减少mems器件中的静摩擦力的系统和方法
1.相关申请
2.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。
技术领域
3.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。
背景技术：
4.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
5.图1示出了根据本文公开的教导构造的示例dmd芯片。
6.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。
7.图3是图2的示例微镜组件的分解图。
8.图4是另一示例微镜组件的横截面图。
9.图5是另一示例微镜组件的横截面图。
10.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-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。
11.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。
12.图8-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。
13.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。
14.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。
15.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”。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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 /-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 /-1秒。
20.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
21.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。
22.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。
23.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芯片100包括个体微镜组件104的阵列102。许多dmd芯片包括数十万个个体微镜组件104。然而，为了说明的目的，图1中示出了更少数量的微镜组件104。每个微镜组件104包括微镜(或简称为镜子)，该微镜可以通过dmd芯片100中的相关控制电路围绕相应的铰链旋转。下面结合图2和图3提供关于每个微镜组件104的实施方式和构造的进一步细节。
24.虽然以下描述和图中详细描述的示例对应于dmd的微镜组件，但本文公开的教导不局限于此类应用，而是能够适用于任何类型的mems结构、部件或元件，并且特别适用于包括悬挑金属臂或凸缘的mems器件，所述悬挑金属臂和凸缘由金属通孔(例如接触式开关中的通孔)支撑并从金属通孔延伸。
25.图2是图1的示例dmd芯片100的示例微镜组件104沿着图3中的线2-2所限定的平面截取的截面图，图3是图2的示例微镜组件的分解图。如图示的示例所示，微镜组件104设置在下方衬底202上。在一些示例中，衬底202是半导体(例如，硅)衬底。在一些示例中，同时在公共衬底(例如，单个硅晶片)上制造图1的dmd芯片100的所有微镜组件104。更具体地，在一些示例中，在相同的制造工艺期间，在公共衬底上制造多个dmd芯片(每个具有微镜组件104的对应阵列)。
26.如图2和图3所示，微镜组件104的顶部(例如，离衬底202最远的点)是具有外表面或暴露表面206的板204，该外表面或暴露表面是反射性的，以用作微镜组件104的镜子。因此，板204在本文中可替换地称为镜板、微镜或简单地称为微镜组件104的镜子。在该示例中，板204具有大致矩形或正方形形状(如图3所示)，但可以具有任何其他合适的形状(例如，圆形、六边形等)。在一些示例中，板204包括金属层的堆叠和/或由金属层的堆叠制造。在一些示例中，金属堆叠中使用的基底金属或主要金属是铝。
27.在图2和图3所示的示例中，板204借助于支柱208的支撑被悬置在自由空间中，其中支柱208靠近板204的中心从板204的后侧210(例如，与外表面或暴露表面206相对)突出。如图3所示，后侧210是板204的第二暴露表面，其面向与板204的顶侧上的暴露表面206相反的方向。在一些示例中，支柱208在板204的中心以外的位置处耦接到板204。在一些示例中，板204由多于一个支柱208支撑。在一些示例中(如图所示)，支柱208与板204一体形成。也就是说，在一些示例中，支柱208包括由金属限定的壁，该金属从板204的金属堆叠中的一个或多个层向下突出并且是这些层的连续延伸部。如图所示，支柱208的形成(在图3中不可见)导致板204的暴露表面206中的孔209，该孔对应于支柱208的内部。在另一些示例中，孔209可以用填充物材料填充和/或以其他方式来覆盖。为了清楚起见，板204和支柱208在此统称
为微镜组件104的微镜结构213。
28.在该示例中，支柱208耦接到铰链组件212，铰链组件212包括铰链214和四个弹簧尖端302a、302b、302c、302d(本文用附图标记302来一般指代)。在该示例中，铰链214和弹簧尖端由公共金属层或金属面215形成。在一些示例中，金属面215由铝形成。在一些示例中，金属面215由包括其他金属的铝合金形成。例如，在一些示例中，金属面215由钛和铝的合金(例如铝化钛(tial3))形成。如图示的示例所示，铰链214和弹簧尖端302(对应于金属面215)通过多个立柱218或通孔304来支撑以与衬底202的顶表面216间隔开。在该示例中，铰链组件212由位于下方衬底202上的基板218支撑。
29.如说明性示例所表示，通孔304具有由相对薄的壁限定的中空内部。图2中未示出通孔304，因为它们并不位于由图3中所示的线2-2限定的面内。在一些示例中，通孔304与金属面215一体地形成。即，在一些示例中，通孔304包括壁，这些壁由从金属面215向下突出并且是金属面215的连续延伸体的金属限定。此外，如下面进一步详细描述的，在一些示例中，通孔304包括在壁的内表面上和在通孔304的内侧基底处的附加金属。许多已知的微镜组件包括在立柱或通孔的内表面上的氧化硅层(例如，三氧化二硅(si2o3)或其他氧化硅)。然而，在本文公开的示例中，该附加金属设置在通孔的基底金属(例如铝或铝合金(例如铝化钛))和氧化硅之间。在一些示例中，该附加金属不同于通孔304的壁的金属(以及与通孔304的壁整体形成的金属面215的金属)。在一些示例中，通孔内侧上的附加金属包括不同金属的多个层。下面结合图6提供关于通孔304内的附加金属的进一步细节。
30.图2和图3中所示的铰链组件212的特殊设计和构造仅用于说明目的，并且其他设计和构造也是可能的。例如，金属面215可以具有不同的形状和/或由不同数量的通孔304和/或不同位置处的通孔304支撑。此外，在一些示例中，可以有多于四个弹簧尖端302。在另一些示例中，可以有少于四个弹簧尖端302。此外，在一些示例中，弹簧尖端302与铰链214分离。也就是说，在一些示例中，弹簧尖端302不是由共同的金属面形成的，而是由不同的通孔304独立支撑的完全分离的金属部分形成的。然而，在一些这样的示例中，用于铰链214的金属和用于弹簧尖端302的金属是共面的，并且对应于在相同制造工艺期间沉积的相同材料层。
31.如图3所示，铰链214是相对薄的(对应于金属面215的厚度)，并在两个通孔304之间延伸。铰链214的细长长度和相对薄的构造使得板204能够通过铰链214的偏转、扭曲或弯曲而移动。更具体地，在图示的示例中，铰链214将会扭曲或弯曲，使得板204围绕沿着铰链214的纵向长度延伸的轴线旋转。在一些示例中，铰链214充分扭曲或弯曲，以使板204的后侧210与两个弹簧尖端302a-302b(在图3的左侧)或两个弹簧尖端302c-302d(在图3的右侧)接触，这取决于板204和铰链214移动的方式。
32.在一些示例中，板204(和铰链214)的移动由提供给位于铰链组件212附近的一个或多个电极220的电信号(例如电压)控制。在图示的示例中，电极由附加立柱或通孔305和位于通孔305上端的凸缘224限定。图2中未示出通孔305，因为它们不位于由图3中所示的线2-2限定的平面内。在一些示例中，通孔305具有与通孔304相似的高度，使得凸缘224处于与铰链214和弹簧尖端302相同的高度。更具体地，在一些示例中，凸缘224与金属面215中的相同材料共面并对应于金属面215的相同材料。如图示的示例所示，通孔305具有由相对薄的壁限定的中空内部，该通孔具有与支撑铰链214和弹簧尖端302的通孔304相同或相似的构
造。在一些示例中，壁的内表面和通孔305的内侧基底处的内表面包括与铰链组件212相关联的通孔304中相同的附加金属。
33.在图2和图3所示的示例中，独立的电极220位于铰链214的任一侧上并由位于下方衬底202上的独立的电极基板226支撑。施加到电极220的电荷吸引或排斥板204、支柱208和/或铰链组件212的部分，从而使得板204能够由于铰链214的偏转而旋转或移动。在一些示例中，通过设置在衬底202中的电路306来提供施加到电极220的电荷(为了解释的目的，电路306在图3中被示意性地表示在衬底202的顶表面216上)。图2中所示的电极220的位置和尺寸仅用于说明的目的，并且其他的设计和/或构造是可能的。
34.图2和图3所示的示例微镜组件104的特定设计仅用于说明目的，并且许多其他设计也是可能的。例如，图4示出了另一示例微镜组件400的横截面图，其中微镜结构402(包括板404和支柱406)被支撑在由立柱或通孔410支撑的悬臂铰链408的端部附近。在这样的示例中，与图2和图3的铰链214在铰链214的相对端处的两个通孔304之间扭转不同，图4的铰链408在其自由端(离通孔410最远)处上下偏转，以使板404围绕靠近通孔并延伸进出图4所示的视图的轴线旋转。在一些示例中，板404的移动足以接触弹簧尖端，这些弹簧尖端可以被构造为类似于图3中所示的弹簧尖端302。在该示例中，电极412位于铰链408的自由端附近。电极412包括支撑凸缘416的立柱或通孔414。在图4所示的示例中，通孔410和电极412被安装在下方衬底418上，而没有中间的基板(如图2和图3所示)。在一些示例中，微镜组件400包括弹簧尖端(未示出)，这些弹簧尖端被定位成当板404向一侧或另一侧偏转或旋转时与板404的下侧相接、接合和/或接触。在一些示例中，一个或多个弹簧尖端是铰链408和相关联的通孔410的整体延伸部。附加地或替代地，在一些示例中，一个或多个弹簧尖端是电极412的整体延伸部。附加地或替代地，一个或多个弹簧尖端是不同的，并且与铰链408和电极412间隔开。如图4的示例中所示，两个通孔410、414都包括在通孔壁和氧化硅层之间的通孔410、414的壁的内表面上的附加金属420。下面结合图6提供关于附加金属420的进一步细节。
35.图5示出了另一示例微镜组件500的横截面图，其中微镜结构502(包括板504和支柱506)定位在铰链508上，铰链508以与图2和图3所示类似的方式在独立的立柱或通孔(未示出)之间延伸进出该附图。在图5所示的示例中，铰链508被示出为偏转到一侧，导致板504相应地倾斜或旋转。类似于图2和图3，图5的微镜组件500包括位于铰链508任一侧上的电极510(由立柱或通孔512和相应的凸缘514限定)。然而，与图2和图3所示的示例不同，图5中的电极510与铰链508通过在电极510的与铰链508相对的一侧上的凸缘514的更长突出部分而间隔得更远。在一些示例中，当微镜结构502如图5所示旋转时，凸缘514的更长突出部分对应于与板504的下侧相接或接触的弹簧尖端。如图5的示例中所示，通孔512包括在壁的内表面上以及在通孔512的内侧基底处在通孔壁和氧化硅层之间的附加金属522。下面结合图6提供关于附加金属522的更多细节。
36.此外，图5的微镜组件500与图2和图3的不同之处还在于，两个电极510由(在下方衬底520上的)基板518的公共部分支撑，而不是由如图2和图3中的独立部分支撑。
37.更一般地说，图1-图5的任何微镜组件104、400、500的设计、形状和/或结构可以根据本文公开的教导以任何合适的方式被修改。例如，铰链的尺寸和形状可以以任何合适的方式确定并且可以以任何合适的方式定位，以能够调节镜子的取向。在一些示例中，可以实
现一个以上的铰链，使得能够在多个方向上调节镜子的取向。在一些这样的示例中，不同的铰链和相关联的支撑通孔可以定位在相关联的铰链组件中的不同层级处(例如，第一铰链可以由第一通孔支撑，第一通孔本身安装到由第二通孔支撑的第二铰链)。此外，电极的尺寸和形状可以以任何合适的方式确定并且相对于微镜结构和支撑铰链组件位于任何合适的位置。此外，弹簧尖端可以以任何合适的方式确定尺寸和形状，并位于任何合适的位置，以在朝向相应的弹簧尖端旋转时与镜子的下侧接合和/或接触。
38.如上所述，图1-图5的任何示例性微镜组件104、400、500的操作涉及向电极施加电压，以引起微镜结构213、402、502的移动或旋转，直到相关联的板204、404、504的下侧被推压抵靠一个或多个弹簧尖端(例如弹簧尖端302、516)或与其接触。当微镜结构213、402、502要再次移动时，不同的电压(例如，具有相反的极性)被施加到电极，以使镜结构返回到中性位置(与弹簧尖端间隔开)，或者沿不同的方向移动微镜结构213、402、502以接触不同的弹簧尖端。微镜结构213、402、502的下侧与接合的弹簧尖端之间的接触导致静摩擦力。结果，存在克服静摩擦力以使微镜结构213、402、502移动脱离接触弹簧尖端所需的力的阈值量。本文所公开的示例相对于现有微镜组件减少了静摩擦力，从而提高了这种mems器件的性能并增加了它们的使用寿命(因为存在更大的裕度，在该裕度范围内，器件可能在失效之前劣化)。
39.更具体地，实验测试已经表明，包含附加金属(例如，图4和图5中的附加金属420、522)减少了静摩擦力。附加金属还提供了以下进一步详述的其它优点。图6是示例性mems结构600的放大图，该mems结构600包括支撑从其延伸的凸缘或臂604的立柱或通孔602，该凸缘或臂可以在图1-图5的示例性微镜组件104、400、500中的任一个中实现。也就是说，示例立柱或通孔602可以对应于图2-图5的通孔305、304、410、414、512中的任一个。此外，图6中的臂604可以对应于图2-图5的凸缘224、416、514、铰链214、408、508和/或弹簧尖端302、516中的任一个。尽管本文所公开的示例是参考在dmd芯片(例如，图1的dmd芯片100)中实现的微镜组件来描述的，但可以实现本文所公开的教导以减少静摩擦力并改善支撑任何类型的凸缘、臂或从在任何类型的mems器件中使用的立柱或通孔延伸的金属片或金属面的其他部分的物理特性和/或电特性。
40.在图6所示的示例中，通孔602与臂604一体形成。也就是说，在一些示例中，通孔602的竖直定向的壁和对应于臂604的水平延伸的凸缘是彼此的连续延伸部，并且对应于mems结构600的基底金属层608(在此也称为第一金属层608)。因此，在这样的示例中，通孔602和臂604由相同的材料构成。在一些示例中，通孔602和/或臂604由包括铝和钛的材料(例如，铝化钛(tial3))组成。如图6所示的示例中所示，通孔602被安装到下方衬底606，该下方衬底606可以对应于图1-图5的衬底202、418、520和/或基板218、226、518中的任一个。
41.图6的示例mems结构600包括在通孔602的内侧上的一层氧化硅610。氧化硅610通过一个或多个附加金属层与通孔602的金属壁分离。在该示例中，有两个附加金属层(第二金属层612和第三金属层614)位于通孔602内部，在通孔602的壁和二氧化硅之间。在另一些示例中，在通孔602和氧化硅610之间只有一个金属层。在另一些示例中，在通孔602和氧化硅610之间存在至少三个金属层。在一些示例中，第二金属层612和第三金属层614由金属间化合物组成，所述金属间化合物不同于用于通孔602和臂604的材料。在一些示例中，第二金属层612和第三金属层614中的至少一个包括非金属元素(例如，氮)。在该示例中，紧邻通孔
602的第二金属层612包括钛和氮(例如，氮化钛(tin))，并且第三金属层614包括铝、钛和硅(例如，altisi)。在其他示例中，在第二金属层612和第三金属层614中的一个或两者中使用不同的材料。
42.在一些示例中，在限定通孔602和臂604的第一金属层608的外表面上，以及在通孔602内的第三(最内)金属层614的外表面上，提供天然氧化物616。因此，如图6的说明性示例所示，天然氧化物616位于通孔602内的第三(最内)金属层614与氧化硅610之间。然而，如说明性示例所示，在通孔602(例如，第一金属层608)的壁(或基底)与通孔602内的第二金属层612和第三金属层614之间不存在天然氧化物616。也就是说，在一些示例中，很少或没有天然氧化物直接抵靠通孔602的内表面。在一些示例中，天然氧化物616的位置是在示例mems结构600的制造中所涉及的操作顺序的函数。如下面结合图7-图20进一步讨论的，在一些示例中，在形成(例如，沉积)对应于通孔602和臂604的第一金属层608之后，原位沉积第二金属层612和第三金属层614。结果，在mems结构600暴露于空气以形成天然氧化物616之前，提供第二金属层612和第三金属层614。然而，在添加第二金属层612和第三金属层614之后，当mems器件在添加氧化硅610之前经历附加处理时，mems器件暴露于空气中，从而导致形成天然氧化物616。更具体地，在一些示例中，当添加第二金属层612和第三金属层614时，其覆盖第一金属层608的整个面向上的(暴露的)表面。也就是说，第二金属层612和第三金属层614横跨臂604的上表面延伸。然而，实施一个或多个蚀刻工艺以从臂604去除第二金属层612和第三金属层614。在这种蚀刻工艺之后，可以在暴露的表面上形成天然氧化物616，之后添加氧化硅610。下面结合图7-图20提供关于包含图6的mems结构600的微镜组件的制造的进一步细节。
43.图6中所示的不同材料的尺寸和/或厚度是出于说明的目的，不一定代表实际实施方式中的层的实际厚度。例如，在一些示例中，第一金属层608具有比第二金属层612的厚度620厚且比第三金属层614的厚度622厚的厚度618。在一些示例中，第一金属层608的厚度618大于第二金属层612和第三金属层614两者的厚度620、622的总和。此外，在一些示例中，第二金属层612的厚度620比第三金属层614的厚度622薄。在另一些示例中，第二金属层612的厚度620比第三金属层614的厚度622厚。在另一些示例中，第二金属层612和第三金属层614的厚度620、622大致相同。在一些示例中，第一金属层608的厚度618在大约和之间(例如，之间(例如，等)。在一些示例中，第一金属层608的厚度618在大约和之间。在一些示例中，第一金属层608的厚度618在大约和之间。在一些示例中，第二金属层612的厚度620在大约和之间(例如，等)。在另一些示例中，第二金属层612的厚度620小于或大于在一些示例中，第三金属层614的厚度622在大约和之间(例如，等)。在另一些示例中，第三金属层614的厚度622小于或大于
44.实验测试已经表明，在通孔602内添加第二金属层612和第三金属层614(包括从第一金属层608的其他暴露表面添加并随后去除第二金属层612和第三金属层614)减少了臂604和微镜结构(例如，任何微镜结构213、402、502)的下侧之间的静摩擦力的量。更具体地，
可以通过测量将微镜从一个极限位置(接触第一弹簧尖端)翻转或移动到相反的极限位置(与位于镜子的另一侧上的第二弹簧尖端接触)所需的最小电压来测量静摩擦力的量。实验测试已经表明，以这种方式移动镜子的平均最小电压从在通孔内不包括本文所公开的附加金属的组件的大约7.5v降低到当实施本文所公开的教导时的大约4.5v。这是对静摩擦力的显著改进(例如，大约40％)，这提供了更大的裕度，以允许静摩擦力随着时间而退化，同时在相关联的mems器件不再能够正常操作之前保持性能。因此，本文公开的教导的优点是增加了mems器件的使用寿命。
45.值得注意的是，本文公开的教导的实施不会影响用于通孔602和臂604的第一金属(例如，第一金属层608)的尺寸、形状、设计和/或结构，使得本文公开的教导不会影响微镜组件中的部件的性能或操作。因此，本文公开的教导可以被结合到微镜组件的现有设计中，而没有重新设计基底结构的需求或成本。
46.本文公开的教导的另一个优点是改进了通孔的结构特性和电特性。随着微镜组件继续变得越来越小，用于提供通孔602和臂604的第一金属层608的厚度变得越来越薄。在一些情况下，第一金属层608的厚度可能不足以为通孔602提供连续的侧壁。通孔602的壁中的间隙、孔和/或不连续性对通孔602的结构完整性产生负面影响。此外，这种间隙、孔和/或不连续性可能对通孔602的导电性产生负面影响。实际上，即使当不存在间隙、孔和/或不连续性时，随着通孔602的壁变薄，通孔602电阻率也会增加。如图6所示，包括与通孔602的壁相邻的第二金属层612和第三金属层614将增加沿着通孔的壁的整个结构的厚度，以改善结构完整性和稳健性，并减少侧壁中的间隙、孔和/或不连续性的可能性。此外，附加金属(例如，第二金属层612和第三金属层614)降低了通孔的电阻率。更具体地，实验测试已经表明，与不包括附加金属层的通孔相比，当用本文所公开的附加金属层对通孔进行衬垫时，电阻将降低超过75％。
47.图7是示出结合图1-图5的微镜组件104、400、500中的任何一个的制造来制造图6的示例mems结构600的示例方法的流程图。将参考图8-图20来描述图7中详细说明的示例制造方法，其中图8-图20示出了在图7的流程图中概述的制造工艺期间的各个阶段的示例mems结构600(以及相关联的微镜组件104、400、500)。尽管参考图7中说明的流程图结合图8-图20中所示制造的示例阶段描述了示例制造方法，但是可以替代地使用许多其他方法。例如，可以改变各个框的执行顺序，和/或可以以任何其他方式组合、分割、重新排列、省略、消除和/或实现所描述的一些框。此外，当实施示例方法时，还可以包括图7中的各个框未具体表示的额外操作。
48.图7的示例性工艺开始于在框702处在用于微镜组件的下方衬底606上形成牺牲层802(本文中也称为间隔物)。图8中表示了该制造阶段。牺牲层802的形成可以通过任何合适的工艺(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、旋涂等)来完成。在一些示例中，牺牲层802的厚度对应于随后形成的通孔602的高度。如上所述，在一些示例中，图6的下方衬底(图8中所示)对应于基板(例如图2、图3和/或图5的基板218、226、518)。在另一些示例中，下方衬底606对应于半导体衬底(例如，图2-图5的衬底202、418、520)。用于微镜组件的下方衬底606可以使用现在已知或将来开发的任何合适的工艺来制造。
49.图9中表示了与图7的框704相对应的制造阶段。具体地，在框704处，该方法包括在
牺牲层802中形成开口902。开口902可以使用任何合适的工艺(例如，钻孔、蚀刻、光刻等)来形成。在一些示例中，开口902对应于与微镜组件的铰链、弹簧尖端和/或电极相关联的立柱或通孔所在的位置。附加地或替代地，开口902可以对应于立柱或通孔的位置，以支撑在其他类型mems器件中使用的任何其他类型的金属凸缘或臂。
50.图10中表示了与图7的框706相对应的制造阶段。具体地，在框706处，该方法包括形成用于铰链组件、电极和/或弹簧尖端的第一金属层608。附加地或替代地，第一金属层608可以被用于从在其他类型mems器件中使用的相关联的通孔延伸的其他类型的金属凸缘或臂。第一金属层608的形成可以通过任何合适的工艺(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相淀积(pvd)、电镀等)来完成。如图10的说明性示例所示，第一金属层608覆盖牺牲层802的暴露的上表面，并且还覆盖牺牲层802中的开口902的壁，该开口902的壁限定用于通孔的壁。
51.图11中示出了与图7的框708相对应的制造阶段。具体地，在框708处，该方法包括在第一金属层608上形成第二金属层612。第二金属层612的形成可以通过任何合适的工艺(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相淀积(pvd)、电镀等)来完成。如图11的说明性示例所示，第二金属层612覆盖下面的第一金属层608的所有暴露表面(包括沿着上表面以及在开口902内的表面)。
52.图12中表示了与图7的框710相对应的制造阶段。具体地，在框710处，该方法包括在第二金属层612上形成第三金属层614。第三金属层614的形成可以通过任何合适的工艺(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相淀积(pvd)、电镀等)来完成。如图12的说明性示例所示，第三金属层614覆盖下面的第二金属层612的所有暴露表面(包括沿着上表面以及在开口902内的表面)。
53.图13中表示了与图7的框712相对应的制造阶段。具体地，在框712处，该方法包括在暴露的金属表面上形成天然氧化物616。在该制造阶段中，暴露的金属表面对应于第三金属层614的暴露表面。在一些示例中，天然氧化物616的形成是通过将组件暴露于周围环境中的空气而自然完成的。在一些示例中，这是由于制造工艺之间的变化而自动发生的。在一些示例中，很少或没有天然氧化物直接形成在第一金属层608或第二金属层612上，因为所有三个金属层608、612、614都是原位添加的，而无需将组件暴露于周围环境中的空气。
54.图14中表示了与图7的框714相对应的制造阶段。具体地，在框714处，该方法包括将氧化硅610沉积到第三金属层614(包括形成在其上的天然氧化物616)上。氧化硅610的沉积可以通过任何合适的工艺(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相淀积(pvd)、电镀等)来完成。如图13的说明性示例所示，氧化硅610覆盖下面的第三金属层614的所有暴露表面(包括沿着上表面以及在开口902内的表面)。此外，如图所示，天然氧化物616位于氧化硅610和下面的第三金属层614之间。在一些示例中，在沉积氧化硅610之前添加底部抗反射涂料(barc)层，以便于随后去除氧化硅610的一些部分，如下文进一步描述的。
55.图15中表示了与图7的框716相对应的制造阶段。具体地，在框716处，该方法包括从开口902外部的组件的上表面去除氧化硅610。也就是说，天然氧化物616被保留在开口902内，但其他的被从下面的第三金属层614(和相关的天然氧化物616)的表面去除。在一些示例中，通过任何合适的工艺(例如，干法蚀刻、湿法蚀刻等)来完成氧化硅610的去除。
56.图16中表示了与图7的框718相对应的制造阶段。具体地，在框718处，该方法包括
从开口902外部的组件的上表面去除第三金属层614。也就是说，第三金属层614的暴露部分(在框716处通过去除氧化硅610而被暴露)被去除，而开口902内的部分(仍然被氧化硅610覆盖)被保留。在一些示例中，第三金属层614的去除通过任何合适的工艺(例如，干法蚀刻、湿法蚀刻等)来完成。此外，在一些示例中，先前形成在第三金属层614上的天然氧化物616的暴露部分在与去除第三金属层层614相同的工艺中被去除。在一些示例中，二氧化硅610的最上面部分在该工艺中被去除，使得组件的上表面保持大致水平(例如，氧化硅610不突出到现在暴露出的第二金属层612的上表面上方)。在一些示例中，在与框716相关联的制造阶段期间去除氧化硅610的该最上面部分。
57.图17中表示了与图7的框720相对应的制造阶段。具体地，在框720处，该方法包括从开口902外部的组件的上表面去除第二金属层612。也就是说，第二金属层612的暴露部分(在框718处通过去除第三金属层614而被暴露)被去除，而开口902内的部分(保持被氧化硅610和第三金属层614覆盖)被保留。在一些示例中，第三金属层614的去除通过任何合适的工艺(例如，干法蚀刻、湿法蚀刻等)来完成。在一些示例中，在该过程中去除氧化硅610和第三金属层614的最上面部分，使得组件的上表面保持大致水平(氧化硅610和第三金属层614不突出到现在暴露出的第一金属层608的上表面上方)。在一些示例中，在与框716和/或718相关的制造阶段期间去除氧化硅610和第三金属层614的最上面部分。
58.图18中表示了与图7的框722相对应的制造阶段。具体地，在框722处，该方法包括图案化和蚀刻第一(基底)金属层608(在框720处通过去除第二金属层612而被暴露)以限定铰链、电极和/或弹簧尖端。也就是说，直到图18所示的制造阶段，第一金属层是延伸跨过下方牺牲层802的上表面的连续金属片或金属面。然而，在框722处图案化第一金属层608的工艺将该连续片分成与所制造的微镜组件(或任何其他类型的mems器件)的预期设计相对应的不同段或部分。该图案化和蚀刻可以通过任何合适的工艺(例如，光刻技术)来完成。
59.一旦完成框722的第一金属层的图案化和蚀刻，除了牺牲层802尚未被去除之外，所得到的结构就对应于上文结合图6示出和描述的mems结构600。然而，在去除牺牲层802之前，形成与包含mems结构600的微镜组件相关联的附加部件。因此，在图7的框724处，该方法包括制造微镜组件中的附加部件。在图19中示出了该制造阶段。具体地，图19示出了与分离的mems结构1902一起形成在衬底606上的mems结构600，在这两个mems结构之间是微镜结构1906(包括支柱1908和板1910)已形成在其上的铰链1904。在一些示例中，在上述用于制造mems结构600的相同工艺期间制造分离的mems结构1902。此外，在一些示例中，铰链1904对应于在与框722相关联的图案化和蚀刻工艺期间与其他部分分离的第一金属层608的一部分。
60.图19的微镜结构1906的制造通过上述类似工艺和/或现在已知或将来开发的任何其他合适工艺完成。简言之，这样的工艺包括在第一牺牲层802以及mems结构600、1902和铰链1904上方添加第二牺牲层1912。在第二牺牲层1912中创建开口，以限定支柱1908的位置，其中板1910被提供在第二牺牲层1912的上表面上。
61.图20中表示了与图7的框726相对应的制造阶段。具体地，在框726处，该方法包括去除牺牲层802、1912以释放微镜组件的部件。可以使用任何合适的技术(例如，湿法蚀刻工艺)来完成牺牲层的去除。一旦被释放，部件可暴露于周围环境中的空气以在暴露的金属表面上形成天然氧化物，使得如图6所示出现天然氧化物616。然而，为了图示清楚起见，在图
20中已省略了外部金属表面上的天然氧化物616。在框726完成之后，图7的示例过程结束。
62.如本文所用，当短语“至少”用作例如权利要求的前序中的过渡词时，它是开放式的，与术语“包含(comprising)”和“包括(including)”是开放式一样。例如，当以如a、b和/或c的形式使用时，术语“和/或”是指a、b、c的任何组合或子集，例如(1)仅有a，(2)仅有b，(3)仅有c，(4)a与b，(5)a与c，(6)b与c，或(7)a与b并且与c。当在本文描述结构、部件、项目、物体和/或物品的上下文中使用时，短语“a和b中的至少一个”意在指包括(1)至少一个a、(2)至少一个b、或(3)至少一个a和至少一个b中的任意一个的实施方式。类似地，当在本文描述结构、部件、项目、物体和/或物品的上下文中使用时，短语“a或b中的至少一个”意在指包括(1)至少一个a、(2)至少一个b、或(3)至少一个a和至少一个b中的任意一个的实施方式。当在本文描述工艺、指令、动作、活动和/或步骤的施行或执行的上下文中使用时，短语“a和b中的至少一个”意在指包括(1)至少一个a、(2)至少一个b、或(3)至少一个a和至少一个b中的任意一个的实施方式。类似地，当在本文描述工艺、指令、动作、活动和/或步骤的施行或执行的上下文中使用时，短语“a或b中的至少一个”意在指包括(1)至少一个a、(2)至少一个b、或(3)至少一个a和至少一个b中的任意一个的实施方式。
63.如本文所用，单数引用(如“一个”、“一”、“第一”、“第二”等)不排除复数。本文使用的术语“一个”或“一”物体是指一个或多个该物体。术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。此外，尽管单独列出，但是可以通过例如相同实体或物体来实施多个器件、元件或方法动作。此外，尽管各个特征可能被包括在不同的示例或权利要求中，但是这些特征可以被组合，并且包含在不同的示例或者权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。
64.根据上述内容，可以理解的是，已经公开了示例系统、方法、设备和制品，其能够减少源自立柱或通孔和/或由立柱或通孔支撑的mems器件的部件之间的静摩擦力。这种静摩擦力的减少可以改善这种mems器件的性能和/或增加其使用寿命。此外，本文所公开的示例为此类支柱或通孔的壁增加了厚度，从而提高了结构完整性并改善了立柱或通孔的电性能(例如，降低了电阻率)。尽管以上描述和图中详细描述的示例对应于支撑dmd的微镜组件中的铰链和/或弹簧尖端的立柱或通孔，但是本文公开的教导不限于这些应用，而是能够适当地修改以减少任何类型的mems结构、部件或元件的静摩擦力，和/或改善支撑任何类型mems器件(例如，接触开关)中使用的此类mems结构、部件或元件的立柱或通孔的物理特性和/或电特性。
65.其他示例及其组合包括以下内容：
66.示例1包括一种微机电系统(mems)器件，该mems器件包括：衬底；由衬底支撑的通孔，该通孔包括包含材料的第一金属层；远离通孔延伸并由通孔支撑的臂，该臂包括所述材料；以及在第一金属层上的通孔内的第二金属层，其中第二金属层包括氮。
67.示例2包括示例1所述的mems器件，其中第二金属层进一步包括钛。
68.示例3包括任一示例1或2所述的mems器件，其中在第二金属层和第一金属层之间没有天然氧化物。
69.示例4包括任一示例1-3所述的mems器件，其中第二金属层不在臂上。
70.示例5包括任一示例1-4所述的mems器件，其中该mems器件还包括在第二金属层上的通孔内的第三金属层。
71.示例6包括示例5所述的mems器件，其中第三金属层包括铝、钛或硅。
72.示例7包括任一示例5或6所述的mems器件，其中第三金属层比第二金属层厚。
73.示例8包括任一示例5-7所述的mems器件，其中第一金属层具有第一厚度，第二金属层具有第二厚度，并且第三金属层具有三厚度，并且其中第一厚度大于第二厚度和第三厚度的组合厚度。
74.示例9包括任一示例5-8所述的mems器件，其进一步包括在第三金属层和臂上的天然氧化物层，以及在通孔中的天然氧化物层上的氧化硅层。
75.示例10包括任一示例1-9所述的mems器件，其进一步包括在通孔内的氧化硅层，第二金属层在该氧化硅层和第一金属层之间。
76.示例11包括一种微机电系统(mems)器件，该mems器件包括：衬底；铰链；耦接到铰链的微镜；由衬底支撑的通孔，该通孔包括第一金属层和直接位于第一金属层上的第二金属层；以及由通孔支撑的弹簧尖端，该弹簧尖端被配置为响应于铰链的移动而接触微镜的下侧。
77.示例12包括示例11所述的mems器件，其中第二金属层包括钛和氮。
78.示例13包括任一示例11或12所述的mems器件，其中第一金属层和弹簧尖端包括不同于第二金属层的金属。
79.示例14包括示例11-13中的任一示例所述的mems器件，进一步包括在第二金属层上的第三金属层。
80.示例15包括示例14所述的mems器件，其中第三金属层包括铝、钛和硅。
81.示例16包括任一示例14或15所述的mems器件，其中第三金属层比第二金属层厚，并且第一金属层比第三金属层厚。
82.示例17包括一种制造微机电系统(mems)器件的方法，该方法包括在由衬底支撑的牺牲材料中形成开口，在牺牲材料上方沉积第一金属层，第一金属层延伸到开口中，在第一金属层上沉积第二金属层，第二金属层沉积在开口内的第一金属层上方，以及去除第二金属层以暴露开口外部的第一金属层。
83.示例18包括示例17所述的方法，其中沉积第二金属层和沉积第一金属层是在原位进行的。
84.示例19包括任一示例17或18所述的方法，其进一步包括在第二金属层上沉积第三金属层，第三金属层覆盖开口内的第二金属层，并且去除开口外部的第三金属层。
85.示例20包括任一示例17-19所述的方法，其进一步包括图案化第一金属层以在第一金属层中形成弹簧尖端。
86.所附权利要求通过引用并入本详细说明书。尽管本文公开了某些示例系统、方法、设备和制品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全属于本专利权利要求范围内的所有系统、方法、设备和制品。