерного устройства 2040 отображения информации через антенну 2043.

В альтернативном варианте приемопередатчик 2047 может быть заменен приемником. В другом альтернативном варианте сетевой интерфейс 2027 может быть заменен источником изображения, который может хранить или генерировать данные изображения, посылаемые в процессор 2021. Например, источник изображения может представлять собой привод цифрового видеодиска (DVD) или жесткого диска, который содержит данные изображения, или программный модуль, который генерирует данные изображения.

В общем случае процессор 2021 управляет всей работой примерного устройства 2040 отображения информации. Процессор 2021 принимает данные, например сжатые данные изображения от сетевого интерфейса 2027 или источника изображения, и преобразует данные в исходные данные изображения или в формат, который легко преобразовать в исходные данные изображения. Затем процессор 2021 посылает преобразованные данные в контроллер 2029 устройства управления или в кадровый буфер 2028 для хранения. Исходные данные в типичном случае представляют собой информацию, указывающую характеристики изображения в каждой его точке. Например, такие характеристики могут включать цвет, насыщенность и уровень серого.

В одном из вариантов процессор 2021 включает микроконтроллер, центральный процессор или блок логики для управления работой примерного устройства 2040 отображения информации. Аппаратные средства 2052 предварительного формирования сигнала в общем случае включают усилители и фильтры для передачи сигналов в динамик 2045 и для приема сигналов от микрофона 2046. Аппаратные средства 2052 предварительного формирования сигнала могут быть отдельными компонентами примерного устройства 2040 отображения информации либо могут входить в состав процессора 2021 или других компонентов.

Контроллер 2029 устройства управления принимает исходные данные изображения, созданные процессором 2021, либо непосредственно от этого процессора, либо из кадрового буфера 2028 и переформатирует их подходящим образом для высокоскоростной передачи в устройство 2022 управления матрицей. Если говорить более конкретно, контроллер 2029 устройства управления переформатирует исходные данные изображения в поток данных растроподобного формата, в результате чего он имеет время для сканирования матрицы 2030 дисплея. Затем контроллер 2029 устройства управления посылает форматированную информацию в устройство 2022 управления матрицей. Хотя контроллер 2029 устройства управления, например LCD-контроллер, часто объединен с системным процессом 2021 в отдельную интегрированную микросхему, такие контроллеры могут быть реализованы на практике разными способами. Они могут быть встроены в процессор 2021 как аппаратные средства, встроены в процессор 2021 как программное обеспечение, либо полностью интегрированы аппаратно с устройством 2022 управления матрицей.

Обычно устройство 2022 управления матрицей принимает форматированную информацию от контроллера 2029 устройства управления и переформатирует видеоданные в параллельную группу сигналов, которые подаются много раз в секунду на сотни, а иногда тысячи выводов, идущих от двумерной матрицы из пикселей, содержащейся в дисплее.

В одном из вариантов контроллер 2029 устройства управления, устройство 2022 управления матрицей и матрица 2030 дисплея подходят для любого типа описанных здесь дисплеев. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения контроллер 2029 устройства управления представляет собой контроллер обычного дисплея или контроллер дисплея с двумя устойчивыми состояниями (например, контроллер интерферометрических модуляторов). В другом варианте устройство 2022 управления матрицей представляет собой обычное устройство управления или устройство управления дисплеем с двумя устойчивыми состояниями (например, дисплеем на интерферометрических модуляторах). В одном из вариантов контроллер 2029 устройства управления интегрирован с устройством 2022 управления матрицы. Такой вариант является общеизвестным в системах с высокой степенью интеграции, например сотовых телефонах, часах и других устройствах с небольшими по площади дисплеями. В еще одном варианте матрица 2030 дисплея является матрицей обычного дисплея или матрицей дисплея с двумя устойчивыми состояниями (например, дисплея, включающего матрицу интерферометрических модуляторов).

Устройство 2048 ввода позволяет пользователю управлять работой примерного устройства 2040 отображения информации. В одном из вариантов устройство 2048 ввода включает клавиатуру, например QWERTY или телефонную, кнопку, переключатель, сенсорный экран, мембрану, чувствительную к давлению или температуре. В одном из вариантов устройство ввода для примерного устройства 2040 отображения информации представляет микрофон 2046. Когда микрофон 2046 используется для ввода данных в устройство, пользователь может подавать голосовые команды для управления работой примерного устройства 2040 отображения информации.

Источник 2050 питания может представлять собой множество устройств хранения энергии, которые хорошо известны в данной области техники. Например, в одном из вариантов источник 2050 питания представляет собой аккумулятор, например никель-кадмиевый или литиево-ионный. В другом варианте источник 2050 питания использует возобновляемую энергию, представляет собой конденсатор или солнечный элемент, включая полимерный солнечный элемент или краску для солнечных элементов. В другом варианте источник 2050 питания предназначен для получения энергии из настенной розетки.

В некоторых вариантах реализации на практике возможности по программированию и управлению предусмотрены, как описано выше, в контроллере устройства управления, который может находиться в разных местах электронной системы дисплея. В некоторых случаях такие возможности предусмотрены в устройстве 2022 управления матрицы. Специалисты в данной области техники поймут, что описанное выше усовершенствование может быть реализовано любым числом аппаратных и/или программных компонентов и в различных конфигурациях.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные примерные варианты его реализации, очевидно, что в эти варианты могут быть внесены различные модификации и изменения, не выходящие за пределы более широкой сущности изобретения, определенной в пунктах приложенной Формулы изобретения. Соответственно, описание и чертежи должны восприниматься в иллюстративном смысле, а не в ограничительном.

Изобретение относится к устройствам на основе микроэлектромеханических систем (MEMS-устройств). В частности, оно относится к тонкопленочным структурам в устройствах на основе микроэлектромеханических систем и к электромеханическим и оптическим откликам таких тонкопленочных структур. В одном из вариантов настоящим изобретением предлагается способ изготовления устройства на основе микроэлектромеханических систем. Этот способ содержит следующие этапы: изготавливают первый слой, содержащий пленку, имеющую характерный электромеханический отклик и характерный оптический отклик, причем характерный оптический отклик является желательным, а характерный электромеханический отклик является нежелательным; и изменяют характерный электромеханический отклик упомянутого первого слоя путем, по меньшей мере, уменьшения накопления на нем зарядов при включении упомянутого устройства на основе микроэлектромеханических систем. 12 н. и 60 з.п. ф-лы, 29 ил.

1. MEMS-устройство, содержащее:
подложку;
электродный слой, образованный на упомянутой подложке;
диэлектрический слой, образованный на упомянутом электродном слое;
первый слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом диэлектрическом слое;
второй слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом первом слое противотравильного барьера; и
подвижный слой, расположенный над упомянутым вторым слоем противотравильного барьера.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее полость, расположенную между упомянутыми вторым слоем противотравильного барьера и подвижным слоем.

3. Способ работы устройства по п.2, содержащий этапы, на которых подают первый сигнал на упомянутый электродный слой и подают второй сигнал на упомянутый подвижный слой, вызывая перемещение упомянутого подвижного слоя внутри упомянутой полости.

4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее временный слой, расположенный между упомянутыми вторым слоем противотравильного барьера и подвижным слоем.

5. Устройство по п.4, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, стойкий к травителю, используемому для структурирования упомянутого временного слоя.

6. Устройство по п.4, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит материал, стойкий к травителю, используемому для удаления упомянутого временного слоя.

7. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, по существу, стойкий к травителю из фосфорной/уксусной/азотной кислоты.

8. Устройство по п.1, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит материал, по существу, стойкий к травителю XeF₂.

9. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит оксид кремния.

10. Устройство по п.9, в котором упомянутый диэлектрический слой содержит оксид кремния, а упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит оксид алюминия.

11. Устройство по п.9, в котором упомянутый диэлектрический слой содержит улавливающий заряды слой.

12. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит нитрид кремния.

13. Устройство по п.12, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит оксид алюминия, а упомянутый диэлектрический слой содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из оксида кремния и нитрида кремния.

14. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из титана, молибдена и аморфного кремния.

15. Устройство по п.1, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера имеет толщину, изменяющуюся по поверхности упомянутого первого слоя противотравильного барьера.

16. Устройство по п.15, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера закрывает только часть упомянутого первого слоя противотравильного барьера.

17. MEMS-устройство, содержащее:
проводящее средство, предназначенное для пропускания электрического сигнала;
опорное средство, предназначенное для поддержки упомянутого проводящего средства;
изолирующее средство, предназначенное для электрического изолирования упомянутого проводящего средства;
первое защитное средство, предназначенное для защиты упомянутого изолирующего средства;
второе защитное средство, предназначенное для защиты упомянутого первого защитного средства; и
задающее средство, предназначенное для задания полости, имеющей переменный размер.

18. Устройство по п.17, в котором:
упомянутое опорное средство содержит прозрачную подложку;
упомянутое проводящее средство содержит электродный слой, образованный на прозрачной подложке; и
упомянутое задающее средство содержит подвижный слой, находящийся на расстоянии от упомянутого второго защитного средства.

19. Устройство по п.17 или 18, в котором упомянутое изолирующее средство содержит диэлектрический слой, образованный на упомянутом проводящем средстве.

20. Устройство по п.17 или 18, в котором упомянутое первое защитное средство содержит первый слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом изолирующем средстве.

21. Устройство по п.17 или 18, в котором упомянутое второе защитное средство содержит второй слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом первом защитном средстве.

22. Способ изготовления MEMS-устройства, содержащий следующие этапы:
наносят электродный слой на подложку;
наносят диэлектрический слой на упомянутый электродный слой;
наносят препятствующий травлению слой на упомянутый диэлектрический слой; и
наносят защитный слой на упомянутый препятствующий травлению слой.

23. Способ по п.22, в котором упомянутый препятствующий травлению слой содержит оксид алюминия, а упомянутый диэлектрический слой содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из нитрида кремния и оксида кремния.

24. Способ по п.22, в котором упомянутый препятствующий травлению слой содержит оксид алюминия, и этот способ дополнительно содержит этап, на котором на упомянутый электродный слой наносят второй слой оксида алюминия, причем упомянутый диэлектрический слой наносят на упомянутый второй слой оксида алюминия.

25. Способ по п.22, в котором упомянутый препятствующий травлению слой содержит оксид алюминия, и этот способ дополнительно содержит следующие этапы:
наносят по меньшей мере первый временный слой на упомянутый защитный слой;
наносят отражающий слой на упомянутый временный слой; и
выполняют разблокирующее травление для удаления первого временного слоя, таким образом создавая интерферометрическую полость.

26. Способ по п.25, в котором упомянутое разблокирующее травление содержит травление как упомянутого первого временного слоя, так и упомянутого защитного слоя до упомянутого слоя противотравильного барьера.

27. Способ по п.25, в котором упомянутое разблокирующее травление содержит травление упомянутого первого временного слоя до упомянутого защитного слоя.

28. Способ по п.27, дополнительно содержащий этап, на котором избирательно травят упомянутый защитный слой до упомянутого слоя противотравильного барьера, причем это травление защитного слоя выполняют после выполнения разблокирующего травления.

29. Способ по п.25, дополнительно содержащий этапы:
выполняют предварительное травление для удаления части упомянутого первого временного слоя, таким образом открывая часть упомянутого защитного слоя; и
наносят по меньшей мере второй временный слой на упомянутый первый временный слой;
при этом упомянутое разблокирующее травление содержит удаление упомянутого второго временного слоя.

30. Способ по п.29, в котором упомянутый защитный слой содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из оксида кремния, нитрида кремния, аморфного кремния, молибдена и титана.

31. Способ по п.29, в котором на этапе выполнения предварительного травления удаляют по меньшей мере часть упомянутого защитного слоя.

32. Способ по п.29, в котором упомянутое предварительное травление содержит избирательное травление упомянутого первого временного слоя до упомянутого защитного слоя.

33. MEMS-устройство, изготовленное способом по п.22.

34. Способ изготовления MEMS-устройства, содержащий этапы:
наносят электродный слой на подложку;
наносят первый диэлектрический слой на упомянутый электродный слой;
наносят второй диэлектрический слой на упомянутый первый диэлектрический слой;
наносят третий диэлектрический слой на упомянутый второй диэлектрический слой;
наносят первый временный слой на упомянутый третий диэлектрический слой;
выполняют предварительное травление для удаления части упомянутого первого временного слоя, таким образом открывая по меньшей мере часть упомянутого третьего диэлектрического слоя; и
наносят второй временный слой на оставшуюся часть упомянутого первого временного слоя и открытую часть упомянутого третьего диэлектрического слоя.

35. Способ по п.34, в котором упомянутый первый диэлектрический слой содержит по меньшей мере один из оксида кремния и нитрида кремния, а упомянутый второй диэлектрический слой содержит оксид алюминия.

36. Способ по п.34, в котором упомянутый третий диэлектрический слой содержит защитный слой.

37. Способ по п.36, в котором упомянутый защитный слой содержит по меньшей мере один из оксида кремния, нитрида кремния, аморфного кремния, молибдена и титана.

38. Способ по п.34, в котором на этапе выполнения упомянутого предварительного травления избирательно травят упомянутый первый временный слой до упомянутого третьего диэлектрического слоя.

39. Способ по п.34, дополнительно содержащий этапы:
создают отражающий слой на упомянутом втором временном слое;
структурируют упомянутый отражающий слой для создания по меньшей мере двух подвижных слоев; и
травят упомянутые первый и второй временные слои, таким образом создавая по меньшей мере первую полость и вторую полость, причем высота первой полости отличается от высоты второй полости.

40. Способ по п.39, в котором упомянутый этап травления первого и второго временных слоев содержит их травление до упомянутого второго диэлектрического слоя.

41. Способ по п.40, в котором на упомянутом этапе травления первого и второго временных слоев удаляют по меньшей мере часть упомянутого третьего диэлектрического слоя.

42. MEMS-устройство, изготовленное способом по п.34.

43. MEMS-устройство, содержащее:
подложку;
электродный слой, расположенный на упомянутой подложке;
улавливающий заряды слой, расположенный на упомянутом электродном слое, причем упомянутый улавливающий заряды слой предназначен для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов; и
первый слой противотравильного барьера, расположенный на упомянутом улавливающем заряды слое.

44. Устройство по п.43, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит оксид алюминия.

45. Устройство по п.43, в котором упомянутый улавливающий заряды слой содержит по меньшей мере один из нитрида кремния и пентаоксида тантала.

46. Устройство по п.43, дополнительно содержащее второй слой противотравильного барьера, расположенный на упомянутом первом слое противотравильного барьера.

47. Устройство по п.46, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из оксида кремния, нитрида кремния, аморфного кремния, молибдена и титана.

48. Устройство по п.46, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, по существу, стойкий к травителю из фосфорной/уксусной/азотной кислоты.

49. Устройство по п.43, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит материал, по существу, стойкий к травителю XeF₂.

50. Способ изготовления MEMS-устройства, содержащий этапы:
наносят электродный слой на подложку;
наносят улавливающий заряды слой на упомянутый электродный слой, причем упомянутый улавливающий заряды слой предназначен для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов; и
наносят первый слой противотравильного барьера на упомянутый улавливающий заряды слой.

51. Способ по п.50, в котором упомянутый первый слой противотравильного барьера содержит оксид алюминия, а упомянутый улавливающий заряды слой содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из нитрида кремния и пентаоксида тантала.

52. Способ по п.50, дополнительно содержащий этапы:
наносят второй слой противотравильного барьера на упомянутый первый слой противотравильного барьера;
наносят первый слой временного материала на упомянутый второй слой противотравильного барьера;
выполняют первое травление для удаления части упомянутого первого слоя временного материала, таким образом открывая часть упомянутого второго слоя противотравильного барьера;
наносят по меньшей мере второй слой временного материала на упомянутый первый слой временного материала и на открытую часть упомянутого второго слоя противотравильного барьера;
наносят электродный слой на упомянутые первый и второй слои временного материала; и
выполняют второе травление для удаления упомянутых первого и второго слоев временного материала, таким образом создавая интерферометрическую полость.

53. Способ по п.52, в котором на упомянутом этапе выполнения первого травления избирательно травят первый слой временного материала до упомянутого второго слоя противотравильного барьера.

54. Способ по п.52, в котором на упомянутом этапе выполнения второго травления избирательно травят упомянутые первый и второй слои временного материала до упомянутого первого слоя противотравильного барьера.

55. Способ по п.52, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из оксида кремния, нитрида кремния, аморфного кремния, молибдена и титана.

56. Способ по п.52, в котором упомянутое первое травление выполняют с использованием травителя, к которому упомянутый второй слой противотравильного барьера более стоек, чем упомянутый первый слой временного материала.

57. Способ по п.52, в котором упомянутый второй слой противотравильного барьера по меньшей мере частично удаляют во время упомянутого второго травления, а упомянутый первый слой противотравильного барьера стоек к упомянутому второму травлению.

58. MEMS-устройство, изготовленное способом по п.50.

59. MEMS-устройство, содержащее:
подложку;
электродный слой, образованный на упомянутой подложке;
слой нитрида кремния, образованный на упомянутом электродном слое; и
слой оксида алюминия, образованный на упомянутом слое нитрида кремния.

60. Устройство по п.59, дополнительно содержащее подвижный слой, образованный на упомянутом слое оксида алюминия.

61. Устройство по п.60, дополнительно содержащее слой временного материала, расположенный между упомянутыми подвижным слоем и слоем оксида алюминия.

62. Устройство по п.60, дополнительно содержащее полость, расположенную между упомянутыми подвижным слоем и слоем оксида алюминия.

63. Способ работы устройства по п.62, содержащий этапы, на которых подают первый сигнал на упомянутый электродный слой и подают второй сигнал на упомянутый подвижный слой, вызывая перемещение упомянутого подвижного слоя внутри упомянутой полости.

64. Устройство по п.60, которое представляет собой интерферометрический модулятор.

65. Устройство по п.64, дополнительно содержащее дополнительный слой, образованный на упомянутом слое оксида алюминия, причем этот дополнительный слой содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из оксида кремния и нитрида кремния.

66. Устройство по п.65, в котором упомянутый дополнительный слой расположен на слое оксида алюминия и под стойками, поддерживающими упомянутый подвижный слой над упомянутой полостью.

67. Устройство по п.59, дополнительно содержащее второй слой оксида алюминия, причем этот второй слой оксида алюминия образован на упомянутом электродном слое, а упомянутый слой нитрида кремния образован на упомянутом втором слое оксида алюминия.

68. MEMS-устройство, содержащее:
проводящее средство, предназначенное для пропускания электрического сигнала;
опорное средство, предназначенное для поддержки упомянутого проводящего средства;
средство улавливания зарядов, предназначенное для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов; и
защитное средство, предназначенное для защиты упомянутого средства улавливания зарядов.

69. Устройство по п.68, в котором упомянутое опорное средство содержит прозрачную подложку.

70. Устройство по п.68 или 69, в котором упомянутое проводящее средство содержит электродный слой, образованный на упомянутом опорном средстве.

71. Устройство по п.68 или 69, в котором упомянутое средство улавливания зарядов содержит слой улавливающего заряды материала, образованный на упомянутом проводящем средстве, причем этот улавливающий заряды материал предназначен для улавливания как положительных, так и отрицательных зарядов.

72. Устройство по п.68 или 69, в котором упомянутое защитное средство содержит слой противотравильного барьера, образованный на упомянутом средстве улавливания зарядов.