CN100442108C - 用于硅上液晶器件的铝化学机械抛光回蚀 - Google Patents

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Abstract

一种制造LCOS器件的方法。包括提供一个具有表面区域的衬底，形成一个覆盖在表面区域上的中间电介质层，图案化中间电介质层以形成复数个凹陷区域，每个凹陷区域对应于LCOS器件的一个像素，在每个凹陷区域中沉积铝材料或铝合金材料，形成覆盖在铝材料上的光掩模，图案化光掩模以暴露出对应于凹陷区域的区域并保护对应于凹陷区域的边界区域的区域，去除铝材料的暴露区域直到铝材料已被去除至边界区域的上部区域附近，然后剥离图案化的光掩模以暴露出围绕图案化的凸出的铝材料。所述方法在使用边界区域作为刻蚀停止层的同时，微接触抛光凸出的铝材料和图案化的铝材料的多个部分，以平坦化图案化的铝材料和边界区域形成的上部表面区域。

Description

用于硅上液晶器件的铝化学机械抛光回蚀
技术领域
本发明一般地涉及集成电路以及制造电子器件的集成电路加工方法。更具体地说，本发明涉及用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。
背景技术
本发明一般地涉及集成电路以及制造电子器件的集成电路加工方法。更具体地说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
近年来，电子显示技术已经得到迅速发展。在早期的传统电视中，阴极射线管技术(通常称作CRT)将选定的像素输出到一个玻璃屏幕上。这些电视机最初输出黑白移动图像。很快彩色电视机取代了全部或绝大多数黑白电视机。尽管CRT极为成功，但是CRT通常很笨重，很难作到很大并且还有其它的局限。
CRT很快被液晶平板显示器取代或至少部分取代。这些液晶平板显示器(通常称作LCD)使用耦合到液晶材料和彩色过滤器的晶体管元件阵列来输出彩色移动图像。许多计算机终端和较小的显示设备经常使用LCD输出视频、文本和其它视觉特征。令人遗憾的是，液晶平板通常具有低成品率并且很难按比例做到很大尺寸。这些LCD通常不适于用作经常为电视等所需要的大显示器。
因此，已经开发了投影显示单元。这些投影显示单元除了别的以外还包括配对(counterpart)液晶显示器，其将光从选定的像素通过透镜输出到大显示器上以产生移动图像、文本和其它视觉图像。另一种技术称作“数字光处理(Digital Light Processing，DLP)”，是美国德州仪器公司(TI)的商业名称。DLP通常被用来称为“微镜(micro-mirror)”。DLP依靠数十万个微小的镜子，这些微小的镜子排成800行，每行有600个镜子。每个镜子都装有转轴。一个制动器被安装到每个转轴上。该制动器通常具有静电能，它能够以高频倾斜每个镜子。活动的镜子可以调制光，经调制的光可以通过透镜进行传输，并且随后显示在显示屏上。尽管DLP已经很成功，但它通常很难制造并且成品率很低等。
另一种技术称作LCOS。LCOS使用施加到反光镜衬底的液晶。随着液晶“打开”或“关闭”，光被反射或阻挡以对光进行调制，进而产生显示图像。与传统的透射式LCD相比，反射式LCOS显示器允许更多的光通过光学系统，从而提供了较高的光照度。通常，至少有三个LCOS芯片，每个芯片对应于红色、绿色和蓝色通道的光。然而，LCOS具有很多局限。仅仅作为示例，LCOS通常很难制造。此外，LCOS需要至少三个芯片，这使得放映机又大又重并导致高成本。
一般而言，反应离子刻蚀(RIE)被用于图案化铝膜并形成铝镜。这种传统的工艺流程有很多缺点。首先，由于氧化物沉积和回蚀的不一致性，它将导致晶圆中央和边缘之间的不一致性。其次，使用传统工艺，表面缺陷级别通常很高。这样的缺陷包括凹点、缺失AL和划痕。再者，AL表面粗糙度很高，一般等于或大于20埃Rms，这限制了AL镜的反射。
从上面可以看出，需要一种改进的技术，用于加工半导体器件。
发明内容
根据本发明，提供了用于制造电子器件的集成电路加工技术。更具体的说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
在一个具体实施例中，本发明提供了一种制造LCOS器件的方法。所述方法包括提供一个具有表面区域的衬底(例如，硅晶圆)。所述方法包括形成一个覆盖在所述衬底的所述表面区域之上的中间电介质层。所述方法图案化所述中间电介质层以形成复数个凹陷区域。每个所述凹陷区域对应于LCOS器件的一个像素。每个所述凹陷区域都由为每个所述凹陷区域定义边界的电介质材料的一部分来进行隔离。每个所述边界区域形成围绕每个凹陷区域的外围区域。所述方法在每个所述凹陷区域中沉积铝材料，以填充每个所述凹陷区域并覆盖所述边界区域的暴露部分。所述方法形成覆盖在所述铝材料上的光掩模，并图案化所述光掩模以暴露出对应于所述凹陷区域的区域并保护对应于所述边界区域的区域。所述方法去除所述铝材料的暴露区域，同时使用所述光掩模保护对应于所述边界区域的区域。所述方法继续所述去除步骤，直到所述铝材料已被去除至所述边界区域的上部区域附近。然后，所述方法剥离所述图案化的光掩模以暴露出凸出的铝材料，所述凸出的铝材料围绕所述图案化的铝材料。所述方法在使用边界区域作为刻蚀停止层的同时，微接触(touch-up)抛光所述凸出的铝材料和所述图案化的铝材料的多个部分，以平坦化所述图案化的铝材料和所述边界区域形成的上部表面区域。每个所述边界区域在两个由其隔离的凹陷区域之间的宽度为约1微米或更小。
通过本发明，实现了许多优于传统技术的优点。例如，本技术易于使用依赖于传统技术的工艺。在一些实施例中，本方法提高了每个晶圆上的芯片的器件成品率。此外，本方法提供了与传统工艺相兼容的工艺，而基本不用对现有的设备或工艺进行改动。本发明优选地提供了用作显示器的LCOS器件的改进的镜面或电极结构。这样的电极结构使用微接触抛光技术来提供改进的镜面。根据实施例，可以实现一个或多个这些优点。在本说明书的下文中，将详细描述这些以及其它的优点。
参考下文详细的描述和附图，可以更全面地理解本发明的各种其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的LCOS器件的简化横截面示图；
图2-5是图示了根据本发明实施例的制造LCOS器件的方法的简化横截面示图。
具体实施方式
根据本发明，提供了用于制造电子器件的集成电路加工技术。更具体的说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
如所示，图1是根据本发明实施例的LCOS器件100的简化横截面示图。该示图仅仅是一个示例，而不应作为对这里的权利要求的范围的限制。本领域普通技术人员将能看出许多变化、修改和替换。如所示，LCOS器件100具有一个半导体衬底101，例如硅晶圆。形成一个MOS器件层103覆盖在半导体衬底上。MOS器件层优选地具有复数个MOS器件。每个MOS器件具有一个用作电极的接触区域107和一个用作电位的接触区域105。形成一个平坦化的中间电介质层111覆盖在MOS器件层上。LCOS器件还具有在中间电介质层的一部分中的复数个凹陷区域，并且还具有一个金属层(例如，铝)来填充每个凹陷区域以形成对应于每个凹陷区域的复数个电极区域113。每个电极区域通过互连结构109分别耦合到复数个MOS器件中的至少一个MOS器件。互连结构109可以是插塞(plug)或其它类似结构。形成一个保护层覆盖在复数个电极区域中的每个的表面区域上，以保护该表面区域。在每个表面区域上都有一个精加工镜面116。该精加工镜面优选地基本没有缺陷，并且具有高反射率级别且表面粗糙度小于等于5埃，更为优选地化学机械抛光工艺是具有一定条件的微接触抛光工艺。每个电极可以具有范围从约2000埃到约4000埃的厚度，并且可以是其它量级。每个电极代表LCOS器件的像素阵列中的一个像素。图中还示出了覆盖在电极之上的液晶薄膜115。LCOS器件还具有一个透明电极层(例如，铟锡氧化物)117和一个上覆的玻璃板119用于密封所述多层结构。在本说明书及下文中可以找到对操作LCOS器件的方法的细节描述。
在本发明中，使用了铝金属镶嵌(damascene)工艺，其中使用CMP来抛光被沉积到沟槽中的铝或铝合金，去除超过边界的铝。
为了操作LCOS器件，光120穿过玻璃覆层、通过透明电极而到达液晶薄膜。当电极没有加偏压时，液晶薄膜必须处于不工作(off)状态，其不允许光穿过。更确切地说，光被阻挡并且不能从电极的镜面反射回来。当电极通过MOS器件加以偏压时，液晶薄膜处于工作(on)状态，其允许光穿过121。光从电极的表面反射并且穿过处于工作状态的液晶薄膜。镜面优选地基本没有缺陷。因此入射光的至少93％穿过121 LCOS器件而离开。在本说明书及下文中可以找到对制造LCOS器件的方法的细节描述。
根据本发明的实施例，用于制造LCOS器件的电极结构的方法可以简要描述如下：
1.提供一个衬底；
2.形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管元件层；
3.形成一个覆盖在所述晶体管元件层之上的中间电介质层；
4.图案化所述中间电介质层以形成复数个凹陷区域，每个所述凹陷区域对应于LCOS器件的一个像素，每个所述凹陷区域都由为每个所述凹陷区域定义边界的电介质材料的一部分来进行隔离，每个所述边界区域形成围绕每个凹陷区域的外围区域；
5.在每个所述凹陷区域中沉积铝材料，以填充每个所述凹陷区域并覆盖所述边界区域的暴露部分；
6.形成覆盖在所述铝材料上的光掩模；
7.图案化所述光掩模以暴露出对应于所述凹陷区域的区域并保护对应于所述边界区域的区域；
8.去除所述铝材料的暴露区域，同时使用所述光掩模保护对应于所述边界区域的区域；
9.继续所述去除步骤，直到所述铝材料已被去除至所述边界区域的上部区域附近；
10.剥离所述图案化的光掩模以暴露出凸出的铝材料，所述凸出的铝材料围绕所述图案化的铝材料；
11.在使用边界区域作为刻蚀停止层的同时，微接触抛光所述凸出的铝材料和所述图案化的铝材料的多个部分，
12.平坦化所述图案化的铝材料和所述边界区域形成的上部表面区域；以及
13.执行其它所需步骤。
上面的步骤序列提供了根据本发明的实施例的一种方法。如所示，本方法使用的步骤组合包括形成用于LCOS器件的电极结构的方法。在不脱离这里的权利要求的范围的条件下，可以做出其它替换，如增加步骤，去除一个或多个步骤或者以不同的次序规定一个或多个步骤。在本说明书以及下文的详细描述中可以发现本发明的其它细节。
图2至图4图示了根据本发明的实施例的用于形成LCOS器件的方法。这些示图仅仅作为示例，而不应作为对这里的权利要求的范围的限制。本领域普通技术人员将能看出许多变化、替换和修改。参考图2，所述方法始于提供一个半导体衬底203，例如，硅晶圆。所述方法包括形成一个覆盖在衬底上的晶体管层。晶体管层优选地具有复数个MOS器件，每个MOS器件具有一个第一接触区域和一个第二接触区域。所述方法还包括形成一个中间电介质层205覆盖在晶体管层上。该电介质层选自掺杂氧化物、无掺杂氧化物、硼磷玻璃、磷硅玻璃和高密度等离子体氧化物。该电介质层优选地使用化学气相沉积工艺来形成。所述方法随后平坦化中间电介质层以形成平坦化表面区域。电介质层可选地已进行了平坦化。
再次参考图2，所述方法包括对中间电介质的上部表面进行掩模。所述方法图案化所述中间电介质以形成凹陷区域207。每个凹陷区域被边界区域209所分隔。每个边界区域小于预定测量结果201。预定测量结果优选地小于1微米，但也可以是其它数值。根据实施例，每个凹陷区域具有深度为0.1微米到0.5微米且宽度约为2微米或更大。
参考图3，所述方法包括形成一个阻挡金属层(未示出)覆盖在凹陷区域和边界区域上。阻挡金属层可以由诸如氮化钛、钛/氮化钛等任何适当的材料形成。所述方法包括形成一个金属层(例如，铝)301覆盖在所述阻挡金属层上。诸如铝的金属层是溅射而成的。金属层具有一个表面，所述表面基本平坦但是具有某些缺陷，例如表面粗糙度和其它缺陷。在一个具体实施例中，使用溅射工艺，金属层具有预定粗糙度20埃或更大。每个电极区域分别耦合到复数个MOS器件中的每个MOS器件。如所示，铝层略微高于303边界区域。当然，本领域普通技术人员能看出其它变化、修改和替换。
在一个具体实施例中，所述方法在铝层的选定区域之上形成图案化的光掩模。参考图4，所述方法形成一个覆盖在铝材料上的光掩模，并且图案化401所述光掩模以暴露对应于凹陷区域的区域并保护对应于边界区域的区域。所述方法去除铝材料的暴露区域，同时使用光掩模保护对应于边界区域的区域。所述方法优选地使用湿法或干法刻蚀技术。在一个具体实施例中，所述方法使用干法刻蚀工艺。该刻蚀技术继续所述去除步骤，直到铝材料已被去除至边界区域的上部区域附近405。这里，边界区域的上部区域在已刻蚀表面405的1000埃之内。根据一个具体实施例，已刻蚀表面优选地略微高出上部区域约500埃。如所示，对应于使用光掩模所保护区域的区域比已刻蚀表面高。
根据一个具体实施例，所述方法随后执行化学机械平坦化工艺501，以去除铝材料的较高区域或凸出区域，并将铝层与边界区域的上部表面平齐。这里，所述方法剥离所述图案化的光掩模以暴露凸出的铝材料，所述凸出的铝材料围绕所述图案化的铝材料。所述方法在使用边界区域作为抛光停止层的同时，微接触抛光所述凸出的铝材料和所述图案化的铝材料的多个部分，以平坦化所述图案化的铝材料和边界区域形成的上部表面区域。下压力为1到3psi，板速率为20-70RPM。
所述方法还包括形成一个保护层覆盖在复数个电极区域的每个的表面区域之上，以保护每个电极区域的具有精加工镜面的表面区域。在完成的LCOS器件中，优选地至少有91％的光从所述精加工镜面反射回来。可以通过使用氧化流体例如双氧水、BTA、臭氧/水混合物等处理裸露的铝层表面来形成保护层。所述氧化流体充分清洁并形成一个钝化层覆盖在裸露的铝层之上。根据实施例，还可以有其它的变化、修改和替换。
为了完成LCOS器件，所述方法形成一个含有液晶材料的夹层。这里，形成的液晶薄膜覆盖在电极之上。形成一个透明电极结构覆盖在液晶薄膜之上。所述方法形成一个玻璃板覆盖在透明电极上。这个夹层结构通常作为一个配件而形成，其稍后安置在LCOS器件的电极的表面之上。当然，本领域普通技术人员将能看出许多变化、替换和修改。
还应当理解，这里所描述的示例和实施例只是为了说明的目的，本领域的普通技术人员可以根据上述实施例对本发明进行各种修改和变化。这些修改和变化都在本申请的精神和范围内，并且也在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种制造硅上液晶显示器件的方法，所述方法包括：
提供一个具有表面区域的衬底；
形成一个覆盖在所述衬底的所述表面区域之上的中间电介质层；
图案化所述中间电介质层以形成多个凹陷区域，每个所述凹陷区域对应于硅上液晶显示器件的一个像素，每个所述凹陷区域都由为每个所述凹陷区域定义边界的电介质材料的一部分来进行隔离，每个所述边界区域形成围绕每个凹陷区域的外围区域；
在每个所述凹陷区域中沉积铝材料或铝合金材料，以填充每个所述凹陷区域并覆盖所述边界区域的暴露部分；
形成覆盖在所述铝材料或铝合金材料上的光掩模；
图案化所述光掩模以暴露出对应于所述凹陷区域的区域并保护对应于所述边界区域的区域；
使用刻蚀工艺去除所述铝材料或铝合金材料的暴露区域，同时使用所述光掩模保护对应于所述边界区域的所述区域；
继续使用所述刻蚀工艺的所述去除步骤，直到所述铝材料或铝合金材料已被去除至距离所述边界区域的上部区域500到1000埃处；
剥离所述图案化的光掩模以暴露出凸出的铝材料或铝合金材料，所述凸出的铝材料或铝合金材料围绕所述图案化的铝材料或铝合金材料；以及
在使用所述边界区域作为刻蚀停止层的同时，微接触抛光所述凸出的铝材料或铝合金材料和所述图案化的铝材料或铝合金材料的多个部分，以平坦化所述图案化的铝材料或铝合金材料和所述边界区域形成的上部表面区域；
其中每个所述边界区域的特征在于其在两个由其隔离的凹陷区域之间的宽度为1微米或更小。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述铝材料或铝合金材料是溅射而成的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述凹陷区域包括0.1微米到0.5微米的深度。
4.如权利要求1所述的方法，其中每个所述凹陷区域包括2微米或更大的宽度。
5.如权利要求1所述的方法，还包括微接触抛光所述图案化的铝材料或铝合金材料，以在所述边界区域内的图案化的铝材料或铝合金材料的每个部分上形成精加工镜面。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述中间电介质层选自掺杂氧化物、无掺杂氧化物、硼磷玻璃、磷硅玻璃和高密度等离子体氧化物。
7.如权利要求1所述的方法，还包括在保持所述图案化的铝材料的同时，暴露所述边界区域。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述边界区域的特征在于所述宽度小于1微米。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述微接触抛光基本避免了所述图案化的铝材料或铝合金材料上的任何凹坑或划痕，并且提高了铝材料或铝合金材料表面的反射率并降低了表面粗糙度。
10.一种用于制造硅上液晶显示器件的方法，所述方法包括：
提供一个具有表面区域的衬底；
形成一个覆盖在所述衬底的所述表面区域之上的中间电介质层；
图案化所述中间电介质层以形成多个凹陷区域，每个所述凹陷区域对应于硅上液晶显示器件的一个像素，每个所述凹陷区域都由为每个所述凹陷区域定义边界的电介质材料的一部分来进行隔离，每个所述边界区域形成围绕每个凹陷区域的外围区域；
在每个所述凹陷区域中沉积铝材料，以填充每个所述凹陷区域并覆盖所述边界区域的暴露部分；
形成覆盖在所述铝材料上的光掩模；
图案化所述光掩模以暴露出对应于所述凹陷区域的区域并保护对应于所述边界区域的区域；
使用刻蚀工艺去除所述铝材料的暴露区域，同时使用所述光掩模保护对应于所述边界区域的所述区域；
继续所述去除步骤，直到所述铝材料已被去除至距离所述边界区域的上部区域500到1000埃处；
剥离所述图案化的光掩模以暴露出凸出的铝材料，所述凸出的铝材料围绕所述图案化的铝材料；以及
在使用所述边界区域作为刻蚀停止层的同时，微接触抛光所述凸出的铝材料和所述图案化的铝材料的多个部分，以平坦化所述图案化的铝材料和所述边界区域形成的上部表面区域。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述铝材料是溅射而成的。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述凹陷区域包括0.1微米到0.5微米的深度。
13.如权利要求10所述的方法，其中每个所述凹陷区域包括2微米或更大的宽度。
14.如权利要求10所述的方法，还包括微接触抛光所述图案化的铝材料或铝合金材料，以在所述边界区域内的图案化铝的每个部分上形成精加工镜面。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述中间电介质层选自掺杂氧化物、无掺杂氧化物、硼磷玻璃、磷硅玻璃和高密度等离子体氧化物。
16.如权利要求10所述的方法，还包括在保持所述图案化的铝材料的同时，暴露所述边界区域。
17.如权利要求10所述的方法，其中所述边界区域的特征在于其在两个由其隔离的凹陷区域之间的宽度小于1微米。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述微接触抛光基本避免了所述图案化的铝上的任何凹坑或划痕。
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