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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^^SlS2 A7 ___B7________ 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明與諸多顯示裝置有關；且更特別的是，與具有用 來控制對應像素之諸適當的控制電路，並位在一半導體基 層上的一種反射式空間光調變器陣列有關。 發明背景 也簡稱爲光閩（light-valve)陣列的空間光調變器（SLM)陣 列，均用於投影顯示，光學相互連接，全像攝影儲存 (holographic storage)及其它諸多應用中，其中光係以空間 方式（spatially)和以時間（關係）方式（temporally)加以調變以 回應一數據（data)陣列。以矽爲基礎的（sibased)SLM具有 許多優點。利用一種以矽爲基礎的反射式SLM，即使具有 諸多小的像素也能獲得南的光輸貫量，此乃因爲：如在光 通過基質之一透射式顯示器（transmissive display)中那樣， 諸多址線及像素儲存電容器並不會阻撞光。利用諸多單晶 (single crystal)梦電晶體，其電晶體的諸多交換速度均比利 用現在已經用於扁平面板顯示器的諸多非結晶 > (amorPh〇us)碎或複晶（polycrystalline)砍電晶體的還快，因 而准許顯示器具有一種較高的訊框速率（frame rate)和較高（ 品質）的資訊内容。另外，即使是老式的矽晶片（chip)製造 設備，也能在一 S L Μ上維持諸多特徵大小（feature sizes)， 它們比利用當今扁平面板製造技術現有的特徵大小還更精 細。就具有SLM之大小的顯示器規模（scale)而言，由於還 有其它光學組件的大小，故將特徵大小，進而是像素大小 降到最小程度是所要的。 -4- 本紙张尺度關f關家標準（CNS ) A4規格（210X297公赛） • (，* 裝-----— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4.- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 在公告於1991年3月12日，由特威爾德（T.S_ Te Velde)提 出申請的美國專利申請第4,999,6 19號中就描述有一種電光 式（electro-optic)顯示装置，它具有：一液晶材料層，該層 位在具有至少一個透明的第一控制電極的第—透明支承板 (supporting plate)和第二支承板之間；及至少—個半導體基 體（body)，它具有一個或更多用來驅動已經以排成行列的方 式佈置之一像素陣（picture element matrix)的交換式元件， 並具有各自分開地可用電氣方式驅動的諸多圖像電極 (picture electrodes)。可將第二支承板配備有—附加的反射 層（介電鏡），該層覆蓋諸多像素和（可能的）諸多中間的半 導體材料零件。然後，仍將妥善屏蔽中間的半導體材料不 受入射光影響。 在刊載於SID，1993年版文摘第2 99頁，由葛魯克等人所 發表，標題爲”適於彩色電視投影的一種Si : η薄膜電晶體 (TFT)定址的反射式又/ 4 - H A Ν模式光閥之光效率的改良" 的專文中，可藉著將諸多TFT，儲存電容器，以及諸多行 f和列直線置於一諸多反射式鋁像素電極的陣列下面而獲得 一大的光活性區（active area)，用以提供具有解析度爲4〇〇 χ 200像素’像素大小爲5 〇微米（^ m) χ 55微米，而孔徑比 (aperture ratio)爲 84% 的一種Si : H TFT定址的光閥。 在刊載於應用光學文獻第32,5 549號（1993年版），由歐哈 起_( A. CV Hara)等人所發表，標題爲”利用介電塗層處理 (dielectric coatings)及化學一機械抛光處理（chemical-mechanical polishing, CMP)針 對反射 式空間 光調變 器之鏡 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210.X297公釐） (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) .裝· 、-° ^182 ----—五、發明説明（ Μ Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 子品質和效率的改良，，的專文中，不是藉著將在上的鏡子塗 上一層二氧化矽，就是在沉積鋁以形成鏡子前藉著將在下 的二氧化矽施以化學-機械拋光，而改良一種空間光調變器 的鏡子品質。 對於諸多爲平面板顯示器而言，可將大小爲幾微米的諸 多塑膠球以隨機方式散佈在液晶裝置間隙中以作間隔層用 二就要被使用之非常小的像素大小（在一邊上爲17微米）而 言，當單一間隔球就能阻擋舉足輕重之一鏡子面積的4%時 ，之所以會舉足輕重，乃是因爲對於一4位元灰度（grey scale)而5，最低有政位元對應於鏡面的6 % ;且當諸多間 =球的任何群聚動作（clustering)就會造成較嚴重的鏡面陰 影現象（mirror shadowing)時，這並不實用。 建構於前面玻璃上之剛硬的Si%(二氧化矽）間隔層的使 用，在刊載於SID，1992年版文摘第277頁，由星 Glueck)等人所發表，標題爲，，具有快速交換操作^^射 式HAN模式光閥的彩色電視投影"，以及上面所援引的， 刊載於SID，1993年版文摘第299頁，由羞等人所發表 的專文中都已加以報導過。i面所援引的，由特威爾德裎 出申請的美國專利申請第4,999,619號描述有：藉由光^印 術（Photo lith〇graphy)及蝕刻法，由一層氧化鎂（magnesium 〇xide)所形成的諸多間隔層或間隔柱（posts)。 發明概要 根據本發明，k供用於調變光的一種空間光調變器陣列 和其製造方法，包括：許多液晶裝置，被定位於一半導體

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂了· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 293182 A7 -丨丨… 丨"丨* 1丨—— B7 五、發明説明（4 ) " ' —'~~~—-- 基質上<一介電層上對應之鏡子的上方；許多電路，被形 成於分別核合到諸多液晶裝置的半導體基質中，用以調變 通過該處的光；以及一反射/吸收層，相對於諸多鏡予被定 位並施以圖案設計（patterned)。反射/吸收層爲許多電路提 供光屏蔽，使其不受周圍和射入光（impinging light)影響， 反射/吸收層之一邊緣與鏡子之一邊緣相重疊，用以形成— 重疊區，以便將正通過射入半導體基質的周圍和射入光， 按照約100,〇〇〇或較高之一因數加以衰減。 附圖概述 本發明的這些和其它的諸多特點，目的和優點，均將因 下列之發明闡述的考量並連同附圖加以研讀而得以彰顯， 其中： — 圖1係本發明之一實施例的一種橫截面圖。 圖2係針對多種厚度之一鋁鏡的一種反射率（refiectivity) 對熱處理的曲線圖。 圖3係針對鋁和針對一種鋁（〇 5重量百分比（wt· 的銅） f 合金的一種反射率對退火（annealing)溫度的曲線圖。 圖4係一種反射率對諸多光測試結構：^ 1，〇p2，和 Ο P 3的曲線圖。 圖5到1 0均爲在經過用以建構在圖1中所示.之實施例的諸 多經選定處理步驟後的橫截面圖。 圖11係在圖1 〇中所示之結構的一種掃描電予顯微照相片 (electron micrograph)的俯視圖。 圖1 2到1 7均爲在經過用以製造本發明之—交替實施例的 本紙張尺度適用中國國家標準（〇〜$)人4規格（210'/297公楚：） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂*1_ A7五、 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 發明説明（ 多種處理步驟後的橫截面圖。 較多較佳實施例的描诚 參考圖1，顯示一種空間光調變器10的一半之一橫截面 圖。可將許多空間光調變器1 〇同時形成在諸如2〇48 χ 2〇48 個像素之一陣列1 1中。利用1 · 4微米石印術（lith〇graphy)可 形成在一邊上爲1 7微米的像素大小。一種液晶装置丨2被顯 示定位在基質1 4的上方，該基質可能是諸如矽（Si)或鍺化 妙（SiGe)的一種單晶半導體或"在絕緣體上的半導禮 ’’（semiconductor on insulator，SOI)，而裝置則包含：被諸 多層間（interlevel)管道（諸如管道（via)或間柱（stud) 17)，複 晶矽層18和20，及金屬層22所連接的許多電路16(未示出） 。液晶裝置1 2包括一液晶材料2 ό ;可能是例如：銦錫（In_ Sn)氧化物（ITO)之一上電極28 ;兼俱如電極和鏡子般功能 之一下電極/鏡30;以及用來間隔上電極28和下電極3〇的 間隔層32。就每一液晶裝置12而言，並不需要間隔層32。 一反射/吸收層34具有阻擋或衰減周圍光和入射光的功能， 由諸多箭頭5 4 ’ 5 8和5 9所示的這些光有：在空間光調變器 10上，正通過在諸如下電極/鏡33和下電極/鏡3〇之二鏡子 間的諸多開口（openings)或間隙，和正通過射入半導體基質 114° 爲了完成空間光調變器1 〇的描述，—介電層3 6係被定位 在基質1 4與可能是例如：熱氧化物（therma丨〇xide)的複晶矽 層1 8之間。可能是約6 5 〇埃（A)之一薄介電層3 8，則是被 定位在二複晶矽層1 8與2 0之間。一介電層4 〇係被定位在複 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) A4規格（210X29*7公廣） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂- ^93182 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 晶矽層20及/或介電層38與金屬層22及/或介電層42之間。 介電層3 8可以熱方式生長在複晶矽層1 8上。可利用諸如使 用TEOS做爲先行氣體（precursor gas)的化學蒸汽沉積法 (chemical vapor deposition，CVD)形成介電層 4〇 和 42。如 圖1中所示’介電層42可能具有以化學和機械方式加以拋 光之一上表面43，用來提供一已平面化的（planarized)上表 面43。可在屬於相同材料之介電層42的上方形成一介電層 44。介電層46係在反射/吸收層34之上形成，它填滿在反 射/吸收層34與金屬層24及/或下電極/鏡30之間的間隙。 介电層46可能是氮化珍（sincon nitride)，用來提供具有ε (epsilon)約爲7的一種高介電常數材料，以便在金屬層24與 反射/吸收層3 4之間形成一電容器4 8。電容器4 8係與由複 晶矽層18，介電層38及複晶矽層20所形成的電容器5〇相 耦合（未示出其間的諸多相互連接），它具有保持在下電極/ 鏡30上之電壓的功能。反射/吸收層34可以是在地電位。 一種反射式空間光調變器10的諸多功能要求包括：㈠屏 f蔽半導體基質14不受入射光（周圍和射入光）影響，2)高的 光輸貫量與對比，3)像素儲存電容，及4)在沒有使鏡子變 模糊的諸多間隔層下，液晶晶格（cen)厚度的精確控制。如 在圖1中所示，間隔層32並不會使下電極/鏡3〇變模糊。對 每一像素而t，間⑮層32不需重複，但均要按照用來將蓋 板（c〇verplate)52保持在下電極/鏡3〇上方之一均勻距離處 所需的間距（intervals)加以定位。對於從丨〇到4 〇 〇個像素的 任何地方而言，就可能需用一間隔層。

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂*-- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 對於在圖1中所示的結構而言，異蔽在形成諸多電路之基 質1 4中的諸多半導體裝置不受光影響’係由下電極/鏡3 〇 及反射/吸收層34的組合所達成。下電極/鏡30和反射/吸收 層3 4兩者均足夠厚使得它們都不透光。射於液晶裝置丨2和 相鄰液晶裝置的兩個下電極/鏡30與33(已部份顯示在圖1 中3 0的左側）之間開口 5 6的光或輻射能5 4和5 8，會進入介 電層46 ;而且，要到達諸多介電層44，42，40和36及包 含諸多電路16(未示出）之半導體基質14，在反射/吸收層 34的上表面55與下電極/鏡30的下表面之間，就需要如箭 頭59所示多次（重）的反射。反射/吸收層34的上表面55可 能是氮化鈦（TiN)，它具有在對藍光而言是2 〇 %與對紅光而 言是6 5 %之間的反射率。就以偏離法線（norniai)7度角射入 的紅光而言，要到達在間柱1 7近處的開口 5 7，被反射光就 需要如箭頭5 9所示將近一百次的反射，而光強度則會被減 /或衷減達1 0 1 9以上。在諸多液晶裝置1 2的陣列外側， 可用一敷蓋反射/吸收層34來保護諸多半導體装置不受入射 f 光或輻射能54影響。 光輸貫量的咼低端視由下電極/鏡3 0所佔空間光調變器1 〇 之面積的分數，下電極/鏡3 〇的反射率，以及下電極/鏡的 平整度（flatness)而定。下電極/鏡30的佔空因數（fni fact〇r) 係由在兩相鄰下電極/鏡3 〇與3 3之間，能夠可靠地施以圖 案設許的最小空間所決定；並且端視可供利用的石印術和 圖案裝作（patterning)技術而定。對在圖1中所示的空間光調 變器1 0而言，電極/鏡直徑或像素大小的寬度是在一邊上爲 -10 _ 本紙張尺i適用國國家標準（_CNS ) A4規格（210X 297公I )---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 訂- ----67 ___ 五、發明説明（8 ) 17微米，而在二個下電極/鏡30之間則具有ι·7微米之一標 稱間隔；下電極/鏡3 0的佔空因數爲8 1 %。因爲非常大的降 列面積’即：2,048 X 2,048個像素，故減少間隔是可能的， 但卻會使下電極/鏡3 0導致電極/鏡短路的機率増加。由於 鋁（Α1)是最具反射性的金屬之一，就相關的諸多波長而言 ’平均是92% ;故諸多下電極/鏡30均係由紹或一種銘的合 金所製成’而諸多銘-銅（Al-Cu)合金則均被用於半導體金屬 鍍層（metallizations)，諸如：在公告於1973年4月並指定给 在此處之受讓人，由愛密斯（Ames)等人楛出申請的美國專 利申請第3,725,309號中所描述的。將銅加到鋁，用以改善 電遷移效能（electromigration performance)並減少小丘 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (hillock)形成。銀雖具有稍強的反射性，如：9 3 %，但因銀 會迅速氧化而無法與典型的半導體製程相容。利用紹之一 缺點是：導因於熱膨脹與基質不相匹配，使得在熱循環期 間有諸多小丘的形成。藉著在金屬層2 4沉積之後限制諸多 熱處理（heat treatments);或者，藉著限制鋁晶粒大小（grain size) ’就可將小丘形成降到最少程度。在金屬層24形成之 後所達到的典型處理溫度爲4 0 0°C，它可能被減少到3 5 〇 °C 。藉著限制金屬層2 4的薄膜厚度，或利用合金加成法（all〇y additions)，就可將鋁晶粒大小減小。不過，將鋁薄膜厚度 減小太猛，就會導致在退火之後薄膜的燒結（aggl〇merati〇n) ，它也會減小反射率。 圖2係針對多種厚度之一鋁鏡的一種反射率對熱處理的曲 線圖。在圖2中’縱座標表示：以百分比（％)表示的光反射 -11 - 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210x297公酱） 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 Α7 ----- Β7 五 — 率（相對於未退火，厚100奈米（nm，1〇_丨9米）的鋁”而橫 座標則表示在一溫度下維持達30分鐘的熱處理。鋁鏡係由 4發二氧化矽上的鈦層達1〇奈米的厚度，隨後再蒸發鈦層 上的鋁而形成。由相互連接以形成曲線6 !到63的諸多實心 圓所顯示：鋁被沉積達50奈米厚度。曲線61到63分別對應 於450奈米，55〇奈米，和68〇奈米的光波長。就已沉積達 1 〇 0奈米厚度鋁而言，顯示由曲線6 4到6 6所相互連接的諸 多實心正方形。曲線64到66分別對應於45〇奈米，55〇奈 米，和680奈米的光波長。就已沉積達15〇奈米厚度鋁而言 ’顯示於圖2中的諸多實心三角形均由曲線67到69所相互 連接。曲線67到69分別對應於450奈米，550奈米，和680 ’丁'米的光波長。爲了改善黏附力（adhesion)和接觸電阻，就 以這些結果爲根據，選擇下面有一厚1〇奈米鈦層之一丨5〇 奈米厚度的銘鏡。將鋁和銅形成合金，雖會稍微減小對於 低溫度退火（或稱熱處理）的反射率，但與純鋁比較，導因 於已減少的小丘形成，卻會使在經過4 〇 〇。〇退火後的反射 f 率顯著地變得較好。 圖3係針對鋁和針對一種鋁（0 _ 5重量百分比的銅）合金的 一種反射率對退火的曲線圖。在圖3中，縱座標表示光的反 射率；而橫座標則表示在2 〇 〇。(：，3 5 0。(：加2 0 0。(：，以及 400 °C加200。(：時的熱處理（退火），其中每一溫度被維持長 達1小時。曲線7 1到7 3均針對分別由一種實心三角形，正 方形和圓形所示的諸多數據點；且針對一層二氧化矽，其 上有一厚10奈米的鈥層，而在鈥敷蓋層（blanket layer)上則 -12- ^ 1^-----„--II------ft (請先閲讀#·面之注意事項再填寫本頁) 本紙狀中關家縣(-_罐格（21(3>< 297公4) A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（1〇) 有一厚177奈米的鋁敷蓋層。而曲 一 两、，泉7 4到7 6則均針對分別 種二角形’正方形和圓形之私 _々之輪廓所不的諸多數據點； 層二氧切’其上有—厚叫米的鈇層，而在鈥 1滑上則有一厚173奈米的銘(0.5重量百分比的銅)敷蓋 層。曲線7 i和74顯示：針對45〇奈米波長（藍色）光的反射 率’曲線72和75顯示：針對55〇奈米波長（級色）光的反射 率，而曲線73和76則顯示：針對62 5奈米波長（紅色）光的 反射率。大塊（bulk)鋁具有約92%的反射率。在圖3中，由 曲線7 1到73可看出：對於長達丨小時的4〇(rc熱處理（退火） /鐵度加長達1小時的2 〇 〇 c溫度而言，反射率下跌到8 7 %以 下。而曲線7 4到7 6則顯示：在以上的熱處理（退火）溫度和 時間下，反射率只是約〇·5到〇.8%的微幅下滑而已。然而， 由曲線74到7 6所示的反射率停留在89.3%以上。較好反射 率的理由是：導因於在對鋁（0.5重量百分比的銅）薄膜施以 4 〇 〇 C熱處理（退火）期間較少的小丘形成。 在:¾子的平整度端視表面的平面性（planarity)而定，就在該 f 表面上形成諸多鏡予。可使用適於在包含諸多驅動元件之 一半導體基質上的諸多已平面化的鏡子的一種已化學-機械 抛光處理的（CMP)絕緣層。在圖1中所示之金屬層22的上方 可形成介電層42，先施以圖案設計再加以抛光，終於導致 在圖1中所示：在反射/吸收層34下方有一平面式表面。導 因於在圖4中所示的光圖案（optical pattern，OP)和電容器 (C) 一種測試結構，在形成一平面式介電層46和下電極/鏡 30方面’化學-機械抛光處理是非常成功的。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝. 訂 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 圖4是一種反射率對諸多光測試結構ci，〇1>2和〇1>3的 曲線圖，用以顯示：因在下面的諸多積體電路和相互連接 而引起的可接受之反射率上的減少。在圖4中，縱座標表示 光的反射率（絕對百分比），而橫座標表示三種測試結構， 即Cl ’ 0P2和〇P3。測試結構^表示：如圖1所示，—基 質I4，諸多介電声36，42，44及μ，其具有包括一厚15〇 奈米之鋁敷蓋鏡的下電極/鏡30，該敷蓋鏡係位於一個沒有 在下面的地形（t〇p〇graphy)，即：所有敷蓋層的區域上。測 試結構OP2表示：如圖i所示，一基質14，諸多介電層％ ，40，42，44及46，敷蓋金屬層22，間柱17，在—厚17 微米之栅格（grid)上被施以圖案設計的反射7吸收層34，以 及具有包括一厚150奈米鋁敷蓋層的下電極/鏡3〇。測試結 構0P3表示：除了金屬層22也是在一厚17微米之柵格上被 施以圖案設計，用以反射在敷蓋下電極/鏡3〇下方的諸多典 型電氣相互連接外的OP2結構。曲線81到83表示—取樣晶 圓（wafer);而曲線84到86則表示第二取樣晶圓。對應於曲 線81到83的實心三角形，正方形和圓形，係分別針對45〇 奈米（藍色）’ 550奈米（綠色）和62〇奈米（紅色）之光或輻射 能的波長；而對應於曲線84到86之三角形，正方形和圓形 的輪廓，則是分別針對45〇奈米，55〇奈米和62〇奈米之光 或輻射能的波長。如圖4中所示，遞增的拓撲（t〇p〇1〇g幻會 〜響絕對反射率，沒有一個測試樣本具有低於89.1 %的反射 率。最低的反射率是針對62〇奈米波長（紅光）的二條曲線 83和86。間柱17，二測試結構〇1>2和〇1)3之金屬層”和 -14 - 本纸法尺 X 297公嫠） -~~-— A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（12 ) 反射/吸收層34的圖案製作，視光的波長而定，減少反射率 約0 · 3到1 %。促成反射率上之減少的主要因素可能是：導 因於由間柱17上方之下電極/鏡3〇所形成的凹陷（depressi〇n) 或’’凹坑"（dimple)，在用以填滿間柱17之鎢（w)層的cMp 平面化期間，將該間柱加以分配（dished out)。 從在二像素下電極/鏡30與33之間已曝光反射/吸收層34 所反射的光’可減低空間光調變器1 〇的對比比値（contest ratio)。這正是有可能儘量多減少反射/吸收層34之反射率 之一附加的理由。由於被反射光需要具有正確的偏振或稱 偏極化（polarization)以便當做圖像的一部份呈現，故對比 也視所用之液晶模式，以及在像素之間呈現有什麼電場而 定。在反射/吸收層34上方之氮化矽（以3；^4)介電層以的厚 度，也可被調整到諸如：一個四分之一波長的厚度中，用 以造成針對一已知光波長的破壞性干擾。 要將半導體處理程序的諸多改變及像素大小減到最小程 度，在反射/吸收層34與像素下電極/鏡3〇之間的金屬鍍層 中，就包括有-顯著部份的像素儲存電容。將反射/吸收層 34接到一固定電位處，而且將反射/吸收層34接到下電極/ 鏡30重疊區，諸如：每一像素約23〇微米2，它提供 容器的-部份。由於Si3N4具有的介電常數約爲7，比‘ 具有的可能接近4.1還高；故使用—¥4層做爲絕緣層。2 具有此結構之0.5和3厘米2(cm2)的諸多大面積電容器具 約“奈法拉/厘米2(nF/cm2)的數値。需要具有足夠的像 儲存電容，用以保持跨於液晶裝置12兩端的電壓；以及具 15- 本紙張尺度適财H财辟（CNS丨A4規格1 21^7297^7 I-- ------^ I ------- 訂-------c··^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作杜印I 393ί82 A7 ---〜__________ 07 — ' " —--— — 五、發明説明（13) 有足夠的精確度’用以容許所要的灰階（grey levels)數，直 到資料被刷新（refreshed)或更新（updated)。 就高對比和均勻性（uniformity)佳而言，液晶裝置12厚度 之絕對値和均勻性兩者均需要精確控制。所要的裝置間隙 係由所用的液晶材料2 6，所選擇的液晶模式，以及光的波 長所決疋。液晶裝置1 2間陳係由正確厚度之一均勻gjiο?敷 蓋層所決定，該層被沉積在諸多鏡子的上方，並被施以圖 案設計以便在諸多鏡子的轉負處留有間隔柱。從有限元件 應力模型建立（stress modeling)決定所用之諸間隔柱的密度 ••而且，在間隔柱3 2之間約7 0到1 4 0微米之一範圍已被使 用。由於液晶材料2 6在諸多間隔柱3 2近處並未被正確對準 ’這種不對準現象（misangnment)會減少對比比値，而且當 將被反射光投影在一顯示螢幕上時，在圖像中能出現不對 準現象；故將間隔柱的數目或密度減到最小程度是所要的 2¾將參考圖5到l ο，描述用來製作在圖i中所示之空間光 調變器1 0的方法。圖5到1 〇均是：在已執行多種處理步驟 後，一種以部份方式建構的空間光調變器1 〇的橫截面圖。 在圖5到1 〇中’諸多同樣的參考（數値）均被用於對應於圖1 之裝置的諸多功能。在半導體基質14中，完成半導體裝置 的處理程序後，利用光石印術對一種隆起印刷底版（Hft〇ff stencil)施以圖案設計；將一矽層，然後是一厚〇 7微米的 銘（銅）層加以蒸發；再利用一種適合的溶劑去除隆起印刷 底版，而在諸多所要的區域中留下金屬鍍層。在隨後的諸 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS ) A4規格（210X297公釐 ----------裝—I f請先閲讀背面之注意事if 1填寫本頁) 丁 - -3 ♦ A7 五、發明説明（14) 多熱處理期間，需要矽層以防κ u U η ^以防止时的分解（dissolution)而 使諸多裝置進入銘層以及諸容垃艏区以取l 方令展居”丁、 域形成釘尖(―) 屬下万<分開的梦層並未顯示於圖1或5中。在 完成金屬層匕2隆起後以形成已圖案設計層9〇，例如：可能 /儿積諸如-氧化珍之-厚的保形（c〇nf〇rmai)介電層^，如 圖5中所示。 下一個處理步驟是：介電層42的化學_機械拋光處理 (CMP)，用以提供要在它上面形成—平面式或平整式表面 的反射/吸收層24。對典型的超大型積體電路（VLSI)而言， 地形可能是比較大，而晶片大小則是非常大。 如圖6中所示，從同時起源自諸多矽裝置和已圖案設計層 9 0的地形，利用單一 CMP步驟來平面化介電層42。比較大 的尋常地形變化會增加平面化的困難。大的晶片大小會造 成兩個問通：需要總體性平面化（global p丨anarizati〇n)之— 較大的區域，以及具有不同圖案密度的諸多較大的區域。 對此加以闡明：晶片包含諸多區域，諸如具有高密度之複 晶石夕層1 8和2 0，及已圖案設計層9 〇的陣列。然而，接觸區 域則包含一類似的已圖案設計層9 〇密度，但只限於複晶矽 層18和20 ;而另外的某些區域則不包含這些層。一旦這些 區域都足夠大，拋光墊（polishing pad)就不能，，架橋，，（bridge) 於它們之上，進而總體性平面化是有困難的，或是不可能 的。解決此問題的辦法是：在晶片設計期間，藉著增加，’虚 擬n (dummy)複晶矽層18和20，及已圖案設計層90的諸多 特徵，使圖案密度是夠均勻，以夠小的规模就可達成總體 17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） 請 先 閲 it 背 意 事 4 填 窝 本 頁 裝 -訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7

性平面化。在CMP端點處，約5 00奈米厚的介電層，諸如 .一氧化矽，仍續留在最高的已圖案設計層9 〇特徵的上方 其次，如圖6中所示，一約200奈米厚的介電層以被形成 或沉積在介電層42的上表面43上，做爲保護在介電層42中 的任何針孔（pin holes)，及由刮傷所曝光之已圖案設計層 90的任何導體。因爲在近旁的敷蓋反射/吸收層34之已圖 案設計層90中的任何已曝光短路會造成故障，所以介電層 44被發現將成爲用來達到高良率（yield)的一項重要步驟。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 利用噴鍍（或稱濺射）沉積法（SpUttering dep0siti〇n)形成i 〇 奈米厚鈦層，100奈米厚鋁（銅）層，及50奈米厚氮化鈦層 的反射/吸收層3 4 ;並利用反應式離子蝕刻法（reactive i〇n etching ’ RIE)施以圖案設計。使用是圖7中所示之層34之一 邵份的下鈥層9 2係爲了改善黏附力和接觸電阻；使用是圖 7中所不之層34之一部份的上面或表面氮化鈦層94做爲一 抗反射塗層；大塊的金屬鍍層是鋁（銅）層93 ;而諸多金屬 層9 2到9 4則利用RIE法施以圖案設計。在鋁（銅）層9 3上配 備有氮化鈥層9 4以減少諸多反射，使得：利用光石印術能 對諸多精細特徵施以圖案設計。即使是一較低的紅光反射 率也是所要的’由於諸多必需的處理步驟已可供使用，故 在反射/吸收層3 4的表面上使用氮化鈦。一種將.碳加到氮化 鈥：丁iN〇 . 3 3 co . 6 7的可能性，在刊載於薄固態薄膜（Thin Solid Filins)， 1982年版第 1 8 1，87 頁，由哮爾生（B. Karsson)所發表，標題爲"氮化碳鈥（Titanium Carbonitrides) -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 293182 五、發明説明（*16 的光常數和光譜選擇性"的專文中已加以報導過，以便就所 有相關的波長而言，使其具有約30%的反射率。在對反射/ 吸收層34施以圖案設計後，沉積一 4〇〇到5〇〇奈米厚的氮 化矽（Sb NO層，以便形成如圖7中所示的介電層46。介電 層46的厚度是：針對在反射/吸收層34和下電極/鏡“間的 較大電容之一較薄層與會減少反射/吸收層34和下電極/鏡 30之諸缺陷和短路的機率之一較厚層之間的一項折衷方案 〇 下一步驟是：利用管道罩幕（mask)，V1，針對間柱17， 對氮化矽層和往下達已圖案設計層90之二氧化矽層施以圖 案設計。需要蝕刻深度足以補償在已圖案設計層9〇上方之 二氧化矽層厚度中的諸多變化。藉由：喷鍍一層鈦（τί)和氮 化鈦ΓΠΝ)的襯墊層（Hner layer);生長一層已化學蒸汽沉積 的(CVD)鎢層；再利用CMp去除諸多特徵外側之過剩的鎢 ，就可以由鎢來形成間柱17。導因於鎢對氮化矽（Si3N4)之 較冋的抛光率，可能會形成近乎與反射/吸收層34開口一樣 寬心 凹坑"；而且，如在圖1和8中之表面96處所示，在 C M P期間會發生"凹進呈碟形的現象，，（dishing)。 藉由恶發或噴鍍厚1〇奈米的鈦層，接著是：15〇奈米厚 的鋁鋁（銅）或其它合金層，來形成下電極/鏡“。使用鈦 ^ 爲了改善黏附力和接觸電阻。如圖9中所示，導因於隨 後利用RIE法施以圖案設計之下電極/鏡3〇的高反射率，光 ^奸很難私展。藉由在晶圓上沉積一層大於3微米厚的二 氧化矽層，來形成諸多剛硬的間隔柱3 2。因爲在已曝光氮 本紙張尺度賴 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 19- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --—------— ______B7^ 五、發明説明（17) 化欽層和層間所用之紫外光（ult㈣丨。丨以丨砂1，UV)反射率 ' 變化而使用來圖案設計間隔層3 2的光石印術程 序又得複雜，τ尤液晶裝置· 1 2的效能而言，由於間隔層3 2高 度均=性是有決定性的重要性，故以樂觀的態度來看二氧 化夕沉積程序，可用以產生比2 %(^個a(sigma))還好的均 勻性。利RIE法對數蓋二氧化珍層施以圖案設計，將程 序加以調整到具有一種低的氮化矽蝕刻率，使得：所要求 的過度蝕刻操作，不會曝光在二下電極/鏡3〇和32之間的 門隙中的反射/吸收層34。最後的處理步驟是終端管道 (termmal via ’ Tv)蝕刻，它去除在圖1〇中之已圖案設計層 90之諸接點（未示出）及測試墊（未示出）上方的氮化矽和二 氧化矽層。 並未由以上描述所涵蓋或在附圖中所示的一項細節是： 如何在陣列外製作電氣接點接到反射/吸收層34。由於在管 道或間柱17之一開口的圖案製作期間，反射/吸收層“包 含充當做一蝕刻停止目標（etchst〇p)t1〇〇奈米厚的鋁（銅） 層；故藉用比一管道或間柱丨7還小，在反射/吸收層3 4中 之一開口 5 7的一種組合，可製作從已圖案設計層9 〇或下電 極/鏡3 0到反射/吸收層3 4的—種相互連接。利用此方法的 唯一困難是：若管道17開口蝕刻不會在鋁層中停止，在該 h开中貝i，、會开;？成一邊緣接點（edge contact)。爲此緣故， 由於需要的只是將有限個接點接到反射/吸收層3 4，故諸多 «又片規則均要求几餘的（reduntjant)反射/吸收層34之諸電氣 接點，而它並不會對效能造成衝擊。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X 297公釐 ^ ά--------訂-------f f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 293182 A7 五、發明説明（π) 及= 在圖1中所示’沒有液晶材料26，上電極28 9义空間光調變器10之—陣列1 1的一種掃描電 ^ ^ 在下电極/鏡30上，某些鋁小丘是明顯的。 I有兩個間隔柱U ’它們在列方向上相隔6列 而在仃万向上則相隔6行。在每一下電極/鏡W中的凹坑 係來自S道或間枉i 7 ;而且，因經由下電極，鏡3 〇下面 的鎮間柱1 7之頂部的已增加電子散射（scattering)而明顯。 如圖1和1 1所7K，最凴的區域對應於形成鎢間柱1 7的鎢層 ，而周圍的稍暗區域則對應於減少氮化矽層厚度之反射/吸 收層3 4開口。 在圖12到17中顯示：能維持較小像素大小，及針對在空 f光碉變器陣列外面的諸多相互連接的第二金屬層的一種 交替的程序。圖12到17均爲在經過用來製造空間光調變器 陣列1 0之諸經選定處理步驟後的橫截面圖。在圖1 2到1 7中 ，同樣的參考（數値）均被用於對應於圖丨之裝置的諸多功能 〇 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 就從諸多矽裝置開始，總共應該需要八個罩幕（三個金屬 層（levels)，二個管道/間柱層，以及兩個絕緣層）。開始於 圖12之S1層，對反射/吸收層34施以圖案設計，使其具有 如：在空間光調變器陣列！〇内之反射/吸收層34般；以及 如：在圖1 3中所示，在空間光調變器丨〇之陣列區域外之 M2佈線（wiring)般的功能。如圖17所示，在下電極/鏡切上 方的已平面化二氧化碎層被覆以一層氮化碎（Si3N4)介電層 4 6，它被使用做爲：在介電層3 2之蝕刻期間，在二鏡子間 21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（19 ) < 一姓刻停止目標，以便用來形成諸多間隔柱3 2。在空間 光調變器陣列10内側，要得到最有效的光屏蔽，就得將52 間柱直接堆叠在S 1間柱上，如圖1 5所示。兩者中任擇其一 地，雖可將一]y[2區段（segment)插入兩間柱中間，但在 M2/AR層中卻需要一較大的裂縫（break)才行，它應該較有 可能地准許光穿透在下面的半導體基質。如圖16中所示， M3鏡層係由鋁或鋁（銅）沉積及圖案製作所形成。利用已改 良的石印術，對一種高的佔空因數，甚至具有小的像素大 小而言，可減小像素間的間隔。M3鏡層被使用做爲在其中 M2被用來佈線的陣列外面之一光阻擋層；或者，在製作諸 多電氣接點後，於封裝（packaging)期間，在液晶膠封區域 (glue seal area)外面，能施用一種不透明的聚合物 。最後兩個石印術步驟均被用來形成二氧化矽間隔層，並 曝光Μ 2接點及諸多測試塾。本程序的諸多主要優點之—曰 :在陣列外面可利用M2用於佈線，它使諸多數據驅動器= 夠加以整合在晶片上。 已描述了以可能有綱x2G4_像素之—反射式液晶爲 基礎的一種空間光調變器陣列。該陣列包括：許多液晶裝 置’它們被定位在-半導體基質上之—介電層上對應之鏡 子的上方；許多電路’它們被形成在半導體基質中，用來 在跨於液晶裝置之兩端放置一電壓’以便調變通過其間的 光；以及一反射/吸收層，相對於諸多鏡子，它被定位並施 以圖案設計，用來屏蔽或阻擋光通過射入包含諸多電路： 半導體基質。反射/吸收層之一邊緣與鏡子之一邊緣相重叠 -22- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公慶） --------^ ·裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 _______ 五、發明説明（2〇) ~ " 〜' ，用以形成一重疊區，以便減少正通過射入半導體基質的 周圍光，並提供用以維持在鏡子上的電壓之—電容器，.諸 鏡子具有如對應之液晶裝置之下電極般的功能。 已描述了使用諸多標準的半導體製造機具，用以製造在 圖1中所示之空間光調變陣列1 〇的一種六個罩幕程序（在秒 裝置處理之後）。如所述之空間光調變器1 〇滿足下列各項要 求：1)厚蔽矽裝置不受入射光影響，2)高的光輸貫量與對 比；3 )像素儲存電容，以及4 )在沒有使鏡子變模糊的諸多 間隔層下，液晶晶格厚度的精確控制。在陣列中之—空間 光調變器的像素大小，當使用在圖5到1 〇中所述之程序流 程時，在一邊上可能爲15.6微米或更多；或者，當利用在 圖1 2到1 7中所述之較先進的程序時，則是較小的像素。 雖然已描述並圖解説明了一種空間光調變器阵列，它包 括：諸多液晶裝置，諸多電路，一電極/鏡，及用來阻擋光 不會干擾到諸多電路之一反射/吸收層；但應該顯而易見的 是：對那些熟習於此技藝者而言，雖在不偏離本發明之寬 f 廣範圍的前提下，諸多修改和變化是有可能的；但它仍應 只受在此所附申請專利範圍之範圍的限制。 (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝. -5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐〉

Claims (1)

1. 293182 A8 B8 C8 D8 V. 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 1. 一種用來調變光以形成一圖像的一種空間光調變器陣列 包括： 許多液晶裝置，被定位在一半導體基質上之一介電層 上對應的鏡子上方； 許多電路，被形成在半導體基質中，分別耦合到諸多 液晶裝置，用來在跨於其電極兩端放置一電壓；及 一反射/吸收層’相對於諸多鏡子被定位並施以圖案設 計’用來屏蔽許多電路不受周圍光影響； 反射/吸收層有一邊緣與鏡子之一邊緣相重疊，用以形 成一重疊區，以便減少正通過射入基質的周園光。 2. 根據申請專利範圍第1項之空間光調變器陣列，其中反 射/吸收層與鏡子的邊緣重疊至少5 4微米。 3. 根據申請專利範圍第1項之空間光調變器陣列，其中諸 多鏡子均由一金屬層所形成，而其中的金屬則選自：由 銀（Ag)，鋁（A1)和及其合金組成的群（group)。 4. 根據申請專利範圍第1項之空間光調變器陣列，其中諸 多鏡子均具有_支承層，它具有一實質上爲平面的上表 面’且諸多鏡子包括一對應的金屬層，用以反射在支承 層之實質上爲平面的上表面上的光。 5. 根據申請專利範園第4項之空間光調變器陣列，其中支 承層包括：介電材料及供與金屬層電氣連接的諸多電氣 管道。 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公嫠） (請先聞讀背面之泣意事項存填寫本萸) 裝. 订 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 申請專利範圍 6_根據申請專利範園第j項之空間光調變器陣列，其中許 多液曰3裝置具有.由具有在對應之鏡子上方所形成的諸 多開口之一介電層所決定之一厚度。 7·根據申請專利範園第6項之空間光調變器陣列，其中介 電層包括的材料係選自：由二氧化矽（si〇2 )，氮化矽 (SQN4)，像鑽石般的碳，以及聚醯銨（p〇lyimide)組成的 群。 8·根據申請專利範園第6項之空間光調變器陣列，其中對 應之諸鏡子形成許多液晶裝置的下電極，並以電氣方式 被耦合到許多電路之對應的輸出。 9_根據申請專利範園第i項之空間光調變器陣列，其中反 射/吸收層包括的材料係選自：由鋁，Cr_Crx〇y，'鈦（Ti) ，氮化鈦（TiN)，以及的群。 10. 根據申請專利範圍第i項之空間光調變器陣列，其中反 射/吸收層是可導電的，而且在其中具有諸多開口之半導 體基質的上方形成一支架層，供接到諸多鏡子的電氣管 道之用。 11. 根據申請專利範圍第i項之空間光調變器陣列，其中諸 多電路均包括互補式金屬氧化物半導體（CM〇s)電路。 12. 根據申請專利範圍第之空間光調變器陣列，其中諸 多鏡子中的每一個鏡子與反射/吸收層形成至少〇 〇3微微 法拉（pf，10-12 f)之一電容器。 13. 根據申請專利範圍第之空間光調變器陣列，其中諸 多液晶裝置均按照在行和列兩方向中的每一方向上約 •25- 私紙張尺度適财國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x2^tJ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 申請專利範園 A8 B8 C8 D8 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 1 7微米或較小的間距，以排成行列之方式加以定付 14.—種用以形成—空間光調變器陣列之方法上。 多步驟： 琢 在一半導體基質中形成許多電路，被定位用來分別與 随後才形成的諸多液晶裝置相互連接； ' 在許多電路上方形成一個或更多的相互連接層； 在諸多電路與諸多相互連接層的上方形成第—介電層 平面化第一介電層，用以在第一介電層上面提供—實 質上爲平面的上表面； 形成具導電材料之一反射/吸收層，相對於隨後才形成 的諸多液晶裝置被定位並施以圖案設計，用以屏蔽許多 電路不受周圍光影響； 在已圖案設計的反射/吸收層上方形成第二介電層； 經由第二介電層形成供與隨後才形成的諸多鏡子電氣 連接的諸多間柱； 在介電層上方形成許多鏡子，並施以圖案設計以便形 成*午多液晶裝置之下電極，諸多鏡子與反射/吸收層重疊 ’相對於重疊鏡子用以形成—電路器，並衰減在反射/吸 收層之間運行的光； 形成許多間隔層，被定位在許多鏡子中的兩個經選定 鏡子之間； 敷上一液晶材料層； 定向該液晶材料層； 形成許多鏡子之一上電極，用以形成許多液晶裝置。 -26 -

   (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂I • I— ml