CN101164171A - 用于半导体装置的隔离层及其形成方法 - Google Patents

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CN101164171A CNA2006800131957A CN200680013195A CN101164171A CN 101164171 A CN101164171 A CN 101164171A CN A2006800131957 A CNA2006800131957 A CN A2006800131957A CN 200680013195 A CN200680013195 A CN 200680013195A CN 101164171 A CN101164171 A CN 101164171A
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Abstract

一种光调制器半导体装置(例如，数字微镜装置)包含安置在所述半导体装置的衬底(102)的上表面上的第一介电材料层、安置在所述第一介电材料层(103)的上表面上的第一金属层以及安置在所述第一金属层的上表面上的厚膜抗反射层(101)。

Description

用于半导体装置的隔离层及其形成方法
技术领域
本发明大体上涉及半导体装置，且更明确地说，涉及用于半导体装置的隔离层及其形成方法。
背景技术
可将半导体装置设计成与入射在装置的特定区域上的电磁辐射相互作用。一种此类半导体装置是空间光调制器(spatial light modulator，SLM)，其用于通过一个或一个以上公认的光学原理(例如反射、折射或衍射)的作用来使入射辐射(incoming radiation)的路径重新定向。遗憾的是，在许多这些装置中，一些入射辐射由于物理间隙、不需要的衍射、散射效应或其它现象的缘故可能不会以所需的方式被重新定向。可将此类辐射视为“杂散辐射”，如果没有吸收所述辐射的机制，那么所述辐射可能会使整个系统的性能降级。
性能可能会由杂散辐射降级的SLM的实例是数字微镜装置(digital micro-mirrordevice，DMD)。可在多种光学通信和/或投影显示系统中使用的DMD涉及微镜阵列，其通过在有效“开”与“关”状态之间枢转来选择性地传送光学信号或光束的至少一部分。为了允许微镜枢转，将每一微镜附接到耦合至CMOS衬底的铰接件，其控制微镜的移动。遗憾的是，当微镜处于“关”状态中时，可能在光学上是反射的CMOS衬底暴露。当光在DMD的微镜之间通过时，光可接着由衬底的表面反射，从而导致杂散辐射，这限制了基于DMD的显示系统中可实现的对比率。
已经利用多种方法来试图减小组成DMD和其它空间光调制器的下部结构的CMOS衬底的反射性。一种此类方法是将抗反射和/或吸收性涂层施加到半导体装置的实体上与负责重新定向效应的表面位于不同平面上的某些区域。然而，这些涂层受到限制，因为它们可能需要复杂的材料，且可能不会在所需要的频率范围内充分地吸收以提供最佳系统性能。另外，由于光学或电性能问题的缘故，这些涂层中的一些涂层需要在衬底上进行图案化。
发明内容
根据本发明一个实施例，一种半导体装置包含安置在所述半导体装置的衬底的上表面上的第一介电材料层、安置在所述第一介电材料层的上表面上的第一金属层以及安置在所述第一金属层的上表面上的厚膜抗反射层，所述厚膜抗反射层具有至少约1微米的厚度。
本发明的一些实施例的技术优势包含一种具有较低等级的从下伏层反射的电磁辐射的半导体装置。这样构造的空间光调制器可导致系统与用常规半导体装置制备的系统相比具有改进的对比率。本发明的一些实施例的另一技术优势包含用于半导体装置的隔离层，可通过使用常见半导体制造材料和技术来施加所述隔离层。这些材料在特殊处理方面要求很小，且有助于减少所得半导体装置的成本。此隔离层可用作光学隔离层以及电和工艺隔离层，其(例如)促进CMOS电路与DMD的上部结构之间的分隔。所述隔离层还可实现CMOS和上部结构布局修改。
所属领域的技术人员从以下附图说明、具体实施方式和所附权利要求书中可容易理解本发明的其它技术优势。此外，虽然上文已经列举了特定优势，但各个实施例可包含所列举的优势中的所有优势、一些优势，或不包含所述优势。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其特征和优势，现结合附图参考以下描述内容，在附图中：
图1A是根据本发明特定实施例的示范性半导体装置的一部分的透视图，且图1B是其横截面图；以及
图2A到图2E说明根据本发明特定实施例的图1的半导体装置的一部分的各个横截面图。
具体实施方式
根据本发明，提供一种在半导体装置中使用的厚膜抗反射层，以及利用此类厚膜抗反射层的隔离方法。可在半导体装置(例如空间光调制器、数字微镜装置、可变衍射光栅、液晶光阀或其它半导体装置)中利用此类厚膜抗反射层来减小杂散辐射对装置性能的影响。一种此类装置的实例是数字微镜装置(DMD)100，图1A和图1B中说明数字微镜装置100的一部分。
图1A说明数字微镜装置100的一部分的透视图，且图1B说明其局部横截面。在所说明的实施例中，DMD 100包含几十万个微镜104的阵列，所述微镜倾斜至多达(例如)正12度或负12度，从而产生有效“开”状态条件或有效“关”状态条件。每一微镜104在其有效“开”与“关”状态之间转换，以选择性地传送光学信号或光束的至少一部分。
为了允许微镜104倾斜，每一微镜104附接到各自的铰接件116，所述铰接件116安装在铰接件柱108上，且在厚膜抗反射层101上借助气隙而间隔。在此实例中，由于各自电极112与其相应微镜104之间的静电力的缘故，微镜104在正或负方向上倾斜，直到轭(yoke)106接触导电管道110为止。尽管此实例包含轭106，但其它实例可除去轭106。在那些实例中，微镜104可能在正或负方向上倾斜，直到微镜104接触合适的镜止动件(未明确展示)为止。
在此特定实例中，电极112和导电管道110形成在从介电层103向外安置的金属层120内，或耦合到所述金属层120。介电层103操作以使互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)衬底102与电极112和导电管道110隔离。在此特定实例中，CMOS衬底102包括与DMD 100相关联的控制电路。所述控制电路可包含能够至少部分地有助于在电极112与微镜104之间产生静电力的任何硬件、软件、固件或其组合。与CMOS衬底102相关联的控制电路用于至少部分地基于从处理器(未明确展示)接收到的数据来使微镜104在“开”状态与“关”状态之间选择性地转换。在一个实施例中，当微镜104处于“关”状态时，CMOS衬底102可能由于微镜104的倾斜而暴露。在常规DMD中，这导致可在由DMD产生的光学信号或图像的像素之间看见的不需要的反射。
因此，根据本发明的一个实施例的教示，厚膜抗反射层101使DMD 100的上部结构105与CMOS衬底102和金属层120光学隔离。在其它实施例中，厚膜抗反射层101使上部结构105与CMOS衬底102和金属层120光学隔离、电隔离以及机械隔离。
在包括有部分CMOS衬底102和金属层120的多个高度反射金属层和介电材料层的情况下，这些组件的表面通常具光学反射性。为了有助于减小此反射性的影响，厚膜抗反射层101在金属层120的上表面上作为光吸收器来操作。如由参考标号125所指示，当微镜104在“关”状态下倾斜时，电磁辐射(例如可见光)可在微镜104之间通过。此处所教示的厚膜抗反射层101的存在提供吸收和一些破坏性光学干扰及散射，与不具有厚膜抗反射层101的装置相比，此减小了在微镜104之间通过的电磁辐射的强度。
在一个实施例中，厚膜抗反射层101由合适的抗反射聚合物形成；然而，厚膜抗反射层101可由其它合适的抗反射材料形成，例如底部抗反射涂层(“barc”)。另外，厚膜抗反射层101具有至少约1微米的厚度。在本发明的更特定实施例中，厚膜抗反射层101具有约1微米到约3微米的厚度。
DMD中的金属层120(有时也称为“金属3”)安置在介电层103的上表面上，介电层103安置在CMOS衬底102的上表面上。在一个实施例中，金属层120由铝或铝合金形成；然而，由于厚膜抗反射层101的存在，金属层可由其它合适的材料(例如铜和钨)形成。由于厚膜抗反射层101可提供的电隔离的缘故，厚膜抗反射层101使得可能使用这些其它类型的材料。
介电层103用于使“金属3”与CMOS衬底103电隔离。介电层103可由适合在半导体制造过程中使用的任何介电材料(例如TEOS氧化物、HDP氧化物或电介质的任何合适组合)形成。另外，介电层103可具有任何合适的厚度(例如约10,000埃)，且可以任何合适方式(例如沉积)形成。此类合适的沉积技术包含(但不限于)溅镀、化学气相沉积、等离子体增强型化学气相沉积以及旋涂。
仅出于说明性目的而呈现金属层120、介电层103以及CMOS衬底102的特定结构布置和特定材料。在不脱离本发明的教示的情况下，数字微镜装置或其它半导体装置可包括其它结构或构造材料。
图2A到图2E说明根据本发明一个实施例的教示的半导体装置的制造方法。所说明的实施例假定CMOS衬底102已经形成。视正制造的半导体装置的类型而定，CMOS衬底102可包括布置在多种不同结构中的多种不同材料，所有这些都属于本发明的教示内。
形成CMOS衬底102之后，将介电层103沉积在CMOS衬底102的上表面上。如上文所论述，这可包含用于半导体处理的任何合适的介电材料，例如氧化物。另外，介电层103可具有任何合适的厚度；然而，在一个实施例中，介电层103的厚度是约10,000埃。
接着，金属层120沉积在介电层103的上表面上，且可具有任何合适的布置。如上文所述，金属层120可由任何合适的金属(例如铝、铝合金、铜和钨)形成。另外，金属层120可由任何合适数目的层形成，且可具有任何合适的总厚度。
图2B说明沉积在金属层120的上表面上的厚膜抗反射层101。如上文所述，厚膜抗反射层101可由具有任何合适厚度(例如在1微米与2微米之间)的任何合适的材料(例如抗反射聚合物或barc)形成。可利用半导体处理中所使用的任何合适的沉积技术来将厚膜抗反射层101沉积在金属层120的上表面上。
参看图2C，将硬遮蔽层200沉积在厚膜抗反射层101的上表面上。硬遮蔽层200用作蚀刻停止物，且可由PO氮化物或其它合适的硬遮蔽材料形成。另外，硬遮蔽层200可具有任何合适的厚度。图2C中还说明了经由合适的光图案化和蚀刻技术来去除硬遮蔽层200的若干部分。举例来说，尽管未说明，但可从硬遮蔽层200向外形成光阻层，且随后对光阻层进行图案化并用(例如)等离子体CF4蚀刻剂对其进行蚀刻，以便去除材料的如由参考标号201所指示的若干部分。接着，可使用任何合适的蚀刻技术(例如O2等离子体蚀刻)来对厚膜抗反射层101的若干部分进行蚀刻，以形成往下通到金属层120的通路203。
如图2D中所说明，除填充通路203之外，还将金属层202沉积在硬遮蔽层200的上表面上。金属层202可以是具有任何合适厚度的任何合适材料，例如铜或铝铜。另外，可使用任何合适的工艺(例如电镀)来形成金属层202。
参看图2E，通过任何合适的去除技术(例如合适的化学机械抛光技术)来去除金属层202的在硬遮蔽层200的表面上的部分。这因而留下了如图2E中所说明的结构，其中电极柱205形成于通路203中。此化学机械抛光工艺可能或可能不在厚膜抗反射层101的上表面上留下硬遮蔽层200的薄层。接着，可利用此项技术中众所周知的后续半导体处理技术，通过形成DMD 100的上部结构105(包含(但不限于)电极112、铰接件116以及镜104)来完成DMD 100。
因此，厚膜抗反射层101用于使DMD 100的上部结构105与CMOS衬底102光学隔离、电隔离以及机械隔离。光学隔离确保进入镜104之间的任何杂散光都不会反射作为不需要的信号。电隔离可通过允许不同材料用于金属3层并且允许金属3层的更大的布局灵活性来实现更大的可缩放性和更大的设计灵活性。另外，机械隔离可实现新的润滑策略，且可有助于使金属3结构平坦，这消除了对金属3构形的任何敏感性。
尽管在附图中说明且在以上具体实施方式中描述了本发明的方法和设备的特定实施例，但本发明并非限于所揭示的实施例，而是在不脱离所主张的本发明的范围的情况下，能够实现大量重新布置、修改以及替换。

Claims (6)

1.一种用于制造光调制器半导体装置的方法，其包括：
将第一介电材料层安置在所述半导体装置的衬底的上表面上；
将第一金属层安置在所述第一介电材料层的上表面上；以及
将厚膜抗反射绝缘体层安置在所述第一金属层的上表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是CMOS衬底；第一介电材料层安置在所述CMOS衬底的上表面上；所述第一金属层安置在所述第一介电材料层的上表面上；所述厚膜抗反射层是电绝缘体；微镜安置在所述厚膜抗反射层上方；且具有电极柱的电极形成于所述厚膜抗反射层中并适于电耦合到所述第一金属层，以向所述微镜施加静电力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述厚膜抗反射层具有至少约1微米的厚度。
4.一种光调制器半导体装置，其包括：
第一介电材料层，其安置在所述半导体装置的衬底的上表面上；
第一金属层，其安置在所述第一介电材料层的上表面上；以及厚膜抗反射层，其安置在所述第一金属层的上表面上。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述衬底是CMOS衬底；第一介电材料层安置在所述CMOS衬底的上表面上；所述第一金属层安置在所述第一介电材料层的上表面上；所述厚膜抗反射层是电绝缘体；微镜安置在所述厚膜抗反射层上方；且具有电极柱的电极形成于所述厚膜抗反射层中且适于电耦合到所述第一金属层，以向所述微镜施加静电力。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述厚膜抗反射层具有至少约1微米的厚度。
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