(57)【要約】基板(801)に接触するように構成された可動超小型構造体(802)を含むデバイスが開示される。基板(801)は、金属−絶縁体−金属の構成を有し、上側金属層と絶縁体が、基板(801)の接触領域を下側金属層に設けるようにパターン形成される。超小型構造体(802)はリボンの接触領域(809)を提供するための金属下部層を有する。使用中、バイアス電圧が超小型構造体(802)と上部金属層(825)との間に印加されることにより、超小型構造体と基板が接触領域を介して接触する。接触している間、接触領域は、印加されているバイアス電圧よりも実質的に少ない電位に維持され、それにより、光を変調するように構成された光学ＭＥＭデバイスにおいて凹凸構造体の形成が低減される。
2005531420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に浮かされた超小型構造体を含み、前記超小型構造体および前記基板が接触領域と非接触領域を含み、前記超小型構造体が、前記基板の非接触領域と前記超小型構造体との間にバイアス電圧を印加することにより前記基板に対して移動するように構成されると同時に、前記基板の接触領域と前記超小型構造体の接触領域との間に一定の電圧を維持するように構成されている、デバイス。
【請求項２】
前記基板が、金属層の間に挟まれた絶縁体層を含む、請求項１のデバイス。
【請求項３】
前記絶縁体層が酸化物からなる、請求項２のデバイス。
【請求項４】
少なくとも１つの金属層が、窒化チタンからなる、請求項２のデバイス。
【請求項５】
前記超小型構造体が、金属層の間に挟まれた絶縁体層を含む、請求項１のデバイス。
【請求項６】
少なくとも１つの金属層が、窒化チタンからなる、請求項５のデバイス。
【請求項７】
少なくとも１つの金属層が、アルミニウムからなる、請求項５のデバイス。
【請求項８】
前記超小型構造体がリボン構造体である、請求項１のデバイス。
【請求項９】
光学ＭＥＭデバイスであって、
ａ．光を変調するための手段であって、金属−絶縁体−金属の基板の上方に浮かされたリボンを含む、手段と、及び
ｂ．第１の組のリボンを第２の組のリボンに対して移動させるための手段であって、前記第１及び第２の組のリボンの一方、並びに基板が、実質的に同じ電位の接触領域を介して接触する、手段とを含む、光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１０】
前記リボンが、窒化チタン及びアルミニウムの金属層を含む、請求項９の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１１】
前記リボンが、窒化チタンの層とアルミニウムの層との間に挟まれた窒化ケイ素の層を含む、請求項１０の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１２】
前記金属−絶縁体−金属の基板が、窒化チタンの金属層および酸化物の絶縁体層からなる、請求項９の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１３】
前記第１の組のリボンを前記第２の組のリボンに対して移動させるための手段が、前記金属−絶縁体−金属の基板の上側金属層と前記第１の組および前記第２の組のリボンの一方との間にバイアス電圧を印加するように構成された回路を含む、請求項９の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１４】
前記接触領域が、前記第１の組および前記第２の組のリボンの一方の金属下部層の一部、及び前記金属−絶縁体−金属の基板の下側金属層の一部に対応する、請求項１３の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１５】
前記接触領域が窒化チタンからなる、請求項１４の光学ＭＥＭデバイス。
【請求項１６】
マイクロデバイスを作成する方法であって、その方法が、
ａ．上側金属層、接触領域を有する下側金属層、及び前記上側金属層と前記下側金属層との間にある絶縁体層からなる基板を形成するステップであって、前記上側金属層および前記絶縁体層が、前記下側金属層の表面上の基板接触領域を露出するようにパターン形成される、ステップと、及び
ｂ．リボンの接触領域および非接触領域を有する金属下部層を含むリボンを交互に並ぶようにした状態で、リボンを形成するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記上側金属層と前記金属下部層との間に印加される電位よりも少ない電位状態で、前記交互に並んだリボン及び前記基板が前記基板接触領域および前記リボンの接触領域を介して接触するのに十分な電位を、前記上側金属層と前記金属下部層との間に印加するように構成された電圧源に前記リボンと前記下側金属層を結合することを更に含む、請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記基板を形成するステップが、
ａ．前記下側金属層を形成するために、シリコンウェハ上に窒化チタンを堆積し、及び
ｂ．前記絶縁体層および前記上側金属層をそれぞれ形成するために、酸化ケイ素および窒化チタンを選択的に堆積し、前記絶縁体層および前記上側金属層が前記基板接触領域を有するようにパターン形成されることを含む、請求項１６の方法。
【請求項１９】
前記リボンを形成するステップが、
ａ．前記基板上にポリシリコンの層を堆積し、
ｂ．前記金属下部層を含むデバイス層を形成し、
ｃ．前記デバイス層を前記リボンへと切断し、及び
ｄ．前記リボンを解放するために前記ポリシリコンをエッチングすることを含む、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記リボンの接触領域が突出するように、前記ポリシリコン層が、前記デバイス層を形成する前にエッチングされ、前記リボンが前記基板に取り付けられる、請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動くように構成された超小型構造体に関する。より具体的には、本発明は、動いて接触するように構成された超小型構造体に関する。
【０００２】
発明の背景
多数のマイクロマシンは、可動カンチレバー、リボン構造体、又は他の類似の超小型構造体を利用する。一般に、これらの超小型構造体は、極めて薄く、即ち数百または数千オングストロームのオーダであり、リリースエッチングプロセスを通じて形成される。
【０００３】
１つ又は複数の波長の光を変調するために、光学ＭＥＭ（micro-electro-mechanical：微小電子機械）デバイスが使用される。光学ＭＥＭデバイスは、ディスプレイ装置、プリント、及び電気装置技術の用途を有することができる。光を変調するために浮いた状態のマイクロリボン構造体を利用する光学ＭＥＭデバイスの例は、Bloom他に発行された米国特許第５，３１１，３６０号、米国特許第５，８４１，５７９号、及び米国特許第５，８０８，７９７号に開示され、それら特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
簡単に言うと、上記の特許文献で説明された光学ＭＥＭデバイスは、支持層および反射上部層からなる１つ又は複数の可動リボンの組を有する。支持層は好適には、窒化ケイ素層であり、反射上部層は好適には、アルミニウムの層である。リボン構造体は、一般にリボンの両端部を通じて基板に固定され、それによりリボンの中央部分（本明細書においてアクティブ部分と称する）が上下動して、入射光源を変調する。
【０００５】
リボンは、リボンと基板との間にバイアス電圧を印加することにより動くように構成される。光を有効に変調するために、リボンが移動する距離は、制御可能であり再現可能でなければならない。一構成において、光学ＭＥＭデバイスは、基板から一定の距離の所に浮かされたリボンを有し、リボンは基板に接触するように選択的に移動する。残念ながら、これは、溶接点、又は本明細書において概して凹凸（オウトツ）と称する表面のアーティファクト（人工物）を結果としてもたらす。時間が経つにつれて成長する凹凸は、制御可能および／または再現可能の態様で動くリボンの能力に大いに影響を及ぼす可能性があり、リボンが基板に固着する可能性がある。カンチレバーデバイス及び発振器デバイスを含む多数のＭＥＭデバイスが存在し、この場合、基板または他の超小型構造体に接触する可動構造体は、凹凸の形成および接触部品の固着が防止または低減され得る場合には有利になる。
【０００６】
発明の概要
本発明の実施形態によるデバイスは、基板の上方に浮かされた１つ又は複数の超小型構造体を含む。超小型構造体は、以下に限定しないが、基板に対して移動して基板の一部に接触するように構成されたカンチレバー、リボン、及びくしの構造体とすることができる。好適には、超小型構造体は、約５０μｍ〜約５００μｍの範囲の長さ、及び約４．０μｍ〜約４０μｍの範囲の幅を有するリボンであり、約３００ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲の１つ又は複数の波長を有する光を変調するように構成される。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、基板は、間に絶縁体層を挟む下側金属層と上側金属層からなる金属−絶縁体−金属の構成を有する。好適には、上側金属層および絶縁体層は、下側金属層の一部を露出してリボン上の相補的な接触領域に接触領域を提供するためのバイアを有するようにパターン形成される。好適な実施形態において、基板は、窒化チタンの金属層および酸化ケイ素の絶縁体層からなる金属−絶縁体−金属の構成を有する。
【０００８】
リボンは、少なくとも１つの金属下部層を有する。金属下部層は接触領域と非接触領域とを含む。本発明の実施形態によれば、リボンも金属−絶縁体−金属の構成を有する。例えば、リボンは、窒化チタンの下部層、アルミニウムの上部層、及びそれらの間に挟まれた窒化ケイ素の絶縁体層を有する。
【０００９】
動作中、バイアス電圧が、選択された超小型構造体またはリボンと基板上の金属−絶縁体−金属の構成の上側金属層との間に印加される。下側金属層は、印加されたバイアス電圧に対して低減された電位に維持され、好適には印加されたバイアス電圧に対してゼロ電位、又はゼロに近い電位に維持される。選択された超小型構造体と基板上の金属−絶縁体−金属の構成の上側金属層との間のバイアス電圧により、選択された超小型構造体が付勢されて、基板の方へ移動し、基板に接触する。超小型構造体および基板は、基板の金属−絶縁体−金属の構成の下側金属層における接触領域、及び超小型構造体の下部層における接触領域を介して接触する。
【００１０】
超小型構造体の接触領域は、好適には突出し、超小型構造体の接触領域が基板の金属−絶縁体−金属の構成の上側金属層および絶縁体層を貫いてパターン形成されたバイア内へと挿入または嵌合されるようになっている。超小型構造体の接触領域と基板の接触領域との間の電位差が最小限にされる、又は低減されるので、接触部品の凹凸の形成および固着も最小限にされる、又は低減される。
【００１１】
本発明の方法によれば、マイクロデバイスは、金属−絶縁体−金属の構成からなる基板構造体を形成することにより作成される。本発明の実施形態によれば、窒化チタンの下側金属層は、約２０ｎｍ（２００オングストローム）〜約２００ｎｍ（２０００オングストローム）の範囲の厚さまで堆積される。下側金属層の上には、酸化ケイ素の絶縁体層および窒化チタンの上側金属層が、約２０ｎｍ（２００オングストローム）〜約２００ｎｍ（２０００オングストローム）の範囲の厚さまで堆積される。金属−絶縁体−金属の構成の絶縁体層および上側金属層は、接触バイアを有するようにパターン形成される。金属−絶縁体−金属の構成は、選択的な堆積工程、エッチング工程、又はそれらの組み合わせを用いて接触バイアを有するようにパターン形成され得る。
【００１２】
基板の上方には、超小型構造体またはリボンが好適には、ポリシリコン層の第１の堆積、及び基板にデバイス層を結合するための支持領域を形成するようにポリシリコン層をエッチングすることにより形成される。次いで、デバイス層が、パターン形成されたポリシリコン層の上に形成され、反応性イオンエッチング工程のような任意の適切な工程を用いて適切な寸法でリボンへと切断される。デバイス層がリボンへと切断された後、二フッ化キセノンのエッチング工程のような任意の適切な工程を用いて、下側にあるポリシリコンがエッチングされて、リボンが解放される。
【００１３】
実施形態の詳細な説明
図１ａを参照すると、光学ＭＥＭデバイスは、基板１０２の上方に空間的に配列された複数の可動リボン１００を有することができる。リボンの上面に対応する表面１０４、及びリボン間の基板の領域は、反射性である。表面１０４は、銀またはアルミニウムのような反射性材料の薄膜を基板１０２及びリボン１００に堆積することにより、反射性にされる。リボン及び基板構造体は、シリコンベースの材料から製作される。基板１０２の反射表面１０４とリボン１００の反射表面１０４との間の高さの差１０３は、リボン１００が図１ａに示されるように上側位置にある場合にλ／２になるように構成される。波長λの光がリボンと基板の表面１０４を含む反射表面の補集合に入射する場合、基板１０２とリボン１００の表面１０４から反射される光は、同相になる。基板１０２の反射表面１０４に当たる光は、リボン１００の反射表面１０４に当たる光よりもλ／２だけ更に進む。そして、基板１０２の反射表面１０４から反射されて戻る光の部分は、λ／２を加えて合計で１つの完全な波長λを進んで戻る。従って、反射表面１０４の補集合は、波長λを有する入射光源に対するミラーとして機能する。
【００１４】
図１ｂに示されるように、リボン１００と基板１０２との間に適切なバイアス電圧を印加することにより、リボン１００の部分は基板１０２の方へ移動して基板１０２に接触する。リボン１００の厚みＴｒは、λ／４になるように設計され、距離１０３’もλ／４になるようになっている。波長λの光が表面１０４及び図１ｂに示されるような下降位置にあるリボン１００の表面１０４’に当たる場合、リボン１００の表面１０４’から反射される光の部分は、基板１０２の表面１０４から反射される光の部分と位相がずれ、それにより弱め合う干渉の状態を生じる。図１ａに示されるような強め合う干渉の位置と図１ｂに示されるような弱め合う干渉の位置との間でリボンを行きつ戻りつすることにより、グレーティングライトバルブは、波長λを有する入射光源からの反射された光の強度を変調することができる。
【００１５】
図２ａ〜図２ｂは、代替の光学ＭＥＭデバイスの構成に関する断面図を示す。この構成によれば、光学ＭＥＭデバイスは、ほぼ同じ反射面にある互い違いのリボン２０６と２０７の少なくとも２つの組を有する。図２ａを参照すると、リボン２０６と２０７は、基板構造体２０２の上方に距離２０３だけ浮かされている。リボン２０６と２０７にはそれぞれ、反射表面２０４と２０５が設けられている。好適には、基板２０２の表面、又は基板２０２の一部も、反射表面２０８を有する。基板の反射表面２０８及びリボンの反射表面２０４と２０５は好適には、入射光源のλ／２の倍数にほぼ等しい距離だけ離れるように構成される。従って、表面２０４、２０５、及び２０８の補集合から反射される光の部分は、全て同相であり、強め合う干渉であり、最大の強度が観測される。動作中、平坦な回折グレーティングライトバルブは、第１の組のリボン２０６又は第２の組のリボン２０７を互いに対してλ／４に対応する距離だけ移動させることにより、強め合う干渉と弱め合う干渉の状態間で交互になる。
【００１６】
１つの動作モードにおいて、光は、一つおきのリボンの動かない組に対して一つおきのリボンの１つの組を移動することにより変調される。移動するリボンをアクティブリボンと呼び、動かないリボンをバイアスリボンと呼ぶことにする。アクティブリボンは、機械的な手段を含む任意の数の手段により移動されるが、好適には、十分なバイアス電圧をアクティブリボンと基板との間に印加して、アクティブリボンと基板との間にクーロン引力および／または斥力を生成することにより、移動される。
【００１７】
ここで、図２ｂを参照すると、十分なバイアス電圧がアクティブリボン２０７と基板２０２との間に印加された場合に、リボン２０７が、ほぼλ／４の倍数に等しい距離２０３だけバイアスリボン２０６に対して変位する。従って、アクティブリボン２０７の表面２０５’から反射される光の部分は、バイアスリボン２０６の表面２０４から反射される光の部分と弱め合うように干渉する。当業者には明らかなように、グレーティングライトバルブは、他の動作モードにおいて波長λを有する入射光源を変調するように構成され得る。例えば、リボン２０６及び２０７の双方の組は、強め合う干渉および弱め合う干渉の状態間で交互になるように、λ／４の倍数だけ移動して離れるように構成され得る。
【００１８】
図１ａ、図１ｂ、図２ａ、及び図２ｂに示されたＭＥＭデバイスのリボンは好適には、ダイの構造体内に気密封止される。気密封止されたダイを提供するために使用される方法と材料は、２００１年７月２９日に出願され、「METHOD OF AND APPARATUS FOR SEALING AN HERMETIC LID TO A SEMICONDUCTOR DIE」と題する米国特許出願第０９／１２４，７１０号（米国特許第６，３０３，９８６号）で説明され、その特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１９】
図３ａは、本実施形態に従って形成された超小型構造体３００の部分の断面図を示す。超小型構造体３００は、約８０ｎｍ（８００オングストローム）〜約１２０ｎｍ（１２００オングストローム）の範囲の厚みを有する好適には窒化ケイ素である、シリコンベースの下部層または支持層３０５を有する。また、超小型構造体３００は、好適には金属から形成され、約７０ｎｍ（７００オングストローム）〜約１２０ｎｍ（１２００オングストローム）の範囲の厚みを有する反射上部層３０１も有する。反射上部層３０１は任意の数の金属および金属合金から形成され得るが、好適にはスパッタリング技術を用いて比較的低温で堆積され得るアルミニウム又は他の金属から形成される。反射上部層３０１は好適には、約５０ｎｍ（５００オングストローム）〜約１５０ｎｍ（１５００オングストローム）の範囲の厚みまで堆積される。
【００２０】
更に図３ａを参照すると、超小型構造体３００は、約８０ｎｍ（８００オングストローム）〜約１８０ｎｍ（１８００オングストローム）の範囲の厚みを有する好適には二酸化ケイ素である、酸化物層３０３も有することができる。二酸化ケイ素層３０３は好適には、反射上部層３０１と下部層３０５との間に入れられる。代案として、又は二酸化ケイ素層３０３に加えて、二酸化ケイ素層が下部層３０５の下に形成されてもよい。
【００２１】
図３ｂは、本実施形態によるマイクロデバイス３２５の部分を示す。マイクロデバイス３２５は好適には、基板３２６の上方に幾何学的に浮かされた複数のリボン構造体３３２及び３３２’を有する。リボン構造体３３２及び３３２’の各々は好適には、上述されたような下部層３３５、上部層３３１、及び補償層３３３からなる多層構造を有する。複数のリボン３３２及び３３２’は、一つおきのリボン３３２の第１の組および一つおきのリボン３３２’の第２の組からなることができ、それらは上記で説明されたように、互いに対して移動する。本実施形態によれば、リボン３３２及び３３２’は反対方向に移動する。代替の実施形態において、リボン３３２又は３３２’の一方の組は、リボンの他方の組が動かない状態を維持しながら移動する。更に別の実施形態において、マイクロデバイス３２５は、２つ以上の動作モードで動作するように構成され、それによりマイクロデバイスは、１つの動作モードにおいてリボン３２２及び３２２’の一方の組が移動するように構成され、別の動作モードにおいてリボン３２２及び３２２’の双方の組が移動するように構成される。
【００２２】
基板３２６は、マイクロデバイス３２５の機能性を支援するために反射性材料または任意の他の適切な材料からなる層３２７を有することができる。また、図３ｂに示されるように、リボン構造体３３２及び３３２’は全て、一定の幅Ｗ１、Ｗ２及び間隔Ｓ１を有するが、変動する幅Ｗ１、Ｗ２及び変動する間隔Ｓ１を有する任意の数のリボン構成および配列が企図される。例えば、変動する幅Ｗ１、Ｗ２及び最適化された間隔Ｓ１を有するリボン構造体の構成が、２００１年３月８日に出願され、「HIGH CONTRAST GRATING LIGHT VALVE」と題する米国特許出願第０９／８０２，６１９号で説明されており、その特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。また、好適な超小型構造体は、窒化ケイ素の下部層、反射性金属の上部層、及び二酸化ケイ素のような酸化物層からなるが、理解されるように、本発明の思想と範囲から逸脱せずに、窒化ケイ素の下部層、反射性金属の上部層、及び二酸化ケイ素層の組成は、変更され得る。例えば、反射金属の上部層は合金から形成されてもよく、窒化ケイ素および二酸化ケイ素の層は、ホウ素、リン等の不純物および／またはドーパントを含有することができる。
【００２３】
図４は、好適な構成による多層リボン構造体４０８を含むマイクロデバイスの断面図を示す。マイクロデバイスは、基板４０２を含み、基板４０２は、ウェハ層４０１、及びポリシリコン層４０５が間に挟まれている酸化ケイ素層４０３と４０７からなることができる。層４０１、４０３、４０５、及び４０７の厚みは、近い将来に用途に応じて変更される。しかしながら、前述したように、酸化物層４０７がリボン構造体４０８に結合するために存在することが好ましい。リボン構造体４０８は好適には、前述したように、窒化ケイ素層４１１、及びアルミニウムの反射上部層４１５を含む。用途によっては、層の厚みが約５０ｎｍ（５００オングストローム）〜約２００ｎｍ（２０００オングストローム）の範囲の厚みである酸化ケイ素層４１３が設けられて、窒化ケイ素層４１１と反射上部層４１５との間の歪みを低減することができる。
【００２４】
更に、図４を参照すると、リボン構造体４０８は好適には、リボン構造体４０８と基板構造体４０２との間に１つ又は複数のギャップ４０９が存在するように、基板構造体４０２の上方に浮かされる。好適には、リボン構造体４０８は、前述したように、アンカー支持要素４２０と４２５、及びポスト支持要素４２３と４２７により基板構造体４０２に支持または結合され、この場合、アンカー支持要素および複数のポスト支持要素は、リボン構造体４０８の各端部を支持する。
【００２５】
さて、図５ａを参照すると、本発明の実施形態によるデバイス５００は、可動超小型構造体５０３を含む。超小型構造体５０３は、リボン、カンチレバー、くし、又は基板５０１の上方に浮かされ、１つ又は複数の支持要素５０５により基板５０１に結合される他の可動超小型構造体とすることができる。基板５０１は、以下に説明されるように、金属−絶縁体−金属の構成からなる。超小型構造体５０３は、接触領域５０９、及び１つ又は複数の非接触領域５１３と５１３’を有する。また、基板も、接触領域５０７、及び１つ又は複数の非接触領域５１７と５１７’を有する。動作中、バイアス電圧は、超小型構造体５０３と電気的に連絡するドライバ回路５１１を用いて、超小型構造体５０３と基板５０１との間に印加される。
【００２６】
図５ｂを参照すると、十分なバイアス電圧（スイッチング電圧）が超小型構造体５０３と基板５０１との間に印加される場合に、超小型構造体５０３が基板５０１の方へ湾曲され、接触領域５０９と５０７を介して基板５０１に接触する。
【００２７】
今度は図６ａを参照すると、本発明の実施形態によるデバイス６００は、以下に説明されるように、リボン構造体６０３、及び金属−絶縁体−金属の構成からなる基板６０１を含む。
【００２８】
リボン構造体６０３は好適には、基板６０１の上方に浮かされ、リボン構造体６０３の端部で、又はその付近で支持要素６０４と６０５により基板６０１に結合される。リボン構造体６０３は好適には、以下に説明されるように、窒化ケイ素層、アルミニウムの反射上部層、及び窒化チタンの導電性下部層からなる多層構造である。
【００２９】
リボン構造体６０３と基板６０１はそれぞれ、接触領域６０９と６０７を有する。図６ｂに示されるように、動作中、十分なバイアス電圧が、リボン構造体６０３と電気的に連絡するドライバ回路６１１を用いてリボン構造体に印加され、リボン構造体６０３のアクティブ部分が基板６０１の方へ湾曲され、接触領域６０９と６０７を介して基板６０１と接触するようになっている。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、デバイスはリボン構造体のアレイを含み、この場合、上述したように、第１の組のリボンが、第２の組のリボンに対して移動するように構成され、約３００ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲の１つ又は複数の波長を有する光源を変調する。
【００３１】
図７ａと図７ｂは、上述したような超小型構造体と基板の接触領域を表す一対の接触領域７０１と７０３を示す。従来の手法では、接触領域７０１と７０３の表面７１１と７１３は、デバイスの動作中に異なる電位にある。接触領域７０１と７０３の表面７１１と７１３が異なる電位で動作するので、小さな溶接点または凹凸７０４と７０６が表面７１１と７１３上に形成される傾向がある。凹凸７０４と７０６が表面７１１と７１３上に形成されるので、表面７１１と７１３は、互いに固着させる傾向を有し、及び／又は制御された態様および／または再現可能な態様で接触することができない。
【００３２】
今度は図８を参照すると、接触するＭＥＭデバイスに伴う前述の問題を解決するために、本発明の実施形態によるデバイス８００は、基板８０１の上方に浮かされた１つ又は複数の超小型構造体８０２を有する。基板８０１は、絶縁体層８２３を間に挟む下側金属層８２１と上側金属層８２５からなる金属−絶縁体−金属の構成８０６を含む。好適な実施形態において、基板８０１は、窒化チタンの金属層８２１と８２５、及び酸化ケイ素の絶縁体層８２３からなる金属−絶縁体−金属の構成８０６を有する。
【００３３】
更に図８を参照すると、上側金属層８２５と絶縁体層８２３は好適には、下側金属層８２１の一部を露出して、超小型構造体８０２の下側における相補的な領域８０９に接触するための領域８０７を提供するように、接触バイア８２９を有するようにパターン形成される。超小型構造体８０２の接触領域８０９は好適には、図示されるように突出し、接触領域８０９が上側金属層８２５と絶縁体層８２３を貫いてパターン形成されたバイア８２９内へと挿入されるようになっている。
【００３４】
超小型構造体８０２は、超小型構造体８０２の下側に少なくとも１つの金属層８３１を有する。金属下部層８３１は、接触領域８０９及び非接触領域８１１と８１１’を形成する。本発明の実施形態によれば、超小型構造体８０２は金属−絶縁体−金属の構成８０３を有する。好適には、金属−絶縁体−金属の構成８０３は、窒化チタンの下部層８３１、アルミニウムの上部層８３５、及びそれらの間に挟まれた窒化ケイ素ベースの層８３３からなる。
【００３５】
動作中、超小型構造体８０２及び下側金属層８２１に結合されたドライバ回路８１１を用いて、バイアス電圧が、超小型構造体８０２（単数または複数）と基板８０１の上側金属層８２５との間に印加される。超小型構造体８０２と上側金属層８２５との間のクーロン引力により、図５ｂ及び図６ｂに示されるように、超小型構造体８０２は基板８０１の方へ移動され、接触領域８０７と８０９を介して基板８０１に接触する。接触領域８０７と８０９との間の電位差は最小限にされ、又は低減されるので、凹凸の形成および／または固着も最小限にされ、又は低減される。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態に従って光を変調するように構成されたリボン９２５を含む光学ＭＥＭデバイス９００の断面図を示す。好適には、デバイス９００は、上述したように、第１の組のリボンが光を変調するために第２の組のリボンに対して移動するように構成されている、複数のリボン（図示せず）を含む。
【００３７】
更に図９を参照すると、基板９０１は金属−絶縁体−金属の構成からなる。金属−絶縁体−金属の構成は好適には、下側金属層９０３、窒化チタンから形成された上側金属層９０７及びそれらの間に挟まれた酸化ケイ素の絶縁体層９０５からなる。層９０３、９０５、及び９０７の好適な厚みは、意図された用途に依存するが、好適には約５０ｎｍ（５００オングストローム）〜約４００ｎｍ（４０００オングストローム）の範囲の厚みである。
【００３８】
更に図９を参照すると、上側金属層９０７及び絶縁体層９０５は、下側金属層９０３の表面上の接触領域が露出されるように、バイア９２１と９２３を有するように形成される。バイア９２１と９２３は、リボン９２５と基板９０１の接触表面間にギャップを提供し、それを通じてリボン９２５と下側金属層９０３が動作中に接触する。バイア９２１と９２３は、絶縁体層９０５及び上側金属層９０７を選択的に堆積することにより、適切なエッチング工程を用いることにより、及び／又はそれらの組み合わせを用いることにより形成される。
【００３９】
更に図９を参照すると、リボン９２５も金属−絶縁体−金属の構成からなる。例えば、リボン９２５は、好適には窒化チタンから形成された金属下部層９０９を含む。また、リボンは、好適にはアルミニウムから形成された金属上部層も含む。金属下部層９０９と金属上部層９１３との間には、絶縁体層９１１が挟まれており、その絶縁体層は好適には、窒化ケイ素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせから形成される。リボンの層９０９、９１１、及び９１３の好適な厚みは、意図された用途に依存するが、好適には約２０ｎｍ（２００オングストローム）〜約２００ｎｍ（２０００オングストローム）の範囲の厚みである。
【００４０】
動作中、バイアス電圧が、ドライバ回路９１１を用いてリボン９２５の金属層９０９と９１３、及び基板９０１の下側金属層９０３に印加されて、リボン９２５を基板９０１の方へ湾曲させてバイア９２１と９２３を介して基板９０１に接触させるために付勢すると同時に、隣接するリボン（図示せず）は実質的に動かない状態を維持する。リボン９２５の接触領域は好適には、図示されたようにバイア９２１と９２３内へ嵌合するように突出する。リボン９２５は好適には、結合領域９３１と９３３を通じて基板９０１に取り付けられた支持要素９２０と９３０を介して基板に結合される。
【００４１】
図１０ａ〜図１０ｅを用いて、上述したようなウェハ層１５２及びパターン形成された金属−絶縁体−金属の層１５５を含む基板１５６上に超小型構造体を形成することを示す。ウェハ層１５２は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素およびポリシリコン、ドープされたシリコン、ドープされていないシリコン、又はそれらの任意の組み合わせからなることができる。パターン形成された金属−絶縁体−金属の層１５５は好適には、図９に示されるように、接触バイア９１２と９２３及び複数の結合領域９３１と９３３を有するようにパターン形成される。図１０ａ〜図１０ｅを用いて、単一の支持構造体の形成を示す。しかしながら、理解されるように、説明される方法を用いて任意の数の支持構造体を形成することができる。実際には、リボン構造体は好適には、リボン構造体の端部付近に、又はその端部に配置された幾つかの支持構造体を介して支持される。
【００４２】
さて、図１０ａ〜図１０ｃを参照すると、ポリシリコンのような犠牲材料の層１５１が、パターン形成された金属−絶縁体−金属の層１５４及び結合領域１５５の上に堆積される。犠牲層１５１はエッチングされて、支持トレンチ１５４を有するパターン形成された犠牲層１５１’を形成し、ウェハ層１５２上の支持領域１５５が露出される。支持トレンチ１５４が形成された後、デバイス層１５３の一部が支持領域１５５を介してウェハ層１５２に結合されるように、デバイス層１５３が、パターン形成された犠牲層１５１’の上に形成される。デバイス層１５３は好適には、上述したように、窒化チタン、窒化ケイ素、及びアルミニウムの層を含み、また酸化ケイ素の１つ又は複数の層を含むこともできる。
【００４３】
今度は図１０ｄを参照すると、デバイス層１５３が形成された後、パターン形成された犠牲層１５１’がエッチングによって除去されて、空隙１５１”を形成し、デバイス層１５３の一部を解放すると同時に、デバイス層１５３の一部が支持領域１５５を介してウェハ層１５２に結合された状態のままにされる。好適には、犠牲層１５１’は、２００１年９月１３に出願され、「MICRO-ELECTRONIC MECHANICAL SYSTEM AND METHODS」と題する米国特許出願第０９／９５２，６２６号で説明されたようなドライエッチング工程を用いてエッチングされ、その特許文献の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４４】
本発明の好適な方法において、デバイス層１５３は、犠牲層１５１’をエッチングする前にリボン構造体へと切断または分割され、それにより各リボン構造体は、複数の支持要素１６１を介して基板の層１５２に結合された状態が維持される。支持要素１６１の１つが図１０ｅに示される。
【００４５】
本発明は、接触の態様で動作するＭＥＭデバイス及び／又は光学ＭＥＭデバイスを提供するが、接触部品上における凹凸の形成、及び／又は接触部品の固着が低減される。本発明は、本発明の原理、構成、及び動作の理解を容易にするために、細部を組み込む特定の実施形態に関して説明された。ＭＥＭデバイスは光学ＭＥＭデバイスであるが、カンチレバーデバイス及び発振器デバイスを含む他のＭＥＭデバイスが企図される。そのようなものだから、本明細書における特定の実施形態に対する参照およびそれらの細部は、添付の特許請求の範囲の範囲を制限することは意図されていない。当業者には明らかなように、本発明の思想および範囲から逸脱せずに、例示のために選択された実施形態に修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１ａ】本発明による、複数の可動リボン構造体を有する超小型構造体の断面図である。
【図１ｂ】本発明による、複数の可動リボン構造体を有する超小型構造体の断面図である。
【図２ａ】本発明による、二組のリボン構造体を有する超小型構造体の断面図である。
【図２ｂ】本発明による、二組のリボン構造体を有する超小型構造体の断面図である。
【図３ａ】本発明による、リボン構造体の断面図である。
【図３ｂ】複数の、図３ａに示されたようなリボン構造体を有する超小型構造体の断面図である。
【図４】本発明による、リボン構造体の両端部の近くでリボン構造体を支持するための支持領域を有する超小型構造体の断面図である。
【図５ａ】本発明による、基板に接触するように構成された超小型カンチレバー構造体を示す図である。
【図５ｂ】本発明による、基板に接触するように構成された超小型カンチレバー構造体を示す図である。
【図６ａ】本発明の方法による、基板に接触するように構成されたリボン構造体を示す図である。
【図６ｂ】本発明の方法による、基板に接触するように構成されたリボン構造体を示す図である。
【図７ａ】接触面上における凹凸の形成を示す図である。
【図７ｂ】接触面上における凹凸の形成を示す図である。
【図８】本発明による、金属−絶縁体−金属の構成を有するマイクロデバイスを示す図である。
【図９】本発明による、金属−絶縁体−金属の構成を有する超小型リボン構造体を示す図である。
【図１０ａ】本発明の方法による、支持要素の形成を示す図である。
【図１０ｂ】本発明の方法による、支持要素の形成を示す図である。
【図１０ｃ】本発明の方法による、支持要素の形成を示す図である。
【図１０ｄ】本発明の方法による、支持要素の形成を示す図である。
【図１０ｅ】本発明の方法による、支持要素の形成を示す図である。
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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