CN101093294A - 微显示板表面平坦度改善方法、硅基液晶显示板及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种改善微显示面板表面平坦度的方法。其中，于半导体基底上依序形成一反射镜层及垫高层。垫高层可包括一缓冲层及一停止层。然后定义出多个像素单元区，且于像素单元区之间形成间隙。再于像素单元区上沉积一介电层，并且填满间隙。然后，部分移除介电层，使位于垫高层上的介电层及位于间隙内的介电层上部被移除，并使得间隙内的介电层高度不低于反射镜层的顶部。再将垫高层全部或部分移除。进一步将一透明导电层与半导体基底结合，进行一灌液晶工艺，使半导体基底与透明导电层的间隙充满一液晶，可形成硅基液晶显示面板。

Description

微显示板表面平坦度改善方法、硅基液晶显示板及其制法

技术领域

本发明涉及一种改善微显示面板(microdisplay)表面平坦度的方法、硅基液晶显示面板(liquid crystal on silicon display，LCoS display)及其制法，尤其涉及一种使其中液晶分子能良好排列而具有增进的光学表现的LCoS显示面板。

背景技术

硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)显示器，即，微显示器(micro-display)，是反射式液晶投影机(reflective LCD projector)与背投影电视(rear-projection TV)的关键技术。硅基液晶显示器最大的优点在于可大幅降低面板生产成本以及体积轻、薄、短、小，同时亦具有高分辨率以及低功率等特性。硅基液晶显示器与薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquidcrystal display，TFT-LCD)不同之处在于薄膜晶体管液晶显示面板以玻璃基板或石英基板作为背板，并利用背光模块由背板底侧提供光源，而硅基液晶显示面板则以硅基板作为背板，同时利用光学引擎由前板上侧提供光源，因此硅基液晶显示面板的工艺可整合半导体工艺技术，具有较高的稳定性与分辨率。

然而，于现有的硅基液晶显示面板中，液晶层内的液晶分子往往因为反射镜层单元之间的凹陷(recess)而倾倒。请参阅图1，如图1所示，一半导体基底12，其内包括晶体管元件(例如CMOS)、金属内连线、及金属插塞等(未示出)，多个反射镜层单元14形成于半导体基底12的表面上，反射镜层单元14之间的间隙填充有介电层16，透明电极22与透明基板24与半导体基底12结合，液晶层26则填充于透明电极22与半导体基底12之间的间隙。可注意到的是，液晶层26所在的一表面，其由反射镜层单元14与介电层16所构成，因为工艺上的因素，此表面于介电层16处为一凹陷，使得位于两像素电极之间的液晶分子因凹陷而倾倒，造成液晶分子站立角度不同，而影响位于像素与像素之间位置的光学性能。

请参阅图2，其说明现有的制造硅基液晶显示面板的方法。于现有的制造方法中，在定义出诸反射镜层单元之后，会沉积一介电层16a，并填满反射镜层单元之间的间隙。由于工艺因素，介电层的表面于反射镜层单元14之间的间隙位置会产生凹陷18。然后，请参阅图3，通常以化学机械抛光方式移除部分介电层，为了不伤及反射镜层单元14(通常为铝)，通常再以蚀刻方式，继续部分移除所余的介电层16a。为了确保反射镜层单元14表面上的介电层移除殆尽，会采取过蚀刻的方式，以便仅在间隙处留下介电层16，因而也造成凹陷20。此如同于一般IC工艺中金属层(IMD)平坦化工艺一样，受到工艺均匀性(process uniformity)的影响，而造成间隙处介电层的凹陷。此凹陷20的深度R可为大于500，影响液晶排列。

美国专利第6,569,699号揭示一种制造硅基LCD(LCD-on-silicon)像素装置的方法，其中，在制作像素电极时，先于层间介电层(ILD)上形成第一不透明导电层(例如包括例如钨、钛、氮化钛、铬、银、钴、或氮化钴)，且充满介质孔(vias)，将其因为插塞而有凹处的上表面磨平，再形成第二不透明导电层(例如包括铝、铝铜合金、或铝硅铜合金)于第一不透明导电层上，定义出像素电极，然后于像素电极上形成一光学介面层(optical interface layer)做为反射层(例如硅氧化物-硅氮化物层(ON layer)、ONON层、ONONON层等至5层的ON层)。此专利意欲改善像素电极的光反射能力，但其像素电极之间留有间隙。

美国专利第6,750,931号揭示一种反射式液晶装置，直接于像素电极表面上依序形成四层折射率互异的介电层，以达提升光反射率的效果，未提及如何改善液晶分子所在的表面凹陷问题。

Udayan Ganguly及J Peter Krusius于Journal of The ElectrochemicalSociety，151(11)H232-H238(2004)的“Fabrication of Ultraplanar AluminumMirror Array by Novel Encapsulation CMP for Microoptics and MEMSApplications”文中提到一种使用封包化学机械抛光(Encapsulation CMP)方法制造微显示器的电极的方法。不同于一般技术于平坦的层间介电层上覆盖金属层作为像素电极，此方法将层间介电层蚀刻出多个凹槽，顺着表面形状，沉积金属层于此凹槽内，再顺着表面形状，沉积顶盖层(cap layer)于金属层表面上，如此类似将金属层封包住，此时仍为多个凹槽状。接着，先将晶粒周围的顶盖层通过反应性离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)移除一部分，再利用CMP磨除位于凹槽壁的剩余较高的顶盖层，最后利用CMP磨除金属层位于凹槽壁而相对凹槽底部凸出来的部分，以封包住金属层的顶盖层(即凹槽底表面)为停止层，如此获得一平坦表面。此表面包括顶盖层与被顶盖层覆盖的金属层曝露出来的少部分所组成。

因此，仍需一种硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)显示面板及其制法，以解决液晶分子所在的表面凹陷问题，增进显示装置的光学效应。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善微显示面板表面平坦度的方法、硅基液晶显示面板及其制法，使得其内的液晶分子能有良好排列，而获得增进的光学性能。

依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法，包括下列步骤。首先，提供一半导体基底，于半导体基底上形成一反射镜层，于反射镜层上形成一垫高层。接着，将垫高层及反射镜层定义出多个像素单元区，而于像素单元区之间形成间隙。于像素单元区上沉积一介电层，并且填满间隙。然后，部分移除介电层，使位于停止层上的介电层及位于间隙内的介电层上部被移除，并使得间隙内的介电层高度不低于反射镜层的顶部。移除部分或全部的垫高层。

于另一方面，依据本发明的制造硅基液晶显示面板的方法，包括下列步骤。首先，提供一半导体基底，于半导体基底上形成一反射镜层，于反射镜层上形成一垫高层。接着，将垫高层及反射镜层定义出多个像素单元区，而于像素单元区之间形成间隙。于像素单元区上沉积一介电层，并且填满间隙。然后，部分移除介电层，使位于垫高层上的介电层及位于间隙内的介电层上部被移除，并使得间隙内的介电层高度不低于反射镜层的顶部。移除垫高层。将一透明导电层结合于半导体基底上，使像素单元区位于透明导电层与半导体基底之间。最后，进行一灌液晶工艺，将半导体基底与透明导电层的间隙充满一液晶。

于又另一方面，依据本发明的硅基液晶显示面板包括一半导体基底；多个反射镜层单元，位于半导体基底上，以作为像素电极以及光反射之用，其中反射镜层单元之间的间隙填有一介电层，及介电层高度不低于反射镜层单元的顶部；一透明导电层，结合于半导体基底上，及此等反射镜层单元位于透明导电层与半导体基底之间；及一液晶层，位于半导体基底与透明导电层之间。

依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法、硅基液晶显示面板及其制法，由于使像素电极之间的间隙填满介电层，其高度能与像素电极等高或稍高，使得平面不具有凹陷，因此不会影响液晶分子排列，进而能有良好的光学性能。

附图说明

图1显示于一现有的硅基液晶显示面板的剖面示意图；

图2显示于一现有的制造硅基液晶显示面板的方法中，于反射镜层单元之间填充一介电层后的结构剖面示意图；

图3显示于一现有的制造硅基液晶显示面板的方法中，将反射镜层单元表面上的介电层移除后的结构剖面示意图；

图4至8显示依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶显示面板的方法的示意图；

图9显示依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶显示面板的方法的另一具体实施例的示意图；

图10显示依据本发明的硅基液晶显示面板的一具体实施例的剖面示意图；

图11显示依据本发明的另一具体实施例的硅基液晶显示面板的剖面示意图。

简单符号说明

12  半导体基底    14  反射镜层单元

16  介电层        16a 介电层

18  凹陷          20  凹陷

22  透明电极      24  透明基板

26  液晶层        32  半导体基底

33  反射镜层      34  反射镜层单元

35  缓冲层        36  缓冲层单元

37  停止层        38  停止层单元

39  间隙          40  垫高层单元

41  垫高层        42  介电层

42a 介电层        42b 介电层

43  凹陷          44  凹陷

46  透明导电层    48  透明基板

50  液晶层        52  保护层

54  配向膜

具体实施方式

请参阅图4至8，图4至8显示依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法的示意图。如图4所示，首先提供一半导体基底32。例如使用硅基底作为半导体基底。半导体基底内包含有一控制电路(未显示)，控制电路包含有金属内连线及多个阵列式排列的晶体管，例如CMOS晶体管，用以驱动像素电极。控制电路是以插塞与位于半导体基底表面上的像素电极电连接。

其次，于半导体基底32上形成一反射镜层33，于反射镜层33上形成一垫高层41，垫高层可为单层(包括一种材料)或复合层(包括多种材料的单层或多层结构)，以便于后续部分移除介电层后，使所余的介电层高度增高，不再形成凹陷。因此，垫高层厚度并无特别限制，只要能达到垫高介电层高度即可，就工艺的便利性观之，可为例如100至1000。特别是，可于反射镜层33上形成一缓冲层35，及于缓冲层35之上形成一停止层37，作为垫高层。停止层是供后续进行介电层移除时作为停止指示之用，可选用能够具有对移除步骤有停止作用的材料，例如，对于介电层的化学机械抛光而言，氮化钛是可供使用的停止层，可通过例如反应性溅镀法或化学气相沉积法形成。缓冲层是作为后续将停止层移除的步骤中，在停止层与反射镜层之间提供缓冲，以避免伤害反射镜层的光滑表面。氮化钛层与硅氧化物层有良好的蚀刻选择比，所以当停止层选用氮化钛层时，缓冲层可包括硅氧化物，可由气相沉积法形成。可选用可达到相同功用的其它材料。

反射镜层主要是要提供入射光线的反射功能，并且，其位于对应的金属插塞上，与对应的控制电路电相连，作为像素电极。具有导电性且可形成光滑表面以供反射光线的材料均可使用，例如金属，其中可举例有铝，可通过例如溅镀等方法形成。

接着，请参阅图5，将停止层37、缓冲层35、及反射镜层33一起定义出多个像素单元区，而于像素单元区之间形成间隙39。此时，像素单元区包括反射镜层单元34、缓冲层单元36、及停止层单元38的结构。缓冲层单元36及停止层单元38可视为垫高层单元40。可通过例如光刻及蚀刻工艺完成像素电极的定义。然后，如图6所示，于半导体基底32上形成一介电层42，即，覆盖反射镜层单元34、缓冲层单元36、及停止层单元38，并且填满间隙39。可通过例如化学气相沉积法形成介电层。如此形成的介电层于对应于间隙39位置的表面会有一凹陷43。

然后，请参阅图7，部分移除介电层42，使位于停止层单元38上的介电层及位于间隙39内的介电层上部被移除，并使得间隙39内的介电层42a高度不低于反射镜层单元34的顶部。部分移除的步骤可通过化学机械抛光方法、干蚀刻、湿蚀刻、或其组合而达成，例如进行CMP程序快速移除停止层单元38上方的介电层，或是进行回蚀刻，以将停止层单元38表面上的残留介电层移除殆尽。如此，虽然亦会在间隙39处留下凹陷44，但是因为停止层单元38或是停止层单元38与缓冲层单元36二者将在后续步骤中移除，可消除凹陷的情况，如图8所示。因此，在做介电层42的部分移除时，务使间隙39中留下的介电层42a的高度不低于反射镜层单元34的顶部，如此，在将停止层与缓冲层二者移除后，在二像素电极之间的间隙处不会产生凹陷。停止层单元38的移除可通过例如湿蚀刻工艺达成。

介电层部分移除后的情况有下述二种。其一，在介电层42a高度大约与反射镜层单元34的顶部相当时，在移除停止层与缓冲层二者后，介电层42a的顶部可与反射镜层的顶部同高，而形成一平坦表面，如此不会对液晶分子的排列造成影响。其二，如图9所示，在介电层42b高于反射镜层单元34的顶部时，在移除停止层与缓冲层二者后，介电层42b的顶部可高于反射镜层的顶部，而微微凸出，此在后续工艺中是可被接受的，不致于影响液晶分子的排列。

最后，请参阅图10，将一透明导电层结合于半导体基底32上。例如，将一具高透光率与导电性，例如氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)所构成的透明导电层46，与一透明玻璃48，一起结合于半导体基底32上，使得透明导电层46与半导体基底32间留有一间隙(cell gap)。随后，进行一灌液晶(liquidcrystal filling，LC filling)工艺，以使半导体基底32与透明导电层46间的间隙充满液晶，以形成一液晶层50，如此可完成硅基液晶显示面板的制造。

再者，请参阅图11，于依据本发明的制造硅基液晶显示面板的方法中，在部分移除介电层及移除停止层与缓冲层后，可进一步形成一保护层52。由于反射镜层一般包含金属材料，例如铝，所以若经保护层覆盖，可保护其免于接触工艺中的环境或液晶材料。保护层可包括钝性材料层，例如氧化物层、氧化物-氮化物层(ON layer)、氧化物-氮化物-氧化物-氮化物层(ONON layer)、或更多的多个ON层。当保护层为包括适当的多层ON层时，亦可有增进反射镜层全反射的效果。

于上述的依据本发明的改善微显示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶显示面板的方法中，在部分移除介电层的步骤后，可移除停止层及缓冲层，或者仅移除停止层。当仅移除停止层时，留下的缓冲层也许会在停止层移除中受到损害，但是，在进一步形成保护层时，可将此缓冲层作为保护层的一部分，例如，当缓冲层为硅氧化物时，在接下来的形成ONON保护层工艺中，在形成ONON层的氧化层时，可将此缓冲层当做氧化层的一部分，即，与此缓冲层结合而继续形成ONON层。

再者，仍请参阅图11，可进一步形成配向膜54于保护层52上以引导液晶分子的排列。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (28)

1.一种改善微显示面板表面平坦度的方法，包括：

提供半导体基底；

于该半导体基底上形成反射镜层；

于该反射镜层上形成垫高层；

将该垫高层及该反射镜层定义出多个像素单元区，而于该些像素单元区之间形成间隙；

于该些像素单元区上沉积介电层，并且填满该些间隙；

部分移除该介电层，使位于该垫高层上的介电层及位于该间隙的介电层上部被移除，并使得该间隙的介电层高度不低于该反射镜层的顶部；及

移除部分或全部的该垫高层。

2.如权利要求1所述的方法，其中该垫高层包括复合层。

3.如权利要求2所述的方法，其中该复合层包括缓冲层为下层及停止层为上层。

4.如权利要求3所述的方法，进一步形成保护层于该缓冲层上以与该缓冲层结合而保护该反射镜层。

5.如权利要求4所述的方法，进一步于该保护层上形成配向膜。

6.如权利要求3所述的方法，其中该移除部分或全部的该垫高层的步骤为移除该停止层。

7.如权利要求6所述的方法，于移除该停止层后，进一步移除该缓冲层。

8.如权利要求7所述的方法，于移除该缓冲层后，进一步形成保护层于该反射镜层上以保护该反射镜层。

9.如权利要求8所述的方法，进一步于该保护层上形成配向膜。

10.如权利要求3所述的方法，其中该缓冲层包括硅氧化物。

11.如权利要求3所述的方法，其中该停止层包括氮化钛。

12.如权利要求4所述的方法，其中该保护层与该缓冲层结合而包括多层的硅氧化物层-氮硅化物层。

13.如权利要求8所述的方法，其中该保护层包括多层的硅氧化物层-氮硅化物层。

14.如权利要求1所述的方法，其中部分移除该介电层的步骤通过化学机械抛光工艺进行。

15.如权利要求1所述的方法，其中部分移除该介电层的步骤通过回蚀工艺进行。

16.如权利要求1所述的方法，其中该反射镜层包括金属。

17.如权利要求16所述的方法，其中该金属包括铝。

18.如权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：

将透明导电层结合于该半导体基底上，使该些像素单元区位于该透明导电层与该半导体基底之间；及

进行一灌液晶工艺，将该半导体基底与该透明导电层的间隙充满液晶。

19.一种制造硅基液晶显示面板的方法，包括：

提供半导体基底；

于该半导体基底上形成反射镜层；

于该反射镜层上形成垫高层；

将该垫高层及该反射镜层定义出多个像素单元区，而于该些像素单元区之间形成间隙；

于该些像素单元区上沉积介电层，并且填满该些间隙；

部分移除该介电层，使位于该垫高层上的介电层及位于该间隙的介电层上部被移除，并使得该间隙的介电层高度不低于该反射镜层的顶部；

移除该垫高层；

将透明导电层结合于该半导体基底上，使该些像素单元区位于该透明导电层与该半导体基底之间；及

进行灌晶工艺，将该半导体基底与该透明导电层的间隙充满液晶。

20.如权利要求19所述的方法，其中该垫高层包括复合层。

21.如权利要求20所述的方法，其中移除该垫高层是部分移除该复合层。

22.如权利要求20所述的方法，其中该复合层包括缓冲层为下层及停止层为上层。

23.一种硅基液晶显示面板，包括：

半导体基底；

多个反射镜层单元，位于该半导体基底上，以作为像素电极以及光反射之用，其中该些反射镜层单元之间的间隙填有介电层，且该介电层高度不低于该反射镜层单元的顶部；

透明导电层，结合于该半导体基底上，且该些反射镜层单元位于该透明导电层与该半导体基底之间；及

液晶层，位于该半导体基底与该透明导电层之间。

24.如权利要求23所述的硅基液晶显示面板，其中该反射镜层包括金属。

25.如权利要求24所述的硅基液晶显示面板，其中该金属包括铝。

26.如权利要求23所述的硅基液晶显示面板，还包括保护层于该反射镜层上。

27.如权利要求26所述的硅基液晶显示面板，其中该保护层包括多层的硅氧化物层-氮硅化物层。

28.如权利要求26所述的硅基液晶显示面板，还包括配向膜于该保护层上。

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