CN1704809A - 制造用于硅上液晶器件（lcos）的平滑镜的方法与结构 - Google Patents

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Abstract

一种制造硅上液晶显示器件(LCOS)的方法。所述方法包括提供一个半导体衬底，例如硅晶圆，形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管层，具有复数个MOS器件。形成一个中间电介质层覆盖在晶体管层上。平坦化中间电介质层，并形成一个牺牲层覆盖在平坦化的中间电介质层上。穿过所述牺牲层在所述中间电介质层的一部分的内部形成复数个凹陷区域，而中间电介质层的其它部分保持完整。优选地使用图形曝光技术来形成所述凹陷区域。形成一个铝层(或其它反射层或多层)来填充所述凹陷区域并覆盖牺牲层的剩余部分，并有选择地去除覆盖在牺牲层的多个部分之上的铝层，进而形成对应于每个所述凹陷区域的复数个电极区域。

Description

制造用于硅上液晶器件(LCOS)的平滑镜的方法与结构
技术领域
本发明一般地涉及集成电路以及制造电子器件的集成电路加工方法。更具体地说，本发明涉及用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。
背景技术
本发明一般地涉及集成电路以及制造电子器件的集成电路加工方法。更具体地说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
近年来，电子显示技术已经得到迅速发展。在早期的传统电视中，阴极射线管技术(通常称作CRT)将选定的像素输出到一个玻璃屏幕上。这些电视机最初输出黑白移动图像。很快彩色电视机取代了全部或绝大多数黑白电视机。尽管CRT极为成功，但是CRT通常很笨重，很难作到很大并且还有其它的限制。
CRT很快被液晶平板显示器取代或至少部分取代。这些液晶平板显示器(通常称作LCD)使用耦合到液晶材料和彩色过滤器的晶体管元件阵列来输出彩色移动图像。许多计算机终端和较小的显示设备经常使用LCD输出视频、文本和其它视觉特征。令人遗憾的是，液晶平板通常具有低成品率并且很难按比例做到很大尺寸。这些LCD通常不适于用作经常为电视等所需要的大显示器。
因此，已经开发了投影显示单元。这些投影显示单元除了别的以外还包括配对(counterpart)液晶显示器，其将光从选定的像素通过透镜输出到大显示器上以产生移动图像、文本和其它视觉图像。另一种技术称作“数字光处理(Digital Light Processing，DLP)”，其是美国德州仪器公司(TI)的商业名称。DLP通常被用来称为“微镜(micro-mirror)”。DLP依靠数十万个微小的镜子，这些微小的镜子排成800行，每行有600个镜子。每个镜子都装有转轴。一个制动器被安装到每个转轴上。该制动器通常具有静电能，它能够以高频绕轴倾斜每个镜子。活动的镜子可以调制光，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。尽管DLP已经很成功，但它通常很难制造并且成品率很低。
另一种技术称作LCOS。LCOS使用施加到反光镜衬底的液晶。随着液晶“打开”或“关闭”，光被反射或阻挡以对光进行调制，进而产生显示图像。与传统的透射式LCD相比，反射式LCOS显示器允许更多的光通过光学系统，从而提供了较高的亮度。
如图1所示，铝通常被用作电极的反射薄膜。为了获得高反射率，通常需要平滑的铝/氧化物结构。平滑铝/氧化物的一种传统方法是化学机械平坦化(通常称作Al CMP工艺)。然而，CMP工艺会产生许多问题，例如铝表面的凹陷、微划痕和氧化。下文将详细描述这些以及其它缺陷。
从上面可以看出，需要一种改进的技术，用于处理半导体器件。
发明内容
根据本发明，提供了用于制造电子器件的集成电路加工技术。更具体的说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
在一个具体实施例中，本发明提供了一种制造硅上液晶显示器件的方法。所述方法包括提供一个半导体衬底，例如硅晶圆。所述方法包括形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管层。所述晶体管层中优选地具有复数个MOS器件。所述方法包括形成一个中间电介质层(例如，BPSG、FSG)覆盖在所述晶体管层上。所述方法包括平坦化所述中间电介质层，并形成一个牺牲层(例如，底部抗反射涂层、聚酰胺、光致抗蚀剂、多晶硅)覆盖在所述平坦化的中间电介质层上。所述方法包括穿过所述牺牲层在所述中间电介质层的一部分的内部形成复数个凹陷区域，而所述中间电介质层的其它部分保持完整。优选地使用图形曝光技术来形成所述凹陷区域。所述方法包括形成一个铝层(或其它反射层或多层)来填充所述凹陷区域并覆盖所述牺牲层的剩余部分，并有选择地去除覆盖在所述牺牲层的多个部分之上的所述铝层，进而形成对应于每个所述凹陷区域的复数个电极区域。
在另一个具体实施例中，所述方法提供了另一种用于形成硅上液晶显示器件的方法。所述方法包括提供一个半导体衬底，并且形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管层。所述晶体管层中优选地具有复数个MOS器件。每个MOS器件包括一个第一接触区域和一个第二接触区域。所述方法还包括形成一个中间电介质层覆盖在所述晶体管层上，以及平坦化所述中间电介质层以形成一个平坦化的表面区域。所述电介质层可选地已经进行了平坦化。所述方法包括形成一个牺牲层覆盖在所述平坦化的中间电介质层的所述平坦化的表面区域上，并且穿过所述牺牲层在所述中间电介质层的一部分的内部形成复数个凹陷区域，而所述中间电介质层的其它部分保持完整。所述方法包括形成一个金属层(例如，铝)来填充所述凹陷区域并覆盖所述牺牲层的剩余部分。有选择地去除覆盖在所述牺牲层的多个部分之上的所述金属层，以形成对应于每个所述凹陷区域的复数个电极区域。每个所述电极区域分别耦合到所述复数个MOS器件中的每个MOS器件。优选地通过去除的牺牲层来剥离(lift off)所述金属层的多个部分。所述方法还包括形成一个保护层覆盖在所述复数个电极区域的每个电极区域的表面区域之上，以为每个所述电极区域的所述表面区域完成镜面精加工。
在另一个具体实施例中，本发明提供了一种LCOS器件。所述LCOS器件具有一个半导体衬底。形成了一个MOS器件层覆盖在所述半导体衬底之上。所述MOS器件层优选地具有复数个MOS器件。形成一个平坦化的中间电介质层覆盖在所述MOS器件层之上。所述LCOS器件还具有在所述中间电介质层的一部分的内部的复数个凹陷区域以及一个金属层(例如，铝)，以填充每个所述凹陷区域，进而形成对应于每个所述凹陷区域的相应的复数个电极区域。每个所述电极区域分别耦合到所述复数个MOS器件中的至少一个MOS器件。形成一个保护层覆盖在所述复数个电极区域的每个电极区域的表面区域之上以保护所述表面区域。在每个所述表面区域之上具有精加工镜面。优选地，所述精加工镜面基本没有化学机械抛光工艺产生的凹陷和划痕。
通过本发明，实现了许多优于传统技术的优点。例如，本技术易于使用传统技术的工艺。在一些实施例中，本方法提高了每个晶圆上的芯片的器件成品率。此外，本方法提供了与传统工艺相兼容的工艺，而基本不用对现有的设备或工艺进行改动。本发明优选地提供了用作显示器的LCOS器件的改进的镜面。这样的镜面没有通常由化学机械平坦化或其它技术产生的凹陷和/或微缺陷。此外，所述镜面没有导致较差反射率的氧化。根据实施例，可以实现一个或多个这些优点。在本说明书的下文中，将详细描述这些以及其它的优点。
参考下文详细的描述和附图，可以更全面地理解本发明的各种其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的LCOS器件的简化横截面示图；
图2-4图示了根据本发明的实施例的制造LCOS器件的方法。
具体实施方式
根据本发明，提供了用于制造电子器件的集成电路加工技术。更具体的说，本发明提供了一种用于制造用作显示器的硅上液晶(LCOS)器件的电极结构的方法。但是应当认识到，本发明具有更宽泛的适用范围。
如所示，图1是根据本发明的实施例的LCOS器件100的简化横截面示图。该示图仅仅是一个示例，而不应作为对这里的权利要求的范围的限制。本领域普通技术人员将能看出许多变化、修改和替换。如所示，LCOS器件100具有一个半导体衬底101，例如硅晶圆。形成一个MOS器件层103覆盖在半导体衬底上。MOS器件层优选地具有复数个MOS器件。每个MOS器件具有一个作为电极的接触区域107和一个作为电位的接触区域105。形成一个平坦化的中间电介质层111覆盖在MOS器件层上。LCOS器件在中间电介质层的一部分的内部还具有复数个凹陷区域，并且还具有一个金属层(例如，铝)来填充每个凹陷区域以形成对应于每个凹陷区域的复数个电极区域113。每个电极区域通过互连结构109分别耦合到复数个MOS器件中的至少一个MOS器件。互连结构109可以是插塞(plug)或其它类似结构。形成一个保护层覆盖在复数个电极区域中的每个的表面区域上，以保护该表面区域。在每个表面区域上都有一个精加工镜面116。该精加工镜面优选地基本没有从化学机械抛光工艺产生的凹陷和划痕。每个电极可以具有约从2000埃到约4000埃的厚度，并且可以是其它量级。每个电极代表LCOS器件的像素阵列中的一个像素。图中还示出了覆盖在电极之上的液晶薄膜115。LCOS器件还具有一个透明电极层(例如，铟锡氧化物)117和一个上覆的玻璃板119用于密封所述的多层结构。在本说明书及下文中可以找到对操作LCOS器件的方法的细节描述。
为了操作LCOS器件，光120穿过玻璃覆层、通过透明电极而到达液晶薄膜。当电极没有加偏压时，液晶薄膜必须处于不工作(off)状态，其不允许光穿过。更确切地说，光被阻挡并且不能从电极的镜面反射回来。当电极通过MOS器件加以偏压时，液晶薄膜处于工作(on)状态，其允许光121穿过。光从电极的表面反射并且穿过处于工作状态的液晶薄膜。镜面优选地基本没有缺陷。因此入射光121的至少93％穿过LCOS器件而离开。在本说明书及下文中可以找到对制造LCOS器件的方法的细节描述。
根据本发明的实施例，用于制造LCOS器件的电极结构的方法可以简要描述如下：
1.提供一个衬底；
2.形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管元件层；
3.形成一个覆盖在所述晶体管元件层之上的中间电介质层；
4.形成到晶体管元件的接触结构；
5.形成一个牺牲层覆盖在所述中间电介质层上；
6.图案化所述中间电介质层以在所述中间电介质层内部形成复数个凹陷区域；
7.形成一个铝层覆盖在所述凹陷区域和所述中间电介质层的暴露部分之上，以填充每个所述凹陷区域，其中所述铝层的厚度被控制成与所述凹陷区域的深度相同；
8.从所述中间电介质层去除所述铝层部分，而所述凹陷区域中的铝层保持完整；
9.形成一个保护层覆盖在剩留在所述凹陷区域中的所述铝层的表面区域之上；
10.提供一个液晶层覆盖在所述保护层之上，一个透明电极层覆盖在所述液晶层之上以及一个玻璃层覆盖在所述透明电极层之上，进而形成LCOS器件；以及
11.执行其它所需步骤。
上面的步骤序列提供了根据本发明的实施例的一种方法。如所示，本方法使用的步骤组合包括形成用于LCOS器件的电极结构的方法。在不脱离这里的权利要求的范围的条件下，可以做出其它替换，如增加步骤，去除一个或多个步骤或者以不同的次序规定一个或多个步骤。在本说明书以及下文的详细描述中可以发现本发明的其它细节。
图2至图4图示了根据本发明的实施例的用于形成LCOS器件的方法。这些示图仅仅作为示例，而不应作为对这里的权利要求的范围的限制。本领域普通技术人员将能看出许多变化、替换和修改。如为了说明的目的而在图1中示出的，所述方法始于提供一个半导体衬底201(例如，硅晶圆)。所述方法包括形成一个覆盖在衬底上的晶体管层。晶体管层优选地具有复数个MOS器件，每个MOS器件具有一个第一接触区域和一个第二接触区域。所述方法还包括形成一个中间电介质层203覆盖在晶体管层上。该电介质层可以由BPSG、FSG、氧化物或它们的任意组合等形成。该电介质层优选地使用化学气相沉积工艺来形成。所述方法随后平坦化该中间电介质层以形成平坦化的表面区域。该电介质层可选地已经进行了平坦化。
现在参考图2，所述方法包括形成一个牺牲层205覆盖在所述平坦化中间电介质层的平坦化表面区域上。牺牲层可以由能够在预定条件下剥离的任何适当材料制成。这样的材料包括但不限于有机抗反射涂层(ARC)、多晶硅、光致抗蚀剂(或其它聚合物结构)、聚酰胺以及它们的任意组合等等。所述牺牲层被图案化。此外，所述方法通过图案化穿过牺牲层在中间电介质层的一部分207的内部形成复数个凹陷区域209，而所述中间电介质层的其它部分203保持完整。所述凹陷区域具有足够的深度，例如2000埃、4000埃或更小。每个凹陷区域将对应一个电极，每个电极将对应一个像素。
如图3所示，所述方法包括形成一个金属层(例如，铝)305以填充所述凹陷区域。该金属层例如铝层被溅射。优选地以预定方向(例如，垂直)溅射铝。如这里所示，铝层没有附着在牺牲层的边缘。所述方法还包括形成覆盖在牺牲层的剩余部分之上的金属层301。有选择地去除覆盖在牺牲层的多个部分之上的金属层，以形成对应于每个凹陷区域的复数个电极区域。表面可选地进行磨光或轻微抛光。所述金属层有一个充分平坦的表面，并且几乎没有影响反射率的表面缺陷。每个电极区域分别耦合到复数个MOS器件中的每个MOS器件。优选地通过去除405牺牲层来剥离金属层的部分。所述方法可选地包括施加到表面405的CMP磨光(buffing)和/或洗涤(scrubbing)步骤，以去除任何含有残留铝的颗粒等等。所述方法还包括形成一个保护层覆盖在复数个电极区域401的每个的表面区域之上，以保护每个电极区域的具有精加工镜面的表面区域。在完成的LCOS器件中，优选地至少有93％的光从所述精加工镜面反射回来。可以通过使用氧化性流体例如双氧水、臭氧/水混合物等处理裸露的铝层表面来形成保护层。所述氧化流体充分清洁并形成一个钝化层覆盖在裸露的铝层之上。根据实施例，还可以有其它的变化、修改和替换。
为了完成LCOS器件，所述方法形成一个含有液晶材料的夹层。这里，形成的液晶薄膜覆盖在电极之上。形成一个透明电极结构覆盖在液晶薄膜之上。所述方法形成一个玻璃板覆盖在透明电极上。这个夹层结构通常作为一个配件而形成，其稍后安置在LCOS器件的电极的表面之上。当然，本领域普通技术人员将能看出许多变化、替换和修改。
还应当理解，这里所描述的示例和实施例只是为了说明的目的，本领域的普通技术人员可以根据上述实施例对本发明进行各种修改和变化。这些修改和变化都在本申请的精神和范围内，并且也在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种制造硅上液晶显示器件(LCOS)的方法，所述方法包括：
提供一个衬底；
形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管层；
形成一个中间电介质层覆盖在所述晶体管层上；
平坦化所述中间电介质层；
形成一个牺牲层覆盖在所述平坦化的中间电介质层上；
穿过所述牺牲层在所述中间电介质层的一部分的内部形成复数个凹陷区域，而所述中间电介质层的其它部分保持完整；
形成一个铝层来填充所述凹陷区域并覆盖所述牺牲层的剩余部分；
有选择地去除覆盖在所述牺牲层的多个部分之上的所述铝层，进而形成对应于每个所述凹陷区域的复数个电极区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述牺牲层是有机抗反射涂层。
3.如权利要求1所述的方法，其中每个所述凹陷区域附近内部的所述中间电介质层部分没有任何牺牲层，并且被暴露。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述凹陷区域的深度从约2000埃到4000埃。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述中间电介质层是硼磷硅玻璃。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述铝层的表面区域没有化学机械平坦化产生的凹陷或划痕。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述铝层的特征在于反射率为93％或更大。
8.如权利要求1所述的方法，其中每个所述电极区域是一个电极和一个镜面。
9.如权利要求1所述的方法，其中每个所述电极区域都耦合到一个晶体管器件，所述晶体管器件适于向所述电极区域施加电压。
10.如权利要求1所述的方法，其中每个所述电极区域的特征在于在尺寸上是8微米×8微米大小。
11.一种用于形成硅上液晶显示器件的方法，所述方法包括：
提供一个半导体衬底；
形成一个覆盖在所述衬底之上的晶体管层，所述晶体管层中具有复数个MOS器件，每个所述MOS器件包括一个第一接触区域和一个第二接触区域；
形成一个中间电介质层覆盖在所述晶体管层上；
平坦化所述中间电介质层以形成一个平坦化的表面区域；
形成一个牺牲层覆盖在所述平坦化的中间电介质层的所述平坦化的表面区域上；
穿过所述牺牲层在所述中间电介质层的一部分的内部形成复数个凹陷区域，而所述中间电介质层的其它部分保持完整；
形成一个铝层来填充所述凹陷区域并覆盖所述牺牲层的剩余部分；
有选择地去除覆盖在所述牺牲层的多个部分之上的所述铝层，以形成对应于每个所述凹陷区域的复数个电极区域，每个所述电极区域分别耦合到所述复数个MOS器件中的每个MOS器件；以及
形成一个保护层覆盖在所述复数个电极区域的每个电极区域的表面区域之上，以使每个所述电极区域的所述表面区域完成镜面精加工。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述牺牲层是光致抗蚀剂、聚酰胺层、多晶硅层、或有机抗反射涂层。
13.如权利要求11所述的方法，其中通过氧化所述电极区域的一部分来提供所述保护层。
14.如权利要求13所述的方法，其中使用双氧水溶液和/或臭氧混合物来进行所述氧化。
15.如权利要求11所述的方法，还包括磨光所述复数个电极区域的表面区域和所述平坦化的表面区域的暴露部分，以从所述平坦化的表面区域的所述暴露部分去除任何含残留铝的颗粒。
16.如权利要求11所述的方法，其中通过所述牺牲层中的开口来形成所述凹陷区域。
17.如权利要求11所述的方法，其中以指定方向溅射所述铝层。
18.如权利要求11所述的方法，其中以指定方向溅射所述铝层，所述铝层没有与所述牺牲层的一部分限定的垂直区域接触。
19.如权利要求11所述的方法，其中精加工镜面没有凹陷和/或缺陷，从而获得大于93％的反射率。
20.如权利要求11所述的方法，还包括：形成一个液晶薄膜，在所述液晶薄膜之上形成一个上覆的透明电极，并在所述透明电极之上形成一个上覆的玻璃层，以形成一个硅上液晶显示结构覆盖在所述复数个电极区域之上。
21.一种硅上液晶器件，所述器件包括：
一个半导体衬底；
一个MOS器件层覆盖在所述半导体衬底之上，所述MOS器件层具有复数个MOS器件；
一个平坦化的中间电介质层覆盖在所述MOS器件层之上；
复数个凹陷区域，在所述中间电介质层的一部分的内部；
一个金属层，用于填充每个所述凹陷区域，进而形成对应于每个所述凹陷区域的相应的复数个电极区域，每个所述电极区域分别耦合到所述复数个MOS器件中的至少一个MOS器件；以及
一个保护层覆盖在所述复数个电极区域的每个电极区域的表面区域之上以保护所述表面区域；以及
每个所述表面区域之上的精加工镜面，所述精加工镜面基本没有化学机械抛光工艺产生的凹陷和划痕。
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