减少MEMS器件中的静摩擦力的系统和方法技术方案

本申请公开了减少MEMS器件中的静摩擦力的系统和方法。一种微机电系统(MEMS)器件包括：衬底(202、418、520、606)；由衬底(202、418、520、606)支撑的通孔，该通孔(304、305、410、414、512、602)包括包含材料的第一金属层(608)；臂(604)，其延伸远离通孔(304、305、410、414、512、602)并由通孔支撑，该臂(604)包括所述材料；以及在通孔(304、305、410、414、512、602)内处于第一金属层(608)上的第二金属层(612)，其中第二金属层(612)包括氮。其中第二金属层(612)包括氮。其中第二金属层(612)包括氮。

【技术实现步骤摘要】
减少MEMS器件中的静摩擦力的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本专利要求于2022年3月22日提交的美国临时专利申请第63/322,424号的优先权，该临时专利申请通过引用全部并入本文。


[0003]本公开总体上涉及微机电系统(MEMS)，并且更具体地涉及减少MEMS器件中的静摩擦力(stiction)的系统和方法。

技术介绍

[0004]微机电系统(MEMS)包括通常包含通过电信号控制的移动零件的显微器件。数字微镜器件(DMD)是包括微镜组件的阵列的MEMS器件的一个特定示例，每个微镜组件包括能够围绕铰链旋转以引导镜表面上的光的反射的镜子。可以在单个芯片上制造这种微镜组件的阵列以便在投影仪中实现，其中每个微镜组件控制所投影的图像的独立像素。
附图说明
[0005]图1示出了根据本文公开的教导构造的示例DMD芯片。
[0006]图2是包括金属板的图1的示例DMD芯片的示例微镜组件的横截面图。
[0007]图3是图2的示例微镜组件的分解图。
[0008]图4是另一示例微镜组件的横截面图。
[0009]图5是另一示例微镜组件的横截面图。
[0010]图6是示例MEMS结构的放大图，该示例MEMS结构包括可以在图1
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图5的示例微镜组件中的任一个中实施的支撑从其延伸的凸缘或臂的立柱或通孔。
[0011]图7是示出了根据本文所公开的教导制造微镜组件的示例方法的流程图。
[0012]图8
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图20示出了结合图7提出的示例制造方法描述的示例微镜组件的不同制造阶段。
[0013]通常，相同的附图标记将用于整个附图和随附的书面描述来表示相同或类似的零件。这些附图不一定按比例绘制。相反，可以在附图中放大一些层或区域的厚度。尽管附图显示了具有清晰线条和边界的层和区域，但这些线条和/或边界中的一些或全部可能是理想化的。实际上，边界和/或线条可能是不可观察到的、混合的和/或不规则的。
[0014]如本文所用，除非另有说明，术语“之上/上方”描述了两个零件相对于地面的关系。如果第二零件具有在地面和第一零件之间的至少一部分，则第一零件位于第二零件之上/上方。同样，如本文所用，当第一零件比第二零件更接近地面时，第一零件在第二零件“之下/下方”。如上所述，具有以下情况中的一种或多种时，第一零件可以在第二零件之上或之下：其间具有其他零件，其间不具有其他零件，第一零件和第二零件接触，或者第一零件和第二零件彼此不直接接触。
[0015]尽管有上述规定，在半导体器件的情况下，“之上”不是参考地面，而是参考基础半
导体衬底(例如，半导体晶片)的本体区域，在其上形成了集成电路的部件。具体地，如本文所用，当第一部件比第二部件更远离半导体衬底的本体区域时，集成电路的第一部件在第二部件“之上”。
[0016]如本专利中所用，声明任何零件(例如，层、膜、面积、区域或板)以任何方式在(例如，位于、定位于、设置于或形成于、等等)另一零件上，表示参考零件与另一零件接触，或者参考零件位于另一个零件之上，其间有一个或多个中间零件。
[0017]如本文所用，除非另有说明，否则连接用词(例如，附连、耦接、连接和结合)可包括连接用词所指元件之间的中间构件和/或这些元件之间的相对运动。因此，连接用词不必推断两个元件直接连接和/或彼此固定。如本文所用，声明任何零件与另一零件“接触”被定义为意味着两个零件之间没有中间零件。
[0018]除非另有特别说明，否则本文中使用的描述词(如“第一”、“第二”、“第三”等)没有输入或未以其他方式指示优先级、物理顺序、列表中的排列和/或排序的任何含义，而仅用作标签和/或任意名称，以区分元件，以便于理解所公开的示例。在一些示例中，描述词“第一”可用于指代具体实施方式中的元件，而相同的元件可在权利要求中使用不同的描述词(如“第二”或“第三”)来指代。在这样的示例中，应该理解这些描述词仅用于明显地标识那些否则可能例如共享相同的名称的元件。
[0019]如本文所用，“近似”和“大约”修饰其主题/值以识别现实世界应用中可能存在的变化。例如，如本领域普通技术人员将理解的，“近似”和“大约”可以修饰由于制造公差和/或其他实际缺陷而可能不准确的尺寸。例如，除非以下说明中另有规定，否则“近似”和“大约”可表示此类尺寸可能在+/
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10％的公差范围内。如本文所用，“基本上实时”是指以接近瞬时的方式发生，认识到计算时间、传输等可能存在真实世界的延迟。因此，除非另有规定，“基本实时”指的是实时+/
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1秒。
[0020]如本文所用，短语“通信”(包括其变体)涵盖了通过一个或多个中间部件的直接通信和/或间接通信，并且不需要直接物理(例如，有线)通信和/或者持续通信，而是另外包括以周期性间隔、计划间隔、非周期性间隔和/或一次性事件的选择性通信。
具体实施方式
[0021]数字微镜器件(DMD)的个体微镜组件包括附接到铰链并响应于提供到位于所述镜和/或铰链附近的电极的电信号围绕铰链旋转的微镜或镜板。在一些情况下，微镜组件中的镜子的移动或旋转范围受到与镜子的下侧(例如，与旨在反射光的表面相对的一侧)相接或接触的弹簧尖端的限制。更具体地，弹簧尖端通常对应于具有悬臂的结构，这些悬臂能够响应于镜子被推压抵靠弹簧尖端而以弹性方式(例如，像弹簧一样)挠曲或弯曲。很多微镜组件包括至少一个弹簧尖端，以在镜子沿第一方向(围绕铰链)旋转整个范围时接触镜子的下侧，并且至少一个其它弹簧尖端在该镜子沿与第一方向相反的第二方向旋转整个范围时接触该镜子的下侧。
[0022]微镜和一个或多个弹簧尖端之间的接触导致部件之间的静摩擦力或粘附。因此，为了移动或旋转微镜脱离接触弹簧尖端，需要足够的力来克服镜子和弹簧尖端之间的静摩擦力。此外，随着时间的推移，部件的退化会导致静摩擦力的增加。因此，随着时间的推移，移动镜子(并克服静摩擦力)所需的力的大小会增加，从而导致性能下降，并最终导致器件
故障。也就是说，导致DMD使用寿命缩短的一个因素是随时间推移产生的静摩擦力的增加。因此DMD的使用寿命可以通过以下至少一种方法来提高：在制造时减少部件之间的基准静摩擦力的大小(以提供更大的裕度，从而在失效前有更多的时间增加静摩擦力)，或增加电极的电性能，使得更大的力被施加到微镜以使得其能够移动并克服可能存在的任何静摩擦力。本文公开的示例教导能够减少微镜和弹簧尖端之间的静摩擦力，以提高性能和使用寿命。此外，随着器件变小，克服静摩擦力变得更加困难。因此，本文公开的用于减少静摩擦力的示例教导使得能够制造更小的MEMS器件。此外，本文公开的示例教导改进了部件的电性能，以改进性能和使用寿命。此外，本文所公开的示例教导为电极中使用的通孔以及微镜组件中用作铰链和/或弹簧尖端支撑的通孔提供了改进的结构性能。
[0023]图1示出了根据本文公开的教导构造的示例DMD芯片100。如图示的示例所示，DMD芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统MEMS器件，包括：衬底；和由所述衬底支撑的通孔，所述通孔包括包含材料的第一金属层；臂，其延伸远离所述通孔并由所述通孔支撑，所述臂包括所述材料；以及在所述通孔内位于所述第一金属层上的第二金属层，其中所述第二金属层包括氮。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第二金属层还包括钛。3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中在所述第二金属层和所述第一金属层之间不存在天然氧化物。4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第二金属层不在所述臂上。5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述MEMS器件还包括在所述通孔内位于所述第二金属层上的第三金属层。6.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中所述第三金属层包括铝、钛或硅。7.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中所述第三金属层比所述第二金属层厚。8.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中所述第一金属层具有第一厚度，所述第二金属层具有第二厚度，并且所述第三金属层具有三厚度，并且其中所述第一厚度大于所述第二厚度和所述第三厚度的组合厚度。9.根据权利要求5所述的MEMS器件，还包括：在所述第三金属层上和所述臂上的天然氧化物层；和在所述通孔中位于所述天然氧化物层上的氧化硅层。10.根据权利要求1所述的MEMS器件，还包括在所述通孔内的氧化硅层，所述第二金属层位于所述氧化硅层和所述第一金属层之间。11.一种微机电系统MEMS器件，包括：衬底；铰链；微镜，其耦接到所述铰链；由所述衬底支撑的通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：