CN102053431A - 硅基液晶器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成元件层；在所述元件层上形成层间介质层；图形化所述层间介质层，在层间介质层上形成多个凹陷；在所述凹陷内形成衬里；在所述衬里上形成金属层；平坦化所述金属层；在所述金属层上形成保护层。所述方法简化了制造过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路及其制造工艺，尤其涉及一种硅基液晶器件及其制造方法。
背景技术
液晶面板显示器(LCD)使用耦合到液晶材料和滤色器的晶体管阵列输出彩色的图像。许多计算机终端和更小的显示设备通常会依赖于LCD来输出视频、文本以及其它可视特征。近年来，电子显示技术迅猛发展。不幸的是，液晶面板通常产率较低，并且难以加大尺寸。LCD通常不适合电视机等所需要的较大显示器。
实际需求促进了显示技术的发展，现有的显示技术包括以下几种：一种是投影显示单元技术。投影显示单元包括对应液晶显示器(counterpart LCD)，它从所选像素元件输出光通过透镜到更大的显示器以创建移动影像、文本以及其它可视图像。另一种技术是“数字光处理”(DLP)，这是来自美国德克萨斯州的Texas Instruments Incorporated(TI)的商用名称，DLP通常是指“微镜”，DLP依赖于成千上万微小镜子，它们排列成800行，每行600个镜子，每个镜子都装有转轴，每个转轴都附有驱动器(actuator)，驱动器具有静电能，它能够以较高频率使每个镜子绕轴倾斜。运动的镜子能够对光进行调制，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。但是DLP很难制作，并且产率较低。
还有另一种技术是硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)技术。LCOS技术包括反射镜，随着液晶的“开”或“关”，光被反射镜反射或阻挡，这样对光进行调制以产生用于显示的图像。通常，至少有三个LCOS芯片，分别对应于红、绿、蓝通道的光。
申请号为200410018564.4的中国专利申请中公开了一种制造LCOS器件的方法。参考图1(a)～1(d)，示出了现有技术制造LCOS器件的剖面结构示意图，现有技术制造LCOS器件方法包括：首先参考1(a)，提供一个衬底201，在所述衬底表面上覆盖第一介电层203，所述第一介质层内包括连接像素电极和下方金属层的连接结构(图中未示出)，在所述第一介电层上覆盖阻挡金属层205，在所述阻挡金属层205上溅射生成金属层207；之后参考1(b)，图形化金属层，形成了像素电极区域305，并暴露出第一介电层区域303；接下来参考1(c)，在像素电极区域305和暴露出的第一介电层区域303上覆盖第二介电层401；最后参考1(d)，对第二介电层执行润色抛光工艺，直至露出金属层。
所述方法在形成连接结构之后再形成像素电极，并且所述方法中在形成像素电极之后还需要再覆盖第二介电层以形成像素电极之间的间隔。
因此，上述现有技术中制造LCOS器件的方法比较复杂，如何能简化制造方法是亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种制造LCOS器件的方法，简化了制造过程。
为解决上述问题，本发明提供一种制造LCOS器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成元件层；在所述元件层上形成层间介质层；图形化所述层间介质层，在层间介质层上形成多个凹陷；在所述凹陷内形成衬里；在所述衬里上形成金属层；平坦化所述金属层；在所述金属层上形成保护层。
可选的，所述凹陷包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上，所述沟槽围成像素电极区域，所述孔洞围成连接结构区域。
可选的，所述凹陷的深度是
可选的，通过电镀工艺在所述衬里上形成金属层。
可选的，所述金属层是铝。
可选的，所述电镀工艺中的电镀液是硫酸铝，待镀金属源是铝。
可选的，所述电镀工艺中将全部凹陷浸没在所述电镀液中，在凹陷中同时电镀形成金属层。
可选的，通过光刻和刻蚀图形化所述层间介质层。
可选的，在金属层上形成保护层之后，在保护层上依次覆盖液晶层、透明电极和玻璃盖板。
相应的，本发明还提供一种LCOS器件，所述器件包括：衬底；位于所述衬底上的元件层；位于所述元件层上的层间介质层，所述层间介质层包括多个凹陷，所述凹陷包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上，所述沟槽围成像素电极区域，所述孔洞围成连接结构区域；位于所述凹陷上的衬里；位于所述衬里上的金属层；位于所述金属层上的保护层。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：所述方法先图形化层间介质层，在形成像素电极区域和连接结构区域的同时形成了像素电极区域之间的间隔，无需形成第二电介质层，简少了工艺步骤。
此外，所述方法向像素电极区域和连接结构区域填充金属，形成了像素电极和连接结构，所述方法在同一个工艺步骤中形成了像素电极和连接结构，进一步简少了工艺步骤。
更进一步，通过电镀工艺填充凹陷形成金属层，电镀材料具有良好的缝隙填充特性，电镀生成的金属层表面较为平整，在平坦化工艺中采用常规的化学机械研磨(CMP)即可实现良好的镜面，而不需要采用润色抛光工艺，降低了制造难度。
附图说明
图1(a)～1(d)是现有技术制造LCOS器件的剖面结构示意图；
图2是本发明制造LCOS器件方法的流程示意图；
图3至图10是依照本发明制造LCOS器件的剖面结构示意图；
图11是依照本发明制造方法形成的LCOS器件的简化截面图。
具体实施方式
本发明提供一种制造硅基液晶(LCOS)器件的方法。所述方法先图形化层间介质层，在形成像素电极区域和连接结构区域的同时形成了像素电极区域之间的间隔，无需形成第二电介质层，简少了工艺步骤。
此外，所述方法向像素电极区域和连接结构区域填充金属，形成了像素电极和连接结构，所述方法在同一个工艺步骤中形成了像素电极和连接结构，进一步简少了工艺步骤。
更进一步，通过电镀工艺填充凹陷形成金属层，电镀材料具有良好的缝隙填充特性，电镀生成的金属层表面较为平整，在平坦化工艺中采用常规的化学机械研磨(CMP)即可实现良好的镜面，而不需要采用润色抛光工艺，降低了制造难度。
参考图2，示出了本发明制造LCOS器件方法的流程图，所述方法概括为以下步骤：
1.提供衬底；
2.在所述衬底上形成元件层；
3.在所述元件层上形成层间介质层；
4.图形化所述层间介质层，在层间介质层上形成多个凹陷；
5.在所述凹陷内形成衬里；
6.在所述衬里上形成金属层；
7.平坦化所述金属层；
8.在所述金属层上形成保护层。
上述步骤顺序提供了依照本发明实施例的一种方法。其他的例如增加步骤，移除一个或多个步骤，或者以不同顺序排列的一个或多个步骤的实施例不会背离权利要求所限定的范围。在本说明书下文中可以发现本方法和结构更详细和具体的描述。
具体实施例参考图3-图10，示出了依照本发明制造LCOS器件的剖面结构示意图。示意图仅仅是示例，不能用于限定权利要求的范围。本领域技术人员可识别出更多变形，替代和修改。
参考图3，执行步骤1，提供衬底101。较佳地，所述衬底101是硅晶圆或SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘体上硅)。
参考图4，执行步骤2，在衬底101上形成元件层。较佳地，所述元件层包括多个器件103。
参考图5，执行步骤3，在元件层上形成层间介质层211。所述层间介质层211可由硼磷硅玻璃(BPSG)、掺氟硅玻璃(FSG)、氧化物及其任意组合的电介质材料制成。较佳地，使用化学气相沉积形成所述层间介质层211，并且平整化所述层间介质层211以形成平整的表面区域。
为了简化附图，下面的图6到图10省略了衬底和元件层。
参考图6，示出了步骤4图形化的层间介质层211。较佳的，通过光刻和刻蚀图形化所述层间介质层211。所述图形化的层间介质层211中包括多个凹陷105，所述凹槽105的深度是
所述凹陷105类似双大马士革结构，包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上，所述沟槽围成像素电极区域，所述孔洞围成连接结构区域。在LCOS工作时，所述像素电极与透明电极之间的电压用于控制液晶的“开”和“关”状态；所述连接结构与其下方的其它金属层连接，用于电连接像素电极和下方的其它金属层。
再次参考图6，示出了步骤4图形化的层间介质层211。图形化层间介质层211，在形成像素电极区域和连接结构区域的同时还形成了间隔115，所述间隔115用于隔离多个像素电极区域。
同时参考图7，执行步骤5，在凹陷105内形成衬里106。所述衬里106可以是诸如氮化钛，钛/氮化钛、氮化钽、钽/氮化钽等的金属层。衬里106用于阻挡，并且有助于粘附覆盖在衬里106上的材料。较佳的，通过溅射形成衬里106。对应于不同的材料，衬里106的厚度不同。较佳的，衬里106是氮化钛并具有约
或更小的厚度。
参考图8，执行步骤6，在所述衬里上形成金属层107。较佳的，通过电镀工艺形成金属层107，所述金属层107填充凹陷。在电镀前，在衬里106上形成耔晶层(图中未示出)。电镀工艺中，使用包含待镀金属层107的阳离子的电镀液，将双大马士革结构的凹陷浸没在所述电镀液中，较佳的，将全部凹陷浸没在所述电镀液中，以同时在凹陷中电镀形成金属层107。电源的负极电性连接至籽晶层，并且正极电性连接至待镀金属源，所述待镀金属源由金属层107的材料制成，通常，所述待镀金属源采用纯度高于99.99％的金属材料；所述待镀金属源部分或完全浸没到电镀液中。依照具体实施例，所述金属层107是铝，所述待镀金属源是高纯度金属铝，电镀液是硫酸铝，电镀生成的铝层厚度是至
电镀材料具有良好的缝隙填充特性。电镀材料填满凹陷，电镀生成的金属层107基本平坦，不具有空隙。较佳的，采用电化学工艺，当然，存在其它变化、修改和替换。
再次参考图8，执行步骤6，在所述衬里106上形成金属层107。金属层107填满具有双大马士革结构的凹陷。填充在孔洞部分的金属形成连接结构117，填充在沟槽部分的金属形成像素电极113。
参考图9，示出了平坦化后的金属层。为了去除电镀工艺中在间隔115上形成的多余的金属，及为了平坦化像素电极113，执行步骤7，平坦化金属层。较佳的，采用化学机械研磨(CMP)处理金属层表面，直到暴露出间隔115的层间介质层，同时经过化学机械研磨，像素电极113的上表面形成镜面116。较佳的，所述镜面116的反射率大于等于93％。
参考图10，执行步骤8，在金属层107表面形成保护层108。通过诸如过氧化氢，臭氧/水的混合物等的氧化液体处理裸露的金属层107表面以形成保护层108。氧化液体在裸露的金属层107上形成钝化层(即保护层108)，以保护镜面116。
为了完成LCOS，还需要在保护层上形成具有液晶的夹层，包括：在保护层上形成液晶层；在液晶层上形成透光电极结构；在透光电极上形成玻璃板。本领域技术人员可以意识到许多变化、修改和替换。
参考图11，是本发明的一种LCOS器件的示意图。其中LCOS器件包括衬底101；位于所述衬底101上的元件层，所述元件层包含多个器件103；位于所述元件层上的层间介质层211，所述层间介质层211包括多个凹陷，所述凹陷类似双大马士革结构，包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上；位于所述层间介质层211中的金属层，所述金属层为通过电镀工艺在双大马士革结构的凹陷中填充金属而形成，填充于沟槽的金属形成像素电极113，填充于孔洞的金属形成连接结构117，所述像素电极通过连接结构117和层间介质层中的互联结构(图中未示出)与器件103相连，所述像素电极上表面是镜面116；LCOS器件还包括覆盖于所述镜面上的保护层108。
LCOS器件上面还依次包括液晶层、透明电极层及玻璃盖板，以组成LCOS设备。实际应用中，光穿过玻璃盖、透明电极，到达液晶层。元件层中的器件通过像素电极控制液晶层的“开”和“关”状态。液晶层处于关状态时，不允许光透过，液晶层处于开状态，允许光透过，透过液晶层的光从像素电极上表面的镜面反射，并再次透过处于开状态的液晶层。较佳地，镜面基本上没有缺陷，镜面的反射率大于等于93％。
本发明提供的制造LCOS器件的方法先图形化层间介质层，在形成像素电极区域和连接结构区域的同时形成了像素电极区域之间的间隔，无需形成第二电介质层，简少了工艺步骤。
此外，所述方法向像素电极区域和连接结构区域填充金属，形成了像素电极和连接结构，所述方法在同一个工艺步骤中形成了像素电极和连接结构，进一步简少了工艺步骤。
更进一步，通过电镀工艺填充凹陷形成金属层，电镀材料具有良好的缝隙填充特性，电镀生成的金属层表面较为平整，在平坦化工艺中采用常规的化学机械研磨(CMP)即可实现良好的镜面，而不需要采用润色抛光工艺，降低了制造难度。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成元件层；在所述元件层上形成层间介质层；图形化所述层间介质层，在层间介质层上形成多个凹陷；在所述凹陷内形成衬里；在所述衬里上形成金属层；平坦化所述金属层；在所述金属层上形成保护层。
2.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述凹陷包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上，所述沟槽围成像素电极区域，所述孔洞围成连接结构区域。
3.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述凹陷的深度是
4.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，通过电镀工艺在所述衬里上形成金属层。
5.如权利要求4所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述金属层是铝。
6.如权利要求5所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述电镀工艺中的电镀液是硫酸铝，待镀金属源是铝。
7.如权利要求4所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述电镀工艺中将全部凹陷浸没在所述电镀液中，在凹陷中同时电镀形成金属层。
8.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，通过光刻和刻蚀图形化所述层间介质层。
9.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述方法还包括在金属层上形成保护层之后，在保护层上依次覆盖液晶层、透明电极和玻璃盖板。
10.一种硅基液晶器件，其特征在于，所述器件包括：
衬底；
位于所述衬底上的元件层；
位于所述元件层上的层间介质层，所述层间介质层包括多个凹陷，所述凹陷包括沟槽和孔洞，所述沟槽的开口尺寸大于孔洞的开口尺寸，所述沟槽位于孔洞之上，所述沟槽围成像素电极区域，所述孔洞围成连接结构区域；
位于所述凹陷上的衬里；
位于所述衬里上的金属层；
位于所述金属层上的保护层。
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