Управление электромеханической реакцией структур в устройстве на основе микроэлектромеханических систем

Управление электромеханической реакцией структур в устройстве на основе микроэлектромеханических систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 м