專利名稱：光調制器像素單元及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光調制器，特別涉及應用于平板顯示系統(tǒng)的光調制器像素單元及其制作方法。
背景技術：
在投影系統(tǒng)中，關鍵的組成部件是光調制器?，F(xiàn)有的光調制器包括微機電部件 (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)，所述光調制器通過控制施加于微機電部件上的電信號，控制微機電部件進行移動，利用微機電部件的移動對入射光調制器的光線進行調制，輸出具有一定灰度的光線。通常光調制器包括多個呈矩陣排布的像素單元，現(xiàn)有的光調制器像素單元有兩種利用光的反射原理的數(shù)字鏡面器(digital mirror device, DMD)和利用光的衍射原理的光柵光閥(grating light valve, GLV) 0其中數(shù)字鏡面器單個像素的能耗大，特別是在應用于高分辨率的微顯示系統(tǒng)時，整體能耗大；而光柵光閥的單個像素的能耗小，整體能耗較小，且由于光柵光閥具有模擬灰度好、光學效率高、調制速度快等優(yōu)點，成為目前的主流技術。在國際申請?zhí)枮镻CT/US2002/0096022002. 3. 27的國際申請中可以發(fā)現(xiàn)更多關于現(xiàn)有的光調制器像素單元信息。在實際中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的光調制器像素單元普遍需要利用單色光源發(fā)出的單色光線作為入射光線，所述單色光源可以通常為價格較為昂貴的LED燈，因此，現(xiàn)有的光調制器像素單元的成本較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例解決的問題是提供一種光調制器像素單元、MEMS光調制器及其制作方法，解決了現(xiàn)有的光調制器像素單元普遍需要利用單色光源發(fā)出的單色光線作為入射光線的問題，降低了光調制器像素單元的成本。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種光調制器像素單元，包括襯底；所述襯底上具有含有空腔的層間介質層；底部電極，位于所述襯底上對應所述空腔的位置；頂部電極，位于所述空腔上方對應于底部電極位置的層間介質層內，所述頂部電極為半透光的金屬薄膜；濾光片，位于所述頂部電極上，用于將白光轉換為三基色光線；可動電極，位于所述底部電極與頂部電極之間的空腔內，所述可動電極面向頂部電極的表面為光線反射面，所述可動電極能夠沿垂直于光線反射面的方向移動，并分別位于第一位置、第二位置或第三位置，使得三基色光線中的一種透過頂部電極并經可動電極反射后的光線在頂部電極發(fā)生干涉。可選地，所述底部電極與所述襯底之間電學絕緣；所述頂部電極與所述襯底之間電學絕緣。可選地，所述層間介質層覆蓋所述襯底表面；所述底部電極位于覆蓋襯底表面的層間介質層內；所述可動電極位于所述空腔內，所述可動電極與所述空腔的空腔壁之間具有間隙，用于容納可動電極的運動?？蛇x地，所述層間介質層為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。可選地，還包括位于襯底內的控制電路，所述底部電極與所述控制電路的第一控制端電連接，所述可動電極與所述控制電路的第二控制端電連接，所述頂部電極與所述控制電路的第三控制端電連接，所述層間介質層內形成有多個第二導電插塞，所述多個第二導電插塞將第二控制端和可動電極電連接，所述多個第二導電插塞關于可動電極的中心對稱。可選地，所述頂部電極材質為金屬，厚度范圍為30 300埃，所述金屬為銀、鋁、 銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合?？蛇x地，所述可動電極的材質為金屬，厚度范圍為800 10000埃，所述金屬可以為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。可選地，所述可動電極上形成有頂部絕緣層，所述頂部絕緣層用于增大可動電極的剛性。相應地，本發(fā)明實施例還提供一種光調制器像素單元的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上形成第一介質層；在所述第一介質層表面形成底部電極；在所述第一介質層和底部電極上形成第二介質層；在所述第二介質層內形成第一犧牲層；在所述第一犧牲層上形成可動電極；在所述可動電極和第二介質層上形成第三介質層；在可動電極上的第三介質層內形成第二犧牲層，所述第二犧牲層的位置與第一犧牲層的位置對應；在所述第四介質層內形成頂部電極；去除第一犧牲層和第二犧牲層，形成空腔，所述可動電極懸置于所述空腔內；在所述頂部電極上形成濾光片?？蛇x地，所述頂部電極為半透光的金屬薄膜。可選地，在形成所述頂部電極之前，還包括在所述第四介質層內形成通孔的步驟，所述通孔位于所述柵孔內，且所述通孔露出所述第二犧牲層的表面；利用所述通孔去除所述第一犧牲層和第二犧牲層?？蛇x地，在利用所述通孔去除所述第一犧牲層和第二犧牲層后，還包括在所述第四介質層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層覆蓋所述童年空且將所述通孔封閉，所述覆蓋層與所述第一介質層、第二介質層、第三介質層和第四介質層構成層間介質層，所述濾光片形成在所述覆蓋層之上。
可選地，還包括在所述層間介質層內形成多個第二導電插塞，所述多個第二導電插塞將第二控制端和可動電極電連接，所述多個第二導電插塞關于可動電極的中心對稱?？蛇x地，所述頂部電極材質為金屬，厚度范圍為30 300埃，所述金屬為銀、鋁、 銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。可選地，還包括在所述可動電極上形成頂部絕緣層的步驟。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的實施例所述的光調制器像素單元由于加裝了濾光片，因此，所述光調制器像素單元可以白光光源(例如是包括太陽在內的自然光源或普通的日光燈)作為入射光線，而無需專門的單色光源作為入射光線，由于濾光片和白光光源的成本之和通常遠遠低于單色光源的成本，因此，本發(fā)明所述的光調制器像素單元與現(xiàn)有的采用單色光源的光調制器像素單元相比，成本大大降低；本發(fā)明實施例還在所述可動電極上設置頂部絕緣層，從而增強了頂部電極的剛性，防止所述頂部電極由于反復使用產生金屬疲勞，提高了可動電極的使用壽命；本發(fā)明的實施例提供MEMS光調制器，所述MEMS光調制器包括用于調制第一光線的第一光調制器像素單元、用于調制第二光線的第二光調制器像素單元和用于調制第三光線的第三光調制器像素單元，所述第一光調制器像素單元、第二光調制器像素單元和第三光調制器像素單元包括濾光片，所述濾光片將白色光線過濾為三基色光線，使得所述第一光調制器像素單元、第二光調制器像素單元和第三光調制器像素單元能夠分別調制第一光線、第二光線或第三光線，本發(fā)明實施例的MEMS光調制器可以對白光光源發(fā)出的白光進行調制，無需專門的三基色光源，從而解決了現(xiàn)有的MEMS光調制器無法在白光光源下正常顯示的問題，本發(fā)明的MEMS光調制器特別適合應用于平板顯示系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明一個實施例的光調制器像素單元的結構示意圖。圖2是圖1沿AA的剖面結構示意圖。圖3是本發(fā)明的另一個實施例的光調制器像素單元制作方法流程示意圖。圖4 圖11是本發(fā)明一個實施例的光調制器像素單元的制作方法剖面結構示意圖。圖12是圖7沿AA的剖面結構示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有技術的光調制器通常是針對單色光源發(fā)出的單色光線進行調制，這使得現(xiàn)有的光調制器無法應用于白光光源的情況。比如現(xiàn)有的光調制器在應用于微顯示系統(tǒng)(例如手機或電子書)時，在白天的陽光下會出現(xiàn)顯示屏的顯示不良或無法顯示的問題。為了解決上述問題，發(fā)明人提出一種光調制像素單元，利用光的干涉原理對白色光線進行調制，所述光調制器像素單元主要應用于平板顯示系統(tǒng)、微顯示系統(tǒng)。下面對本發(fā)明的光調制器像素單元的器件結構進行說明。請參考圖2，圖2是本發(fā)明一個實施例的光調制器像素單元的結構示意圖。光調制器像素單元200包括襯底201，所述襯底201上形成有層間介質層227，所述層間介質層227內形成有空腔219，位于所述層間介質層227內，所述空腔219具有空腔壁；底部電極205，位于所述襯底201上，且所述底部電極205的位置與所述空腔219的位置對應，所述底部電極205與控制電路的第一控制端202電連接；頂部電極221，位于所述襯底201和空腔219上的層間介質層227內，所述頂部電極221的位置與所述底部電極205的位置對應，所述頂部電極221與控制電路的第三控制端203電連接，所述頂部電極221為半透光的金屬薄膜；濾光片235，位于所述頂部電極221上，所述濾光片235用于將輸入所述光調制器像素單元的白色光線過濾為第一光線、第二光線或第三光線，所述第一光線、第二光線、第三光線為三基色光線；可動電極212，位于所述底部電極205與頂部電極221之間的空腔內，所述可動電極212與控制電路的第二控制端204電連接，所述可動電極212面向頂部電極221的表面為光線反射面，所述可動電極212能夠沿垂直于光線反射面的方向移動，所述可動電極212 與頂部電極221之間以及所述可動電極212與底部電極205之間具有電絕緣材料；所述頂部電極221、可動電極212、底部電極205位置相對應在控制電路控制下，所述可動電極212的位置會發(fā)生偏移，分別位于第一位置、第二位置或第三位置，當可動電極 212位于第一位置時，入射至光調制器像素單元200的第一光線的經由頂部電極221反射的光線與透過頂部電極221的由可動電極212反射的并再透過頂部電極221的光線發(fā)生相消干涉；當可動電極212位于第二位置時，入射至光調制器像素單元200的第二光線的經由頂部電極221反射的光線與透過頂部電極221的由可動電極212反射的并再透過頂部電極 221的光線發(fā)生相消干涉；當可動電極212位于第三位置時，入射至光調制器像素單元200 的第三光線的經由頂部電極221反射的光線與透過頂部電極221的由可動電極212反射的并再透過頂部電極221的光線的發(fā)生相消干涉；所述第一光線、第二光線、第三光線為三基色光線。具體地，作為一個實施例，所述襯底201為半導體襯底，例如為硅、鍺或砷化鎵等等。作為其他的實施例，所述襯底201還可以為玻璃基板。下面將以所述襯底201為半導體襯底為例進行說明。所述控制電路用于對襯底201內的各個結構(例如可動電極212、頂部電極221和底部電極20 施加控制信號，所述控制電路具有第一控制端202、第二控制端204、第三控制端203。所述控制電路可以形成于所述襯底201內(當襯底201為半導體襯底時)，也可以形成于另一半導體襯底內，通過導電結構與襯底201上的各個結構電連接。仍然參考圖2，作為一個實施例，所述層間介質層227覆蓋所述襯底201的表面，所述空腔219分為第一部分208和第二部分217，所述第一部分208位于空腔219的下部，所述第二部分217位于空腔219的上部。所述底部電極205位于所述襯底201上并與襯底201之間的層間介質層227內。所述頂部電極221位于空腔219的第二部分217與襯底201之間的層間介質層 227 內。所述可動電極212位于所述空腔219內，空腔219的尺寸和形狀與可動電極212的尺寸和形狀對應，所述可動電極212與所述空腔219的空腔壁之間具有間隙，用于容納可動電極212的運動，所述可動電極212面積小于頂部電極221的面積。所述可動電極212，位于所述底部電極205與頂部電極221之間，所述可動電極 212與第二控制端204電連接，所述可動電極212面向頂部電極221的表面為光線反射面， 所述可動電極212能夠沿垂直于光線反射面的方向移動，所述可動電極212與頂部電極221 之間以及所述可動電極212與底部電極221之間具有電絕緣材料。其中，本發(fā)明所述的光線反射面，具體是指平行光線入射至光線反射面后，經反射后形成的反射光線仍然為平行光線(即光線發(fā)射表面對入射光線的反射為鏡面反射)。進一步地，本實施例中，所述可動電極212與頂部電極221之間具有頂部絕緣層 224，所述頂部絕緣層2M包括位于可動電極212上的第二絕緣層214和頂部電極221之間的第一絕緣層223，所述第一絕緣層223直接采用部分層間介質層227。此外，還可以在頂部電極221下方額外形成絕緣材料以便對可動電極212和頂部電極221之間進行電學絕緣。所述可動電極212與底部電極205之間具有底部絕緣層211。本實施例中，所述底部絕緣層211直接采用部分的層間介質層227。此外，還可以在可動電極212與底部電極 205之間額外形成絕緣材料以便可動電極212與底部電極205之間進行電學絕緣。所述頂部電極221、可動電極212、底部電極205位置相對應，所述可動電極212面積小于頂部電極221的面積，在控制電路控制下，所述可動電極212的位置會發(fā)生偏移。所述層間介質層227內形成有多個第二導電插塞215。所述第二導電插塞215將第二控制端204和可動電極212電連接，所述多個第二導電插塞215關于可動電極212的中心對稱。本實施例中，所述多個第二導電插塞215為2個，由于截面的關系，圖1中僅示出了一個第二導電插塞215，后續(xù)圖2中將會進一步介紹第二導電插塞215與可動電極212 和空腔219的關系。所述層間介質層227內還形成有第一導電插塞206、第三導電插塞222。其中所述第一導電插塞206用于將第一控制端202和底部電極205電連接，所述第三導電插塞222 用于將第三控制端203和頂部電極221電連接。進一步地，所述頂部電極221用于分光，即用于將從頂部電極221上方入射的光線一分為二，因此所述頂部電極221為半透光的金屬薄膜。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，金屬薄膜在厚度為 30 300埃時，具有半透光的性質，可以將入射光線一半透過，一半反射。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，金屬薄膜半透光的性質主要取決于金屬層的厚度，與入射光線的波長關系不大。本發(fā)明利用金屬薄膜厚度為30 300埃時具有半透光的性質，將其作為半透光薄膜，進行分光。其中， 所述金屬為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。由于頂部電極221位于層間介質層227內，光線自濾光片235入射光調制器像素單元200時，被所述濾光片235過濾為第一光線、第二光線或第三光線，所述第一光線、第二光線或第三光線到達所述頂部電極221，由于所述頂部電極221遠離底部電極205的表面為光線反射面，因此，從頂部電極221上方入射的第一光線、第二光線或第三光線被頂部電極221分為第一部分和第二部分。即第一部分被頂部電極221反射面反射，第二部分透過所述頂部電極221入射可動電極212。作為一個實施例，所述可動電極212的材質為金屬，所述金屬為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。所述可動電極212的厚度范圍為800 10000埃。
進一步地，參考圖2所示，所述第一絕緣層223為層間介質層227的一部分，這樣不需要額外的工藝步驟形成第一絕緣層223。所述第二絕緣層214形成于所述可動電極212 的光線反射面上方。所述第二絕緣層214為額外形成的電絕緣層，所述電絕緣層的材質為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。作為本發(fā)明的一個實施例，所述第二絕緣層214隨著可動電極212在空腔219內沿垂直于光線反射面的方向偏移運動而偏移運動。由于可動電極223的材質為金屬，制作過程中工藝條件的限制會造成厚度不均勻或使用過程中可動電極212反復運動會造成金屬疲勞(金屬失效，或失去彈性)，本發(fā)明在可動電極212上方設置第二絕緣層214，可以增大可動電極212的剛性。因此，本發(fā)明所述的可動電極212在空腔219內偏移運動的時候，可動電極212上方的第二絕緣層214也會跟隨可動電極212 —起進行偏移運動，另外，由于第二絕緣層214 是完全透光的，因此光線可以穿過第二絕緣層214到達可動電極212，并在可動電極212的表面發(fā)生反射。在其他的實施例中，若通過優(yōu)化制作工藝、材質選擇合適，也可使得可動電極212 具有良好的剛性，這樣不用在可動電極212的光線反射面設置第二絕緣層214。此時，頂部絕緣層僅由第一絕緣層223構成，即可動電極212和頂部電極221之間僅有第一絕緣層223 進行電學絕緣，本實施例中，所述第一絕緣層223直接利用所述層間介質層的一部分，也可以額外在頂部電極221下形成絕緣材料，比如采用氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。本發(fā)明所述的頂部絕緣層224的厚度與調制的入射光線的波長有關，因此，頂部絕緣層2M的厚度應根據(jù)待調制的入射光線波長進行確定。在本實施例中，頂部絕緣層224 的厚度應滿足可動電極212運動至第一位置時，所述可動電極212的光線反射面與頂部電極221的距離為第一光線波長的1/4的奇數(shù)倍。由于位于第一位置時，可動電極212與頂部電極221之間沒有間隙，只有頂部絕緣層224，因此所述頂部絕緣層224的厚度與頂部電極221的厚度之和應等于第一光線波長的1/4的奇數(shù)倍。所述頂部絕緣層2M確定后，第一絕緣層223和第二絕緣層214的厚度可以根據(jù)實際情況進行設置。所述可動電極212與底部電極205之間的底部絕緣層211用于可動電極212與底部電極205電學絕緣。作為本發(fā)明的一個實施例，所述底部絕緣層211可以為所述層間介質層227的一部分，這樣無需額外制作電學絕緣層；作為本發(fā)明的又一實施例，所述底部絕緣層211為額外制作的電學絕緣層，其材質選自氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。為了更好的說明本發(fā)明的光調制器像素單元結構，請參考圖2，為圖1沿AA的剖面結構示意圖。所述可動電極212與所述空腔219的空腔壁之間具有間隙，以便可動電極212 的偏移運動，所述可動電極212通過多個第二導電插塞215與控制電路的第二控制端204 電連接，所述多個第二導電插塞215關于可動電極212的中心對稱。所述第二導電插塞215 一方面用于可動電極212與第二控制端204電連接，另一方面，所述第二導電插塞215用于將可動電極212懸空于空腔219內，支撐可動電極212運動。所述第二導電插塞215的數(shù)目可以為2個或2個以上，本實施例中為2個，由于可動電極212通過第二導電插塞215接收來自控制電路的靜電力，在保證可動電極212受到的靜電力平衡的情況下，第二導電插塞212的排布可以根據(jù)實際進行設置。下面結合圖2，所述控制電路通過第一控制端202、第二控制端204、第三控制端 203分別與所述底部電極205、可動電極212、頂部電極221電連接。由于頂部電極221、可動電極212之間設置頂部絕緣層224，因而頂部電極221、頂部絕緣層2M與可動電極212構成第一電容結構。若控制電路對第二控制端204、第三控制端203之間施加電信號(相當于對第一電容結構充電)，在頂部電極221、可動電極212之間會產生第一靜電力，所述第一靜電力使得可動電極212(包括可動電極212上方的第二絕緣層214)向頂部電極221偏移運動(第二導電插塞215與可動電極212電連接，從而第二導電插塞215發(fā)生彈性變形)，所述可動電極212會移動至頂部絕緣層224的第一絕緣層223與第二絕緣層214接觸，此時所述可動電極212位于第一位置，所述可動電極212的光線反射面與頂部電極221之間具有第一預定距離，所述第一預定距離應等于第一光線波長的1/4的奇數(shù)倍。此時，若第一光線入射至光調制器像素單元200，則第一光線經過頂部電極221被分為第一部分和第二部分，其中第一部分被頂部電極221反射，第二部分則透過頂部電極221傳輸至可動電極212 的光線反射面，然后被光線反射面反射至頂部電極221，并透過頂部電極221向上傳輸，從而第一光線的第二部分相對于第一部分的波長差為第一光線波長的1/2的奇數(shù)倍。由于第一光線的第二部分和第一部分頻率相同，并且第二部分相對于第一部分的波長差為第一光線波長的1/2的奇數(shù)倍，因此，第一光線的第二部分與第一部分會發(fā)生相消干涉，光調制器像素單元200輸出為零(全黑)。若控制電路對第二控制端204、第三控制端203之間沒有施加電信號或者撤去電信號，則在頂部電極221、可動電極212之間產生的第一靜電力消失，第二導電插塞215恢復至彈性形變前的狀態(tài)，從而可動電極212在第二導電插塞215的牽引作用下，進行偏移運動至放松狀態(tài)。此時所述可動電極212位于第二位置，可動電極212的光線反射面與頂部電極221之間具有第二預定距離，所述第二預定距離應等于第二光線波長的1/4的奇數(shù)倍，此時，若第二光線入射至光調制器像素單元200，則第二光線經過頂部電極221被分為第一部分和第二部分，其中第一部分被頂部電極221反射，第二部分則透過頂部電極221傳輸至可動電極212的光線反射面，然后被光線反射面反射至頂部電極221，并透過頂部電極221向上傳輸，從而第二光線的第二部分相對于第一部分的波長差為第二光線波長的1/2的奇數(shù)倍。由于第二光線的第二部分和第一部分頻率相同，并且第二部分相對于第一部分的波長差為第二光線波長的1/2的奇數(shù)倍，因此，第二光線的第二部分與第一部分發(fā)生相消干涉， 光調制器像素單元200輸出為零(全黑)。可動電極212、底部電極205之間設置有底部絕緣層211，所述可動電極212、底部絕緣層211、底部電極205構成第二電容結構。若控制電路對第一控制端202、第二控制端 204之間施加電信號(相當于對第二電容結構充電)，則在可動電極212、底部電極205之間產生第二靜電力，所述第二靜電力使得可動電極212朝向底部電極205偏移運動(第二導電插塞215與可動電極212電連接，從而第二導電插塞215發(fā)生彈性變形)，所述可動電極212會移動至可動電極212與空腔219底部接觸，此時所述可動電極212位于第三位置， 可動電極212的光線反射面與頂部電極221之間具有第三預定距離，所述第三預定距離應等于第三光線波長的1/4的奇數(shù)倍，此時，若第三光線入射至光調制器像素單元200，則第三光線經過頂部電極221被分為第一部分和第二部分，其中第一部分被頂部電極221反射，第二部分則透過頂部電極221傳輸至可動電極212的光線反射面，然后被光線反射面反射至頂部電極221，并透過頂部電極221向上傳輸，從而第三光線的第二部分相對于第一部分的波長差為第三光線的波長的1/2的奇數(shù)倍。由于第三光線的第二部分和第一部分頻率相同，并且第二部分與第一部分的波長差為第三光線的波長的1/2的奇數(shù)倍，因此，第三光線第二部分與第一部分發(fā)生相消干涉，光調制器像素單元200輸出為零(全黑)。從上述分析可知，當可動電極212的光線反射面與頂部電極221的距離等于第一光線波長的1/4奇數(shù)倍時，光調制器像素單元200輸入第一光線，輸出為全黑，若光調制器像素單元200輸入第二光線或第三光線，則此時的光調制器像素單元200相對于第二光線和第三光線為鏡面，即光調制器像素單元200輸入第二光線，反射第二光線并將其輸出；或輸入第三光線，同樣反射第三光線并將其輸出。同理，對于當可動電極212的光線反射面與頂部電極221的距離等于第二光線波長的1/4奇數(shù)倍時，光調制器像素單元200輸入第二光線，輸出為全黑；光調制器像素單元 200輸入第三光線或第一光線，則此時光調制器像素單元200相對于第三光線或第一光線為鏡面，即光調制器像素單元200輸入第一光線，反射第一光線并將其輸出；光調制器像素單元200輸入第三光線，反射第三光線并將其輸出。對于當可動電極212的光線反射面與頂部電極221的距離等于第三波長的1/4奇數(shù)倍時，光調制器像素單元200輸入第三光線，輸出為全黑；此時光調制器像素單元200相對于第一光線或第二光線為鏡面，即光調制器像素單元200輸入第一光線，反射第一光線并將其輸出；或輸入第二光線，反射第二光線并將其輸出。由于可以利用白色光線作為光源，從而本發(fā)明所述的MEMS光調制器可以直接利用日光燈或太陽光作為光源，利用濾光片對日光燈或太陽光發(fā)出的白色光線進行過濾，從而無需專門的單色光源，由于濾光片的成本遠低于單色光源的成本，因此本實施例的MEMS 光調制器的成本比現(xiàn)有的光調制器降低。本發(fā)明實施例的MEMS光調制器可以對白光光源發(fā)出的白光進行調制，無需專門的三基色光源，從而解決了現(xiàn)有的MEMS光調制器無法在白光光源下正常顯示的問題，本發(fā)明的MEMS光調制器特別適合應用于平板顯示系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種光調制器像素單元的制作方法，請參考圖5，為本發(fā)明另一個實施例的光調制器像素單元制作方法流程示意圖。所述方法包括步驟Si，提供襯底；步驟S2，在所述襯底上形成第一介質層；步驟S3，在所述第一介質層表面形成底部電極；步驟S4，在所述第一介質層和底部電極上形成第二介質層；步驟S5，在所述第二介質層內形成第一犧牲層；步驟S6，在所述第一犧牲層上形成可動電極；步驟S7，在所述可動電極和第二介質層上形成第三介質層；步驟S8，在可動電極上的第三介質層內形成第二犧牲層，所述第二犧牲層的位置與第一犧牲層的位置對應；步驟S9，在所述第四介質層內形成頂部電極；步驟S10，去除第一犧牲層和第二犧牲層，形成空腔，所述可動電極懸置于所述空腔內。下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。請參考圖4 圖11所示的本發(fā)明一個實施例的光調制器像素單元的制作方法剖面結構示意圖。首先，請參考如圖4，提供襯底201，所述襯底201為半導體襯底。作為一個實施例， 所述襯底201內形成有控制電路，所述控制電路具有第一控制端202、第二控制端204、第三控制端203。所述第一控制端202、第二控制端204、第三控制端203用于對后續(xù)形成的底部電極、可動電極、頂部電極施加電信號，其布局結構與底部電極、可動電極、頂部電極的對應。根據(jù)實際需要可以進行具體設置。作為本發(fā)明的其他實施例，所述控制電路還可以形成于另一個半導體襯底內，通過導電結構與襯底201內后續(xù)形成的底部電極、可動電極和頂部電極電連接。然后，參考圖5，在襯底201上形成第一介質層207，并且在所述第一介質層207 表面形成底部電極205，所述底部電極205下方的第一介質層207內形成有第一導電插塞 206，所述第一導電插塞206電連接底部電極205與第一控制端202。然后，請參考圖6，在第一介質層207上形成第二介質層228，所述第二介質層2 包括底部絕緣層211。所述第二介質層2 的材質選自氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。所述底部絕緣層211位于底部電極205上方的第二介質層228內。所述底部絕緣層211用于底部電極205與后續(xù)形成的可動電極之間絕緣，其材質可以為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。作為優(yōu)選的實施例，所述底部絕緣層211的材質選擇與第二介質層2 相同的材質，這樣可以在形成第二介質層2 的同時，形成所述底部絕緣層211，節(jié)約工藝步驟。所述底部絕緣層211也可以利用額外的工藝步驟形成，其材質可以為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。然后，仍參考圖6，對所述第二介質層2 進行刻蝕，在所述第二介質層2 內形成第一凹槽208，露出所述底部絕緣層211。所述第一凹槽208的位置與底部電極205的位置對應，用于后續(xù)形成空腔的第一部分，提供空間支持后續(xù)形成的可動電極進行偏移運動。然后，繼續(xù)參考圖6，在所述第一凹槽208內填充第一犧牲層209，所述第一犧牲層 209覆蓋所述底部絕緣層211。所述第一犧牲層209用于在后續(xù)形成可動電極時，支撐所述可動電極，最終將會被去除，因此第一犧牲層209的材料選自易于被去除的材質，即所述第一犧牲層209優(yōu)選與第二介質層228以及后續(xù)形成的可動電極的材料具有較高刻蝕選擇比的材料，這樣在去除第一犧牲層209時可以不破壞其他不希望去除的物質。例如所述第一犧牲層209的材料可以為碳、鍺或者聚酰胺(polyamide)。本實施例中，所述第一犧牲層209的材質為非晶碳 (Amorphous Carbon)，利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝形成。為了保證形成的非晶碳薄膜的質量，所述等離子增強化學氣相沉積的工藝溫度范圍優(yōu)選為350 450°C。本發(fā)明通過利用等離子體化學氣相沉積的方法填充于非晶碳于第一凹槽208內， 這樣可以與CMOS工藝兼容，并且利用等離子體化學氣相沉積方法形成的非晶碳結構致密， 能夠通過灰化工藝被氧化為二氧化碳，易于氣化去除，而不會對器件的其余部分造成影響。 需要說明的是，在利用等離子體增強化學氣相沉積方法在第一凹槽208內填充第一犧牲層 209之后，需要進行表面平坦化的步驟，以保證后續(xù)制作可動電極時的沉積步驟可以均勻地沉積金屬。
請參考圖7，在所述第二介質層228以及第一犧牲層209的表面形成可動電極 212，所述可動電極212與底部電極205電學絕緣，所述可動電極212的位置與底部電極205 對應，所述可動電極212位于通過第二導電插塞215與第二光線控制端204電連接。在形成可動電極212之前，需要對應于第二控制端204、可動電極212的位置形成至少兩個第二導電插塞215。所述第二導電插塞215關于可動電極212的中心對稱。所述第二導電插塞 215貫穿所述第二介質層228、第一介質層207。所述可動電極212遠離底部電極205的一側具有光線反射面，用于反射光線。請參考圖12，為圖7沿AA的剖面結構示意圖。第一凹槽208形成于第二介質層 228內，所述第一凹槽208內填充第一犧牲層209?？蓜与姌O212通過第二導電插塞215與第二控制端204電連接。所述第二導電插塞215關于可動電極212的中心對稱分布。由于第二導電插塞215 —方面用于將可動電極212電連接，另一方面，用于將后續(xù)形成的可動電極212懸空于后續(xù)形成的空腔內，并且支撐可動電極212運動。由于可動電極212在控制電路的靜電力作用下偏移運動，設置所述第二導電插塞215應關于可動電極212的中心對稱分布，這樣保證可動電極212受到的靜電力平衡。在保證可動電極212受到的靜電力平衡的前提下，第二導電插塞215的數(shù)目還可以為3個或多個，其排布可以根據(jù)具體情況進行選擇，在此不做詳細的說明。本實施例中，所述第一凹槽208以及位于第一凹槽208內的部分可動電極212形狀為方形。在其他的實施例中，所述第一凹槽208以及位于第一凹槽208內的部分可動電極212形狀還可以為其他的形狀，例如圓形等。所述可動電極212的材質選自金屬，所述金屬可以是、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。所述可動電極212的厚度范圍為800 10000埃。下面請參考圖7，由于可動電極212的材質為金屬，為了防止制作工藝限制導致的金屬表面不均勻或反復移動底部電極造成金屬疲勞失效，作為優(yōu)選實施例，在形成可動電極212之后，需要形成覆蓋可動電極212的第二絕緣層214。所述第二絕緣層214的材質選擇具有一定剛性透明絕緣物質，以免影響可動電極212的光線反射面反光效果，同時也增大了可動電極212的剛性。所述第二絕緣層214與后續(xù)的第一絕緣層共同構成頂部絕緣層，用于可動電極212與后續(xù)形成的頂部電極之間的電學絕緣。參考圖8，在所述第二介質層228、可動電極212上方形成第三介質層216，在所述第三介質層216內形成第二凹槽217，所述第二凹槽217的位置與第一凹槽208對應。所述第二凹槽217用于后續(xù)形成空腔的第二部分。然后，在所述第二凹槽217內填充第二犧牲層218。所述第二凹槽217內的第二犧牲層218用于支撐后續(xù)形成的頂部電極，最終第二犧牲層218將與第一凹槽208內的第一犧牲層209被移除，以便所述第二凹槽217和第一凹槽208共同構成空腔。所述第二犧牲層218的材質應選用易移除的材質，即所述第二犧牲層218優(yōu)選與第三介質層216以及可動電極212的材料具有較高刻蝕選擇比的材料，這樣在去除第二犧牲層218時可以不破壞其他不希望去除的物質。例如所述第二犧牲層218的材料可以為碳、鍺或者聚酰胺 (polyamide)。本實施例中，所述第二犧牲層218的材質選擇與第一犧牲層209相同的材質， 其制作方法可以參考形成第一犧牲層209的方法，并且，所述第二犧牲層218可以與第一犧牲層209在同一工藝步驟中移除。
然后，參考圖9，在所述第三介質層216上形成第四介質層220，所述第四介質層 220內形成有第一絕緣層223和頂部電極221，所述第一絕緣層223位于第二凹槽217上方，所述頂部電極221位于第一絕緣層223上方。一方面，所述第一絕緣層223用于在第二犧牲層218被移除后，將所述第二凹槽217和第一凹槽208封閉成為空腔，另一方面，所述第一絕緣層223與可動電極212上覆蓋的第二絕緣層214共同構成頂部絕緣層224。所述第一絕緣層223的材質選自氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。作為優(yōu)選的實施例，所述第一絕緣層223的材質與所述第四介質層220的材質相同，這樣，可以在形成第四介質層223的同時形成，節(jié)約工藝步驟。作為本發(fā)明的又一實施例，所述第一絕緣層 223還可以利用額外的工藝步驟形成，其材質可以為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。所述頂部電極221的位置與可動電極212對應。所述頂部電極221 —側與第三導電插塞222電連接。在形成底部電極221之前，需要進行金屬化工藝，對應于第三控制端203 和頂部電極221的位置形成第三導電插塞222。所述第三導電插塞222貫穿部分所述第四介質層220、第三接介質層216、第二介質層228、第一介質層207，所述第三導電插塞222連接頂部電極221與第三控制端203。所述頂部電極221用于分光(即將入射其表面的光線一半反射，一半透過)，所述頂部電極221為半透光的金屬薄膜。本實施例中，頂部電極221的材質選自金屬，所述頂部電極221的厚度為30 300埃，在所述厚度范圍內，頂部電極221具有半透光的性質。所述第一絕緣層223和第二絕緣層214共同構成頂部絕緣層224。所述頂部絕緣層2M用于可動電極212向頂部電極221運動時，使得可動電極212和頂部電極221相互電學絕緣，并且控制可動電極212和頂部電極221之間的距離為第一預定距離(第一預定距離等于第一光線波長的1/4)。在實際中，所述頂部絕緣層224的厚度需要等于第一預定距離。在滿足頂部絕緣層224的厚度需要等于第一預定距離的前提下，第一絕緣層223和第二絕緣層214的厚度可以根據(jù)實際進行設置。在可動電極212的剛性符合要求的前提下， 第一絕緣層223的厚度可以為零。然后，參考圖10，刻蝕所述第四介質層220，形成通孔225，所述通孔225露出所述第二犧牲層217表面。所述通孔225露出第二犧牲層218，所述通孔225用于通入氣體或液體，進行去除第一犧牲層209和第二犧牲層218，所述通孔225深寬比不宜過大，以避免厚度沉積工藝難以將其封堵；也不宜過小，以免影響去除第一犧牲層209和第二犧牲層218的效果，所述深寬比根據(jù)要去除的犧牲層材質、厚度進行具體調節(jié)選擇。本領域技術人員可以根據(jù)上述原則進行自由調制，并經過有限次實驗獲得較為優(yōu)化的范圍。本實施中，所述通孔 225的深寬比范圍為0. 3 1. 5。以第一犧牲層209和第二犧牲層218的材質為非晶碳為例，本實施例利用灰化工藝(干法刻蝕工藝的一種)去除非晶碳，具體為在高溫下(100 350攝氏度)，向所述通孔內通入氧離子，利用所述氧離子轟擊非晶碳，將所述非晶碳氧化為氣態(tài)的氧化物，這樣可以有效將犧牲層去除，而不對其他結構造成損傷。然后參考圖11，然后去除第一凹槽208內的第一犧牲層(未示出)和第二凹槽217 內的第二犧牲層(未示出)，在第四介質層表面形成覆蓋層226，所述覆蓋層2 覆蓋通孔 (未示出)，將通孔封閉。在所述第一凹槽208內的第一犧牲層和第二凹槽217內的第二犧牲層被去除以后，第一凹槽208和第二凹槽217形成空腔219，其中第一凹槽208作為所述空腔219的第一部分，所述第二凹槽217作為所述空腔219的第二部分，可動電極212位于空腔219內。所述覆蓋層2 用于封閉通孔，其材質可以為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。作為優(yōu)選的實施例，所述覆蓋層226的材質與第四介質層220、第三介質層216、第二介質層228、第一介質層207的材質相同，并與第四介質層220、第三介質層 216、第二介質層228、第一介質層207構成層間介質層227，用于各個電極以及導電插塞之間相互絕緣。然后再所述覆蓋層2 上形成濾光片235。所述濾光片235的厚度需要形成的光調制器像素單元的進行具體設置。具體地，當需要形成的光調制器像素單元用于調制紅色光線時，所述濾光片235應滿足對入射的白色光線中的藍色光線和綠色光線過濾，將紅色光線輸出至頂部電極221 ；當需要形成的光調制器像素單元能用于調制綠色光線時，所述濾光片235應滿足對入射的白色光線中的藍色光線和紅色光線過濾，將綠色光線輸出至頂部電極221 ；當需要形成的光調制器像素單元能用于調制藍色光線時，所述濾光片235應滿足對入射的白色光線中的綠色光線和紅色光線過濾，將藍色光線輸出至頂部電極221。綜上，本發(fā)明的實施例所述的光調制器像素單元由于加裝了濾光片，因此，所述光調制器像素單元可以白光光源(例如是包括太陽在內的自然光源或普通的日光燈)作為入射光線，而無需專門的單色光源作為入射光線，由于濾光片和白光光源的成本之和通常遠遠低于單色光源的成本，因此，本發(fā)明所述的光調制器像素單元與現(xiàn)有的采用單色光源的光調制器像素單元相比，成本大大降低；本發(fā)明的實施例提供MEMS光調制器，所述MEMS光調制器包括用于調制第一光線的第一光調制器像素單元、用于調制第二光線的第二光調制器像素單元和用于調制第三光線的第三光調制器像素單元，所述第一光調制器像素單元、第二光調制器像素單元和第三光調制器像素單元包括濾光片，所述濾光片將白色光線過濾為三基色光線，使得所述第一光調制器像素單元、第二光調制器像素單元和第三光調制器像素單元能夠分別調制第一光線、第二光線或第三光線，本發(fā)明實施例的MEMS光調制器可以對白光光源發(fā)出的白光進行調制，無需專門的三基色光源，從而解決了現(xiàn)有的MEMS光調制器無法在白光光源下正常顯示的問題，本發(fā)明的MEMS光調制器特別適合應用于平板顯示系統(tǒng)。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種光調制器像素單元，其特征在于，包括 襯底；所述襯底上具有含有空腔的層間介質層； 底部電極，位于所述襯底上對應所述空腔的位置；頂部電極，位于所述空腔上方對應于底部電極位置的層間介質層內，所述頂部電極為半透光的金屬薄膜；濾光片，位于所述頂部電極上，用于將白光轉換為三基色光線； 可動電極，位于所述底部電極與頂部電極之間的空腔內，所述可動電極面向頂部電極的表面為光線反射面，所述可動電極能夠沿垂直于光線反射面的方向移動，并分別位于第一位置、第二位置或第三位置，使得三基色光線中的一種透過頂部電極并經可動電極反射后的光線在頂部電極發(fā)生干涉。
2.如權利要求1所述的光調制器像素單元，其特征在于，所述底部電極與所述襯底之間電學絕緣；所述頂部電極與所述襯底之間電學絕緣。
3.如權利要求1所述的光調制器像素單元，其特征在于， 所述層間介質層覆蓋所述襯底表面；所述底部電極位于覆蓋襯底表面的層間介質層內；所述可動電極位于所述空腔內，所述可動電極與所述空腔的空腔壁之間具有間隙，用于容納可動電極的運動。
4.如權利要求3所述的光調制器像素單元，其特征在于，所述層間介質層為氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或者其中的組合。
5.如權利要求3所述的光調制器像素單元，其特征在于，還包括位于襯底內的控制電路，所述底部電極與所述控制電路的第一控制端電連接，所述可動電極與所述控制電路的第二控制端電連接，所述頂部電極與所述控制電路的第三控制端電連接，所述層間介質層內形成有多個第二導電插塞，所述多個第二導電插塞將第二控制端和可動電極電連接，所述多個第二導電插塞關于可動電極的中心對稱。
6.如權利要求1所述的光調制器像素單元，其特征在于，所述頂部電極材質為金屬，厚度范圍為30 300埃，所述金屬為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。
7.如權利要求1所述的光調制器像素單元，其特征在于，所述可動電極的材質為金屬， 厚度范圍為800 10000埃，所述金屬可以為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。
8.如權利要求1所述的光調制器像素單元，其特征在于，所述可動電極上形成有頂部絕緣層，所述頂部絕緣層用于增大可動電極的剛性。
9.一種如權利要求1所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，包括 提供襯底；在所述襯底上形成第一介質層； 在所述第一介質層表面形成底部電極； 在所述第一介質層和底部電極上形成第二介質層； 在所述第二介質層內形成第一犧牲層； 在所述第一犧牲層上形成可動電極；在所述可動電極和第二介質層上形成第三介質層；在可動電極上的第三介質層內形成第二犧牲層，所述第二犧牲層的位置與第一犧牲層的位置對應；在所述第四介質層內形成頂部電極；去除第一犧牲層和第二犧牲層，形成空腔，所述可動電極懸置于所述空腔內； 在所述頂部電極上形成濾光片。
10.如權利要求9所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，所述頂部電極為半透光的金屬薄膜。
11.如權利要求9所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，在形成所述頂部電極之前，還包括在所述第四介質層內形成通孔的步驟，所述通孔位于所述柵孔內，且所述通孔露出所述第二犧牲層的表面；利用所述通孔去除所述第一犧牲層和第二犧牲層。
12.如權利要求11所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，在利用所述通孔去除所述第一犧牲層和第二犧牲層后，還包括在所述第四介質層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層覆蓋所述童年空且將所述通孔封閉，所述覆蓋層與所述第一介質層、第二介質層、第三介質層和第四介質層構成層間介質層，所述濾光片形成在所述覆蓋層之上。
13.如權利要求9所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，還包括在所述層間介質層內形成多個第二導電插塞，所述多個第二導電插塞將第二控制端和可動電極電連接，所述多個第二導電插塞關于可動電極的中心對稱。
14.如權利要求9所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，所述頂部電極材質為金屬，厚度范圍為30 300埃，所述金屬為銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組I=I O
15.如權利要求9所述的光調制器像素單元的制作方法，其特征在于，還包括在所述可動電極上形成頂部絕緣層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供MEMS光調制器像素單元及其制作方法，所述光調制器像素單元包括位于襯底上的層間介質層，位于層間介質層內的空腔；位于襯底上的層間介質層內、且與所述空腔的位置對應的底部電極、可動電極和頂部電極；濾光片，位于所述頂部電極上，用于將白光轉換為三基色光線；所述可動電極具有光線反射面，所述頂部電極為半透光的金屬薄膜，利用所述可動電極在空腔內的運動，使得所述光調制器能夠對將濾光片轉換后的三基色光線進行調制。本發(fā)明實施例解決了現(xiàn)有的光調制器像素單元普遍需要利用單色光源發(fā)出的單色光線作為入射光線的問題，降低了光調制器像素單元的成本。
文檔編號B81C1/00GK102360119SQ20111029838
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者唐德明, 毛劍宏 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司