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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine aktuierte Spiegelmatrix auf
Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem und insbesondere eine aktuierte Spiegelmatrix
auf Dünnschichtbasis
für ein optisches
Projektionssystem, die das Auftreten von Pixel-Punktdefekten deutlich
verringert und die Qualität
des auf den Bildschirm projizierten Bildes verbessert.
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Sowohl
die WO 98/00978 A1 und die
EP
0 810 458 A2 offenbaren eine aktuierte Spiegelmatrix auf
Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem. Beide Dokumente betreffen lediglich
den allgemeinen technischen Stand.
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Im
Allgemeinen werden Lichtmodulatoren in zwei Gruppen entsprechend
der verwendeten Optik eingeteilt. Ein erster Typ ist ein direkter
Lichtmodulator, wie eine Kathodenröhre (CRT), und der andere Typ
ist ein in Transmission arbeitender Lichtmodulator, beispielsweise
eine Flüssigkristallanzeige
(LCD). Eine CRT erzeugt eine höhere
Bildqualität
auf dem Bildschirm, allerdings steigen bei einer Vergrößerung des
Bildschirms das Gewicht, das Volumen und die Herstellungskosten
einer CRT. Ein LCD weist eine einfache optische Struktur auf, sodass
das Gewicht und das Volumen eines LCDs geringer sind im Vergleich
zu einer CRT. Allerdings weist ein LCD eine geringe Lichteffizienz
unter 1 bis 2% aufgrund der Lichtpolarisation auf. Darüber hinaus
liegen weitere Probleme bei Flüssigkristallmaterialien
für LCDs
vor, beispielsweise eine langsame Reaktionszeit und eine Neigung
zur Überhitzung.
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Daher
wurden Digitalspiegelvorrichtungen (digital mirror device – DMD) und
aktuierte Spiegelmatrizen (actuated mirror arrays – AMA) entwickelt, um
die genannten Probleme zu lösen.
Derzeit weist ein DMD eine Lichteffizienz von ungefähr 5% und
ein AMA eine Lichteffizienz von ungefähr 10% auf. Das AMA erhöht den Kontrast
eines Bilds auf einem Bildschirm, sodass das Bild auf dem Bildschirm
deutlicher und heller erscheint. Das AMA wird nicht durch die Lichtpolarisation
beeinflusst und beeinflusst diese nicht und ist daher effizienter
im Vergleich zu einem LCD oder einem DMD.
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm für das
Funktionsprinzip eines konventionellen AMA, entsprechend zur Offenbarung
aus dem US-Patent
US 5,126,836 (erteilt
für Gregory
Um). Wie in
1 dargestellt, tritt ein von
einer Lichtquelle einfallender Lichtstrahl durch einen ersten Spalt
3 und
eine erste Linse
5 hindurch und wird in rotes, grünes und
blaues Licht entsprechend dem Rot-Grün-Blau-System (RGB)
für die
Farbdarstellung aufgespalten. Nachdem die aufgeteilten roten, grünen und
blauen Lichtanteile jeweils an einem ersten Spiegel
7,
einem zweiten Spiegel
9 und einem dritten Spiegel
11 reflektiert
werden, werden die reflektierten Lichtanteile jeweils auf AMA-Vorrichtungen
13,
15 und
17,
die zu den Spiegeln
7,
9 und
11 korrespondieren,
auftreffen. In den AMA-Vorrichtungen
13,
15 und
17 werden
die darin angeordneten Spiegel verkippt, sodass das einfallende
Licht durch die Spiegel reflektiert wird. Für diesen Fall werden die in
den AMA-Vorrichtungen
13,
15 und
17 installierten
Spiegel entsprechend zur Deformation von unterhalb der Spiegel ausgebildeten, aktiven
Schichten verkippt. Das von den AMA-Vorrichtungen
13,
15 und
17 reflektierte
Licht tritt durch eine zweite Linse
19 und einen zweiten
Spalt
21 hindurch und dient zur Ausbildung eines Bildes
auf einen Bildschirm (nicht dargestellt) unter Verwendung einer
Projektionslinse
23.
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In
den meisten Fällen
wird ZnO als aktive Schicht verwendet. Allerdings weist Bleizirkonat-Titanat
(PZT:Pb(Zr, Ti)O3) im Vergleich zu ZnO verbesserte
piezoelektrische Eigenschaften auf. PZT ist eine vollständige, einen
Festkörper
bildende Mischung aus Bleizirkonat (PbZrO3)
und Bleititanat (PbTiO3). Bei hohen Temperaturen
existiert die kubische Struktur des PZT als paraelektrische Phase. Eine
orthorhombische Struktur des PZT existiert in einer antiferroelektrischen
Phase, eine rhomboedrische Struktur des PZT existiert in einer ferroelektrischen
Phase und eine tetragonale Struktur des PZT existiert in einer ferromagnetischen
Phase in Abhängigkeit
des Zusammensetzungsverhältnisses
von Zr zu Ti bei Raumtemperatur. Die morphotropische Phasengrenze
(MPB) zwischen der tetragonalen Phase und der rhomboedrischen Phase
existiert für
eine Zusammensetzung, welche ein Verhältnis Zr:Ti von 1:1 aufweist.
PZT weist maximale dielektrische Eigenschaften und maximale piezoelektrische
Eigenschaften an der MPB auf. Die MPB existiert in einem weiten
Bereich, in dem eine Koexistenz zwischen der tetragonalen Phase
und der rhomboedrischen Phase besteht, allerdings tritt diese nicht
bei einer bestimmten Zusammensetzung auf. Die Forscher sind sich nicht über die
Zusammensetzung des Bereichs des PZT, in dem die Phasen koexistieren,
einig. Unterschiedliche Theorien, beispielsweise thermodynamische
Stabilität,
Fluktuationen der Zusammensetzung und innere Spannungen, wurden
vorgeschlagen als Begründung
für die
Bereiche koexistierender Phasen. Heutzutage wird PZT auf Dünnschichtbasis
mittels verschiedener Prozesse aufgebracht, beispielsweise einem
Aufschleuder-Verfahren,
organometallischer chemischer Gasphasenabscheidung (OMCVD) und einem
Sputtering-Verfahren.
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Die
AMAs werden im Allgemeinen aufgeteilt in AMAs vom Festkörpertyp
und AMAs auf Dünnschichtbasis.
Ein AMA vom Festkörpertyp
wird durch das US-Patent
5,469,302 (erteilt für
Dae-Young Lim) offenbart. Für
ein AMA vom Festkörpertyp
wird ein keramischer Wafer, der aus einer mehrlagigen Keramik mit
zwischen den Schichten angeordneten Metallelektroden besteht, auf
eine aktive Matrix aufgesetzt, die Transistoren umfasst, durch die
Bearbeitung des keramischen Wafers mit einem Sägeverfahren wird ein Spiegel
auf den keramischen Wafer aufgesetzt. Allerdings ist ein AMA vom
Festkörpertyp dahingehend
nachteilig, da die Prozessierung und das Design eine hohe Genauigkeit
verlangen und die Reaktionszeit der aktiven Schicht langsam ist.
Folglich wurden AMAs auf Dünnschichtbasis
entwickelt, für
deren Herstellung die Verfahren der Halbleitertechnologie verwendet
werden.
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Ein
AMA auf Dünnschichtbasis
wird durch die US-Schrift mit der Serien-Nr. 08/792.453 mit dem Titel „THIN FILM
ACTUATED MIRROR ARRAY IN AN OPTICAL PROJECTION SYSTEM AND METHOD
FOR MANUFACTURING THE SAME",
die gegenwärtig
beim US-Patent- und Markenamt anhängig und Gegenstand einer Übertragung
auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung ist.
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2 zeigt
in einer Draufsicht ein AMA auf Dünnschichtbasis. 3 ist
eine perspektivische Ansicht, die das AMA auf Dünnschichtbasis aus 1 zeigt,
und 4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der
Linie A1-A2 aus 3.
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Bezug
nehmend auf 2–4 weist
das AMA auf Dünnschichtbasis
ein Substrat 31, einen auf dem Substrat 31 ausgebildeten
Aktuator 57, ein reflektives Element 55 auf, das
auf einem zentralen Bereich des Aktuators 57 ausgebildet
ist.
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Das
Substrat 31 mit einer elektrischen Verdrahtung (nicht dargestellt)
umfasst einen Anschluss 33, der auf der Verdrahtung ausgebildet
ist, eine Passivierungsschicht 35, die das Substrat 31 und
den Anschluss 33 überzieht,
eine Ätzstoppschicht 37,
die die Passivierungsschicht 35 überzieht. Der Aktuator 57 umfasst
eine Tragschicht 43, eine untere Elektrode 45,
eine aktive Schicht 47, eine obere Elektrode 49 und
eine Durchkontaktierung 53.
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Gemäß 3 weist
die Tragschicht 43 einen ersten Bereich auf, der unterhalb
der untere Elektrode 45 befestigt ist, und einen zweiten
Bereich, der aus der unteren Elektrode 45 hervorsteht.
Die Unterseiten von beiden Seitenrändern der Tragschicht 43 sind
teilweise mit der Ätzstoppschicht 37 verbunden. Die
befestigten Bereiche der Tragschicht 43 werden als Anker 43a, 43b bezeichnet,
die den Aktuator 57 tragen. Die Seitenränder der Tragschicht 43 sind
von den befestigten Bereichen aus parallel verlaufend verlängert. Der
zentrale Bereich der Tragschicht 43 ist zwischen den Seitenrändern ausgebildet
und mit diesen einstückig
verbunden. Der zentrale Bereich der Tragschicht 43 weist
eine rechteckförmige
Gestalt auf.
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Die
untere Elektrode 45 ist in einem zentralen Bereich der
Seitenränder
der Tragschicht 43 ausgebildet. Die aktive Schicht 47 ist
auf der unteren Elektrode 45 und die obere Elektrode 49 ist
auf der aktiven Schicht 47 ausgebildet. Die untere Elektrode 45 weist
eine U-Form auf. Die aktive Schicht 47 ist schmäler als
die untere Elektrode 45 und weist dieselbe Form wie die
untere Elektrode 45 auf. Die obere Elektrode 49 ist
schmäler
als die aktive Schicht 47 und weist die Form der aktiven
Schicht 47 auf. Wenn ein erstes Signal der unteren Elektrode 45 zugeführt wird
und ein zweites Signal der oberen Elektrode 49 zugeführt wird,
entsteht zwischen der oberen Elektrode 49 und der unteren
Elektrode 45 ein elektrisches Feld, sodass die aktive Schicht 47 durch
das elektrische Feld deformiert wird.
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Die
Durchkontaktierung 53 ist im Durchgangsloch 51 ausgebildet,
das sich von einem Bereich der aktiven Schicht 47 durch
die unteren Elektrode 45, die Tragschicht 43,
die Ätzstoppschicht 37 und
die Passivierungsschicht 35 hindurch zum Anschluss 33 erstreckt.
Die Durchkontaktierung 53 verbindet die untere Elektrode 45 mit
dem Anschluss 33.
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Das
reflektive Element 55 zur Reflexion des einfallenden Lichts
wird im zentralen Bereich der Tragschicht 43 ausgebildet.
Das reflektive Element 55 weist eine vorbestimmte Dicke
von der Oberfläche der
Tragschicht 43 zur Seite der aktiven Schicht 47 auf.
Bevorzugt ist das reflektive Element 55 ein Spiegel, der
eine rechteckförmige
Gestalt aufweist.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines AMA auf Dünnschichtbasis
beschrieben.
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5A bis 5D illustrieren
die Schritte zur Herstellung des AMA auf Dünnschichtbasis.
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Mit
Bezug auf 5A wird die Passivierungsschicht 35 auf
dem Substrat 31, auf dem eine elektrische Verdrahtung (nicht
dargestellt) und ein Anschluss 33 vorliegen, ausgebildet.
Die elektrische Verdrahtung und der Anschluss 33 empfangen
ein erstes Signal (Bildsignal) von extern und übertragen das erste Signal
zur unteren Elektrode 45. Bevorzugt umfasst die elektrische
Verdrahtung einen Metalloxid-Halbleitertransistor (MOS) zur Ausführung von Schaltoperationen.
Der Anschluss 33 ist mittels eines Metalls hergestellt,
beispielsweise Wolfram (W). Der Anschluss 33 ist mit der
elektrischen Verdrahtung verbunden. Die Passivierungsschicht 35 wird
aus einem Phosphorsilikatglas (PSG) hergestellt und mittels einer
chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht, sodass die Passivierungsschicht 35 eine
Schichtstärke
von 0,1 μm
bis 1,0 μm
aufweist. Die Passivierungsschicht 35 schützt das
Substrat 31 mit der elektrischen Verdrahtung und dem Anschluss 33 während der
nachfolgenden Verfahrensschritte.
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Die Ätzstoppschicht 37 wird
auf der Passivierungsschicht 35 mittels eines Nitrids hergestellt,
das durch ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren bei Niederdruck
(LPCVD) derart aufgebracht wird, sodass die Ätzstoppschicht 37 eine
Schichtstärke
von 1000 Å und
2000 Å aufweist.
Die Ätzstoppschicht 37 schützt die
Passivierungsschicht 35 und das Substrat während der
nachfolgenden Ätzschritte.
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Eine
Opferschicht 39 wird auf der Ätzstoppschicht 37 mittels
PSG und einem CVD-Verfahren bei Atmosphärendruck (APCVD) derart hergestellt,
dass die Opferschicht 39 eine Schichtstärke zwischen 0,5 μm bis 4,0 μm aufweist.
Für diesen
Fall ist der Grad der Ebenheit der Opferschicht 39 schlecht,
da die Opferschicht 39 über
das Substrat 31 mit der elektrischen Verdrahtung und dem
Anschluss 33 gelegt ist. Daher wird die Oberfläche der
Opferschicht 39 geebnet, indem ein Spin-on-Glas (SOG) oder
ein chemisch/mechanisches Politurverfahren (CMP) verwendet wird.
Nachfolgend werden ein erster Bereich der Opferschicht 39,
unterhalb dem der Anschluss 33 angeordnet ist, und ein
zweiter Bereich der Opferschicht 39, der benachbart zum
ersten Bereich der Opferschicht 39 liegt, angeätzt, um
einen ersten Bereich der Ätzstoppschicht 37 mit
dem darunterliegenden Anschluss 33 und einen zweiten Bereich
der Ätzstoppschicht 37,
der benachbart zum ersten Bereich der Ätzstoppschicht 37 liegt,
freigelegt, um die Tragschicht 43 anzulegen.
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Gemäß 5B wird
eine erste Schicht auf den ersten und den zweiten Bereichen der Ätzstoppschicht 37 und
der Opferschicht 39 ausgebildet. Die erste Schicht wird
mittels eines festen Materials wie Nitrid oder einem Metall angelegt.
Die erste Schicht wird mittels eines LPCVD-Verfahrens aufgebracht, sodass
die erste Schicht eine Schichtstärke
zwischen 0,1 μm
und 1,0 μm
aufweist. Die erste Schicht wird derart strukturiert, dass die Tragschicht 43 entsteht.
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Die
untere Elektrodenschicht wird auf der ersten Schicht mittels eines
elektrisch leitfähigen
Metalls, beispielsweise Platin (Pt), Tantal (Ta) oder Platin-Tantal
(Pt-Ta), hergestellt.
Die untere Elektrodenschicht wird mittels eines Sputterverfahrens
oder eines CVD-Verfahrens derart aufgebracht, dass die untere Elektrodenschicht
eine Schichtstärke
zwischen 0,1 μm
und 1,0 μm
aufweist. In der Folge wird mittels eines Wasserstrahlverfahrens
die untere Elektrodenschicht eingeschnitten (iso-cutted), um jede der unteren Elektrodenschichten
abzutrennen, sodass jedes Pixel der AMA auf Dünnschichtbasis unabhängig von den
anderen ein erstes Signal von extern über die elektrische Verdrahtung
und den Anschluss 33 empfängt. Die untere Elektrodenschicht
wird zur Ausbildung der unteren Elektrode 45 strukturiert.
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Eine
zweite Schicht wird auf der unteren Elektrodenschicht mittels eines
piezoelektrischen Materials, beispielsweise PZT (Pb(Zr, Ti)O3) oder PLZT ((Pb, La)(Zr, Ti)O3),
hergestellt, sodass die zweite Schicht eine Schichtstärke von
0,1 μm bis
1,0 μm aufweist.
Bevorzugt hat die zweite Schicht eine Schichtstärke von ungefähr 0,4 μm. Nachdem
die zweite Schicht durch ein Sol-Gel-Verfahren, ein Sputterverfahren
oder ein CVD-Verfahren hergestellt wurde, wird die zweite Schicht
mittels eines thermischen Kurzzeit-Temperverfahrens (RTA) getempert.
Die zweite Schicht wird zur Ausbildung der aktiven Schicht 47 strukturiert.
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Die
obere Elektrodenschicht wird auf der zweiten Schicht mit Hilfe eines
elektrisch leitfähigen Metalls
hergestellt, beispielsweise mittels Aluminium (Al), Platin oder
Silber (Ag). Die obere Elektrodenschicht wird mittels eines Sputterverfahrens
oder eines CVD-Verfahrens so angelegt, dass die obere Elektrodenschicht
eine Schichtstärke
zwischen 0,1 μm
und 1,0 μm
aufweist. Die obere Elektrodenschicht wird zur Ausbildung der oberen
Elektrode 49 strukturiert.
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Gemäß 5C wird
nach dem Aufschleudern des Photolacks (nicht dargestellt) auf die
obere Elektrodenschicht mittels eines Spin-Coating-Verfahrens die
obere Elektrodenschicht zur Ausbildung der oberen Elektrode 49 strukturiert,
wobei der Photolack als Ätzmaske
verwendet wird. Als Folge entsteht eine obere Elektrode 49 in
U-Form. Das zweite Signal (Vorspannungssignal) wird der oberen Elektrode 49 zur
Erzeugung eines elektrischen Felds zwischen der obere Elektrode 49 und
der unteren Elektrode 45 zugeleitet.
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Ein
zweiter Photolack (nicht dargestellt) wird auf die obere Elektrode 49 und
auf die zweite Schicht mittels eines Spin-Coating-Verfahrens aufgebracht, nachdem
der erste Photolack mittels eines Ätzschritts entfernt wurde.
Die zweite Schicht wird zur Ausbildung der aktiven Schicht 47 unter
Zuhilfenahme des zweiten Photolacks als Ätzmaske strukturiert. Die aktive
Schicht 47 weist eine U-Form auf und ist breiter als die
obere Elektrode 49. Nachdem der zweite Photolack durch Ätzen abgenommen
wurde, wird ein dritter Photolack (nicht dargestellt) auf die obere
Elektrode 49, die aktive Schicht 47 und die untere
Elektrodenschicht mittels eines Spin-Coating-Verfahrens aufgebracht.
Die untere Elektrodenschicht wird zur Ausbildung der unteren Elektrode 45 strukturiert,
indem der dritte Photolack als Ätzmaske verwendet
wird. Die untere Elektrode 45 weist eine U-Form auf, die
weiter ist als jene der aktiven Schicht 47. Daraufhin wird
die dritte Photoschicht durch einen Ätzschritt entfernt.
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Nachfolgend
werden Bereiche der aktiven Schicht 47, der unteren Elektrode 45,
der ersten Schicht, der Ätzstoppschicht 37 und
der Passivierungsschicht 35 derart angeätzt, dass ein Durchgangsloch 51 von
einem Bereich der aktiven Schicht 47 zum Anschluss 33 ausgebildet
wird. Im Durchgangsloch 51 wird eine Durchkontaktierung 53 mittels
eines elektrisch leitfähigen
Metalls, beispielsweise Wolfram (W), Platin, Aluminium oder Titan,
hergestellt. Die Durchkontaktierung 53 wird mit Hilfe eines Sputterverfahrens
oder eines CVD-Verfahrens hergestellt, sodass die Durchkontaktierung 53 zwischen dem
Anschluss 33 und der unteren Elektrode 45 ausgebildet
ist. Die Durchkontaktierung 53 verbindet die untere Elektrode 45 mit
dem Anschluss 33.
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Gemäß 5D wird
die erste Schicht zur Ausbildung einer Tragschicht 43 strukturiert,
indem ein vierter Photolack (nicht dargestellt) als Ätzmaske verwendet
wird, nachdem der vierte Photolack auf die untere Elektrode 45 mittels
eines Spin-Coating-Verfahrens
aufgebracht wurde. Die Tragschicht 43 weist seitliche Randbereiche
und einen zentralen Bereich auf. Die Unterseiten der seitlichen
Randbereiche der Tragschicht 43 sind teilweise mit der Ätzstoppschicht 37 verbunden
und werden als Anker 43a, 43b bezeichnet. Die
seitlichen Randbereiche der Tragschicht 43 werden parallel
verlaufend und oberhalb der an der Ätzstoppschicht 37 befestigten Bereiche
ausgebildet. Der zentrale Bereich der Tragschicht 43 ist
einstückig
mit den seitlichen Randbereichen ausgebildet und liegt zwischen
den seitlichen Randbereichen. Der zentrale Bereich der Tragschicht 43 ist
von rechteckförmiger
Gestalt. Daraufhin wird der Photolack durch Ätzen entfernt. Ein Bereich
der Opferschicht 39 wird beim Strukturieren der ersten Schicht
freigelegt.
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Nachdem
die Beschichtung mit dem fünften Photolack
der freigelegten Bereiche der Opferschicht 39 und der Tragschicht 43 mittels
eines Spin-Coating-Verfahrens aufgebracht ist, wird der fünfte Photolack
zur Freilegung des zentralen Bereichs der Tragschicht 43 strukturiert.
Das reflektive Element 55 wird auf den zentralen Bereich
der Tragschicht 43 mittels eines reflektiven Materials
hergestellt, beispielsweise mittels Silber, Platin oder Aluminium.
Das reflektive Element 55 wird durch ein Sputterverfahren oder
ein CVD-Verfahren so hergestellt, dass das reflektive Element 55 eine
Schichtstärke
zwischen 0,3 μm
bis 2,0 μm
aufweist. Das reflektive Element 55 zur Reflexion des von
der Lichtquelle (nicht dargestellt) einfallenden Lichts hat dieselbe
Form wie der zentrale Bereich der Tragschicht 43. Nachfolgend
wird der fünfte
Photolack und die Opferschicht 39 mittels eines Wasserstofffluoriddampfs
(HF) entfernt, sodass der Aktuator 57 vollendet ist. Die
Opferschicht 39 wird entfernt und ein Luftspalt 41 wird
an jener Stelle gebildet, an der sich die Opferschicht 39 befand.
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Das
erste Signal wird der unteren Elektrode 45 mittels der
elektrischen Verdrahtung, dem Anschluss 33 und dem Kontakt 53 von
extern zugeführt. Gleichzeitig
erfolgt das Anlegen eines zweiten Signals an die obere Elektrode 49 von
der gemeinsamen Leitung (nicht dargestellt) aus, sodass ein elektrisches
Feld zwischen der oberen Elektrode 49 und der unteren Elektrode 45 gebildet
wird. Die aktive Schicht 47, die zwischen der oberen Elektrode 49 und
der unteren Elektrode 45 ausgebildet ist, wird durch das
elektrische Feld deformiert. Die aktive Schicht 47 wird
in einer Richtung senkrecht zum elektrischen Feld deformiert. Der
Aktuator 57 mit der aktiven Schicht 47 wird in
eine Richtung ausgelenkt, die entgegengesetzt zur Lage der Tragschicht 43 ist. Dies
bedeutet, dass der Aktuator 57 eine Stellbewegung nach
oben ausführt
und die Tragschicht 43, die mit der unteren Elektrode 45 verbunden
ist, ebenfalls nach oben bewegt wird, entsprechend der Kippbewegung
des Aktuators 57.
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Das
reflektive Element 55, das das von der Lichtquelle einfallende
Licht reflektiert, wird mit dem Aktuator 57 verkippt, da
das reflektive Element 55 am zentralen Bereich der Tragschicht 43 ausgebildet
ist. Folglich reflektiert das reflektive Element 55 Licht
auf dem Bildschirm, sodass auf dem Bildschirm ein Bild dargestellt
wird.
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Allerdings
können
in den voranstehend beschriebenen AMA auf Dünnschichtbasis Risse entstehen,
die von dem Bereich der zweiten Schicht (aktive Schicht), der durch
das Wasserstrahlschneiden (iso-cutted) der unteren Elektrodenschicht
hergestellt wird, bis zum anderen Bereich der zweiten Schicht reichen,
da die zweite Schicht auf der unteren Elektrodenschicht ausgebildet
wird, nachdem das Wasserstrahlschneiden zur Trennung der Pixels
des AMA auf Dünnschichtbasis
erfolgt ist. Folglich kann ein elektrischer Kurzschluss zwischen
der oberen Elektrode und der unteren Elektrode auftreten, da die obere
Elektrode und die untere Elektrode teilweise über die Risse, die in der aktiven
Schicht entstehen, in Verbindung stehen. Wird ein elektrischer Kurzschluss
erzeugt, so kann der Aktuator nicht mehr angesteuert werden und
es tritt ein Punktdefekt an einem Pixel für das AMA auf Dünnschichtbasis
auf.
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Außerdem kann
ein anfängliches
Verkippen des Aktuators vorliegen, ohne dass die ersten und die
zweiten Signale angelegt sind, da eine zur Deformation führende Stellkraft,
beispielsweise eine ungleichmäßige, remanente
Spannung oder ein Spannungsgradient, auf die Spannungsbündelungslinie einwirken,
die bei der Strukturierung der Opferschicht erzeugt wird, um die
Anker zur Abstützung
der Aktuatoren herzustellen. Als Folge nimmt die Beleuchtungsstärke des
einfallenden Lichts ab, da das reflektive Element nicht den gewünschten
Kippwinkel aufweist, wenn der Aktuator eine initiale Verkippung
ausführt,
sodass die Qualität
des auf den Bildschirm projizierten Bildes abnimmt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Demgemäß besteht
ausgehend von den voranstehend beschriebenen Problemen konventioneller
Systeme ein Ziel der Erfindung darin, eine aktuierte Spiegelmatrix
auf Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem anzugeben, das das Auftreten von Pixelpunktdefekten
verhindert ohne ein Wasserstrahlschneiden der unteren Elektroden
auszuführen
und die Qualität
des auf den Bildschirm projizierten Bildes durch eine Vergrößerung der
Lichteffizienz der Ausleuchtung verbessert.
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Um
das voranstehend genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine aktuierte Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis für ein optisches
Projektionssystem angegeben, die eine aktive Matrix, einen Tragsteg,
einen ersten Aktuatorteil, einen zweiten Aktuatorteil und ein reflektives
Element umfasst.
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Die
aktive Matrix weist ein Substrat mit einem darin aufgenommenen Metalloxid-Halbleitertransistor
zur Ausführung
von Schaltoperationen und eine erste Metallschicht mit einem Drain-Kontakt
auf, der sich von der Drain-Elektrode des Metalloxid-Halbleitertransistors
zur Übertragung
eines ersten Signals erstreckt.
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Die
Tragstruktur umfasst einen Tragsteg, eine Tragschicht, einen ersten
Anker und zwei zweite Anker. Der Tragsteg wird auf der aktiven Matrix
ausgebildet und die Tragschicht ist mit dem Tragsteg einstückig ausgebildet.
Die Tragschicht weist eine ringförmig
geschlossene, rechteckförmige
Gestalt auf. Der erste Anker und die zweiten Anker sind jeweils zwischen
der aktiven Matrix und Bereichen der Tragschicht, die benachbart
an den Tragsteg angrenzt, ausgebildet.
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Der
erste Aktuatorteil umfasst eine erste untere Elektrode, eine erste
aktive Schicht und eine erste obere Elektrode. Die erste untere
Elektrode empfängt
ein erstes Signal. Die erste untere Elektrode wird in einem ersten
Bereich der Tragschicht hergestellt, die senkrecht zum Tragsteg
verläuft,
und die erste obere Elektrode entspricht der ersten unteren Elektrode.
Die erste obere Elektrode empfängt
ein zweites Signal und erzeugt ein erstes elektrisches Feld. Die
erste aktive Schicht wird zwischen der ersten unteren Elektrode
und der ersten oberen Elektrode ausgebildet und sie wird durch das
erste elektrische Feld deformiert.
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Das
zweite Aktuatorteil umfasst entsprechend eine zweite untere Elektrode,
ein zweite aktive Schicht und eine zweite obere Elektrode. Die zweite untere
Elektrode empfängt
das erste Signal. Die zweite untere Elektrode wird auf einem zweiten
Bereich der Tragschicht ausgebildet, die senkrecht zum Tragsteg
verläuft.
Die zweite obere Elektrode entspricht der zweiten unteren Elektrode
und empfängt das
zweite Signal, sodass ein zweites elektrisches Feld erzeugt wird.
Die zweite aktive Schicht wird zwischen der zweiten unteren Elektrode
und der zweiten oberen Elektrode ausgebildet und sie wird durch
das zweite elektrische Feld deformiert.
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Das
reflektive Element wird oberhalb des ersten Aktuatorteils und des
zweiten Aktuatorteils derart ausgebildet, dass das einfallende Licht
reflektiert wird.
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Bevorzugt
umfasst die aktive Matrix ferner eine erste Passivierungsschicht,
die auf der ersten Metallschicht und dem Substrat ausgebildet ist,
eine zweite Metallschicht, die auf der ersten Passivierungsschicht
ausgebildet ist, eine zweite Passivierungsschicht, die auf der zweiten
Metallschicht und einer Ätzstoppschicht
ausgebildet wird, die wiederum auf der zweiten Passivierungsschicht
ausgebildet ist.
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Die
erste untere Elektrode weist eine rechteckige Gestalt auf und umfasst
einen vorstehenden Bereich, die erste aktive Schicht ist von rechteckförmiger Gestalt,
die schmäler
ist als jene der ersten unteren Elektrode, und die erste obere Elektrode
ist von rechteckförmiger
Gestalt, die schmäler
ist als jene der ersten aktiven Schicht. Ebenso hat die zweite untere
Elektrode eine rechteckförmige
Gestalt und umfasst einen vorstehenden Bereich, der zum vorstehenden
Bereich der ersten unteren Elektrode korrespondiert, die zweite
aktive Schicht ist von rechteckförmiger
Gestalt und schmäler
als diejenige der zweiten unteren Elektrode und die zweite obere
Elektrode ist von rechteckförmiger
Gestalt, die schmäler
ist als jene der zweiten aktiven Schicht.
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Bevorzugt
weist die erste untere Elektrode eine auf dem Kopf gestellte L-Form
auf und die zweite untere Elektrode weist eine L-Form auf, die jener der
ersten unteren Elektrode entspricht.
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Der
erste Anker wird unterhalb und zwischen dem ersten Aktuatorteil
und dem zweiten Aktuatorteil ausgebildet und dieser ist mit einem
ersten Bereich der aktiven Matrix verbunden, unter dem der Drain-Kontakt
ausgebildet ist, und die zweiten Anker sind jeweils unterhalb den
Außenseiten
des ersten Aktuatorteils und des zweiten Aktuatorteils ausgebildet.
Die zweiten Anker sind jeweils mit einem zweiten Bereich und einem
dritten Bereich der aktiven Matrix, die angrenzend zum ersten Bereich
der aktiven Matrix angeordnet sind, verbunden.
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Bevorzugt
umfasst die aktuierte Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis ferner eine
Durchkontaktierung zur Übertragung
eines ersten Signals vom Drain-Kontakt zur ersten unteren Elektrode
und zur zweiten unteren Elektrode, ein Anschlusselement für die erste
untere Elektrode, das von der Durchkontaktierung bis zum vorstehenden
Bereich der ersten unteren Elektrode reicht, und ein Anschlusselement
für die
zweite untere Elektrode, das von der Durchkontaktierung bis zum
vorstehenden Bereich der zweiten unteren Elektrode reicht. Die Durchkontaktierung wird
im Durchgangsloch ausgebildet, das sich vom ersten Anker bis zum
Drain-Kontakt erstreckt. Die Durchkontaktierung, das Anschlusselement
für die erste
untere Elektrode und das Anschlusselement für die zweite untere Elektrode
werden mittels eines elektrisch leitfähigen Metalls hergestellt,
beispielsweise mittels Silber, Platin, Tantal oder Platin-Tantal.
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Für eine bevorzugtere
Ausgestaltung umfasst die aktuierte Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
eine gemeinsame Leitung zur Übertragung
des zweiten Signals, ein erstes Isolationselement, das zwischen
einem Bereich der ersten oberen Elektrode und einem Bereich der
Tragschicht über
einem Bereich der ersten unteren Elektrode hinweg ausgebildet wird,
ein Anschlusselement für
eine erste obere Elektrode, das von der gemeinsamen Leitung zur ersten
oberen Elektrode über
das erste Isolationselement hinweg angelegt wird, ein zweites Isolationselement,
das von einem Bereich der zweiten oberen Elektrode zu einem Bereich
der Tragschicht über
einen Bereich der zweiten unteren Elektrode hinweg angelegt wird,
und ein Anschlusselement für
eine zweite obere Elektrode, das von der gemeinsamen Leitung zur
zweiten oberen Elektrode über
das zweite Isolationselement hinweg reicht. Die gemeinsame Leitung
wird auf dem Tragsteg angelegt.
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Das
erste und das zweite Isolationselement werden mittels amorphem Silizium
oder einem Niedertemperaturoxid wie Siliziumdioxid (SiO2)
oder Phosphorsäureanhydrid
(P2O5) hergestellt.
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Die
Anschlusselemente für
die erste und die zweite obere Elektrode werden mittels eines elektrisch
leitfähigen
Metalls hergestellt, beispielsweise mittels Silber, Platin, Tantal
oder Platin-Tantal.
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Ein
Pfosten zum Tragen des reflektiven Elements wird zwischen einem
zentralen Bereich des reflektiven Elements und einem Bereich der
Tragschicht ausgebildet, der parallel zum Tragsteg verläuft.
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Für das AMA
auf Dünnschichtbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein erstes Signal von extern an die erste und die
zweite untere Elektrode über
den MOS-Transistor, der im Substrat angeordnet ist, den Drain-Kontakt
der ersten Metallschicht, die Durchkontaktierung und die Anschlusselemente für die erste
und die zweite untere Elektrode angelegt. Zur gleichen Zeit wird
ein externes Signal zur ersten und zweiten oberen Elektrode über die
gemeinsame Leitung und die Anschlusselemente für die erste und die zweite
obere Elektrode zugeführt. Als
Folge wird ein erstes elektrisches Feld zwischen der ersten oberen
Elektrode und der ersten unteren Elektrode erzeugt und ein zweites
elektrisches Feld wird zwischen der zweiten oberen Elektrode und
der zweiten unteren Elektrode erzeugt. Die erste aktive Schicht,
die zwischen der ersten oberen Elektrode und der ersten unteren
Elektrode ausgebildet ist, wird durch das erste elektrische Feld
deformiert und die zweite aktive Schicht, die zwischen der zweiten
oberen Elektrode und der zweiten unteren Elektrode ausgebildet ist,
wird durch das zweite elektrische Feld deformiert. Die erste und
die zweite aktive Schicht werden jeweils in Richtungen ausgelenkt,
die senkrecht zum ersten und zum zweiten elektrischen Feld verlaufen.
Der erste Aktuatorteil mit der ersten aktiven Schicht und der zweite
Aktuatorteil mit der zweiten aktiven Schicht werden entgegengesetzt
zur Lage der Tragschicht ausgelenkt. Demnach werden der erste und
der zweite Aktuatorteil nach oben bewegt und die mit der ersten
und der zweiten unteren Elektrode verbundene Tragschicht wird ebenfalls nach
oben bewegt entsprechend zur Kippbewegung des ersten und des zweiten
Aktuatorteils.
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Das
reflektive Element wird durch den Pfosten getragen, der im Bereich
der Tragschicht ausgebildet ist. Das reflektive Element, welches
das von der Lichtquelle einfallende Licht reflektiert, wird mit dem
ersten und dem zweiten Aktuatorteil gekippt. Folglich reflektiert
das reflektive Element Licht auf den Bildschirm, sodass auf dem
Bildschirm ein Bild entsteht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden der erste und die zweite Anker, die die Aktuatorteile tragen,
in senkrechter Richtung zu den Aktuatorteilen ausgebildet. Die Aktuatorteile
weisen ebene Oberflächen
ohne anfängliche
Verkippung auf, da keine Spannungs-Bündelungslinie zwischen den
Ankern und den Aktuatorteilen erzeugt wird. Als Folge kann der gewünschte Reflexionswinkel,
der sich auf dem reflektiven Element, das auf den Aktuatorteilen
ausgebildet ist, einstellt, gleichmäßig sein, sodass die Lichteffizienz
erhöht
wird und die Qualität
des auf den Bildschirm projizierten Bildes verbessert ist.
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Ferner
wird die Entstehung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den oberen Elektroden
und den unteren Elektroden durch die Isolationselemente verhindert.
Als Folge werden Punktpixeldefekte des AMA auf Dünnschichtbasis wirksam verringert.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die
voranstehend genannten Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die nachfolgende, detaillierte Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen deutlicher, in welchen im Einzelnen Folgendes dargestellt
ist:
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1 zeigt
eine schematische Ansicht zur Darstellung des Aufbauprinzips einer
konventionellen, aktuierten Spiegelmatrix;
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2 zeigt
eine ebene Ansicht, die eine aktuierte Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
für ein optisches
Projektionssystem darstellt, das in einer vorausgehenden Anmeldung
des Anmelders der vorliegenden Anmeldung offenbart wird;
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die die aktuierte Spiegelmatrix auf
Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem gemäß 2 darstellt;
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4 ist
eine Querschnittansicht entlang der Linie A1-A2 aus 3;
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5A–5D zeigen
die Schritte zur Herstellung einer aktuierten Spiegelmatrix auf
Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem gemäß 4;
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6 zeigt
eine Ansicht von oben zur Darstellung einer erfindungsgemäßen, aktuierten
Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem;
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der aktuierten Spiegelmatrix
auf Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem gemäß 6;
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8 zeigt
eine Querschnittansicht entlang der Linie B1-B2 aus 7;
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9 zeigt
eine Querschnittansicht entlang der Linie C1-C2 aus 7; und
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10A–10G zeigen die Herstellungsschritte für eine aktuierte
Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
für ein
optisches Projektionssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen zur Ausführung
der Erfindung
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Im
Folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung detaillierter mit Bezug auf die beigeschlossenen Zeichnungen
erläutert.
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6 zeigt
eine Draufsicht, die eine erfindungsgemäße, aktuierte Spiegelmatrix
auf Dünnschichtbasis
darstellt, die für
ein optisches Projektionssystem verwendet wird, 7 ist
eine perspektivische Ansicht, zur Darstellung der aktuierten Spiegelmatrix
auf Dünnschichtbasis
aus 6, 8 zeigt eine Querschnittsansicht
entlang der Schnittlinie B1-B2 aus 7 und 9 zeigt
eine Querschnittansicht entlang der Schnittlinie C1-C2 aus 7.
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Bezug
nehmend auf 6 und 7, umfasst
eine erfindungsgemäße, aktuierte
Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
eine aktive Matrix 100, ein Tragelement 175, das
auf der aktiven Matrix 100 ausgebildet ist, einen ersten
Aktuatorteil 210 und entsprechend einen zweiten Aktuatorteil 211,
die auf dem Tragelement 175 ausgebildet sind, und ein reflektives
Element 260, das oberhalb des ersten Aktuatorteils 210 und
oberhalb des zweiten Aktuatorteils 211 ausgebildet ist.
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Gemäß 8 weist
die aktive Matrix 100 ein Substrat 101 mit M × N P-MOS
Transistoren 120 (M, N sind ganze Zahlen), eine erste Metallschicht 135, die
sich von einer Source 110 und einer Drain 105 eines
P-MOS-Transistors 120 aus erstreckt, eine erste Passivierungsschicht 140,
eine zweite Metallschicht 145, eine zweite Passivierungsschicht 150 und
eine Ätzstoppschicht 155 auf.
Die erste Metallschicht 135 ist auf dem Substrat 101 ausgebildet
und die erste Passivierungsschicht 140 ist auf der ersten
Metallschicht 135 und auf dem Substrat 101 ausgebildet. Die
zweite Metallschicht 145 ist auf der ersten Passivierungsschicht 140 ausgebildet
und die zweite Passivierungsschicht 150 ist auf der zweiten
Metallschicht 145 ausgebildet. Die Ätzstoppschicht 155 ist auf
der zweiten Passivierungsschicht 150 ausgebildet.
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Die
erste Metallschicht 135 weist einen Drain-Kontakt auf,
der sich von der Drain-Elektrode 105 des
P-MOS-Transistors 120 aus bis zu einem ersten Anker 177 erstreckt,
der zwischen dem ersten Aktuatorteil 210 und dem zweiten
Aktuatorteil 211 und unterhalb dieser ausgebildet ist.
Die zweite Metallschicht 145 umfasst eine Titanschicht
und eine Titannitridschicht. Die Öffnung 147 ist in
einem Bereich der zweiten Metallschicht 145 ausgebildet,
unterhalb dem der Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 ausgebildet
ist.
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Wie
in den 7 bis 9 dargestellt, umfasst die Tragstruktur 175 einen
Tragsteg 174, eine Tragschicht 170, einen ersten
Anker 171 und zwei zweite Anker 172a, 172b.
Der Tragsteg 174 und die Tragschicht 170 werden
oberhalb der Ätzstoppschicht 155 ausgebildet.
Ein erster Luftspalt 165 wird zwischen der Ätzstoppschicht 155 und
dem Tragsteg 174 angeordnet. Der erste Luftspalt 165 befindet
sich zwischen der ersten Ätzstoppschicht 155 und
der Tragschicht 170.
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Eine
gemeinsame Leitung 240 ist auf dem Tragsteg 174 ausgebildet.
Der Tragsteg 174 dient dazu, die gemeinsame Leitung 240 zu
tragen. Die Tragschicht 170 weist eine ringförmig geschlossene, rechteckige
Form auf. Die Tragschicht 170 ist mit dem Tragsteg 174 einstückig ausgebildet.
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Der
erste Anker 171 ist zwischen den beiden Armen der ringförmig geschlossenen,
rechteckförmigen
Tragschicht 170 und unterhalb dieser ausgebildet. Die beiden
Arme der Tragschicht 170 weisen vom Tragsteg 174 rechtwinklig
weg. Der erste Anker 171 ist an einem ersten Bereich der Ätzstoppschicht 155 befestigt,
unterhalb dem der Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 ausgebildet
ist. Der erste Anker 171 ist mit den beiden Armen der Tragschicht 170 einstückig ausgebildet.
Die beiden Anker 172a, 172b sind jeweils auf den
Außenseiten
dieser beiden Arme der Tragschicht 170 und unterhalb dieser
ausgebildet. Die zweiten Anker 172a, 172b sind
ebenfalls einstückig
mit den beiden Armen der Tragschicht 170 ausgebildet. Die
beiden Anker 172a, 172b sind jeweils mit einem
zweiten Bereich der Ätzstoppschicht 155 und
mit einem dritten Bereich der Ätzstoppschicht 155 verbunden.
Der erste Anker 171 und die beiden zweiten Anker 172a, 172b sind
unterhalb von Bereichen der Tragschicht 170 befestigt,
die benachbart zum Tragsteg 174 liegen. Der erste Anker 171 und
die beiden zweiten Anker 172a, 172b tragen gemeinsam
die Tragschicht 170, sodass der erste Anker 171 und
die zweiten Anker 172a, 172b den ersten Aktuatorteil 210 und
den zweiten Aktuatorteil 211 stützt. Der erste Anker 171 und
die zweiten Anker 172a, 172b sind jeweils kastenförmig.
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Der
mittlere Bereich der Tragschicht 170 wird vom ersten Anker 171 abgestützt und
die seitlichen Bereiche der Tragschicht 170 werden mittels
der zweiten Anker 172a, 172b abgestützt. Folglich
weist ein Querschnitt der Tragstruktur 175 gemäß 8 eine
T-Form auf.
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Ein
Durchgangsloch (via hole) 270 ist von der Oberfläche eines
mittleren Bereichs des ersten Ankers 171 bis zum Drain-Kontakt
der ersten Metallschicht 135 ausgebildet und erstreckt
sich durch Bereiche der ersten Ätzstoppschicht 155,
der zweiten Passivierungsschicht 150, der Öffnung 147 in
der zweiten Metallschicht 145 und der ersten Passivierungsschicht 140.
Eine Durchkontaktierung (via contact) 280 ist im Durchgangsloch 270 ausgebildet.
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Der
erste Aktuatorteil 210 und der zweite Aktuatorteil 211 sind
jeweils auf den beiden Armen der Tragschicht 170 ausgebildet.
Der erste Aktuatorteil 210 und der zweite Aktuatorteil 211 sind
parallel liegend zueinander angelegt. Der erste Aktuatorteil 210 weist
eine erste untere Elektrode 180, eine erste aktive Schicht 190 und
eine erste obere Elektrode 200 auf. Der zweite Aktuatorteil 211 weist
eine zweite untere Elektrode 181, eine zweite aktive Schicht 191 und
eine zweite obere Elektrode 201 auf.
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Die
erste untere Elektrode 180 ist auf einem der beiden Arme
der Tragschicht 170 ausgebildet. Die erste untere Elektrode 180 ist
rechteckförmig
und weist einen vorstehenden Bereich auf, bevorzugt ist die erste
untere Elektrode 180 von umgekehrter, L-förmiger Gestalt.
Die erste untere Elektrode 180 ist mit einem vorbestimmten
Abstand zum Tragsteg 174 ausgebildet. Der vorstehende Bereich
der ersten unteren Elektrode 180 ist nach unten wie eine
Treppe verlängert.
Der vorstehende Bereich der ersten unteren Elektrode 180 ist
zu einem Bereich am ersten Anker 171 benachbart zum Durchgangsloch 270 verlängert. Die
erste aktive Schicht 190 ist auf der ersten unteren Elektrode 180 ausgebildet.
Die erste aktive Schicht 190 ist rechteckförmig und
kleiner als die erste untere Elektrode 180. Die erste obere
Elektrode 200 ist auf der ersten aktiven Schicht 190 ausgebildet.
Die erste obere Elektrode 200 ist rechteckförmig und
kleiner als die erste aktive Schicht 190.
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Die
zweite untere Elektrode 181 ist auf dem anderen der beiden
Arme der Tragschicht 170 ausgebildet. Die zweite untere
Elektrode 181 ist rechteckförmig und weist einen vorstehenden
Bereich auf, bevorzugt weist die zweite untere Elektrode 181 eine L-Form
auf, die jener der ersten unteren Elektrode 180 entspricht.
Die zweite untere Elektrode 181 weist ebenfalls einen vorbestimmten
Abstand zum Tragsteg 174 auf. Der vorstehende Bereich der
zweiten unteren Elektrode 181 ist zu einem Bereich auf
dem ersten Anker 171 verlängert, der benachbart zum Durchgangsloch 270 liegt,
entsprechend zum vorstehenden Bereich auf der ersten unteren Elektrode 180.
Folglich sind die vorstehenden Bereiche der ersten und der zweiten
unteren Elektroden 180, 181 übereinstimmend zueinander,
zentrisch um das Durchgangsloch 270 ausgebildet. Die zweite
aktive Schicht 191 wird auf der zweiten unteren Elektrode 181 ausgebildet.
Die zweite aktive Schicht 191 ist rechteckförmig und
kleiner als die zweite untere Elektrode 181. Die zweite
obere Elektrode 201 wird auf der zweiten aktiven Schicht 191 ausgebildet.
Die zweite obere Elektrode 201 ist rechteckförmig und kleiner
als die zweite aktive Schicht 191.
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Das
Durchgangsloch 280 ist so ausgebildet, dass es sich vom
Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 bis zur Oberseite
des Durchgangslochs 270 erstreckt. Ein Anschlusselement
für die
erste untere Elektrode 290 wird so ausgebildet, dass es
sich von der Durchkontaktierung 280 zum vorstehenden Bereich
der ersten unteren Elektrode 180 erstreckt. Die erste untere
Elektrode 180 ist mit dem Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 über die
Durchkontaktierung 280 und das Anschlusselement für die erste
untere Elektrode 290 verbunden. Ferner ist ein Anschlusselement
für die
zweite untere Elektrode 291 angelegt, das sich von der
Durchkontaktierung 280 zum vorstehenden Bereich der zweiten
unteren Elektrode 181 erstreckt. Die zweite untere Elektrode 181 ist
mit dem Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 mittels
der Durchkontaktierung 280 und dem Anschlusselement für die zweite
untere Elektrode 291 verbunden.
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Ein
erstes Isolationselement 220 wird so ausgebildet, dass
es sich von einem Bereich der ersten oberen Elektrode 200 zu
einem Bereich der Tragschicht 170 erstreckt, der benachbart
zum Tragsteg 174 liegt. Das Anschlusselement für die erste
obere Elektrode 230 ist als ein Element angelegt, das von der
ersten oberen Elektrode 200 zur gemeinsamen Leitung 240 führt und über das
erste Isolationselement 220 hinweg reicht. Das Anschlusselement 230 für die erste
obere Elektrode verbindet die erste obere Elektrode 200 mit
der gemeinsamen Leitung 240. Das erste Isolationselement 220 verhindert,
dass die erste obere Elektrode 200 mit der ersten unteren Elektrode 180 verbunden
wird, sodass das erste Isolationselement 220 die Ausbildung
eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der ersten oberen Elektrode 200 und
der ersten unteren Elektrode 180 verhindert.
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Ferner
wird ein zweites Isolationselement 221 zwischen einem Bereich
der zweiten oberen Elektrode 201 und einem Bereich der
Tragschicht 170 ausgebildet, der benachbart zum Tragsteg 174 liegt.
Ein Anschlusselement für
eine zweite obere Elektrode 231 ist zwischen einem Bereich
der zweiten oberen Elektrode 201 und der gemeinsamen Leitung 240 ausgebildet
und reicht über
das zweite Isolationselement 221 hinweg. Das Anschlusselement für die zweite
obere Elektrode 231 verbindet die zweite obere Elektrode 201 mit
der gemeinsamen Leitung 240. Das zweite Isolationselement 221 und
das Anschlusselement für
die zweite obere Elektrode 231 werden jeweils parallel
zum ersten Isolationselement 220 und zum Anschlusselement
für die
erste obere Elektrode 230 ausgebildet. Das zweite Isolationselement 221 verhindert,
dass die zweite obere Elektrode 201 in Kontakt mit der
zweiten unteren Elektrode 181 tritt, sodass das zweite
Isolationselement 221 die Entstehung eines elektrischen
Kurzschlusses zwischen der zweiten oberen Elektrode 201 und
der zweiten unteren Elektrode 181 verhindert.
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Der
Pfosten 250 wird auf einem Bereich der ringförmig geschlossenen,
rechteckigen Tragschicht 170 ausgebildet, in welchem der
erste Aktuatorteil 210 und der zweite Aktuatorteil 211 nicht
angelegt sind (d.h. ein Bereich der Tragschicht 170 der
in Parallelrichtung vom Tragsteg 174 beabstandet ist).
Der Pfosten 250 trägt
das reflektive Element 260. Bevorzugt weist das reflektive
Element 260 eine rechteckige Form auf.
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Der
mittlere Bereich des reflektiven Elements 260 wird durch
den Pfosten 250 abgestützt. Die
seitlichen Bereiche des reflektiven Elements 260 sind parallel
zueinander und oberhalb des ersten Aktuatorteils 210 und
oberhalb des zweiten Aktuatorteils 211 ausgebildet. Ein
zweiter Luftspalt 310 ist zwischen diesen Randbereichen
des reflektiven Elements 260 und den ersten und zweiten
Aktuatorteilen 210, 211 angeordnet. Das reflektive
Element 260 wird entsprechend zur Aktuation des ersten
Aktuatorteils 210 und des zweiten Aktuatorteils 211 verkippt, sodass
das reflektive Element 260 das von einer Lichtquelle (nicht
dargestellt) einfallende Licht in einem vorbestimmten Winkel reflektiert.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines AMA auf Dünnschichtbasis für ein optisches
Projektionssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachfolgend erläutert.
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10A bis 10G zeigen
die Herstellungsschritte für
ein AMA auf Dünnschichtbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 10A bis 10G werden
für dieselben
Elemente wie in 7 übereinstimmende Bezugszeichen
verwendet.
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Wie
aus 10A ersichtlich ist, wird ein
Isolationselement 125 auf dem Substrat 101 ausgebildet,
um eine aktive Region und eine Feldregion im Substrat 101 durch
ein örtlich
begrenztes Oxidationsverfahren für
Silizium zu trennen, nachdem das aus Silizium bestehende Substrat 101 bereitgestellt
ist. Bevorzugt ist das Substrat 101 ein Siliziumwafer vom n-Typ.
Nachfolgend werden M × N
Metalloxid-Halbleiter-Transistoren
(MOS) 120 vom p-Typ (M, N sind ganze Zahlen) hergestellt,
entsprechend werden eine P+-Source-Elektrode 110 und
die P+-Drain-Elektrode 105 auf dem aktiven
Bereich ausgebildet, dann wird ein Gate 115 zwischen der
Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 105 hergestellt.
Der P-MOS-Transistor 120 empfängt ein erstes Signal (Bildsignal)
von extern und führt
einen Schaltwechsel aus.
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Nachdem
eine Isolationsschicht 130 auf dem Substrat 101 mit
dem darin angelegten P-MOS-Transistor 102 ausgebildet ist,
werden jeweils Öffnungen an
den Stellen der Isolationsschicht 130 angelegt, unter denen
eine Drain-Elektrode 105 und eine Source-Elektrode 110 vorliegt,
sodass die Bereiche der Drain-Elektroden 105 und
der Source-Elektroden 110 freigelegt werden. Nachdem eine
Schicht auf der Isolationsschicht 130 mit den Öffnungen
ausgebildet ist, die aus Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Wolfram
(W) und Nitrid besteht, wird die Schicht zur Ausbildung der ersten
Metallschicht 135 strukturiert. Zur Übertragung des ersten Signals
weist die erste Metallschicht 135 einen Drain-Kontakt auf,
der sich von der Drain-Elektrode 105 des P-MOS-Transistors 120 zum
ersten Anker 171 erstreckt, der die Tragschicht 170 abstützt.
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Die
erste Passivierungsschicht 140 wird auf der ersten Metallschicht 135 und
dem Substrat 101 ausgebildet. Die erste Passivierungsschicht 140 wird durch
die Verwendung eines Phosphorsilikatglases (PSG) ausgebildet. Die
erste Passivierungsschicht 140 wird durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
hergestellt, sodass die erste Passivierungsschicht 140 eine
Schichtstärke
zwischen ungefähr 8000 Å bis 9000 Å aufweist.
Die erste Passivierungsschicht 140 schützt das Substrat 101 mit
den P-MOS-Transistoren 120 während der nachfolgenden Herstellungsschritte.
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Die
zweite Metallschicht 145 ist auf der ersten Passivierungsschicht 140 ausgebildet.
Die zweite Metallschicht 145 besteht aus einer Titanschicht
und einer Titannitridschicht. Zur Ausbildung der zweiten Metallschicht 145 wird
zunächst
die Titanschicht auf der ersten Passivierungsschicht 140 mittels
eines Sputterverfahrens so hergestellt, dass die Titanschicht eine
Schichtstärke
von ungefähr
300 Å bis 500 Å aufweist.
Als nächstes
wird die Titannitridschicht auf der Titanschicht mittels einer physikalischen
Gasphasenabscheidung (CVD) so hergestellt, dass die Titannitridschicht
eine Schichtstärke
von ungefähr
1000 Å bis
1200 Å aufweist.
Die zweite Metallschicht 145 hält die auf das Substrat 101 einfallende Lichtstrahlung
ab, sodass die zweite Metallschicht 145 den Durchfluss
eines Photo-Leckstroms durch das Substrat 101 verhindert.
Sodann wird ein Bereich der zweiten Metallschicht 145,
unter dem der Drain-Kontakt ausgebildet ist, derart angeätzt, dass eine Öffnung 147 entsteht.
Die Öffnung 147 isoliert die
Durchkontaktierung 280 gegen die zweite Metallschicht 145.
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Die
zweite Passivierungsschicht 150 wird auf der zweiten Metallschicht 145 und
der Öffnung 147 ausgebildet.
Die zweite Passivierungsschicht 150 wird mittels Phosphorsilikatglas
hergestellt. Die zweite Passivierungsschicht 150 wird durch
ein CVD-Verfahren ausgebildet, sodass die zweite Passivierungsschicht 150 eine
Schichtstärke
zwischen ungefähr 2000 Å und 3000 Å aufweist.
Die zweite Passivierungsschicht 150 stützt die zweite Metallschicht 145 und
die nachfolgenden Schichten auf dem Substrat 101 während der
nachfolgenden Herstellungsschritte.
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Die Ätzstoppschicht 155 wird
auf der zweiten Passivierungsschicht 150 mittels eines
Niedertemperatur-Oxids (LTO), wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2) oder Phosphorsäureanhydrid (P2O5), ausgebildet. Die Ätzstoppschicht 155 wird
durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren (LPCVD) bei einer Temperatur zwischen
ungefähr
350°C und
450°C hergestellt,
sodass die Ätzstoppschicht 155 eine
Schichtstärke
von ungefähr
0,2 μm und
0,8 μm aufweist.
Die Ätzstoppschicht 155 schützt die
zweite Passivierungsschicht 150 und die nachfolgenden Schichten
auf dem Substrat 101 für
die nachfolgenden Ätzschritte.
Als Resultat folgt die Fertigstellung der aktiven Matrix 100, die
aus dem Substrat 101, der ersten Metallschicht 135,
der ersten Passivierungsschicht 140 und der zweiten Metallschicht 145,
der zweiten Passivierungsschicht 150 und der Ätzstoppschicht 155 besteht.
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Eine
erste Opferschicht 160 wird auf der Ätzstoppschicht 155 durch
die Verwendung von Polysilizium bei einer Temperatur unterhalb von
ungefähr 500°C hergestellt.
Die erste Opferschicht 160 wird mittels eines LPCVD-Verfahrens
ausgebildet, sodass die erste Opferschicht 160 eine Schichtstärke von
ungefähr
2,0 μm bis
3,0 μm aufweist.
Für diesen
Fall ist der Grad der Ebenheit der ersten Opferschicht 160 schlecht,
da diese die aktive Matrix 100 mit den MOS-Transistoren 120 und
den nachfolgenden Schichten abdeckt. Daher wird die Oberfläche der ersten
Opferschicht 160 geebnet, indem ein Spin-on-Glas (SOG)
aufgeschleudert wird oder indem eine chemisch/mechanische Politur
(CMP) angewandt wird, sodass die erste Opferschicht 160 eine Schichtstärke von
ungefähr
1,1 μm aufweist.
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10B zeigt eine Draufsicht, die die strukturierte
erste Opferschicht 160 darstellt.
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Gemäß der Darstellung
in 10B wird nach der Abscheidung eines (nicht dargestellten) ersten
Photolacks auf der ersten Opferschicht 160 dessen Strukturierung
vorgenommen und es werden ein erster Bereich der ersten Opferschicht 160,
unterhalb der die Öffnung 147 in
der zweiten Metallschicht 145 ausgebildet ist, und ein
zweiter und ein dritter Bereich der ersten Opferschicht 160,
die benachbart zum ersten Bereich liegen, angeätzt, sodass Bereiche der Ätzstoppschicht 155 freigelegt
werden. Der erste Anker 171 und die zweiten Anker 172a, 172b werden
an den freigelegten Bereichen der Ätzstoppschicht 155 angelegt.
Diese freigelegten Bereiche der Ätzstoppschicht 155 haben
jeweils eine Rechtecksform und sind in vorbestimmten Abständen angeordnet.
Daraufhin wird der erste Photolack entfernt.
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Wie
in 10C dargestellt, wird eine erste Schicht 169 auf
jenen Bereichen der Ätzstoppschicht 155,
die eine Rechtecksform aufweisen, und der ersten Opferschicht 160 ausgebildet.
Die erste Schicht 169 wird aus einem harten Material, beispielsweise Nitrid
oder einem Metall hergestellt. Die erste Schicht 169 wird
mit Hilfe eines LPCVD-Verfahrens hergestellt, sodass die erste Schicht 169 eine
Schichtstärke
von ungefähr
0,1 μm bis
1,0 μm aufweist.
Die erste Schicht 169 wird strukturiert, sodass die Tragstruktur 175 mit
der Tragschicht 170, dem Tragsteg 174, dem ersten
Anker 171 und den beiden zweiten Ankern 172a, 172b entsteht.
Zu dieser Zeit befindet sich der erste Anker 171 im Zentrum
des freigelegten Bereichs der Ätzstoppschicht 155 und
die beiden zweiten Anker 172a, 172b sind entsprechend
an weiteren freigelegten Bereichen der Ätzstoppschicht 155 angeordnet.
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Eine
untere Elektrodenschicht 179 wird auf der ersten Schicht 169 ausgebildet.
Die untere Elektrodenschicht 179 wird mittels eines elektrisch
leitfähigen
Metalls, wie Platin (Pt), Tantal (Ta) oder Platin-Tantal (Pt, Ta),
hergestellt. Die untere Elektrodenschicht 179 wird mittels
eines Sputterverfahrens oder eines CVD-Verfahrens so hergestellt, dass die
untere Elektrodenschicht 179 eine Schichtstärke von
ungefähr
0,1 μm bis
1,0 μm aufweist.
Die untere Elektrodenschicht 179 wird so strukturiert,
dass die erste untere Elektrode 180 und entsprechend die
zweite untere Elektrode 181 mit den einander gegenüberliegenden,
vorstehenden Bereichen entstehen.
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Eine
zweite Schicht 189 wird auf der unteren Elektrodenschicht 179 ausgebildet.
Die zweite Schicht 189 wird durch die Verwendung eines
piezoelektrischen Materials, beispielsweise PZT (Pb(Zr, Ti)O3) oder PLZT ((Pb, La)(Zr, Ti)O3)
oder mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, eines Sputterverfahrens oder
einem CVD-Verfahren
so hergestellt, dass die zweite Schicht 189 eine Schichtstärke von
ungefähr 0,1 μm bis 1,0 μm aufweist.
Bevorzugt wird die zweite Schicht 189 mittels eines Sputterverfahrens
hergestellt und indem ein PZT verwendet wird, das durch ein Sol-Gel-Verfahren
hergestellt wird, sodass die zweite Schicht 189 einen Schichtstärke von
ungefähr 0,4 μm aufweist.
Sodann wird die zweite Schicht 189 mittels eines thermischen
Kurzzeit-Temper-Verfahrens (RTA) getempert. Die zweite Schicht 189 wird zur
Ausbildung einer ersten aktiven Schicht 190 und einer zweiten
aktiven Schicht 191 strukturiert, die entsprechend durch
das erste elektrische Feld und das zweite elektrische Felder einer
Deformation unterliegen.
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Eine
obere Elektrodenschicht 199 wird auf der zweiten Schicht 189 ausgebildet.
Die obere Elektrodenschicht 199 wird mittels eines elektrisch
leitfähigen
Metalls angelegt, beispielsweise Tantal, Platin oder Silber (Ag).
Die obere Elektrodenschicht 199 wird durch ein Sputterverfahren
oder ein CVD-Verfahren angelegt, sodass die obere Elektrodenschicht 199 eine
Schichtstärke
von ungefähr
0,1 μm bis
1,0 μm aufweist.
Die obere Elektrodenschicht 199 wird strukturiert, sodass
die erste obere Elektrode 200 und die zweite obere Elektrode 201 entstehen,
die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
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Wie
in 10D dargestellt, wird nach der Beschichtung der
oberen Elektrodenschicht 199 mit einem zweiten Photolack
(nicht dargestellt) mittels eines Aufschleuder-Verfahrens die Strukturierung
der oberen Elektrodenschicht 199 vorgenommen, sodass die
erste obere Elektrode 200 und die zweite obere Elektrode 201 ausgebildet
werden, die jeweils von rechteckiger Form sind (siehe 7),
indem der zweite Photolack als Ätzmaske
verwendet wird. Die erste obere Elektrode 200 und die zweite
obere Elektrode 201 werden zueinander parallel ausgebildet. Ein
zweites Signal (ein Vorspannungssignal) wird an die erste obere
Elektrode 200 und die zweite obere Elektrode 201 über die
gemeinsame Leitung 240 angelegt. Daraufhin wird der zweite
Photolack entfernt.
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Die
zweite Schicht 189 wird zur Ausbildung der ersten aktiven
Schicht 190 und der zweiten aktiven Schicht 191 strukturiert,
indem das gleiche Verfahren wie zur Herstellung der oberen Elektrodenschicht 199 verwendet
wird. Die erste aktive Schicht 190 und entsprechend die
zweite aktive Schicht 191 werden entsprechend parallel
zueinander angelegt. In diesem Fall haben die erste aktive Schicht 190 und entsprechend
die zweite aktive Schicht 191 eine rechteckförmige Gestalt,
wobei diese breiter ist als jene der ersten oberen Elektrode 200 und
der zweiten oberen Elektrode 201 gemäß der Darstellung in 7.
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Die
untere Elektrodenschicht 179 wird durch das gleiche Verfahren
wie zur Herstellung der oberen Elektrodenschicht 199 zur
Ausbildung der ersten unteren Elektrode 180 und der zweiten
unteren Elektrode 181 strukturiert. Die erste untere Elektrode 180 und
entsprechend die zweite untere Elektrode 181 sind von rechteckförmiger Gestalt,
wobei diese übereinstimmend
vorspringende Bereiche aufweisen. Bevorzugt weist die erste untere
Elektrode 180 eine auf den Kopf gestellte L-Form auf und
die zweite untere Elektrode 181 weist eine L-Form auf,
die jener der ersten unteren Elektrode 180 entspricht.
Die erste untere Elektrode 180 und die zweite untere Elektrode 181 sind
jeweils breiter als die erste aktive Schicht 190 und die
zweite aktive Schicht 191.
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Bei
der Herstellung der ersten unteren Elektrode 180 und der
zweiten unteren Elektrode 181 wird gleichzeitig die gemeinsame
Leitung 240 auf einem Bereich der ersten Schicht 169 ausgebildet,
die zur Herstellung des Tragstegs 174 strukturiert wird.
Die gemeinsame Leitung 240 wird senkrecht zur ersten unteren
Elektrode 180 und zur zweiten unteren Elektrode 181 gemäß der Darstellung
in 7 ausgebildet. Die gemeinsame Leitung 240 wird über einen vorbestimmten
Abstand von der ersten und der zweiten unteren Elektrode 180, 181 getrennt,
sodass die gemeinsame Leitung 240 mit der ersten unteren Elektrode 180 und
der zweiten unteren Elektrode 181 nicht in Kontakt tritt.
Das Resultat ist die Fertigstellung des ersten Aktuatorteils 210 und
des zweiten Aktuatorteils 211. Das erste Aktuatorteil 210 umfasst die
erste untere Elektrode 180, die erste aktive Schicht 190,
die erste obere Elektrode 200 und der zweite Aktuatorteil 211 umfasst
die zweite untere Elektrode 181, die zweite aktive Schicht 191 und
die zweite obere Elektrode 201.
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Nachfolgend
wird die erste Schicht 169 strukturiert, um die Tragstruktur 175 mit
der Tragschicht 170, dem Tragsteg 174, dem ersten
Anker 171 und den beiden zweiten Anker 172a, 172b auszubilden.
Als Teil der ersten Lage 169, die mit den freigelegten
Bereichen der Ätzstoppschicht 155 verbunden
ist, befindet sich in diesem Fall der erste Anker 171 in
der Mitte der freigelegten Bereiche der Ätzstoppschicht 155 und
die beiden zweiten Anker 172a, 172b sind entsprechend
an den weiteren freigelegten Bereichen der Ätzstoppschicht 155 angeordnet.
Die Öffnung 147 in
der zweiten Metallschicht 145 ist unter dem ersten Anker 171 ausgebildet.
Die Tragschicht 170 weist eine ringförmig geschlossene, rechteckige Form
auf und ist mit dem Tragsteg 174 in einem Stück ausgebildet,
der oberhalb der Ätzstoppschicht 155 ausgebildet
ist. Die Tragstruktur 175 ist dann wie in 7 gezeigt
vollendet, wenn die erste Opferschicht 160 entfernt ist.
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Der
erste Anker 171 ist unterhalb und zwischen den beiden Armen
der ringförmig
geschlossenen, rechteckförmigen
Tragschicht 170 ausgebildet. Die beiden Arme der Tragschicht 170 stehen
vom Tragsteg 174 rechtwinklig weg. Der erste Anker 171 ist
mit dem Zentrum des freigelegten Bereichs der Ätzstoppschicht 155 verbunden.
Dieser stellt einen ersten, freigelegten Bereich der Ätzstoppschicht 155 dar,
unterhalb dem der Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 ausgebildet
ist. Der erste Anker 171 ist zusammen mit den beiden Armen
der Tragschicht 170 einstückig ausgebildet. Die beiden
Anker 172a, 172b sind jeweils unter den beiden
Armen der Tragschicht 170 ausgebildet. Die zweiten Anker 172a, 172b sind
zusammen mit den beiden Armen der Tragschicht 170 einstückig ausgebildet
und jeweils mit einem zweiten und einem dritten freigelegten Bereich
der Ätzstoppschicht 155 verbunden.
Der erste Anker 171 und die zweiten Anker 172a, 172b sind
unterhalb der Bereiche der Tragschicht 170 befestigt, die
benachbart zum Tragsteg 174 liegt. Der erste Aktuatorteil 210 und
der zweite Aktuatorteil 211 sind jeweils auf den beiden
Armen der Tragschicht 170 ausgebildet. Folglich ist der
erste Anker 171 unterhalb und zwischen dem ersten Aktuatorteil 210 und
dem zweiten Aktuatorteil 211 ausgebildet und die zweiten Anker 172a, 172b sind
jeweils unterhalb der Außenseiten
des ersten und des zweiten Aktuatorteils 210, 211 ausgebildet.
Der erste Anker 171 und die zweiten Anker 172a, 172b tragen
gemeinsam die Tragschicht 170, sodass der erste Anker 171 und
die zweiten Anker 172a, 172b jeweils den ersten
Aktuatorteil 210 und den zweiten Aktuatorteil 211 abstützen.
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Wie
aus 10E ersichtlich, wird nach dem Auftragen
eines dritten Photolacks (nicht dargestellt) auf die Tragstruktur 175,
den ersten Aktuatorteil 210 und den zweiten Aktuatorteil 211,
dieser dritte Photolack strukturiert um Bereiche der gemeinsamen
Leitung 240, der Tragstruktur 175, die erste oberen
Elektrode 200 und die zweite oberen Elektrode 201 freizulegen.
Gleichzeitig werden die vorstehenden Bereiche der ersten unteren
Elektrode 180 und der zweiten unteren Elektrode 181 gleichzeitig
freigelegt.
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Nachfolgend
wird das erste Isolationselement 220 und das zweite Isolationselement 221 durch
die Strukturierung des LTO, z.B. Siliziumdioxid (SiO2)
oder Phosphorsäureanhydrid
(P2O5), ausgebildet,
nachdem das LTO auf den freigelegten Bereichen der Tragstruktur 175,
der ersten oberen Elektrode 200 und der zweiten oberen
Elektrode 201 mittels eines LPCVD-Verfahrens hergestellt
wurde. Das erste Isolationselement 220 wird zwischen einem
Bereich der ersten oberen Elektrode 200 und einem Bereich
der Tragschicht 170 ausgebildet und erstreckt sich über Bereiche
der ersten aktiven Schicht 190 und der ersten unteren Elektrode 180.
Das zweite Isolationselement 221 wird ebenfalls zwischen
einem Bereich der ersten oberen Elektrode 200 und einem Bereich
der Tragschicht 170 ausgebildet und erstreckt sich über Bereiche
der ersten aktiven Schicht 190 und der ersten unteren Elektrode 180.
Das erste Isolationselement 220 und das zweite Isolationselement 221 weisen
jeweils eine Schichtstärke
zwischen ungefähr
0,2 μm und
0,4 μm auf,
bevorzugt wird 0,3 μm.
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10F zeigt eine Querschnittansicht zur Darstellung
der Durchkontaktierung 280. Wie in 10F dargestellt,
ist das Durchgangsloch 270 so ausgebildet, dass es vom
ersten Anker 171 bis zum Drain-Kontakt der ersten Metallschicht 135 und
durch die Öffnung 147 der
zweiten Metallschicht 145 hindurchreicht, wobei dessen
Herstellung durch das Ätzen
von Bereichen der Ätzstoppschicht 155,
der zweiten Passivierungsschicht 150 und der ersten Passivierungsschicht 140 erfolgt.
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Daraufhin
wird die Durchkontaktierung 280 im Durchgangsloch 270 angelegt.
Das Anschlusselement für
die erste untere Elektrode 290 und das Anschlusselement
für die
zweite untere Elektrode 291 werden jeweils vom Durchgangsloch 270 bis
zu den vorstehenden Bereichen der ersten unteren Elektrode 180 und
der zweiten unteren Elektrode 181 angelegt. Gleichzeitig
wird das Anschlusselement für
die erste obere Elektrode 230 von der gemeinsamen Leitung 240 zu
einem Bereich der ersten oberen Elektrode 200 über das
erste Isolationselement 220 und die Tragschicht 170 hinweg
ausgebildet. Das Anschlusselement für die zweite obere Elektrode 231 wird ebenso
zwischen der gemeinsamen Leitung 240 und einem Bereich
der zweiten oberen Elektrode 201 angelegt und erstreckt
sich über
das zweite Isolationselement 221 und die Tragschicht 170 entsprechend der Darstellung
in 7. Das Anschlusselement für die erste obere Elektrode 230 und
das Anschlusselement für
die zweite obere Elektrode 231 werden parallel zueinander
angelegt.
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Die
Durchkontaktierung 280, das Anschlusselement für die erste
untere Elektrode 290, das Anschlusselement für die zweite
untere Elektrode 291, das Anschlusselement für die erste
obere Elektrode 230 und das Anschlusselement für die zweite
obere Elektrode 231 werden aus einem elektrisch leitfähigen Metall,
z. B. Platin, Tantal oder Platin-Tantal, hergestellt und mittels
eines Sputterverfahrens oder eines CVD-Verfahrens aufgebracht. Die
Durchkontaktierung 280, das Anschlusselement für die erste
untere Elektrode 290, das Anschlusselement für die zweite
untere Elektrode 291, das Anschlusselement für die erste
obere Elektrode 230 und das Anschlusselement für die zweite
obere Elektrode 231 weisen jeweils eine Schichtstärke von
ungefähr
0,1 μm bis 0,2 μm auf. Das
Anschlusselement für
die erste obere Elektrode 230 und das Anschlusselement
für die zweite
obere Elektrode 231 verbinden jeweils die gemeinsame Leitung 240 mit
der ersten oberen Elektrode 200 und der zweiten oberen
Elektrode 201. Der vorstehende Bereich der ersten unteren
Elektrode 180 ist über
die Durchkontaktierung 280 und das Anschlusselement für die erste
untere Elektrode 290 mit dem Drain-Kontakt verbunden. Der
vorstehende Bereich der zweiten unteren Elektrode 181 ist über die Durchkontaktierung 280 und
das Anschlusselement der zweiten unteren Elektrode 291 entsprechend
mit dem Drain-Kontakt verbunden.
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Gemäß der Darstellung
in 10G wird eine zweite Opferschicht 300 auf
dem ersten Aktuatorteil 210, dem zweiten Aktuatorteil 211 und
der Tragstruktur 175 ausgebildet. Die zweite Opferschicht 300 wird aus
Polysilizium hergestellt und mittels eines LPCVD-Verfahrens aufgebracht.
Die zweite Opferschicht 300 deckt das erste Aktuatorteil 210 und
das zweite Aktuatorteil 211 hinreichend ab. Daraufhin wird
die Oberfläche
der zweiten Opferschicht 300 mittels eines CMP-Verfahrens geebnet,
sodass die zweite Opferschicht 300 eine ebene Oberfläche aufweist.
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Als
nächstes
wird zur Ausbildung des reflektiven Elements 260 und des
Pfostens 250 ein Bereich der zweiten Opferschicht 300 zur
Freilegung eines Bereichs der Tragschicht 170 angeätzt, der
in Parallelrichtung vom Tragsteg 174 beabstandet ist. Folglich
wird jener Bereich der Tragschicht 170 freigelegt, an dem
der erste Aktuatorteil 210 und der zweite Aktuatorteil 211 nicht
angelegt sind. Der Pfosten 250 und das reflektive Element 260 werden
gleichzeitig durch die Strukturierung einer Metallschicht hergestellt,
die reflektierend ist, nachdem die Metallschicht auf die freigelegten
Bereiche der Tragschicht 170 und der Opferschicht 300 aufgebracht
ist. Der Pfosten 250 und das reflektive Element 260 werden
aus Aluminium hergestellt und mittels eines Sputterverfahrens oder
eines CVD-Verfahrens
ausgebildet. Der zentrale Bereich des reflektiven Elements 260 wird durch
den Pfosten 250 getragen und die seitlichen Bereiche des
reflektiven Elements 260 werden parallel und oberhalb des
ersten Aktuatorteils 210 und oberhalb des zweiten Aktuatorteils 211 ausgebildet. Bevorzugt
weist das reflektive Element 260 eine rechteckförmige Gestalt
auf.
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Folglich
wird das in 7 dargestellte AMA auf Dünnschichtbasis
durch Spülen
und Trocknen nach der Abnahme der ersten Opferschicht 160 und der
zweiten Opferschicht 300 mittels eines Bromfluoriddampfs
(BrF3 oder BrF5)
oder eines Xenonfluoriddampfs (XeF2, XeF4 oder XeF6) fertiggestellt.
Ein zweiter Luftspalt 310 ist an einer Stelle ausgebildet, an
der sich die zweite Opferschicht 300 befand und ein erster
Luftspalt 165 ist an einer Stelle ausgebildet, an der sich
die zweite Opferschicht 160 befand.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des erfindungsgemäßen AMA auf Dünnschichtbasis
für ein optisches
Projektionssystem beschrieben.
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An
ein erfindungsgemäßes AMA
auf Dünnschichtbasis
wird ein erstes Signal von außen
der ersten und der zweiten unteren Elektrode 180, 181 über den
MOS-Transistor 120,
der im Substrat 101 angelegt ist, den Drain-Kontakt der
ersten Metallschicht 135, die Durchkontaktierung 280 und
die Anschlusselemente für
die erste und die zweite untere Elektrode 290, 291 zugeführt. Gleichzeitig
wird ein zweites Signal von außen
der ersten und der zweiten oberen Elektrode 200, 201 über die
gemeinsame Leitung 240 und die Anschlusselemente für die erste und
die zweite obere Elektrode 230, 231 zugeführt. Folglich
wird ein erstes elektrisches Feld zwischen der ersten oberen Elektrode 200 und
der ersten unteren Elektrode 180 erzeugt und es wird ein
zweites elektrisches Feld zwischen der zweiten oberen Elektrode 201 und
der zweiten unteren Elektrode 181 erzeugt. Die zwischen
der ersten oberen Elektrode 200 und der ersten unteren
Elektrode 180 ausgebildete erste aktive Schicht 190 wird
durch das erste elektrische Feld deformiert und die zweite aktive
Schicht 191, die zwischen der zweiten oberen Elektrode 201 und
der zweiten unteren Elektrode 181 angelegt ist, wird durch
das zweite elektrische Feld deformiert. Die erste und die zweite
aktive Schicht 190, 191 werden jeweils in Richtungen
ausgelenkt, die senkrecht zum ersten und zum zweiten elektrischen
Feld verlaufen. Der erste Aktuatorteil 210 mit der ersten
aktiven Schicht 190 und der zweite Aktuatorteil 211 mit
der zweiten aktiven Schicht 191 führen eine Stellbewegung in
eine zur Lage der Tragschicht 170 entgegengesetzten Richtung
aus. Entsprechend werden der erste und der zweite Aktuatorteil 210, 211 nach
oben bewegt und die Tragschicht 170, die in Verbindung
zu den ersten und zweiten unteren Elektroden 180, 181 steht,
wird entsprechend der Stellbewegungen des ersten und des zweiten
Aktuatorteils 210, 211 nach oben ausgelenkt.
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Das
reflektive Element 260 wird durch den Pfosten 250 getragen,
der in einem Bereich der Tragschicht 170 ausgebildet ist.
Das reflektive Element 260, das das von der Lichtquelle
auftreffende Licht reflektiert, wird mit dem ersten und dem zweiten
Aktuatorteil 210, 211 verkippt. Als Folge reflektiert
das reflektive Element 260 Licht auf den Bildschirm, sodass
ein Bild auf dem Bildschirm projiziert wird.
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Die
Tragstruktur der erfindungsgemäßen aktuierten
Spiegelmatrix auf Dünnschichtbasis
für ein optisches
Projektionssystem umfasst einen Tragsteg, eine Tragschicht, mit
einer ringförmig
geschlossenen, rechteckförmigen
Gestalt, einen ersten Anker und die zweiten Anker. Der erste und
der zweite Aktuatorteil sind jeweils auf den Armen der ringförmig geschlossenen,
rechteckförmigen
Tragschicht ausgebildet. Die die Aktuatorteile abstützenden
Anker werden in einer senkrechten Richtung zu den Aktuatorteilen
ausgebildet. Die Aktuatorteile weisen ebene Oberflächen auf,
die anfänglich
nicht verkippt sind, da zwischen den Ankern und den Aktuatorteilen
keine linienförmig
verlaufende Spannungsbündelung auftritt.
Folglich ist der gewünschte
Reflexionswinkel des reflektiven Elements, das auf den Aktuatorteilen ausgebildet
ist, gleichmäßig, sodass
die Lichteffizienz und die Qualität des auf dem Bildschirm projizierten
Bildes verbessert sind.
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Darüber hinaus
kann durch die Isolationselemente eine Ausbildung von elektrischen
Kurzschlüssen
zwischen den oberen Elektroden und den unteren Elektroden verhindert
werden. Als Folge sind Punktfehler der Pixel der AMA auf Dünnschichtbasis deutlich
verringert.
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Obwohl
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass
die vorliegende Erfindung nicht auf dieses bevorzugte Ausgestaltungsbeispiel
festgelegt ist und unterschiedliche Änderungen und Modifikationen
von einem Fachmann ausgeführt
werden können,
ohne vom beanspruchten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.