CN104216107B - 单像素结构，包括其的数字微镜器件以及它们的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种单像素结构，包括其的数字微镜器件以及它们的制备方法。其中，单像素结构包括：衬底、设置在衬底上的具有左导电部和右导电部的第一导电组件；反射镜，通过设置在衬底或第一导电组件上的支撑结构悬空地设置在第一导电组件的上方，反射镜包括反射部和与反射部垂直设置的驱动部，驱动部部分延伸至左导电部和右导电部之间；常态下，驱动部处于与衬底上表面垂直的状态，且与左导电部和右导电部不接触；在左导电部与驱动部施加电性相反的电压时，驱动部向左导电部偏转；在右导电部与驱动部施加电性相反的电压时，驱动部向右导电部偏转。这种结构不但增加了反射镜的反应灵敏度，而且更适应于DMD芯片小型化、微型化的制作要求。

Description

单像素结构，包括其的数字微镜器件以及它们的制备方法

技术领域

本申请属于半导体领域，尤其涉及一种单像素结构，包括其的数字微镜器件以及它们的制备方法。

背景技术

随着微机电系统（Microsoft-electronic-mechanical-systems，MEMS）和投影显示技术的发展，越来越多的方案被提出以进一步提高MEMS的性能，以适应市场需求。

美国德州仪器公司（TI）开发提出了一种数字微镜芯片（Digital Micro mirrorDevice，DMD），其是利用极小的反射镜皆悬浮着并可向两侧倾斜10-12°左右，从而可构成启通和断开两种工作状态。DMD微镜器件非凡的快速开关速度与双脉冲宽度调制的一种精确的图像颜色和灰度复制技术相结合，使图像可以随着窗口的刷新而更加清晰，通过增强对比度，描绘边界线以及分离单个颜色而将图像中的缺陷抹去。以DMD为核心的DLP投影机开创了反射投影技术时代，相比传统LCD和电影胶片的透射式，前者对光源利用效率更高，对比度更出色，产品更紧凑，而且DMD是利用电压使微镜片发生偏转，理论上没有损耗，不像LCD会出现老化现象，图像画质稳定，经久耐用。

目前，美国德州仪器公司（TI）的这种DMD结构中包括多个单像素结构，如图1中所给出的包括两个单像素的单像素结构示意图，图中包括两个反光镜70′（也称微镜），其中一个反光镜70′向第一侧倾斜10度，另一个反光镜70′向相反方向倾斜10度。如图2中所示的现有单像素结构的分解结构示意图所示，每个单像素结构包括衬底10′、可偏转地设置在衬底10′上的反光镜70′，驱动反光镜70′复位的偏转恢复结构60′，以及用以阻挡反光镜70′与衬底10′相接触的阻挡片80′。偏转恢复结构60′设置在衬底10′和反光镜70′之间，包括支撑反光镜70′的支撑臂61′，支撑臂61′的轭板62′，驱动轭板62′旋转复位的旋转轴63′，以及设置在轭板62′四角外援的弹簧片64′。阻挡片80′设置在轭板62′的下部以及外侧。在使用过程中，分别对衬底10′和轭板62′施加相反电性的电压，使得衬底10′和轭板62′因电性相反而相互吸引，带动轭板62′旋转，进而带动反射镜70′偏转，反射镜70′的偏转带动悬臂梁扭转，阻挡片70′对处于偏转状态的反射镜以一定的阻力，阻挡反射镜因偏转角度过大与衬底相接触而引起短路现象。当停止施加电压，电压消失后，衬底10′和反射镜70′之间的吸引力消失，反射镜70′在旋转轴63′的带动下悬臂梁的扭转力转回平衡位置。

目前，市面上所见的DMD芯片，除了具有上述结构外，还存在有其他结构，但大多都是采用施压相反电性的电压，以实现衬底吸引反射镜偏转目的的结构。然而，目前的这种结构存在以下问题：

1、反射镜的镜片尺寸不能太小，不然电荷吸引力不够。

2、反射镜镜片尺寸限制的条件下，驱动电压几乎完全取决于横梁材料的弹性模量。

3、由于涉及的结构复杂，掩膜板数量多成本高，良率低。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本申请提供了一种单像素结构，包括其的数字微镜器件以及它们的制备方法，以适应DMD小型化，微型化的发展要求。

本申请的一个方面提供了一种单像素结构，包括：衬底，设置在衬底上的第一导电组件，包括左导电部和右导电部；反射镜，通过设置在衬底或第一导电组件上的支撑结构悬空地设置在第一导电组件的上方，反射镜包括反射部和与反射部垂直设置的驱动部，驱动部部分延伸至左导电部和右导电部之间；常态下，驱动部处于与衬底上表面垂直的状态，且与左导电部和右导电部不接触；在左导电部与驱动部施加电性相反的电压时，驱动部向左导电部偏转；在右导电部与驱动部施加电性相反的电压时，驱动部向右导电部偏转。

本申请的第二个方面提供了一种数字微镜芯片，包括一组或多组单像素结构，各组单像素结构包括上述的单像素结构。

本申请的第三个方面提供了一种单像素结构的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；在衬底上形成包括左导电部和右导电部第一导电组件；沉积牺牲材料，形成位于左导电部和右导电部上的第一牺牲部和位于左导电部和右导电部之间的第二牺牲部；刻蚀第二牺牲部，在第二牺牲部内部形成驱动部形成槽；刻蚀穿透第一牺牲部或第二牺牲部形成支撑结构形成槽；沉积支撑材料，在支撑结构形成槽中形成支撑结构；沉积导电反光材料，形成位于第一牺牲部和支撑结构上方的导电反光材料层和位于驱动部形成槽中驱动部；在导电反光材料层上设置掩膜，掩膜至少部分覆盖在支撑结构的上方；刻蚀导电反光材料层形成反射部；去除掩膜、第一牺牲部和第二牺牲部，形成单像素结构。

本申请的第四个方面提供了单像素结构的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；在衬底上形成第一绝缘层；刻蚀第一绝缘层，在第一绝缘层中形成凹槽；在凹槽的两个相对的侧壁表面上分别形成包括左导电部和右导电部的第一导电组件；沉积牺牲材料，形成位于第一绝缘层、左导电部和右导电部上方的第一牺牲部和位于左导电部和右导电部之间的第二牺牲部；刻蚀第二牺牲部，在第二牺牲部内部形成驱动部形成槽；刻蚀穿透第一牺牲部形成第二导电组件形成槽；沉积导电材料，在第二导电组件形成槽中形成作为支撑结构的第二导电组件；沉积导电反光材料，形成位于第一牺牲部和第二导电组件上的导电反光材料层和位于驱动部形成槽中的驱动部，在导电反光材料层上设置掩膜，掩膜至少部分覆盖在第二导电组件的上方；刻蚀导电反光材料层形成反射部；去除掩膜、第一牺牲部和第二牺牲部，形成单像素结构。

本申请的第五个方面提供了一种数字微镜芯片的制备方法，包括制备单像素结构的步骤，制备单像素结构的步骤采用上述单像素结构的制备方法。

在本申请所提供的单像素结构中反射镜包括反射部和驱动部，且反射部和驱动部垂直设置形成T形结构。通过在反射镜中驱动部的两侧设置第一导电组件，以实现驱动部与左导电部或右导电部施加电性相反电压后，驱动部带动反射部相对衬底偏转的目的。在这种结构中，将反射镜做成T形结构，使其中位于竖直方向的驱动部设置在左导电部和右导电部之间，以增加反射镜与左导电部和右导电部之间的对应表面，增加施加相反电性电压后的电磁性吸引力，进而增加反射镜的反应灵敏度。同时，具有T形结构的反射镜与第一导电组件进行电磁性吸引的部分主要是为位于左导电部和右导电部之间的驱动部，基于这种施加相反电性电压使两者产生电磁形吸引力的运行原理，可以将反射部平行于衬底平面的截面面积制作的更为小，以适应于DMD芯片小型化、微型化的制作要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本申请，附图示出了本申请的优选实施例，并与说明书一起用来说明本申请的原理。图中：

图1示出了根据现有技术的DMD中2个单像素结构的结构示意图；

图2示出了图1中一个单像素结构的部分分解结构示意图；

图3a示出了根据本申请一种实施例的单像素结构的主视剖视示意图；

图3b示出了基于图3a中单像素结构的右视剖视示意图；

图3c示出了基于图3a中单像素结构的俯视结构示意图；

图4a示出了根据本申请另一种实施例的单像素结构的主视剖视示意图；

图4b示出了基于图4a中单像素结构的右视剖视示意图；

图5示出了根据本申请一个实施例的单像素结构制备方法的流程示意图；

图6示出了根据本申请另一个实施例的单像素结构制备方法的流程示意图；

图7示出了根据本申请一个实施例的单像素结构制备方法在衬底上形成第一绝缘层后的基体主视剖视示意图；

图8示出了在图7结构中第一绝缘层中设置凹槽后基体结构剖视示意图；

图9a示出了在图8结构的凹槽内形成左导电部和右导电部后基体的主视剖视示意图；

图9b示出了基于图9a中基体的右视剖视示意图；

图10a示出了在图9a结构的凹槽中形成第二绝缘层后基体的主视剖视示意图；

图10b示出了基于图10a中基体的右视剖视示意图；

图11a示出了在图10a结构中第一绝缘层上和凹槽部内沉积牺牲材料后基体的主视剖视示意图；

图11b示出了基于图11a中基体的右视剖视示意图；

图12a示出了在图11a结构中第二牺牲部内刻蚀形成偏转驱动部形成槽后基体的主视剖视示意图；

图12b示出了基于图12a中基体的右视剖视示意图；

图13a示出了在图12a结构中第一牺牲部上刻蚀形成前导电部形成槽和后导电部形成槽后基体的主视剖视示意图；

图13b示出了基于图13a中基体的右视剖视示意图；

图14a示出了在图13a结构中形成导电支撑块、前导电部和后导电部后基体的主视剖视示意图；

图14b示出了基于图14a中基体的右视剖视示意图；

图15a示出了在图14a结构中释放牺牲材料后基体的主视剖视示意图；以及

图15b示出了基于图15a中基体的右视剖视示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述符作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

在本申请中左导电部、右导电部、前导电部以及后导电部都是根据附图中位置进行命名的，应当理解的是，这种相对位置关系对导电结构的实体位置不起限定作用，其包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

本申请的一种实施方式提供了一种单像素结构，图3a-3c示出了该单像素结构的主视剖视示意图、右视剖视示意图和俯视剖视示意图；该单像素结构包括衬底10、第一导电组件30和反射镜70。第一导电组件30设置在衬底10上，包括左导电部31和右导电部32；反射镜70通过设置在衬底10或第一导电组件30上的支撑结构悬空地设置在第一导电组件30的上方，包括反射部71和与反射部71垂直设置的驱动部72，驱动部72部分延伸至左导电部31和右导电部32之间；常态下，驱动部72处于与衬底10上表面垂直的状态，且与左导电部31和右导电部32不接触；在左导电部31与驱动部72上施加电性相反的电压时，驱动部72向左导电部31偏转；在右导电部32与驱动部72上施加电性相反的电压时，驱动部72向右导电部32偏转。本申请所提供的这种单像素结构在实际操作中通过分别设置反射镜、左导电部、以及右导电部与外界相连的接电线（图中未示出），以备通电使用。

在上述第一导电组件30中除了左导电部31和右导电部32外，还包括分别与左导电部31和或右导电部32相连的接电线或类似结构。优选地，在左导电部31和右导电部32与衬底10之间可以设置一层绝缘层。更优选地，上述反射镜70中反射部71和驱动部72可以采用不同的原料，反射部71采用反射材料，驱动部72采用导电材料。特别优选地，上述反射镜70中反射部71和驱动部72采用相同的导电反光材料，并一体成型。

在本申请所提供的单像素结构中反射镜70包括射部71和驱动部72，且反射部71和驱动部72垂直设置并形成T形结构。通过在反射镜70中驱动部72的两侧设置第一导电组件，以实现驱动部72与左导电部31或右导电部32同时施加电性相反电压后，驱动部72带动反射部71相对衬底偏转的目的。在这种结构中，将反射镜70做成T形结构，使其中位于竖直方向的驱动部72设置在左导电部31和右导电部32之间，以增加反射镜70与左导电部31和右导电部32之间的对应表面，增加施加相反电性电压后的电磁性吸引力，进而增加反射镜70的反应灵敏度。同时，具有T形结构的反射镜70与第一导电组件30进行电磁性吸引的部分主要是为位于左导电部31和右导电部32之间的驱动部72，基于这种施加相反电性电压使两者产生电磁形吸引力的运行原理，可以将反射部71平行于衬底10平面的截面面积制作的更小，以适应于DMD芯片小型化、微型化的制作要求。

从图3a-3c所示结构可以看出，上述单像素结构还包括设置在衬底10上的第一绝缘层20，该第一绝缘层20上形成有凹槽22，第一导电组件30设置在该凹槽22内。本申请所提供的这种结构通过设置第一绝缘层20为第一导电组件30提供支撑力，在不减小左导电部31和右导电部32与驱动部72之间对应面面积的同时，能够减少左导电部31和右导电部32的体积，降低导电材料的损耗。

在实际操作中，该第一绝缘层20可以为单层结构，而在刻蚀凹槽22时，在凹槽22与衬底10之间保留预定厚度的绝缘层，使左导电部31和右导电部32与衬底10之间存有绝缘材料。上述第一绝缘层20还可以作为多层结构，例如先在衬底上形成绝缘底层23，再在绝缘底层23上形成绝缘面层21的双层结构，在可以刻蚀凹槽22时，对绝缘面层21进行刻蚀，刻蚀至绝缘底层23表面为止。

在本申请的一种优选实施方式中，如图4a-4b示出的该单像素结构的主视剖视示意图、右视剖视示意图所示，上述单像素结构中左导电部31和右导电部32面向驱动部72的一侧具有第二绝缘层40。常态下，驱动部72与第二绝缘层40不接触。在这种结构中第二绝缘层40的设置可以作为阻挡片使用，避免驱动部72与左导电部31或右导电部32因电磁性吸引相接处时引起断路现象。当然在本申请所提供的这种单像素结构中也可以不设置这种第二绝缘层40，可以通过在第一绝缘层上表面设置阻挡片，使得反射镜70偏转到一定位置时停止，以避免驱动部72与左导电部31和右导电部32因电磁性吸引时产生碰撞。

在实际操作中，这种第二绝缘层40可以只设置在左导电部31和右导电部32面向驱动部72的一侧，也可以同时形成在凹槽22中未被左导电部31和右导电部32覆盖的外露表面上，进而形成一个完整的环形结构。

在本申请的一种优选实施方式中，上述单像素结构中还包括第二导电组件60，第二导电组件60设置在第一绝缘层20上且与反射镜70电连接。这种第二导电组件60可以设置也可以不设置，如果不设置该第二导电组件60，只要将接电线直接连接至反射镜70（可以直接连接到驱动部72），实现通电功能即可，优选设置该第二导电组件60，第二导电组件60的设置，能够增加接电线的连接稳定性，提高通电性能的稳定性。

更有选地，上述第二导电组件60包括前导电部61和后导电部62，前导电部61和后导电部62设置在反射部71的两侧，作为支撑结构支撑反射镜70，且前导电部61和后导电部62之间的连线垂直于左导电部31和右导电部32之间的连线。此时，单像素结构可参照图3a-3c中所示结构。本申请所提供的这种单像素结构中通过第二导电组件60的设置同时实现对反射镜70导电和支撑的作用，减少了特别制备支撑结构的步骤，增加了结构的空间利用度，有利于进一步缩小单像素结构所占的立体空间。另外，在这种单像素结构中同时设置前导电部61和后导电部62，提高了反射镜70的支撑稳定性，进而有利于提高了该单像素结构的运行稳定性。

在上述第二导电组件60中除了前导电部61和后导电部62外，还包括分别与前导电部61或后导电部62相连的接电线或类似结构。

本申请所提供的这种单像素结构在实际操作中主要通过驱动部72与左导电部31或右导电部32之间所产生的电磁性吸引促使反射镜70发生偏转，在此过程中反射镜70中反射部71的外侧边缘位于第一绝缘层20的上方，偏转的过程中即使反射部71与第一绝缘层20发生接触也并不会产生断路的现象。这种接触虽然不会产生短路的现象，但却会对反射部71的边缘造成磨损，而缩短该单像素结构的使用寿命。在本申请这种单像素结构的一种优选实施方式中，前导电部61和后导电部62的高度设置为驱动部72偏转与第二绝缘层相40相接触时，反射部71不与第一绝缘层20的上表面相接触。通过这种相对距离的设置，可避免反射部71的边缘与第一绝缘层的上表面碰触，减少磨损，有利于延长该单像素结构的使用寿命。

优选地，上述单像素结构中前导电部61和后导电部62与反射部71之间分别通过支撑梁73连接。在这种结构中，支撑梁73的宽度（垂直于前导电部61和反射部71连线的方向）为反射部71同方向宽度的1/50～1/20。支撑梁73的设置，减少了反射部71在偏转所受到的阻力，有利于提高单像素结构的反应敏感度。更为优选地反射部71、驱动部72和支撑梁73一体成型。这种一体成型的结构有利于提高反射镜的连接稳定性，与通电稳定性。

优选地，上述单像素结构中驱动部72在平行于衬底10的平面内的截面为矩形截面，矩形截面的长边平行于前导电部61和后导电部62之间的连线，矩形截面的短边平行于左导电部31和右导电部32之间的连线。采用这种矩形的结构，有利于增加驱动部72与左导电部31和右导电部32相对应部分的面积，进而增加驱动部72与左导电部31或右导电部32之间的电磁性吸引力。在本申请所提供的这种单像素结构中还可以通过调节驱动部72延伸至左导电部31和右导电部32之间的深度以及驱动部72的矩形长边的长度以调节驱动部72与左导电部31和右导电部32相对应部分的面积，进而调节驱动电压，增加该单像素结构的适用范围。

在本申请中的一种实施方式中，还提供了一种数字微镜芯片，其中包括一组或多组上述单像素结构。这种数字微镜芯片不但灵敏度高，寿命长，而且适应于数字微镜芯片小型化、微型化的发展要求。

在本申请中的一种实施方式中，还提供了一种单像素结构的制备方法，如图5中制备方法流程示意图所示，包括如下步骤：

提供衬底10，该衬底10可以采用单晶硅、多晶硅，以及绝缘衬底上的硅（SOI）等；可选地在衬底10上设置第一绝缘层，该第一绝缘层的可选材料包括但不限于SiO₂，SiN，未掺杂Si等。

在衬底10（或可选地绝缘层）上形成包括左导电部31和右导电部32的第一导电组件；形成这种左导电部31和右导电部32的过程中可以通过在衬底10上沉积形成一个完整的导电材料层，然后通过采用干法刻蚀、湿法刻蚀，或干法-湿法混合刻蚀的方式形成相互隔离的左导电部31和右导电部32，并预埋形成分别与左导电部31或右导电部32相连的接电线。该左导电部31和右导电部32可以为金属材料或任意一种导电材料。

可选地在左导电部31和右导电部32的相对表面上形成第二绝缘层40，该第二绝缘层40的材料与上述第一绝缘层的材料可以相同，也可以不同，其包括但不限于SiO₂，SiN，未掺杂Si等。

沉积牺牲材料50，形成位于左导电部31和右导电部32上的第一牺牲部51和位于左导电部31和右导电部32之间（或相对设置的第二绝缘层之间）的第二牺牲部52。本领域技术人员有能力合理选择适用的牺牲材料，本申请中该牺牲材料优选包括但不限于PR，SiO₂等。该第一牺牲部51的厚度关系到反射镜70中反射部71相对左导电部31和右导电部32上表面的距离，本领域技术人员有能力合理选择该第一牺牲部51的厚度，其中优选该第一牺牲部51的厚度与反射部宽度相当。

刻蚀第二牺牲部52，在第二牺牲部52内部形成驱动部形成槽53；该驱动部形成槽53的深度小于第二牺牲部52的深度，以便使得去除牺牲材料后，驱动部72悬空地设置在左导电部31和右导电部32之间，且不与衬底10接触。该驱动部形成槽53的深度可根据所需驱动电压进行调节，本领域技术人员有能力进行合理的调节，在此不再赘述。

刻蚀穿透第一牺牲部51或第二牺牲部52形成支撑结构形成槽；沉积支撑材料，在支撑结构形成槽中形成支撑结构；该支撑结构采用绝缘材料制备，如SiO₂，SiN，未掺杂Si等以使得第一导电组件30与反射镜70绝缘连接。该支撑部的结构可以是任意的，只要能够对反射镜70进行支撑，并在反射镜70受力偏转时具有一定柔韧性，使其能够在电磁性吸引力的带动下偏转即可。

沉积导电反光材料70，形成位于第一牺牲部51和支撑结构上的导电反光材料层和位于驱动部形成槽53中驱动部72；在导电反光材料层上设置掩膜，掩膜至少部分覆盖在支撑结构的上方；刻蚀导电反光材料层形成反射部71，并预埋形成与反射镜70相连的接电线。其中导电反光材料只要同时具备导电和反光性能的材料都可以被使用，优选包括但不限于AL、Ti、W等。其中掩膜优选采用光刻用掩膜，刻蚀方法优选采用光刻方法。

去除掩膜、所述第一牺牲部和第二牺牲部，形成单像素结构。

本申请所提供的上述单像素结构的制备方法，步骤简单，容易操作，且通过合理的运用各步骤相对于现有技术中的单像素结构的制备方法，可减少掩膜的使用量，降低成本，并提高制备良率。

在本申请中的一种优选实施方式中，还提供了一种单像素结构的制备方法，如图6制备方法流程示意图所示，如图7至15b所示的基体结构变化所示，包括如下步骤：

如图7所示，提供衬底10，在衬底10上形成第一绝缘层20，该绝缘层20可以是单层结构，也可以为包括设置在衬底10上的绝缘底层23和设置在绝缘底层23上的绝缘面层22的多层结构。在图7中为第一绝缘层为包括两层绝缘层的双层结构。其中衬底10可以采用单晶硅、多晶硅，以及绝缘衬底上的硅（SOI）等；第一绝缘层20的可选材料包括但不限于SiO₂，SiN，未掺杂Si等。在第一绝缘层20中绝缘底层23和绝缘面层21可以选用不同的材料，但优选采用相同的材料。

如图8所示，在图7结构的基础上，在绝缘面层21中刻蚀形成凹槽22，该凹槽22可在绝缘层21的下部保留部分绝缘材料，也可穿透该绝缘面层21形成如图6中所示的结构。当该第一绝缘层20为一层结构时，该凹槽22下部需保留部分绝缘材料以便与衬底10相隔离，形成如图8中所示的结构。刻蚀绝缘面层21的步骤可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀或干湿法混合刻蚀。在刻蚀形成凹槽22时，可根据所欲形成驱动部72的横截面将凹槽22的横截面设置为矩形结构。优选地，该凹槽22的宽度优选为反射部71宽度的1/20到1/5之间。

如图9a和图9b所示，在图8结构的基础上，在凹槽22的两个相对侧壁表面形成左导电部31和右导电部32，并预埋形成分别与左导电部31或右导电部32相连的接电线形成第一导电组件。形成这种左导电部31和右导电部32的步骤中可以直接在凹槽22的两个相对内壁上沉积导电材料成膜以形成左导电部31和右导电部32。也可以通过在凹槽22中沉积形成一个完整的导电材料层，然后通过采用干法刻蚀、湿法刻蚀，或干法-湿法混合刻蚀的方式刻蚀该导电材料层，形成相对设置，且相互隔离的左导电部31和右导电部32，形成如图9a和9b中所示的结构。该左导电部31和右导电部32可以为金属材料或任意一种可通电材料。

如图10a和图10b所示，在图9a和图9b结构的基础上，在左导电部31和右导电部32的相对表面上形成第二绝缘层40。形成该第二绝缘层40的步骤是一个可选，且优选的步骤，在形成该第二绝缘层40时，可以通过在凹槽22中沉积绝缘材料形成一个完成的绝缘层后刻蚀形成。在刻蚀的过程中，可以刻蚀该绝缘层材料仅保留位于左导电部31和右导电部32的相对内表面上的第二绝缘层；也可以通过刻蚀中间部分，在保留位于左导电部31和右导电部32的相对内表面上的绝缘材料外，同时保留凹槽内未被左导电部31和右导电部32覆盖，暴露在外的内表面上的绝缘材料，形成完整的环形第二绝缘层40。在形成该第二绝缘层40的过程中还可以通过在左导电部31和右导电部32相对设置的内表面上，可选地凹槽22内未被左导电部31和右导电部32覆盖，暴露在外的内表面上，可选的第一绝缘材料层上直接形成膜状的第二绝缘层40。该第二绝缘层40的材料与上述第一绝缘层20的材料可以相同，也可以不同，其包括但不限于SiO₂，SiN，未掺杂Si等。

如图11a和图11b所示，在图10a和图10b结构的基础上，沉积牺牲材料50，形成位于第一绝缘层20、左导电部31和右导电部32上的第一牺牲部51和位于第二绝缘层40之间（未设置第二绝缘层40时，在左导电部和右导电部之间）的第二牺牲部52；本领域技术人员有能力合理选择适用的牺牲材料，本申请中该牺牲材料优选包括但不限于PR，SiO₂等。该第一牺牲部51的厚度关系到反射镜70中反射部71相对左导电部31和右导电部32上表面的距离，本领域技术人员有能力合理选择该第一牺牲部51的厚度，其中优选该第一牺牲部的厚度与反射部宽度相当。

如图12a和图12b所示，在图11a和图11b结构的基础上，刻蚀第二牺牲部52，在第二牺牲部52内部形成驱动部形成槽53；该驱动部形成槽53的深度小于第二牺牲部52的深度，以便使得去除牺牲材料后，驱动部72悬空地设置在左导电部31和右导电部32之间，且不与衬底10接触。该驱动部形成槽53的深度可根据所需驱动电压进行调节，本领域技术人员有能力进行合理的调节，在此不再赘述。

如图13a和图13b所示，在图12a和图12b结构的基础上，刻蚀穿透第一牺牲部51形成第二导电组件形成槽；在一种优选的实施例中，刻蚀穿透第一牺牲部51形成第二导电组件形成槽的步骤中包括同时刻蚀前导电部形成槽54和后导电部形成槽55的步骤。该前导电部形成槽54和后导电部形成槽的步骤55分别位于左导电部和右导电部连线的中分线的两侧，具有如图13b中所示的结构。

如图14a和图14b所示，在图13a和图13b结构的基础上，在第二导电组件形成槽中沉积导电材料，形成第二导电组件60。当第二导电组件形成槽包括前导电部形成槽54和后导电部形成槽55，沉积导电材料形成前导电部61和后导电部62，并分别预埋形成与前导电部61和后导电部62相连接电线。

在此基础上，进一步沉积导电反光材料70，形成位于第一牺牲部51和第二导电组件60（可选地包括前导电部61和后导电部62）上的导电反光材料层和位于驱动部形成槽中驱动部72，在导电反光材料层上设置掩膜，掩膜至少部分覆盖在第二导电组件60（可选地包括前导电部61和后导电部62）的上方；刻蚀导电反光材料层形成反射部。去除掩膜后形成如图14a和14b中所示的结构。其中导电反光材料只要同时具备导电和反光性能的材料都可以被使用，优选包括但不限于Al、Ti、W等。其中掩膜优选采用光刻用掩膜，刻蚀方法优选采用光刻方法。

在一种优选实施例中，第二导电组件60与反光镜70采用相同的材料，此时，在图13a和图13b结构的基础上，沉积导电反光材料，形成位于第二导电组件形成槽的第二导电组件60（可选地包括位于前导电部形成槽54中的前导电部61和位于后导电部形成槽55中的后导电部62），位于第一牺牲部51和第二导电组件60上的导电反光材料层和位于驱动部形成槽53中驱动部72。后续再通过设置掩膜的方式刻蚀导电反光材料层形成反射部71，去除掩膜后形成如图14a和14b中所示的结构。

在一种优选地实施例中，在导电反光材料层上设置掩膜的步骤中，掩膜包括一体连接的反射部对应膜和对称设置在反射部对应膜两侧的第一支撑梁对应膜和第二支撑梁对应膜，第一支撑梁对应膜至少部分覆盖在前导电部61上方，第二支撑梁对应膜至少部分覆盖在后导电部62上方。此时，刻蚀导电反光材料层后形成反射部71和分别连接反射部71与前导电部61和后导电部62的支撑梁73。在一种更优选地实施例中，上述掩膜还包括连接在第一支撑梁对应膜自由端的前导电部对应膜和连接在所述第二支撑梁对应膜自由端的后导电部对应膜。此时，刻蚀导电反光材料层后所形成的结构中除了反射部71和连接反射部71与前导电部61和后导电部62的支撑梁73外，还包括与支撑梁73相连且位于前导电部61上的第一连接端和与支撑梁73相连且位于后导电部62上的第二连接端，两个连接端的设置有利于提高前后导电部与反射镜70的连接稳定性。完成刻蚀工序后去除掩膜后形成如图14a和14b中所示的结构。

如图15a和图15b所示，在图14a和图14b结构的基础上，、去除第一牺牲部51和第二牺牲部52，形成本申请所欲保护的单像素结构。

在本申请的一种典型实施方式中，还提供了一种数字微镜芯片的制备方法，这种数字微镜芯片的制备方法与现有技术中数字微镜芯片的制备方法大体相同，进而其中制备单像素结构的步骤采用上述的单像素结构的制备方法。基于本申请所提供的单像素结构的制备方法的改进，该数字微镜芯片的制备方法也相对简化了，降低了成本，提高了良率。

本申请所提供的上述单像素结构的制备方法具有如下优势

（1）步骤简单，容易操作，且通过合理的运用各步骤相对于现有技术中的单像素结构的制备方法，可减少掩膜的使用量，降低成本，并提高制备良率。

（2）由上述方法所制备的单像素结构中将反射镜做成T形结构，使其中位于竖直方向的驱动部设置在左导电部和右导电部之间，以增加反射镜与左导电部和右导电部之间的对应表面，增加施加相反电性电压后的电磁性吸引力，进而增加反射镜的反应灵敏度。

（3）由上述方法所制备的单像素结构中具有T形结构的反射镜与第一导电组件进行电磁性吸引的部分主要是为位于左导电部和右导电部之间的驱动部，基于这种施加相反电性电压使两者产生电磁形吸引力的运行原理，可以将反射部平行于衬底平面的截面面积制作的更为小，以适应于DMD芯片小型化、微型化的制作要求。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种单像素结构，其特征在于，包括：

衬底，

第一导电组件，设置在所述衬底上，包括左导电部和右导电部；

反射镜，通过设置在所述衬底或所述第一导电组件上的支撑结构悬空地设置在所述第一导电组件上方，所述反射镜包括反射部和与所述反射部垂直设置的驱动部，所述驱动部部分延伸至所述左导电部和右导电部之间；

常态下，所述驱动部处于与所述衬底上表面垂直的状态，且与所述左导电部和右导电部不接触；所述左导电部与所述驱动部施加电性相反的电压时，所述驱动部向所述左导电部偏转；所述右导电部与驱动部施加电性相反的电压时，所述驱动部向所述右导电部偏转；

所述单像素结构通过以下步骤制得：

提供衬底，在所述衬底上形成第一绝缘层，刻蚀所述第一绝缘层，在所述第一绝缘层中形成凹槽；

在所述凹槽的两个相对的侧壁表面上分别形成包括左导电部和右导电部的第一导电组件；

沉积牺牲材料，形成位于所述第一绝缘层、左导电部和右导电部上方的第一牺牲部和位于所述左导电部和右导电部之间的第二牺牲部；

刻蚀所述第二牺牲部，在所述第二牺牲部内部形成驱动部形成槽；

刻蚀穿透所述第一牺牲部形成第二导电组件形成槽；

沉积导电材料，在所述第二导电组件形成槽中形成作为支撑结构的第二导电组件；

沉积导电反光材料，形成位于所述第一牺牲部和所述第二导电组件上的导电反光材料层和位于所述驱动部形成槽中的驱动部；

在所述导电反光材料层上设置掩膜，所述掩膜至少部分覆盖在所述第二导电组件的上方；

刻蚀所述导电反光材料层形成反射部；

去除所述掩膜、所述第一牺牲部和第二牺牲部，形成所述单像素结构。

2.根据权利要求1所述的单像素结构，其特征在于，所述单像素结构还包括设置在所述衬底上的第一绝缘层，所述第一绝缘层上形成有凹槽，所述第一导电组件设置在所述凹槽内。

3.根据权利要求1所述的单像素结构，其特征在于，所述左导电部和右导电部面向所述驱动部的一侧具有第二绝缘层，常态下，所述驱动部与所述第二绝缘层不接触。

4.根据权利要求3所述的单像素结构，其特征在于，所述单像素结构还包括所述第二导电组件，所述第二导电组件设置在所述第一绝缘层上，且与所述反射部电连接。

5.根据权利要求4所述的单像素结构，其特征在于，所述第二导电组件包括前导电部和后导电部，所述前导电部和后导电部设置在所述反射部的两侧，作为所述支撑结构支撑所述反射镜，且所述前导电部和后导电部之间的连线垂直于所述左导电部和右导电部之间的连线。

6.根据权利要求5所述的单像素结构，其特征在于，所述前导电部和后导电部的高度设置为所述驱动部偏转与第二绝缘层相接触时，所述反射部不与所述第一绝缘层的上表面相接触。

7.根据权利要求5所述的单像素结构，其特征在于，所述前导电部和后导电部与所述反射部之间分别通过支撑梁连接。

8.根据权利要求7所述的单像素结构，其特征在于，所述反射部、所述驱动部和所述支撑梁一体成型。

9.根据权利要求5所述的单像素结构，其特征在于，所述驱动部在平行于所述衬底的平面内的截面为矩形截面，所述矩形截面的长边平行于所述前导电部和后导电部之间的连线，矩形截面的短边平行于所述左导电部和右导电部之间的连线。

10.一种数字微镜芯片，包括一组或多组单像素结构，其特征在于，各组单像素结构包括权利要求1至9中任一项所述的单像素结构。

11.一种单像素结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供衬底，在所述衬底上形成第一绝缘层，刻蚀所述第一绝缘层，在所述第一绝缘层中形成凹槽；

在所述凹槽的两个相对的侧壁表面上分别形成包括左导电部和右导电部的第一导电组件；

沉积牺牲材料，形成位于所述第一绝缘层、左导电部和右导电部上方的第一牺牲部和位于所述左导电部和右导电部之间的第二牺牲部；

刻蚀所述第二牺牲部，在所述第二牺牲部内部形成驱动部形成槽；

刻蚀穿透所述第一牺牲部形成第二导电组件形成槽；

沉积导电材料，在所述第二导电组件形成槽中形成作为支撑结构的第二导电组件；

沉积导电反光材料，形成位于所述第一牺牲部和所述第二导电组件上的导电反光材料层和位于所述驱动部形成槽中的驱动部；

在所述导电反光材料层上设置掩膜，所述掩膜至少部分覆盖在所述第二导电组件的上方；

刻蚀所述导电反光材料层形成反射部；

去除所述掩膜、所述第一牺牲部和第二牺牲部，形成所述单像素结构。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在沉积所述牺牲材料前，还包括在所述左导电部和右导电部的相对表面上形成第二绝缘层的步骤。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述第二导电组件与所述反光镜的材料相同，完成所述第二导电组件形成槽的步骤后，沉积导电反光材料，同时形成所述第二导电组件、导电反光材料层、以及驱动部。

14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，形成所述左导电部和右导电部的步骤包括：

直接在所述凹槽的两个相对内壁上沉积导电材料，形成膜状左导电部和右导电部；或者

在所述凹槽中沉积导电材料，形成导电材料层，再刻蚀所述导电材料层形成所述左导电部和右导电部。

15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，刻蚀穿透所述第一牺牲部形成第二导电组件形成槽的步骤中包括：分别在所述左导电部和右导电部连线的中分线的两侧刻蚀形成前导电部形成槽和后导电部形成槽的步骤。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，在所述设置掩膜的步骤中，所述掩膜包括一体连接的反射部对应膜和对称设置在所述反射部对应膜两侧的第一支撑梁对应膜和第二支撑梁对应膜，所述第一支撑梁对应膜至少部分覆盖在所述前导电部上方，所述第二支撑梁对应膜至少部分覆盖在所述后导电部上方。

17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，在所述导电反光材料层上设置掩膜的步骤中，所述掩膜还包括连接在所述第一支撑梁对应膜自由端的前导电部对应膜和连接在所述第二支撑梁对应膜自由端的后导电部对应膜。

18.一种数字微镜芯片的制备方法，包括制备单像素结构的步骤，其特征在于，制备单像素结构的步骤采用权利要求11至17中任一项所述的单像素结构的制备方法。