JP2002533773A - 薄い平面層をデバイスの表面上に形成する組み合わせcmp−エッチング方法 - Google Patents
薄い平面層をデバイスの表面上に形成する組み合わせcmp−エッチング方法Info
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Abstract
Description
詳細には、光学エレメントを堆積させた集積回路の表面を平坦化する新規の方法
に関する。さらにより詳細には、本発明はウェハベース反射型ライトバルブバッ
クプレーンの反射面を平坦化する新規の方法に関する。
の利点を有する。例えば、従来の透過型ディスプレイは、薄膜トランジスタ(T
FT)技術を基本とする。つまり、ディスプレイはガラス基板上に形成され、T
FTがピクセルアパーチャ間の領域に配置される。ピクセルアパーチャ間に駆動
回路を設置することは、光を透過させるために利用可能なディスプレイの領域を
制限し、そしてこれにより透過型ディスプレイの明るさを制限する。これに対し
、反射型ディスプレイの駆動回路は反射型ピクセルミラーの下に配置され、そし
てこれによりディスプレイの貴重な面領域を無駄にしない。結果として、反射型
ディスプレイは、その透過型ディスプレイの2倍より大きい輝度を有する。
処理を用いて製造され得、そしてこれにより最新式のサブミクロンCMOS技術
も利用できることである。特に、ピクセルミラーの間の低減された間隔は、ディ
スプレイの輝度を増加し、表示された画像中で個々のピクセルが見えることを低
減する。加えて、CMOS回路は、比較対象となるTFT回路よりも1桁以上速
い速度でスイッチングする、このことはウェハベース反射型ディスプレイをプロ
ジェクタおよびビデオカメラファインダ等の高速ビデオアプリケーションに良く
適応させる。
。反射型ディスプレイバックプレーン100は、シリコン基板102上に形成さ
れ、そして集積回路の層104、絶縁支持層106、複数のピクセルミラー10
8、および保護酸化物層110を含む。ピクセルミラー108はそれぞれ、関連
するビア112を介して層104の回路に接続される。バックプレーン100は
通常、ピクセルミラー上に光学活性媒体(例えば、液晶)の層114を形成しそ
してその光学活性媒体上に透過電極(図示せず)を形成することにより、反射型
ライトバルブ(例えば、液晶ディスプレイ)に組み込まれる。媒体を通過する光
は、ピクセルミラー108に印加される電子信号に依存して変調(例えば、偏向
回転)される。
ばまだら状に見えることである。反射型ディスプレイにおけるまだらの1つの原
因は、層114内の液晶の不均一な配向である。液晶層114の形成は通常、ワ
イピングまたはラビング工程を含み、ローラーまたは同様のものが液晶層上を通
過し、液晶の配置を生ずる。しかし、ピクセルミラー108はバックプレーン1
00の面から上向に突き出て(project)、隣接するピクセルミラーの間
の間隙を規定する。公知のワイピングプロセスは、これらの間隙内の液晶を配向
する(層114内の矢印により表される)のに有効でない。加えて、配向不良の
結晶は、層114内の隣接結晶の配向に悪影響を及ぼす。
る反射型バックプレーンである。
2を堆積することによって反射型バックプレーン200の平面を平坦化し、次い
で、層202を所望の厚さレベル204までエッチバックする方法の非有効性を
示す。特に、酸化物層202が堆積される際、ピクセルミラー108間の間隙へ
の開口部206は、間隙が充填される前に閉じる。これは、「鍵穴効果」として
当業者に公知である。次いで、酸化物層202がレベル204までエッチバック
された場合、非平面欠損(nonplanar defect)208が部分的
に充填された間隙に残り、層114の均一な配向を妨げる。
ックプレーンに従来の平坦化プロセスを使用する際に予期される問題を示す。バ
ックプレーン300は、厚い酸化物層302をピクセルミラー108上およびピ
クセルミラー108の間の間隙により露出された支持層106の部分上に形成す
ることにより、平坦化される。厚い酸化物層302は、ピクセルミラー108が
十分に薄い(例えば、1000オングストローム未満)場合は、図2に示される
ように鍵穴効果なしに形成され得るだけである。塗布後は、厚い酸化物層302
は、化学的機械研磨(CMP)として公知である従来プロセスにより、平面レベ
ル304に至るまで研磨される。このプロセスはまた、化学的機械平坦化として
称され、当業者にとって周知である。
ストローム以上の厚さを有する層に制限されるという欠点がある。つまり、CM
Pプロセスは、1000オングストローム未満の酸化物層をピクセルミラー10
8上に残すことができない。したがって、この平坦化方法は、光学エレメント上
に残っている膜の厚さが、しばしばその適切な光学機能にとって重要であるので
、光学エレメントを表面上に配置させた基板を平坦化するのにあまり適さない。
必要とされるものは、光学エレメント上に1000オングストローム未満の厚さ
を有する層を残すことのできる、表面上に光学エレメントを堆積させた基板の面
を平坦化する方法である。
面膜(例えば、光学薄膜コーティング)を含む基板(例えば、反射型ディスプレ
イバックプレーン)を平坦化する新規の方法を提供することにより、従来技術の
制限を克服する。基板が反射型ディスプレイバックプレーンであるとき、得られ
る平面は、投影した画像におけるまだらを減少させる。
能層にCMPプロセスを実行し、第1の厚さ(例えば、>1000オングストロ
ーム)を有する平面層を形成する工程、および平面層を第2の厚さ(例えば、<
1000オングストローム)までエッチングする工程を含む。特定の方法におい
て、基板は集積回路であり、プロジェクションは光学エレメントである。より特
定の方法においては、基板は反射型ディスプレイバックプレーンであり、そして
プロジェクションはピクセルミラーである。
化するのに適切な特定の方法において、エッチング可能層を形成する工程は、エ
ッチング抵抗層を基板上に形成する工程、充填層をエッチング抵抗層上に形成す
る工程、充填層をエッチングし、プロジェクションの上に重なるエッチング抵抗
層の部分を露出し、充填層の部分を間隙内に残す工程、エッチング可能層をエッ
チング抵抗層および充填層上の露出部分に形成する工程を含む。
必要に応じて、エッチング抵抗層は、例えば光学薄膜層およびエッチング抵抗キ
ャップ層等の複数の副層を含む。特定の方法において、エッチング抵抗層を形成
する工程は、酸化物層を形成する工程および窒化物層をその酸化物層上に形成す
る第2の工程を含む。
えば、塗布シリコン酸化膜)をエッチング抵抗層上に塗布する工程を含み得る。
必要に応じて、充填層は特定の波長の光を吸収するのに適切なドーパントを含む
。
に含む。保護層は、単一層または多重層を含み得る。例えば、1つのより特定の
方法において、保護層を形成する工程は、窒化物層を平面層上に形成する工程を
含む。またもう1つのより特定の実施形態は、酸化物層を窒化物層上に形成する
工程、および、次いで、第2の窒化物層を酸化物層上に形成する工程をさらに含
む。
レメントを明示する。
れた以下の同時係属中の特許出願に関し、そして全体を本明細書中で参照として
援用する。
願シリアル番号09/219,579、Method For Manufac
turing A Planar Reflective Light Val
ve Backplane、および Jacob D.HaskellおよびRong Hsuによる、米国特許出
願シリアル番号09/219,617、A Planar Reflectiv
e Light Valve Backplane. 本発明は、複数の表面プロジェクションを有する基板を平坦化する方法を提供
することにより、従来技術に関連する問題点を克服する。詳細には、本発明は、
薄膜層を堆積させた基板を平坦化する方法を説明する。以下の記載において、多
くの特定の詳細(例えば、光学層、エッチング抵抗層および保護層の特定の構成
および厚さ)が、発明の完全な理解を提供するために説明される。しかし、発明
はこれらの特定の詳細とは別に実行され得ることが、当業者により理解される。
他方、半導体処理および光学薄膜コーティングの周知の詳細は、本発明を不必要
に不明瞭にしないために省略された。
プレーン400の断面図である。反射型バックプレーン400は、集積回路の層
404、絶縁支持層406、および複数のピクセルミラー408を含むシリコン
基板402上に形成される。集積回路層404は、データソース(図示せず)か
ら表示データを受信して、ピクセルミラー408上の表示データのアサーション
(assertion)を制御する。絶縁支持層406は、ピクセルミラー40
8に支持を提供して、集積回路層404からピクセルミラー408を絶縁する。
各ピクセルミラー408は、支持層406を介する関連ビア410により集積回
路層404に結合される。
408上およびピクセルミラー408間の間隙により露出された絶縁支持層40
6の部分上に形成される。エッチング抵抗層412は、光学薄膜層414および
エッチング抵抗キャップ層416を含む。光学薄膜層414は、薄膜干渉を介し
てピクセルミラー408の反射性能を最適化する。光学分野の当業者に周知の手
段を使用して、そのような膜の厚さは、建設的干渉を介して所望の波長の光の反
射を強化するため、および非建設的干渉を介して不要な反射を抑制するために、
処理される。したがって、薄膜光学コーティングの厚さは、その機能にとって重
要である。
から保護し、その厚さが不変であることを確実にする。加えて、エッチング抵抗
キャップ層416はまた、光学薄膜層として機能する。したがって、光学薄膜層
414を含むエッチング抵抗層412もまた、エッチング抵抗キャップ層416
を含む光学薄膜コーティング412であることが当業者により適切に理解され得
る。
まで堆積することにより形成される。エッチング抵抗キャップ層416は、窒化
ケイ素を820Åの厚さまで堆積することにより形成される。しかし、光学薄膜
層414が多様な構成および厚さの光学薄膜コーティングに置き換えられ得るこ
とが、当業者により認識される。同様に、エッチング抵抗キャップ層416は、
多様な厚さおよび構成のエッチング抵抗キャップ層に置き換えられ得る。他の実
施形態において、エッチング抵抗層412は、エッチング抵抗を有しかつ光学薄
膜として機能する材料(例えば、窒化物)の単一層として形成される。
堆積される。特定の実施形態において、充填層418はシリコン処理分野の当業
者に周知の方法を使用して、製品C2052154D SOG FOX−15の
ようなDow Corningから入手可能な塗布シリコン酸化膜材料を用いて
形成される。
この工程において充填層418は、ピクセルミラー408の上に重なるエッチン
グ抵抗層412の部分を露出するのに十分な時間の間にエッチングされるが、充
填層418の部分をピクセルミラー408の間の間隙に残す。ウェット化学エッ
チング(例えば、フッ素水素酸)またはドライエッチング(例えば、プラズマエ
ッチング)のどちらかがエッチング工程を実行するために用いられ得るが、ウェ
ットエッチングの方が、エッチング抵抗層412と充填層418との間の選択性
が大きい。
グ液に抵抗性があるため、充填層418をオーバーエッチングする工程は、エッ
チング抵抗層412、特に光学薄膜層414の厚さに影響を与えない。しかし、
充填層418をオーバーエッチングする工程は、ピクセルミラー408間の間隙
から充填層418の一部の除去を生じ、エッチング抵抗層416の上部面502
から充填層418の上部面504までのステップダウンを生成する。1000Å
から1200Åのステップダウンは許容可能であり、下記のような後に続く層の
形成により充填される。
射型バックプレーン400の断面図である。エッチング可能層602は、ステッ
プダウンが1200Å以下である限り、エッチング抵抗キャップ層416から充
填層418までのステップダウンを充填する。次いで、エッチング可能層602
は、第1のレベル604の厚さまで減少するCMPプロセスを用いて、平面層6
06を形成される。公知のCMPプロセスに関連する制限のため、平面層606
の第1の厚さは1000オングストローム未満になり得ない。次いで、平面層6
06はエッチングされて、1000オングストローム未満であり得る第2のレベ
ル608まで、厚さをさらに減少する。したがって本発明の方法は、薄い光学膜
のオーダー(例えば、700〜900nm)の厚さを有する平面層を作成するた
めに使用され得る。
0の断面図である。特定の実施形態において、保護層702は1200Åの窒化
物層であり、そしてピクセルミラー408の上に重なる平面層606の部分は6
80Åの厚さを有する。保護層702は、反射型バックプレーン400の表面を
より頑丈にして、反射型ライトバルブを構築する際のさらなる処理に耐えるよう
にする。例えば、液晶ディスプレイを構築する際、ポリイミドコーティングは反
射型バックプレーン上に物理的にワイピングされる。保護コーティングなしでは
、このワイピング工程は反射型バックプレーンを破壊する。保護層702は、別
の保護コーティング(例えば、ドープトオキサイドまたはオキシ窒化ケイ素(s
ilicon−oxy−nitride))に置き換えられ得ることが、当業者
により認識される。
702、平面層606およびエッチング抵抗層412は多層の光学薄膜コーティ
ングを形成すると考えられ得る。そのような多層コーティングの使用は通常、よ
り広範な光学スペクトル上で良好な光学的性能を生じる。
型バックプレーンにまさる。まず、バックプレーン400の平面は、ピクセルミ
ラー408の横側エッジでの光の偽(spurious)反射を除去する。続い
て、反射型バックプレーン400の頑丈な平面は、例えばポリイミドおよび/ま
たは液晶材料等の、後に塗布されるディスプレイ材料の塗布を容易にする。加え
て、反射型バックプレーン400は、標準的なシリコン製造手順によって全体的
に製造され得、したがって既存のシリコン製造設備によって低コストで製造され
得る。
ロームを越える表面プロジェクション(例えば、厚いピクセルミラー)を有する
基板を平坦化するのに特に良好に適する。1000オングストロームより小さい
表面プロジェクションを有する基板に対しては、「鍵穴効果」(図2)は起こら
ない。したがって、エッチング抵抗層412および充填層418を形成する工程
は省略され得、そしてエッチング可能層302は、ピクセルミラー408上およ
びピクセルミラー408の間の間隙により露出される支持層406の部分上で直
接形成され得る。
断面図である。反射型バックプレーン800は、複数のピクセルミラー802、
絶縁支持層804および集積回路層806を含み、これらすべてはシリコン基板
808上に形成される。平面層810は、上記の組み合わせCMP−エッチング
方法を用いて、ピクセルミラー802上および支持層804の露出部上に形成さ
れる。特定の実施形態において、平面層810はピクセルミラー802上で75
0Åの範囲(±10%)の厚さを有する酸化物層であり、光学薄膜として機能す
る。
供する。特定の実施形態において、保護層812は第1の窒化物層814(64
0Å(±10%))、酸化物層816(840Å(±10%))および第2の窒
化物層818(1200Å(±10%))を含む。平面層810および保護層8
12は共に、多層の光学薄膜コーティングを形成する。
0を要約したフローチャートである。方法900は、基板に表面プロジェクショ
ンを提供する第1の工程902を含む。特定の方法において、基板は反射型ディ
スプレイバックプレーンであり、プロジェクションはピクセルミラーであるが、
本発明の方法は、例えば光学エレメントを表面上に堆積させた他の集積回路等の
他の基板を平坦化するために利用され得ることが、当業者によって認識される。
よび表面プロジェクションの間で規定された間隙を含む基板上に形成される。第
2の工程704中のエッチング可能層の形成は、多くの副工程を含み得ることが
、当業者によって認識される。例えば、図6を参照にして上記に説明されたよう
に、エッチング可能層602は、エッチング抵抗層412および充填層418上
に形成され得る。必要に応じて、図8を参照して上記に説明されたように、エッ
チング可能層(平面層810)は、ピクセルミラー802上および支持層804
の露出部上に直接形成され得る。
上で実行され、第1の厚さ(>1000オングストローム)を有する平面層60
6を形成する。次いで、第4の工程908において、平面層606は所望の第2
の厚さ(<1000オングストローム)に至るまで、エッチングされる。選択可
能な工程(図9中で図示せず)において、保護層702はエッチングされた平面
層606上に形成される。保護層は、不活性化層および物理的保護層として機能
する。特定の方法において、保護層は複数の副層を含み、保護層を形成する工程
は、それぞれの副層の各々を形成する副工程を含む。例えば、図8を参照して説
明したように、保護層812は、第1の窒化物層814をエッチングされた平面
層810上に形成し、次に酸化物層816を窒化物層814上に形成し、そして
最後に第2の窒化物層818を酸化物層816上に形成することにより、形成さ
れる。
に形成する)を実行する特定の方法1000を要約したフローチャートである。
方法1000は、1000オングストロームを越える表面プロジェクション上で
エッチング可能層を形成するのに特に良好に適する。第1の工程1002におい
て、エッチング抵抗層412(図4)は、ピクセルミラー408および支持層4
06の露出部上に形成される。次に、第2の工程1002において、充填層41
8(例えば、塗布シリコン酸化膜)がエッチング抵抗層412上に形成される。
次に、第3工程1006において、充填層418をエッチングして、ピクセルミ
ラー408の上に重なるエッチング抵抗層412の部分を露出するが、充填層4
18の一部をピクセルミラー408の間の間隙に残す(図5)。最後に、第4の
工程1008において、エッチング可能層602はエッチング抵抗層412の露
出部上および充填層418の残りの部分上に形成される(図6)。
発明の範囲から逸脱することなしに代替、変更または省略され得る。例えば、充
填層はスピンオンコーティングを塗布する以外の手段によって形成され得る。加
えて、適切な耐久性の材料が平面層を形成するのに使用され得、保護層のさらな
る形成は省略され得ることが予想される。さらに、本発明の使用は、反射型ディ
スプレイバックプレーンを平坦化することに制限されない。むしろ、本発明は、
プロジェクション上に形成された薄膜層を用いて、複数の表面プロジェクション
を有する基板を平坦化することが望ましいときに採用され得る。
である。
である。
クプレーンの断面図である。
ブバックプレーンの断面図である。
バックプレーンの断面図である。
た後の、図6の反射型ライトバルブバックプレーンの断面図である。
トである。
たフローチャートである。
る方法を要約したフローチャートである。
Claims (35)
- 【請求項1】 薄い平面層をデバイスの表面上に形成する方法であって、該
方法は、 複数の表面プロジェクションの間で間隙を規定する該複数の表面プロジェクシ
ョンを包む基板を提供する、工程と、 エッチング可能層を該基板上に形成する、工程と、 該エッチング可能層上でCMP処理を実行して、第1の厚さを有する平面層を
形成する、工程と、 該平面層を第2の厚さまでエッチングする、工程と、 を包含する、方法。 - 【請求項2】 前記基板が集積回路を包み、 前記プロジェクションが光学エレメントを包む、請求項1に記載の方法。
- 【請求項3】 前記基板が反射型ディスプレイバックプレーンを包み、 前記プロジェクションがピクセルミラーを包む、請求項1に記載の方法。
- 【請求項4】 前記第1の厚さが1000オングストローム以上であり、 前記第2の厚さが1000オングストローム未満である、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項5】 前記エッチング可能層を基板上に形成する工程が、 エッチング抵抗層を該基板上に形成する、工程と、 充填層を該エッチング抵抗層上に形成する、工程と、 該充填層をエッチングして前記プロジェクションの上に重なる該エッチング抵
抗層の部分を露出して、該充填層の部分を前記間隙内に残す、工程と、 該エッチング可能層を該エッチング抵抗層の露出部および該充填層上に形成す
る、工程と、 を包含する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記エッチング抵抗層を形成する工程が、光学薄膜層を堆積
する工程を包含する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記エッチング抵抗層を形成する工程が、エッチング抵抗キ
ャップ層を前記光学薄膜層上に堆積する工程をさらに包含する、請求項6に記載
の方法。 - 【請求項8】 前記エッチング抵抗キャップ層が窒化物層を包む、請求項7
に記載の方法。 - 【請求項9】 前記エッチング抵抗キャップ層が640Å(±10%)の範
囲の厚さを有する、請求項7に記載の方法。 - 【請求項10】 前記光学薄膜層が酸化物層を包む、請求項6に記載の方法
。 - 【請求項11】 前記酸化物層が750Å(±10%)の範囲の厚さを有す
る、請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記エッチング抵抗層がエッチング抵抗キャップ層をさら
に包含する、請求項10に記載の方法。 - 【請求項13】 前記エッチング抵抗キャップ層が窒化物層を包む、請求項
12に記載の方法。 - 【請求項14】 前記酸化物層が750Å(±10%)の範囲の厚さを有し
、 前記窒化物層が640Å(±10%)の範囲の厚さを有する、請求項13に記
載の方法。 - 【請求項15】 前記光学薄膜層が750Å(±10%)の範囲の厚さを有
する、請求項6に記載の方法。 - 【請求項16】 前記平面層をエッチングする工程の後、保護層を該平面層
上に形成する工程をさらに包含する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項17】 前記保護層を形成する工程が、窒化物層を前記平面層上に
形成する工程を包含する、請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 前記窒化物層が1200Å(±10%)の範囲の厚さを有
する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項19】 前記平面層が酸化物層を包含する、請求項5に記載の方法
。 - 【請求項20】 前記酸化物層が840Å(±10%)の範囲の厚さを有す
る、請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 窒化物層を前記酸化物層上に形成する工程をさらに包含す
る、請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】 前記酸化物層が840Å(±10%)の範囲の厚さを有し
、 前記窒化物層が1200Å(±10%)の範囲の厚さを有する、 請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 前記充填層を形成する工程が、スピンオンコーティングを
前記エッチング抵抗層上に適用する工程を包含する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項24】 前記充填層が塗布シリコン酸化膜を包含する、請求項23
に記載の方法。 - 【請求項25】 前記充填層が光吸収ドーパントを包含する、請求項23に
記載の方法。 - 【請求項26】 前記ドーパントが色素を含む、請求項25に記載の方法。
- 【請求項27】 前記充填層をエッチングする工程が、前記ピクセルミラー
の上に重なる前記エッチング抵抗層から前記間隙に残る該充填層までの1200
Å(±10%)以下のステップダウンを生成するのに十分な時間の間、該充填層
をエッチングする工程を包含する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項28】 前記第2の厚さの前記平面層が、光学薄膜層を包含する、
請求項1に記載の方法。 - 【請求項29】 前記光学薄膜層が840Å(±10%)の範囲の厚さを有
する、請求項28に記載の方法。 - 【請求項30】 前記光学薄膜層が酸化物層を包む、請求項28に記載の方
法。 - 【請求項31】 保護層を前記光学薄膜層上に形成する工程をさらに包含す
る、請求項28に記載の方法。 - 【請求項32】 前記保護層が窒化物層を包含する、請求項31に記載の方
法。 - 【請求項33】 前記保護層が1200Å(±10%)の範囲の厚さを有す
る、請求項31に記載の方法。 - 【請求項34】 前記保護層を形成する工程が、 第1の窒化物層を前記光学薄膜層上に形成する、工程と、 酸化物層を該第1の窒化物層上に形成する、工程と、 第2の窒化物層を該酸化物層上に形成する、工程と、 を包含する、請求項31に記載の方法。
- 【請求項35】 前記光学薄膜層が750Å(±10%)の範囲の厚さを有
する酸化物層を包み、 前記第1の窒化物層が640Å(±10%)の範囲の厚さを有し、 該第1の窒化物層上の該酸化物層が、840Å(±10%)の範囲の厚さを有
し、 前記第2の窒化物層が1200Å(±10%)の範囲の厚さを有する、 請求項34に記載の方法。
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