專利名稱：非接觸靜電驅(qū)動的mems器件的制作方法
非接觸靜電驅(qū)動的MEMS器件技術領域0001本發(fā)明涉及微機械系統(tǒng)(MEMS)器件比如數(shù)字微鏡器件(DMD);并且更具體地涉及減少此類器件中的靜摩擦的方法和設備。
背景技術：
0002微機電系統(tǒng)(MEMS)器件是小型結構，其通常利用諸如光刻、 摻雜、金屬濺射、氧化物沉積和等離子體蝕刻的技術被制造在半導體晶 片上，所述技術已發(fā)展用于集成電路的制造。數(shù)字微鏡器件(DMD)(有 時被稱為可變形的微鏡器件)是一種類型的MEMS器件，其通過經(jīng)反射 對光進行控制而用于投影顯示中。其它種類的MEMS器件包括加速計、 壓力和流量傳感器以及傳動裝置和馬達。0003常規(guī)的DMD 100示于圖1中。如所示的，DMD 100由三個金 屬層構造頂層102、中間層104和底層106。這三個金屬層位于提供電 命令和電信號的集成電路(未示出)上。頂層102包括像素鏡108，其位 于中間層104上方并由鏡支柱110加以支撐。中間層104依次位于底層 106上方并由四個鉸鏈支柱112加以支撐。頂層102的鏡支柱110連到軛 狀物114。當軛狀物114在扭轉(zhuǎn)鉸鏈118上旋轉(zhuǎn)時，其驅(qū)動鏡支柱110相 應地旋轉(zhuǎn)和傾斜。因而，隨著鏡支柱110旋轉(zhuǎn)和傾斜，其支配著像素鏡 108將旋轉(zhuǎn)和傾斜的角度、方向以及大小。其實，軛狀物114通過這個傳 遞效應來控制像素鏡108。0004與常規(guī)的MEMS器件比如DMD IOO相關的一個問題是"靜摩 擦"，其在軛狀物114在扭轉(zhuǎn)鉸鏈118上旋轉(zhuǎn)并且軛承接端(landingtip) 116與位于下面底層106內(nèi)的承接區(qū)120接觸時發(fā)生。在一些情況下，當 表面附著力足夠高時，軛承接端116可能粘到下面底層106中的承接區(qū) 120，從而有害影響像素鏡108的響應時間并影響整體的器件性能。在其 它情況下，承接端116可能粘附到承接區(qū)120，并且如果所施加的機械恢
復力不足夠強以克服存在的表面附著力則該承接端116保持粘住。然后， 像素鏡108將被視為有永久缺陷，因為其將保持固定在僅一個角度。0005迄今，已經(jīng)通過將潤滑油或鈍化層涂敷到軛承接端116和承接區(qū) 120以希望能使這些金屬表面足夠光滑以使粘附最少，來處理靜摩擦。此外， 已采用復位電子組件122來把另外的電能供給軛狀物114，以便幫助其擺脫 軛承接端116和承接區(qū)120之間的約束的表面附著力。這些技術需要額外 的制造工藝和附加的成本。發(fā)明內(nèi)容0006本公開內(nèi)容涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)器件，并更具體地涉 及靜電驅(qū)動的數(shù)字微鏡器件(DMD)，其防止或至少減少靜摩擦。中央電 極包括初始形成在襯底上的散置的延伸部。具有散置的延伸部的兩個外部 電極隨后形成在襯底上，使得這兩個外部電極位于中央電極的兩側。中央 電極和外部電極的延伸部是相互交叉的，由此施加到外部電極的低偏壓在 中央電極上產(chǎn)生靜電力，使得形成在中央電極的頂部上的像素鏡可以自由 地移動、旋轉(zhuǎn)和傾斜。


0007圖1是現(xiàn)有技術的數(shù)字微鏡器件(DMD)的分解圖；和0008圖2是根據(jù)本發(fā)明的DMD的分解圖。
具體實施方式
0009參照圖1的常規(guī)數(shù)字微鏡器件(DMD)，像素鏡108根據(jù)軛狀 物的傾斜和旋轉(zhuǎn)而傾斜和旋轉(zhuǎn)。實際上，像素鏡108還由于像素鏡108 和鏡地址電極(address electrode) 113之間的電場所產(chǎn)生的靜電力以及軛 狀物114和軛地址電極121之間所產(chǎn)生的場而傾斜和旋轉(zhuǎn)。電信號從底 下的集成電路(未示出)被饋給并傳送經(jīng)過金屬接觸孔。0010現(xiàn)在參照圖2，其圖解說明了根據(jù)本公開內(nèi)容的數(shù)字微鏡器件 (DMD) 200。 DMD200包括頂層202、中間層204和底層206。如圖所 示，頂層202包括像素鏡208，該像素鏡208連接到向下延伸的鏡支柱 210。該鏡支柱210適于與形成在中間層204中的相應的柱接收孔211接 合，這將進一步進行描述。在一些實施例中，像素鏡208具有大約2000 到5000埃的厚度并且利用已知的方法和技術由鋁構成。優(yōu)選地，本公開 實施例的像素鏡208的厚度大約為3300埃。除了鋁之外，其它材料比如 二氧化硅、氮化硅、多晶硅和磷硅酸鹽玻璃(PSG)也可以用于構造像素 鏡208。在一些實施例中，鏡支柱210的厚度大約為500到1000埃并用 已知的方法和技術由鋁合金構成。鏡支柱210還可以由鋁、鈦和硅金屬 合金形成。優(yōu)選地，本公開實施例的鏡支柱210的厚度大約為700埃。0011位于頂層202下面的中間層204包括由多個軛支柱214支撐的 軛狀物212。軛支柱214可以依照與鏡支柱210相同或相似的材料和方法 而形成。而且，軛支柱214還可以具有與鏡支柱210相同或相似的厚度。 中間層204還包括柱接收孔211，其可以用己知的材料和方法來形成。0012位于中間層204下面的底層206包括軛地址電極216和鏡地址 電極220。底層206進一步包括接觸墊224，其配備用來容納軛支柱214。 更進一步，底層206包括由軛地址電極216隔開的一對金屬接觸幵口217。 當然，可以考慮其它的金屬接觸開口設置，例如附加的金屬接觸開口和 替代配置的金屬接觸開口。來自位于底層206下的集成電路(未示出) 的電信號和連接可以通過這對金屬接觸開口217被發(fā)送到軛地址電極216 或鏡地址電極220中。集成電路可以是靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)單 元或集成的互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件。在其它實施例中，集 成電路可以是多芯片模塊(MCM)，其中許多器件通過將一個堆疊在另 一個上被共同裝配成單個模塊，用于具有額外功能的更快電子器件。0013軛地址電極216通常位于底層206的中間部分并且兩個外部鏡 地址電極220位于其兩側。軛地址電極216包括多個散置的延伸部218， 從而限定了多個散置的凹槽221。在一個實施例中，此多個散置的延伸部 218位于軛地址電極216的相對橫向側。橫向設置的鏡地址電極220的多 個相應的散置的延伸部222位于這多個凹槽221內(nèi)。因此，延伸部218、 222基本上相互交叉以形成梳狀結構。在一些實施例中，軛地址電極216 和這兩個鏡地址電極220的厚度是大約500到3000埃。優(yōu)選地，在本公 開的實施例中的軛地址電極216和這兩個鏡地址電極220的厚度是大約 1500埃。另外，散置的延伸部218、 222可具有相應的大約20微米的寬 度和長度以及大約500埃到大約3000埃的厚度。優(yōu)選地，散置的延伸部 218、 222的厚度在本公開的實施例中是大約1500埃。更進一步，散置的 延伸部218、 222之間的間距可以從大約5微米變化到IO微米。優(yōu)選地， 散置的延伸部218、222之間的間距在本公開的實施例中是大約7.5微米。0014雖然散置的延伸部218、 222在形狀上描繪為方形，但是它們可 以采用各種多邊形的形狀和大小。例如，散置的延伸部218、 222的形狀 可以是長方形、三角形、平行四邊形、菱形、梯形或者任何其它合適的 形狀。此外，散置的延伸部218、 222還可以采用平面曲線的形狀比如圓、 半圓、橢圓、半橢圓、直線、拋物線或雙曲線。而且，散置的延伸部218、 222可被均勻地隔開或者不均勻地隔開，以及在形狀和大小上是均勻的或 是不均勻的。還可以考慮形狀和大小的均勻和非均勻的組合。0015DMD200的一個好處是通過在延伸部218、 222之間產(chǎn)生的靜電力量實現(xiàn)的。具體而言，由于另一帶電物體Q2的存在而作用在帶電物體Qi上的靜電力可以由庫侖定律(F = k XQ, X Q2/d2)進行計算，其中 k是常數(shù)而d是物體之間的距離。帶電物體Q的大小可以通過將表面密 度d乘以帶電物體的表面積A (Q = cr A)計算。因此，靜電力F隨帶電 物體的表面積A成比例變化(F a A)。當與常規(guī)的DMD比如圖1的 DMD100相比時，DMD200具有更大的表面積。更具體地，散置的延伸 部218， 222增加了DMD 200的電極的表面積，從而有助于產(chǎn)生比常規(guī) DMD 100的靜電力更大的靜電力。0016實際上，靜電場是由脈沖調(diào)節(jié)鏡地址電極220而產(chǎn)生的。所產(chǎn) 生的電場然后產(chǎn)生使像素鏡208傾斜或旋轉(zhuǎn)的靜電力。與常規(guī)的DMD 100 (其中像素鏡108可能在傾斜或旋轉(zhuǎn)期間經(jīng)受靜摩擦)不同，該DMD 200可以產(chǎn)生大得多的靜電力，從而消除或至少減少像素鏡208粘住 DMD 200的下層的可能性。此外，所增加的靜電力消除了對復位電子組 件的需要。0017本發(fā)明涉及的本領域普通技術人員會明白本發(fā)明可以以其它具 體形式來實現(xiàn)，而不偏離所要求保護的發(fā)明的范圍。例如，DMD 200可 以通過表面微加工進行制造，其中這些結構以薄膜層形成在硅晶片或任意其它合適襯底的表面上。另一種制造DMD的技術是體微加工。另外， 本公開的實施例還可以應用于MEMS器件，用于生物蛋白和基因功能的 研究和理解。因此，所公開的實施例僅僅是說明性的而不是限制性的。
權利要求
1.一種微機電器件，包括襯底；形成在所述襯底上的第一電極，所述第一電極具有多個隔開的延伸部，所述延伸部從所述第一電極的相對側延伸，所述隔開的延伸部限定了多個散置在所述延伸部中的凹槽；一對附加的電極，其形成在所述襯底上，鄰近所述第一電極的所述相對側，所述附加的電極具有位于所述凹槽內(nèi)的多個隔開的延伸部，所述凹槽限定在所述第一電極的相對側。
2. 根據(jù)權利要求1所述的器件，進一步包括操作地固定于所述襯底的 軛狀物。
3. 根據(jù)權利要求2所述的器件，進一步包括操作地固定于所述軛狀物的鏡子。
4. 根據(jù)權利要求3所述的器件，所述軛狀物具有形成于其中的凹槽， 并且所述鏡子具有向下延伸的柱，用于與形成在所述軛狀物中的所述凹槽 接合。
5. 根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的器件，其中所述多個延伸部中 的至少一個延伸部具有多邊形的幾何形狀。
6. —種微機電器件，包括 襯底；形成在所述襯底上的第一電極，所述第一電極具有從所述第一電極的 第一部分延伸的至少一個延伸部和從所述第一電極的第二部分延伸的至少 一個延伸部，所述第二部分與所述第一部分大體相對；形成在所述襯底上的第二電極，其大體鄰近所述第一電極的所述第一部分，所述第二電極具有向所述第一電極延伸的至少一個延伸部；以及形成在所述襯底上的第三電極，其大體鄰近所述第一電極的所述第二 部分，所述第三電極具有向所述第一 電極延伸的至少一個延伸部。
7. —種減少與微機電器件的操作相關的靜摩擦的方法，包括.-形成微機電器件以包括第一電極和位于所述第一電極兩側的一對電極，所述第一電極與這對電極經(jīng)由多個延伸部對接，所述多個延伸部位于限定在這對電極中的多個凹槽內(nèi)；由此，在所述第一電極和這對電極之間的界面處所限定的表面積產(chǎn)生足夠大的靜電力，以克服與所述微機電器件的操作相關的表面附著力。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有減少的靜摩擦的微機電系統(tǒng)(MEMS)器件(200)。MEMS器件包括成形在襯底上的中央電極(216)和一對外部電極(220)。中央電極包括多個延伸部，所述延伸部限定了多個散置在所述延伸部(218)中的凹槽(221)。外部電極包括多個位于中央電極的凹槽內(nèi)的多個延伸部。
文檔編號G02B26/08GK101164005SQ200680013416
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權日2005年4月22日
發(fā)明者M·H·施特倫皮爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司