CN101315502B

CN101315502B - 改善微反射镜间介质层缺陷及制作硅基液晶显示器的方法

Info

Publication number: CN101315502B
Application number: CN200710041356XA
Authority: CN
Inventors: 向阳辉; 曾贤成
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: CN101315502A

Abstract

一种改善微反射镜间介质层缺陷的方法，包括下列步骤：首先提供带有金属层的硅基底，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；在介质层上形成光阻层；蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。本发明还提供一种制作硅基液晶显示器的方法。介质层在沟槽处的开口高宽比及开口宽度较大，在后续蚀刻工艺中在与沟槽相接的金属层上不产生绝介质层侧墙，进而减少了微反射镜漫反射，提高微反射镜反射率。

Description

改善微反射镜间介质层缺陷及制作硅基液晶显示器的方法

技术领域

本发明涉及硅基液晶(LCOS)显示器的制作方法，特别涉及改善微反射镜间介质层缺陷的方法。

背景技术

近几年来，在液晶(LCD)业界出现了许多新技术，其中较热门的技术是硅基液晶显示器(LCOS，Liquid Crystal on Silicon)技术。LCOS(LiquidCrystal on Silicon)属于新型的反射式micro LCD投影技术，其结构是在硅基片上长电晶体，利用半导体工艺制作驱动面板(又称为CMOS-LCD)，然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作微反射镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再抽入液晶，进行封装测试。

与传统的LCD及数字光学工艺(DLP，Digital Light Processing)技术相比，LCOS具有下列技术优势：a.光利用效率高：LCOS与LCD技术类似，主要的差别就是LCOS属反射式成像，所以光利用效率可达40％以上，与DLP相当，而穿透式LCD仅有3％左右；b.体积小：LCOS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小；c.分辨率高：由于LCOS的晶体管及驱动线路都制作于硅基片内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)及导线皆占用开口面积，故LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高；d.制造技术较成熟：LCOS的制作可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造。前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良率已可达90％以上，成本极为低廉；至于后道的液晶面板贴合封装制造，虽然目前的良率只有30％，但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良率提升速率应远高于数字微镜芯片(DMD，Digital Micromirror Device)，所以LCOS应比DLP更有机会成为技术的主流。因此LCOS技术在数码相机、数码摄像机、投影机外、监视器、大尺寸电视、移动电话等应用市场，都深具发展潜力。

现有硅基液晶显示器微反射镜的制作方法，如图1所示，在包含驱动电路等结构的硅基底101上用溅射方法形成金属层102，其中金属层的材料为铝铜合金(铜含量为0.5％)；在金属层102上涂覆光阻层104，对光阻层104进行曝光及显影处理，形成开口图形107。

如图2所示，以光阻层104为掩膜，蚀刻金属层102，形成沟槽105。

如图3所示，先对光阻层104进行灰化处理；再用碱性溶液进一步去除灰化后残留的光阻层104；用高密度等离子体化学气相沉积法在金属层102上形成介质层106，用于器件间的隔离，并且将介质层106填满沟槽105，由于介质层106沉积于金属层102上和填满沟槽105后的高度不一致，因此介质层106在沟槽105处有开口110，由于高密度等离子体化学气相沉积法的偏压强为2200W～2800W，使开口110的高宽比也不够大，即开口110宽度不够大，为10000埃～13000埃，同时；用旋涂法在介质层106上形成光阻层111，由于光阻层111的流动性能要比介质层106好，从而在沟槽105内形成光阻层要比介质层上形成的厚，同时由于蚀刻介质层106和蚀刻光阻层111的选择比不同，这样在后续蚀刻工艺中，沟槽105与介质层106界面处，不会因为被完全蚀刻而造成凹陷。

如图4所示，对光阻层111和介质层106进行等离子体化学蚀刻，形成微反射镜108阵列，由于蚀刻介质层106速率和蚀刻光阻层111的蚀刻速率不同，同时开口110宽度不够大，蚀刻后使与沟槽105相邻的金属层102上残留介质层侧墙109。

在如下中国专利申请200310122960还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，用高密度等离子体化学气相沉积绝缘介层填充满沟槽。

如图5所示，用电子扫描显微镜(SEM)在放大倍数为100000倍时观察微反射镜面，由于蚀刻介质层的速率和蚀刻光阻层的速率不同，同时沉积介质层时，沟槽内的介质层比金属层上的介质层低，因此在沟槽上出现开口，由于高密度等离子体化学气相沉积法的偏压为2200W～2800W时，在沟槽内沉积介质层形成的开口高宽比不够大，即开口宽度不够大，蚀刻后使与沟槽相接的金属层上残留介质层侧墙(椭圆内所示)。

现有技术由于与沟槽相接的金属层上残留介质层侧墙，使微反射镜面产生漫反射，降低了微反射镜的反射率，进而影响微反射镜的质量。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种改善微反射镜间介质层缺陷的方法，防止与沟槽相接的金属层上产生残留绝介质层侧墙。

为解决上述问题，本发明提供一种改善微反射镜间介质层缺陷的方法，包括下列步骤：首先提供带有金属层的硅基底，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；在介质层上形成光阻层；蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。

实施例中，所述沉积法为高密度等离子体化学气相沉积法。所述高密度等离子体化学气相沉积法所需的气体为SiH₄、O₂和Ar。所述沉积时间为50秒～70秒。所述沉积温度为320℃～380℃。所述光阻层的厚度为800埃～1000埃。

本发明提供一种制作硅基液晶显示器的方法，包括下列步骤：首先提供包含晶体管和电容器的硅基底，在硅基底上依次形成有像素开关电路层、导电层、绝缘层及金属层，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；在介质层上形成光阻层；蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。

与现有技术相比，以上方案具有以下优点：在微反射镜上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W。沉积法的偏压强在为3000W～3500W时，等离子体产生的溅射率较高，使介质层在沟槽处的开口高宽比增大，即开口宽度较大，开口宽度为20000埃～25000埃，在后续蚀刻工艺中在与沟槽相接的金属层上不产生绝介质层侧墙，进而减少了微反射镜漫反射，提高微反射镜反射率。

附图说明

图1至图4是现有制作硅基液晶显示器微反射镜的示意图；

图5是现有制作的硅基液晶显示器微反射镜的电镜图；

图6是本发明改善微反射镜间介质层缺陷的实施例流程图；

图7是本发明制作硅基液晶显示器的实施例流程图；

图8至图11是本发明改善微反射镜间介质层缺陷的实施例示意图；

图12是本发明实施例改善微反射镜间介质层缺陷后的电镜图；

图13至图20是本发明制作硅基液晶显示器过程中改善微反射镜间介质层缺陷的实施例示意图。

具体实施方式

本发明在微反射镜上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W。沉积法的偏压强在为3000W～3500W时，等离子体产生的溅射率较高，使介质层在沟槽处的开口高宽比较大，即开口宽度较大，开口宽度为20000埃～25000埃，在后续蚀刻工艺中在与沟槽相接的金属层上不产生绝介质层侧墙，进而减少了微反射镜反射率。

下面结合附图对本发明的具体实方式做详细的说明。

图6是本发明改善微反射镜间介质层缺陷的实施例流程图。如图6所示，执行步骤S101，首先提供带有金属层的硅基底，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；执行步骤S102，在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；执行步骤S103，在介质层上形成光阻层；执行步骤S104，蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。

图7是本发明制作硅基液晶显示器的实施例流程图。如图7所示，执行步骤S201，首先提供包含晶体管和电容器的硅基底，在硅基底上依次形成有像素开关电路层、导电层、绝缘层及金属层，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；执行步骤S202，在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；执行步骤S203，在介质层上形成光阻层；执行步骤S204，蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。

图8至图11是本发明改善微反射镜间介质层缺陷的实施例示意图。如图8所示，在包含驱动电路等结构的硅基底201上用溅射方法形成厚度为1300埃至3100埃，反射率在90％以上的金属层202，其中金属层202的材料为铜铝合金(铜含量为0.5％)；在金属层202上用旋涂法形成光阻层204，对光阻层204进行曝光及显影处理，形成开口图形207。

本实施例中，金属层202的具体厚度例如1300埃、1400埃、1500埃、1600埃、1700埃、1800埃、1900埃、2000埃、2100埃、2200埃、2300埃、2400埃、2500埃、2600埃、2700埃、2800埃、2900埃、3000埃或3100埃等，其中优选为3000埃。金属层202的反射率最佳可达92％。

如图9所示，以光阻层204为掩膜，用干法蚀刻法蚀刻金属层202，直至将金属层202穿透，形成沟槽205。

如图10所示，用等离子体氧气在温度为240℃至280℃时，对光阻层204进行灰化处理；用PH值为10至11的NEKC溶液清洗灰化后残留的光阻层204；用高密度等离子体化学气相沉积法，将偏压强设置在3000W～3500W，以加强等离子体产生的溅射率，在金属层202上形成厚度为3000埃至4000埃的介质层206，所述介质层206的材料优选氧化硅，用于器件间的隔离，并且将介质层206填满沟槽205，由于介质层206沉积于金属层202上和填满沟槽205后的高度不一致，因此介质层206在沟槽205处有开口210，由于用高密度等离子体化学气相沉积法，将现有技术所用的偏压强2200W～2800W增大，设置为3000W～3500W，使开口210的高宽比增大，即开口210的宽度从现有的10000埃～13000埃增大至20000埃～25000埃；用旋涂法在介质层206上形成厚度为800埃～1000埃的光阻层211，由于光阻层211的流动性能要比介质层206好，从而在沟槽205内形成光阻层211要比介质层206上形成的厚，同时由于蚀刻介质层206和蚀刻光阻层211的选择比不同，这样在后续蚀刻工艺中，沟槽205内的介质层206不会因为过蚀刻而造成凹陷。

本实施例中，用等离子体氧气在温度为240℃～280℃时对光阻层204进行灰化处理，具体温度例如240℃、250℃、260℃、270℃或280℃等。但是用等离子体氧气不能完全清除光阻层204，因此需要用碱性溶液去除残留的光阻层204。

本实施例中，所述高密度等离子体化学气相沉积法所需的气体为SiH₄、O₂和Ar；沉积所需时间为50秒～70秒，具体例如50秒、60秒或70秒等；沉积所需温度为320℃～380℃，具体例如320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃或380℃等。

本实施例中，介质层206的厚度具体例如3000埃、3200埃、3400埃、3600埃、3800埃或4000埃等。

本实施例中，光阻层211的厚度具体例如800埃、850埃、900埃、950埃或1000埃等。

如图11所示，对光阻层211和介质层206进行蚀刻至露出金属层202，形成微反射镜面208阵列，由于介质层206在沟槽205处的开口210的高宽比增大，即开口210宽度增大。因此在后续蚀刻工艺中，在与沟槽边缘相接的金属层202上不再产生介质层侧墙。

图12是本发明实施例改善微反射镜间介质层缺陷后的电镜图。如图12所示，用高密度等离子体化学气相沉积法在金属层上形成介质层，由于将偏压从2200W～2800W增大至3000W～3500W，使介质层在沟槽处的开口宽度从10000埃～13000埃增大至20000埃～25000埃。因此，在后续蚀刻工艺中在与沟槽相邻的金属层上不产生绝介质层侧墙。用电子扫描显微镜(SEM)在放大倍数为80000倍时观察微反射镜间的介质层，可以看到与沟槽边缘相邻的金属层上平滑，没有介质层侧墙。

图13至图20是本发明制作硅基液晶显示器过程中改善微反射镜间介质层缺陷的实施例示意图。如图13所示，首先在硅基底301上形成像素开关电路层302，所述内部驱动电路为MOS晶体管304和电容器305相串联组成的动态随机存储器，形成像素开关电路层302，像素开关电路层302包括层间绝缘层306和镶嵌在层间绝缘层306内的接地垫层308、信号垫层309和连接垫层310以及连接上、下导电层的通孔，所述接地垫层308接地信号，信号垫层309是为驱动电路的MOS晶体管304施加电压，信号垫层309通过通孔和下层驱动电路的MOS晶体管304的漏端电连接，则MOS晶体管304的源端和电容器305的一端通过连接垫层310和通孔相电连接(即为上电极)，第一电容器的另一端通过通孔和接地垫层308电连接(即为下电极)。

然后在层间绝缘层306上形成导电层312，所述导电层312为一层或者多层导电材料构成，比较优化的导电层312依次采用金属钛、氮化钛、铝铜合金、金属钛和氮化钛组成的多层结构，比较优化的厚度范围为1000埃至6000埃。

如图14所示，在导电层312上采用现有的光刻技术形成图案化第一光阻层(图未示)；以第一光阻层为掩膜，采用现有蚀刻技术在导电层312中形成岛状的连接镜面垫层313和光屏蔽层312a，形成所述光屏蔽层312a的目的是防止漏光进入硅基片中的电路器件，则影响电路性能以及寿命，因此需要专门用一层金属来遮光。所述连接镜面垫层313和光屏蔽层312a之间的间隙313a使得连接镜面垫层313和光屏蔽层312a相互绝缘隔离，所述连接镜面垫层313通过连接垫层310和通孔与像素开关电路层的MOS晶体管304的源端相电连接。

参照图15，去除第一光阻层；在光屏蔽层312a、连接镜面垫层313上以及间隙313a内采用高密度等离子体化学气相沉积技术形成介电层314，由于要填充满间隙313a，在所述介电层314表面对着间隙313a处产生凹槽，所述形成的介电层314的厚度范围为200nm至1000nm，介电层314的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅以及他们的组合，也可以是由比如氧化铪、氧化铝、氧化锆等高k介质组成的介电层314。

参照图16，用化学机械抛光法研磨介电层314直至将介电层314表面的凹槽去除，使介电层314平坦化，进而使后续沉积的膜层表面平整。

参照图17，采用现有光刻技术在介电层314上形成图案化第二光阻层(未图示)；然后以第二光阻层为掩膜，蚀刻介电层314至露出连接镜面垫层313，形成开口320，所述开口320暴露出部分连接镜面垫层313；用化学气相沉积法在介电层314上形成金属钨层319，且将金属钨层319填充满开口320，形成钨插塞与连接镜面垫层313连通。

如图18所示，用化学机械抛光法研磨金属钨层319至露出介电层314；用溅射方法在介电层314上形成厚度为1300埃至3100埃，反射率在90％以上的金属层322，其中金属层322的材料为铜铝合金(铜含量为0.5％)；在金属层322上用旋涂法形成光阻层324，对光阻层324进行曝光及显影处理，形成开口图形326，在用以定义后续沟槽。

本实施例中，金属层322的具体厚度例如1300埃、1400埃、1500埃、1600埃、1700埃、1800埃、1900埃、2000埃、2100埃、2200埃、2300埃、2400埃、2500埃、2600埃、2700埃、2800埃、2900埃、3000埃或3100埃等，其中优选为3000埃。金属层322的反射率最佳可达92％。

如图19所示，以光阻层324为掩膜，用干法蚀刻法蚀刻金属层322直至露出介电层314，形成沟槽；用等离子体氧气在温度为240℃至280℃时，对光阻层324进行灰化处理；用PH值为10至11的NEKC溶液清洗灰化后残留的光阻层324；用高密度等离子体化学气相沉积法，将偏压强设置在3000W～3500W，以加强等离子体产生的溅射率，在金属层322上形成厚度为3000埃至4000埃的介质层328，所述介质层328的材料优选氧化硅，用于器件间的隔离，并且将介质层328填满沟槽，由于介质层328沉积于金属层322上和填满沟槽后的高度不一致，因此介质层328在沟槽328处有开口329，由于用高密度等离子体化学气相沉积法，将现有技术所用的偏压强2200W～2800W增大，设置为3000W～3500W，使开口329的高宽比增大，即使开口329的宽度从现有的10000埃～13000埃增大至20000埃～25000埃；用旋涂法在介质层328上形成厚度为800埃～1000埃的光阻层330，由于光阻层330的流动性能要比介质层328好，从而在沟槽内形成光阻层330要比介质层328上形成的厚，同时由于蚀刻介质层328和蚀刻光阻层330的选择比不同，这样在后续蚀刻工艺中，沟槽内的介质层328不会因为过蚀刻而造成凹陷。

本实施例中，用等离子体氧气对光阻层324进行灰化的具体温度例如240℃、250℃、260℃、270℃或280℃等。但是用等离子体氧气不能完全清除光阻层324，因此需要用碱性溶液去除残留的光阻层324。

本实施例中，介质层328的厚度具体例如3000埃、3200埃、3400埃、3600埃、3800埃或4000埃等。

本实施例中，光阻层330的厚度具体例如800埃、850埃、900埃、950埃或1000埃等。

如图20所示，对光阻层330和介质层328进行蚀刻至露出金属层322，形成微反射镜面332阵列，由于介质层328在沟槽处的开口329的高宽比增大，即开口329宽度增大。因此在后续蚀刻工艺中，在与沟槽边缘相接的金属层322上不再产生介质层侧墙。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种改善微反射镜间介质层缺陷的方法，其特征在于，包括下列步骤：

首先提供带有金属层的硅基底，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；

用高密度等离子体化学气相沉积法在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述沉积法的偏压强为3000W～3500W；

在介质层上形成光阻层；

蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。

2.根据权利要求1所述改善微反射镜间介质层缺陷的方法，其特征在于：所述高密度等离子体化学气相沉积法所需的气体为SiH₄、O₂和Ar。

3.根据权利要求2所述改善微反射镜间介质层缺陷的方法，其特征在于：所述沉积时间为50秒～70秒。

4.根据权利要求3所述改善微反射镜间介质层缺陷的方法，其特征在于：所述沉积温度为320℃～380℃。

5.根据权利要求1所述改善微反射镜间介质层缺陷的方法，其特征在于：所述光阻层的厚度为800埃～1000埃。

6.一种制作硅基液晶显示器的方法，其特征在于，包括下列步骤：

首先提供包含晶体管和电容器的硅基底，在硅基底上依次形成有像素开关电路层、导电层、绝缘层及金属层，所述金属层中包含贯穿金属层的沟槽；

用高密度等离子体化学气相沉积法在金属层上及沟槽内沉积介质层，所述

沉积法的偏压强为3000W～3500W；

在介质层上形成光阻层；

蚀刻光阻层和介质层至露出金属层，形成微反射镜阵列。