CN104752194B - 一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法 - Google Patents

一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法，包括：在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜；在所述基底上沉积第一氧化物层，以填充所述间隙；去除位于所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，同时在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层；在所述基底上沉积第二氧化物层，以完全填充所述间隙；平坦化所述第二氧化物层至露出所述反射镜表面；其中所述第一氧化物层相比于所述第二氧化物层具有更好的填充性。本发明在填充反射镜间隙时，先淀积SATEOS，然后无光栅刻蚀，反射镜上面全部刻蚀完，而间隙里剩一小部分SATEOS，然后再淀积HDP工艺的二氧化硅。这样就大大的降低了间隙的深宽比，有效地避免了HDP工艺淀积的二氧化硅空洞的产生。

Description

一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法。
背景技术
LCOS（Liquid Crystal on Silicon），即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。像素的尺寸大小从7微米到20微米，对于百万像素的分辨率，这个装置通常小于1英寸。有效矩阵的电路在每个像素的电极和公共透明电极间提供电压，这两个电极之间被一薄层液晶分开。像素的电极也是一个反射镜。
通过透明电极的入射光被液晶调制光电响应电压将被应用于每个像素电极。反射的像被光学方法同入射光分开从而被投影物镜放大成像到大屏幕上。采用LCOS技术的投影机其光线不是穿过LCD面板，而是采用反射方式来形成图像，光利用效率可达40%。与其他投影技术相比，LCOS技术最大的优点是分辨率高，采用该技术的投影机产品在亮度和价格方面也将有一定优势。
LCOS芯片在投影仪等市场有广泛的应用。LCOS产品对芯片最上层金属反射镜对光的反射率要求很高，这就要求反射镜层尽可能平坦。
现有技术中反射镜金属化学机械研磨工艺能使反射镜达到很高的反射率，具体的工艺流程是反射镜金属刻蚀后填入HDP工艺的二氧化硅，反刻蚀后化学机械研磨至反射镜金属。但是当工艺尺寸整体微缩，或者反射镜间隙设计规范变小时，由于反射镜间隙深宽比提升，HDP工艺不能很好的填充间隙，会有空洞产生影响器件电学性能。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法，包括：
在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜；
在所述基底上沉积第一氧化物层，以填充所述间隙；
去除位于所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，同时在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层；
在所述基底上沉积第二氧化物层，以完全填充所述间隙；
平坦化所述第二氧化物层至露出所述反射镜表面；
其中所述第一氧化物层相比于所述第二氧化物层具有更好的填充性。
作为优选，所述方法进一步包括：
反蚀刻去除所述反射镜表面上的大部分所述第二氧化物层，以降低所述第二氧化物层的厚度。
作为优选，所述第一氧化物层选用SATEOS层；
所述第二氧化物层选用高密度等离子SiO2层。
作为优选，在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜102的方法为：
在所述基底上沉积金属层；
然后在所述金属层上形成图案化的掩膜层；
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述金属层，以形成彼此之间具有间隙的多个反射镜。
作为优选，所述第一氧化物层的厚度为2-8KA。
作为优选，选用无光照干法刻蚀去除所述第一氧化物层，以完全去除所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，仅在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层。
作为优选，所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层的厚度小于所述反射镜金属层的厚度，大于500A。
作为优选，选用高密度等离子体工艺沉积所述第二氧化物层。
本发明中为了解决反射镜中反射镜间隙设计规范变小时，由于反射镜间隙深宽比提升，在填充时容易产生空洞的问题，提供了一种新的反射镜间隙平坦化方法，首先在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜，填充反射镜间隙时，先淀积SATEOS，然后无光栅刻蚀，反射镜上面全部刻蚀完，而间隙里剩一小部分SATEOS，然后再淀积HDP工艺的二氧化硅。这样就大大的降低了间隙的深宽比，有效地避免了HDP工艺淀积的二氧化硅空洞的产生。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
图1a-1f为本发明一实施例中对小尺寸间隙的反射镜平坦化的过程示意图；
图2为本发明一实施例中小尺寸间隙的反射镜平坦化的工艺流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述小尺寸间隙的反射镜平坦化方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
本发明提供了小尺寸间隙的反射镜平坦化方法，包括：
在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜；
在所述基底上沉积第一氧化物层，以填充所述间隙；
去除位于所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，同时在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层；
在所述基底上沉积第二氧化物层，以完全填充所述间隙；
平坦化所述第二氧化物层至露出所述反射镜表面；
其中所述第一氧化物层相比于所述第二氧化物层具有更好的填充性。
具体地，填充反射镜间隙时，先淀积SATEOS，然后无光栅刻蚀，反射镜上面全部刻蚀完，而间隙里剩一小部分SATEOS，然后再淀积HDP工艺的二氧化硅。这样就大大的降低了间隙的深宽比，有效地避免了HDP工艺淀积的二氧化硅空洞的产生。
下面结合附图对本发明LCOS小尺寸间隙反射镜平坦化方法做进一步的说明。
首先，执行步骤201，在基底101上沉积反射镜金属层，并图案化所述反射镜金属层，以在基底101上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜102。
具体地，参照图1a，首先在所述LCOS的基底101上沉积反射镜金属层，所述反射镜金属层选用金属银或者铝等金属材料，可以选用本领域常用的金属材料，并不局限于某一种。
作为优选，在本发明的一具体实施方式中，所述反射镜金属层选用金属铝，金属铝要选用物理气相沉积法和化学气相沉积法，具体地，可以选用蒸发、电子束蒸发、等离子体喷射沉积以及溅射，优选等离子体喷射沉积以及溅射法形成所述金属铝。
进一步，所述反射镜金属层的厚度为100-8000埃，所述反射镜金属层的厚度并不局限于某一数值或者范围内，可以根据需要进行调整。
接着图案化所述反射镜金属层，首先在所述反射镜金属层上形成图案化的掩膜层，例如光刻胶层，或者光刻胶层以及有机抗反射层等形成的叠层，其中所述掩膜层中定义了所述间隙的形状以及关键尺寸，然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述反射镜金属层，形成彼此之间具有间隙10的多个反射镜102。在该步骤中，选用干法或者湿法蚀刻所述反射镜金属层，当选用干法蚀刻时，可以选用Cl2等离子体或Cl2和BCl3的组合，在本发明的一具体实施方式中，所述干法蚀刻可以选用BCl3和Cl2，其中气体流量为10-2000sccm，优选为50-200sccm，所述蚀刻压力为30mTorr-0.15atm，蚀刻时间为5-1200s，但并不局限于所列举的数值范围。
当选用湿法蚀刻时，可以选用HCl和NaOH的组合，其中选用较稀的HCl和NaOH水溶液，HCl的浓度为9.5%-10.5%（质量分数），所述NaOH水溶液的浓度为0.1-1.2mol/L，但并不局限于所述浓度，所述蚀刻方法也并不局限于该实施例。
执行步骤202，沉积第一氧化层103，以填充所述间隙10。
具体地，参照图1b，在该步骤在所述反射镜102上沉积第一氧化层103，以覆盖所述反射镜102并填充所述反射镜102中的间隙10。
其中，所述第一氧化层103应具有良好的填充性能，以保证在填充过程中不会形成空洞，所述第一氧化层103优选为硬脂酸四乙氧基硅烷（SATEOS），所述第一氧化层103的沉积方法可以选用化学气相沉积（CVD）法、物理气相沉积（PVD）法或原子层沉积（ALD）法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。本发明中优选化学气相沉积（CVD）法。
所述第一氧化层103的厚度为2-8KA，优选为4-6KA。
执行步骤203，去除位于所述反射镜102表面上的所述第一氧化物层，103，同时在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层103。
具体地，参照图1c，在该步骤中刻蚀所述第一氧化物层103，直至反射镜上所述第一氧化物层103全部刻蚀干净，而间隙10里剩余一部分所述第一氧化物层103，作为优选，所述间隙10中剩余的所述第一氧化物层103的厚度可为500A至反射镜102厚度之间。
在该步骤中选用无光照干法刻蚀所述第一氧化物层103，在本发明的一具体实施方式中，无光照干法刻蚀SATEOS，直至反射镜上SATEOS全部刻蚀干净，而间隙里剩余一部分SATEOS。剩余SATEOS厚度可为500A至反射镜金属层厚度之间。
执行步骤204，在所述反射镜102上沉积第二氧化物层104，以完全填充所述间隙10。
具体地，参照图1d，在该步骤中所述第二氧化物层104选用SiO2层，优选为高密度等离子SiO2层，所述高密度等离子SiO2层通过高密度等离子体方法形成。
在本发明的一具体实施方式中所述高密度等离子SiO2层的形成方法为高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD)。在所述HDP CVD过程中同时包含了沉积和蚀刻工艺，在沉积过程中通常选用SiH4和O2来实现反应，在蚀刻工艺中个通常选用Ar和O2的溅射来完成。在HDP CVD反应腔中控制等离子体的密度在1011-1012/cm3（2-10mT），同时施加偏压来控制等离子的轰击能量，使所述HDP CVD能够填充深宽比为4:1甚至更高的间隙，而不会出现孔洞。
同时控制所述沉积温度，以避免对所述反射镜金属层造成损伤，，因此控制所述高密度等离子SiO2层的沉积温度在400℃以下。作为优选，所述高密度等离子SiO2层的厚度并不局限于某一数值范围，但是要确保所述间隙10被完全填充。
执行步骤205，反蚀刻去除所述反射镜102上的大部分所述第二氧化物层104，以降低所述第二氧化物层的厚度。
具体地，参照图1e，反蚀刻所述第二氧化物层104，以去除位于所述反射镜102上的大部分的第二氧化物层104，仅剩余较薄的第二氧化物层104，以保证后续步骤中更加容易进行平坦化。
在步骤中所述反蚀刻选用反应离子蚀刻，在本发明的一具体实施方式中，所述反应离子刻蚀选用CxFy气体，例如CF4、CHF3、C4F8或C5F8，在本发明的一具体实施方式中，所述蚀刻可以选用CF4、CHF3，另外加上N2、CO2中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF410-200sccm，CHF310-200sccm，N2或CO2或O210-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，优选为5-60s，更优选为5-30s。
执行步骤206，执行平坦化的步骤至所述反射镜102，以完全去除所述反射镜102上的所述第二氧化物层104，露出所述反射镜。
具体地，参照图1f，所述平坦化的步骤可以使用半导体制造领域中常规的平坦化方法来实现表面的平坦化。该平坦化方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。化学机械抛光平坦化方法更常用。
在该步骤中化学机械研磨去除反射镜102上面剩余的第二氧化物层104，以及反射镜间隙10中处于反射镜102以上的第二氧化物层104（二氧化硅），研磨至反射镜102露出。
本发明中为了解决反射镜中反射镜间隙设计规范变小时，由于反射镜间隙深宽比提升，在填充时容易产生空洞的问题，提供了一种新的反射镜间隙平坦化方法，首先在所述反射镜上沉积金属层然后图案化，形成间隙，填充反射镜间隙时，先淀积SATEOS，然后无光栅刻蚀，反射镜上面全部刻蚀完，而间隙里剩一小部分SATEOS，然后再淀积HDP工艺的二氧化硅。这样就大大的降低了间隙的深宽比，有效地避免了HDP工艺淀积的二氧化硅空洞的产生。
图2为本发明一实施例中LCOS小尺寸间隙反射镜平坦化的工艺流程图包括以下步骤：
步骤201在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜；
步骤202在所述基底上沉积第一氧化物层，以填充所述间隙；
步骤203去除位于所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，同时在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层；
步骤204在所述基底上沉积第二氧化物层，以完全填充所述间隙；
步骤205平坦化所述第二氧化物层至露出所述反射镜表面。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种具有小尺寸间隙的反射镜平坦化方法，包括：
在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜；
在所述基底上沉积第一氧化物层，以填充所述间隙；
去除位于所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，同时去除所述间隙中的部分所述第一氧化物层，以在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层；
在所述基底上沉积第二氧化物层，以完全填充所述间隙；
平坦化所述第二氧化物层至露出所述反射镜表面；
其中所述第一氧化物层相比于所述第二氧化物层具有更好的填充性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
反蚀刻去除所述反射镜表面上的大部分所述第二氧化物层，以降低所述第二氧化物层的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氧化物层选用SATEOS层；
所述第二氧化物层选用高密度等离子SiO2层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基底上形成彼此之间具有间隙的多个反射镜的方法为：
在所述基底上沉积金属层；
然后在所述金属层上形成图案化的掩膜层；
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述金属层，以形成彼此之间具有间隙的多个反射镜。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氧化物层的厚度为2KA-8KA。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选用无光照干法刻蚀去除所述第一氧化物层，以完全去除所述反射镜表面上的所述第一氧化物层，仅在所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间隙中剩余部分所述第一氧化物层的厚度小于所述反射镜金属层的厚度，大于500A。
8.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，选用高密度等离子体工艺沉积所述第二氧化物层。
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