改善微反射鏡間介質層缺陷及制作硅基液晶顯示器的方法

專利名稱：改善微反射鏡間介質層缺陷及制作硅基液晶顯示器的方法
技術領域：
本發明涉及硅基液晶(LCOS)顯示器的制作方法，特別涉及改善微反射 鏡間介質層缺陷的方法。
背景技術：
近幾年來，在液晶(LCD)業界出現了許多新技術，其中較熱門的技術 是珪基液晶顯示器(LCOS, Liquid Crystal on Silicon)技術。LCOS (Liquid Crystal on Silicon)屬于新型的反射式micro LCD投影技術，其結構是在硅基 片上長電晶體，利用半導體工藝制作驅動面板(又稱為CMOS-LCD),然后 在電晶體上透過研磨技術磨平，并鍍上鋁當作微反射鏡，形成CMOS基板， 然后將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，再抽入液晶，進行封 裝測試。
與傳統的LCD及數字光學工藝(DLP, Digital Light Processing)技術相 比，LCOS具有下列技術優勢a.光利用效率高LCOS與LCD技術類似，主 要的差別就是LCOS屬反射式成像，所以光利用效率可達40%以上，與DLP 相當，而穿透式LCD^f叉有3%左右；b.體積小LCOS可將驅動IC等外圍線 路完全整合至CMOS基板上，減少外圍IC的數目及封裝成本，并使體積縮小； c.分辨率高由于LCOS的晶體管及驅動線路都制作于硅基片內，位于反射面 之下，不占表面面積，所以僅有像素間隙占用開口面積，不像穿透式LCD的 薄膜晶體管(TFT, Thin Film Transistor)及導線皆占用開口面積，故LCOS 不論分辨率或開口率都會比穿透式LCD高；d.制造技術較成熟LCOS的制 作可分為前道的半導體CMOS制造及后道的液晶面板貼合封裝制造。前道的半導體CMOS制造已有成熟的設計、仿真、制作及測試技術，所以目前良率 已可達90%以上，成本極為低廉；至于后道的液晶面板貼合封裝制造，雖然 目前的良率只有30%,但由于液晶面板制造已發展得相當成熟，理論上其良 率提升速率應遠高于數字微鏡芯片(DMD, Digital Micromirror Device ),所 以LCOS應比DLP更有機會成為技術的主流。因此LCOS技術在數碼相機、 數碼攝像機、投影機外、監視器、大尺寸電視、移動電話等應用市場，都深 具發展潛力。
現有硅基液晶顯示器微反射鏡的制作方法，如圖l所示，在包含驅動電路 等結構的硅基底101上用濺射方法形成金屬層102，其中金屬層的材料為鋁銅 合金(銅含量為0.5%);在金屬層102上涂覆光阻層104,對光阻層104進行曝 光及顯影處理，形成開口圖形107。
如圖2所示，以光阻層104為掩膜，蝕刻金屬層102,形成溝槽105。
如圖3所示，先對光阻層104進行灰化處理；再用堿性溶液進一步去除灰 化后殘留的光阻層104;用高密度等離子體化學氣相沉積法在金屬層102上形 成介質層106,用于器件間的隔離，并且將介質層106填滿溝槽105，由于介質 層106沉積于金屬層102上和填滿溝槽105后的高度不一致，因此介質層106在 溝槽105處有開口 110,由于高密度等離子體化學氣相沉積法的偏壓強為 2200W 2800W,使開口 IIO的高寬比也不夠大，即開口110寬度不夠大，為 10000埃 13000埃，同時；用旋涂法在介質層106上形成光阻層111,由于光阻 層111的流動性能要比介質層106好，從而在溝槽105內形成光阻層要比介質層 上形成的厚，同時由于蝕刻介質層106和蝕刻光阻層111的選擇比不同，這樣 在后續蝕刻工藝中，溝槽105與介質層106界面處，不會因為被完全蝕刻而造 成凹陷。如圖4所示，對光阻層111和介質層106進行等離子體化學蝕刻，形成微反 射鏡108陣列，由于蝕刻介質層106速率和蝕刻光阻層111的蝕刻速率不同，同 時開口 IIO寬度不夠大，蝕刻后使與溝槽105相鄰的金屬層102上殘留介質層側 墻109。
在如下中國專利申請200310122960還可以發現更多與上述技術方案相關 的信息，用高密度等離子體化學氣相沉積絕緣介層填充滿溝槽。
如圖5所示，用電子掃描顯微鏡(SEM)在放大倍數為100000倍時觀察微 反射鏡面，由于蝕刻介質層的速率和蝕刻光阻層的速率不同，同時沉積介質 層時，溝槽內的介質層比金屬層上的介質層低，因此在溝槽上出現開口，由 于高密度等離子體化學氣相沉積法的偏壓為2200W 2800W時，在溝槽內沉積 介質層形成的開口高寬比不夠大，即開口寬度不夠大，蝕刻后使與溝槽相接 的金屬層上殘留介質層側墻(橢圓內所示)。
現有技術由于與溝槽相接的金屬層上殘留介質層側墻，使微反射鏡面產 生漫反射，降低了微反射鏡的反射率，進而影響微反射鏡的質量。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，防止 與溝槽相接的金屬層上產生殘留絕介質層側墻。
為解決上述問題，本發明提供 一 種改善微反射鏡間介質層缺陷的方法， 包括下列步驟首先提供帶有金屬層的硅基底，所述金屬層中包含貫穿金屬 層的溝槽；在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為 3000W 3500W;在介質層上形成光阻層；蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層， 形成微反射鏡陣列。
實施例中，所述沉積法為高密度等離子體化學氣相沉積法。所述高密度 等離子體化學氣相沉積法所需的氣體為SiH4、 02和Ar。所述沉積時間為50秒 70秒。所述沉積溫度為320°C 380°C。所述光阻層的厚度為800埃~1000 埃。
本發明提供一種制作硅基液晶顯示器的方法，包括下列步驟首先提供 包含晶體管和電容器的硅基底，在硅基底上依次形成有像素開關電路層、導 電層、絕緣層及金屬層，所述金屬層中包含貫穿金屬層的溝槽；在金屬層上 及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為3000W 3500W;在介質層上形 成光阻層；蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。
與現有技術相比，以上方案具有以下優點在微反射鏡上及溝槽內沉積 介質層，所述沉積法的偏壓強為3000W 3500W。沉積法的偏壓強在為 3000W 3500W時，等離子體產生的濺射率較高，使介質層在溝槽處的開口高 寬比增大，即開口寬度較大，開口寬度為20000埃 25000埃，在后續蝕刻工 藝中在與溝槽相接的金屬層上不產生絕介質層側墻，進而減少了微反射鏡漫 反射，提高微反射鏡反射率。


圖1至圖4是現有制作硅基液晶顯示器微反射鏡的示意圖5是現有制作的硅基液晶顯示器微反射鏡的電鏡圖6是本發明改善微反射鏡間介質層缺陷的實施例流程圖7是本發明制作硅基液晶顯示器的實施例流程圖8至圖ll是本發明改善微反射鏡間介質層缺陷的實施例示意圖12是本發明實施例改善微反射鏡間介質層缺陷后的電鏡圖13至圖20是本發明制作硅基液晶顯示器過程中改善微反射鏡間介質 層缺陷的實施例示意圖。
具體實施方式
本發明在微反射鏡上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為
3000W 3500W。沉積法的偏壓強在為3000W 3500W時，等離子體產生的濺 射率較高，使介質層在溝槽處的開口高寬比較大，即開口寬度較大，開口寬 度為20000埃 25000埃，在后續蝕刻工藝中在與溝槽相接的金屬層上不產生 絕介質層側墻，進而減少了微反射鏡反射率。
下面結合附圖對本發明的具體實方式做詳細的說明。
圖6是本發明改善微反射鏡間介質層缺陷的實施例流程圖。如圖6所示， 執行步驟SIOI,首先提供帶有金屬層的硅基底，所述金屬層中包含貫穿金屬 層的溝槽；執行步驟S102,在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的 偏壓強為3000W 3500W;執行步驟S103，在介質層上形成光阻層；執行步 驟S104,蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。
圖7是本發明制作硅基液晶顯示器的實施例流程圖。如圖7所示，執行 步驟S201，首先提供包含晶體管和電容器的硅基底，在硅基底上依次形成有 像素開關電路層、導電層、絕緣層及金屬層，所述金屬層中包含貫穿金屬層 的溝槽；執行步驟S202，在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏 壓強為3000W 3500W;執行步驟S203，在介質層上形成光阻層；執行步驟 S204，蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。
圖8至圖ll是本發明改善微反射鏡間介質層缺陷的實施例示意圖。如圖 8所示，在包含驅動電路等結構的硅基底201上用濺射方法形成厚度為1300 埃至3100埃，反射率在90%以上的金屬層202,其中金屬層202的材料為銅 鋁合金(銅含量為0.5%);在金屬層202上用旋涂法形成光阻層204,對光阻 層204進行曝光及顯影處理，形成開口圖形207。
本實施例中，金屬層202的具體厚度例如1300埃、1400埃、1500埃、 1600埃、1700埃、1800埃、1900埃、2000埃、2100埃、2200埃、2300埃、 2400埃、2500埃、2600埃、2700埃、2800埃、2900埃、3000埃或3100埃等，其中優選為3000埃。金屬層202的反射率最佳可達92%。
如圖9所示，以光阻層204為掩膜，用干法蝕刻法蝕刻金屬層202,直至 將金屬層202穿透，形成溝槽205。
如圖IO所示，用等離子體氧氣在溫度為240。C至280。C時，對光阻層204 進行灰化處理；用PH值為10至11的NEKC溶液清洗灰化后殘留的光阻層 204;用高密度等離子體化學氣相沉積法，將偏壓強設置在3000W 3500W， 以加強等離子體產生的'減射率，在金屬層202上形成厚度為3000埃至4000 埃的介質層206,所述介質層206的材料優選氧化硅，用于器件間的隔離，并 且將介質層206填滿溝槽205,由于介質層206沉積于金屬層202上和填滿溝 槽205后的高度不一致，因此介質層206在溝槽205處有開口 210,由于用高 密度等離子體化學氣相沉積法，將現有技術所用的偏壓強2200W 2800W增 大，設置為3000W 3500W，使開口 210的高寬比增大，即開口210的寬度從 現有的10000埃 13000埃增大至20000埃~25000埃；用旋涂法在介質層206 上形成厚度為800埃 1000埃的光阻層211,由于光阻層211的流動性能要比 介質層206好，從而在溝槽205內形成光阻層211要比介質層206上形成的 厚，同時由于蝕刻介質層206和蝕刻光阻層211的選擇比不同，這樣在后續 蝕刻工藝中，溝槽205內的介質層206不會因為過蝕刻而造成凹陷。
本實施例中，用等離子體氧氣在溫度為240。C 280。C時對光阻層204進行 灰化處理，具體溫度例如240。C、 250。C、 260 。C、 270。C或280。C等。但是用 等離子體氧氣不能完全清除光阻層204,因此需要用堿性溶液去除殘留的光阻 層204。
本實施例中，所述高密度等離子體化學氣相沉積法所需的氣體為SiH4、 02和Ar;沉積所需時間為50秒 70秒，具體例如50秒、60秒或70秒等； 沉積所需溫度為320。C 380。C,具體例如320。C、 330°C、 340°C、 350°C、 360°C、 370。C或380。C等。本實施例中，介質層206的厚度具體例如3000埃、3200埃、3400埃、 3600埃、3800埃或4000埃等。
本實施例中，光阻層211的厚度具體例如800埃、850埃、900埃、950 埃或1000埃等。
如圖ll所示，對光阻層211和介質層206進行蝕刻至露出金屬層202,形成 微反射鏡面208陣列，由于介質層206在溝槽205處的開口210的高寬比增大， 即開口210寬度增大。因此在后續蝕刻工藝中，在與溝槽邊緣相接的金屬層202 上不再產生介質層側墻。
圖12是本發明實施例改善微反射鏡間介質層缺陷后的電鏡圖。如圖12所 示，用高密度等離子體化學氣相沉積法在金屬層上形成介質層，由于將偏壓 乂人2200W 2800W增大至3000W 3500W,使介質層在溝槽處的開口寬度從 10000埃 13000埃增大至20000埃 25000埃。因此，在后續蝕刻工藝中在與溝 槽相鄰的金屬層上不產生絕介質層側墻。用電子掃描顯微鏡(SEM)在放大 倍數為80000倍時觀察微反射鏡間的介質層，可以看到與溝槽邊纟^目鄰的金屬 層上平滑，沒有介質層側墻。
圖13至圖20是本發明制作硅基液晶顯示器過程中改善微反射鏡間介質 層缺陷的實施例示意圖。如圖13所示，首先在石圭基底301上形成像素開關電 路層302,所述內部驅動電路為MOS晶體管304和電容器305相串聯組成的 動態隨機存儲器，形成像素開關電路層302，像素開關電路層302包括層間絕 緣層306和鑲嵌在層間絕緣層306內的接地墊層308、信號墊層309和連接墊 層310以及連接上、下導電層的通孔，所述接地墊層308接地信號，信號墊 層309是為驅動電路的MOS晶體管304施加電壓，信號墊層309通過通孔和 下層驅動電路的MOS晶體管304的漏端電連接，則MOS晶體管304的源端 和電容器305的一端通過連接墊層310和通孔相電連接(即為上電極)，第一 電容器的另一端通過通孔和接地墊層308電連接(即為下電極)。
9然后在層間絕緣層306上形成導電層312,所述導電層312為一層或者多 層導電材料構成，比較優化的導電層312依次采用金屬鈦、氮化鈦、鋁銅合 金、金屬鈥和氮化鈦組成的多層結構，比較優化的厚度范圍為1000埃至6000 埃。
如圖14所示，在導電層312上采用現有的光刻技術形成圖案化第一光阻 層(圖未示)；以第一光阻層為掩膜，采用現有蝕刻技術在導電層312中形成 島狀的連接鏡面墊層313和光屏蔽層312a，形成所述光屏蔽層312a的目的是 防止漏光進入硅基片中的電路器件，則影響電路性能以及壽命，因此需要專 門用一層金屬來遮光。所述連接鏡面墊層313和光屏蔽層312a之間的間隙 313a使得連接鏡面墊層313和光屏蔽層312a相互絕緣隔離，所述連接鏡面墊 層313通過連接墊層310和通孔與像素開關電路層的MOS晶體管304的源端 相電連接。
參照圖15,去除第一光阻層；在光屏蔽層312a、連接鏡面墊層313上以 及間隙313a內采用高密度等離子體化學氣相沉積技術形成介電層314，由于 要填充滿間隙313a，在所述介電層314表面對著間隙313a處產生凹槽，所述 形成的介電層314的厚度范圍為200 nm至1000nm,介電層314的材料為氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅以及他們的組合，也可以是由比如氧化鉿、氧化鋁、 氧化鋯等高k介質組成的介電層314。
參照圖16,用化學機械拋光法研磨介電層314直至將介電層314表面的 凹槽去除，使介電層314平坦化，進而使后續沉積的膜層表面平整。
參照圖17，采用現有光刻技術在介電層314上形成圖案化第二光阻層(未 圖示)；然后以第二光阻層為掩膜，蝕刻介電層314至露出連接鏡面墊層313, 形成開口 320,所述開口 320暴露出部分連接鏡面墊層313;用化學氣相沉積 法在介電層314上形成金屬鴒層319,且將金屬鴿層319填充滿開口 320，形 成鴒插塞與連接鏡面墊層313連通。如圖18所示，用化學機械拋光法研磨金屬鎢層319至露出介電層314; 用濺射方法在介電層314上形成厚度為1300埃至3100埃，反射率在90%以 上的金屬層322,其中金屬層322的材料為銅鋁合金(銅含量為0.5%);在金 屬層322上用旋涂法形成光阻層324，對光阻層324進行曝光及顯影處理，形 成開口圖形326,在用以定義后續溝槽。
本實施例中，金屬層322的具體厚度例如1300埃、1400埃、1500埃、 1600埃、1700埃、1800埃、1900埃、2000埃、2100埃、2200埃、2300埃、 2400埃、2500埃、2600埃、2700埃、2800埃、2900埃、3000埃或3100埃 等，其中優選為3000埃。金屬層322的反射率最佳可達92%。
如圖19所示，以光阻層324為掩膜，用干法蝕刻法蝕刻金屬層322直至 露出介電層314，形成溝槽；用等離子體氧氣在溫度為240。C至28(TC時，對 光阻層324進行灰化處理；用PH值為10至11的NEKC溶液清洗灰化后殘 留的光阻層324;用高密度等離子體化學氣相沉積法，將偏壓強設置在 3000W 3500W,以加強等離子體產生的濺射率，在金屬層322上形成厚度為 3000埃至4000埃的介質層328,所述介質層328的材料優選氧化硅，用于器 件間的隔離，并且將介質層328填滿溝槽，由于介質層328沉積于金屬層322 上和填滿溝槽后的高度不一致，因此介質層328在溝槽328處有開口 329,由 于用高密度等離子體化學氣相沉積法，將現有技術所用的偏壓強 2200W 2800W增大，i殳置為3000W 3500W， 4吏開口 329的高寬比增大，即 使開口 329的寬度從現有的10000埃 13000埃增大至20000埃 25000埃；用 旋涂法在介質層328上形成厚度為800埃~1000埃的光阻層330,由于光阻層 330的流動性能要比介質層328好，從而在溝槽內形成光阻層330要比介質層 328上形成的厚，同時由于蝕刻介質層328和蝕刻光阻層330的選擇比不同， 這樣在后續蝕刻工藝中，溝槽內的介質層328不會因為過蝕刻而造成凹陷。
本實施例中，用等離子體氧氣對光阻層324進行灰化的具體溫度例如240°C、 250°C、 260°C、 270。C或280。C等。但是用等離子體氧氣不能完全清除 光阻層324，因此需要用堿性溶液去除殘留的光阻層324。
本實施例中，所述高密度等離子體化學氣相沉積法所需的氣體為SiH4、 02和Ar;沉積所需時間為50秒 70秒，具體例如50秒、60秒或70秒等； 沉積所需溫度為320。C 380。C ，具體例如320。C 、 330°C 、 340°C 、 350°C 、 360°C 、 370。C或380。C等。
本實施例中，介質層328的厚度具體例如3000埃、3200埃、3400埃、 3600埃、3800埃或4000埃等。
本實施例中，光阻層330的厚度具體例如800埃、850埃、900埃、950 埃或1000埃等。
如圖20所示，對光阻層330和介質層328進行蝕刻至露出金屬層322,形成 微反射鏡面332陣列，由于介質層328在溝槽處的開口329的高寬比增大，即開 口329寬度增大。因此在后續蝕刻工藝中，在與溝槽邊緣相接的金屬層322上 不再產生介質層側墻。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，任何本領域技術人員在不脫離本發 明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍 應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于，包括下列步驟首先提供帶有金屬層的硅基底，所述金屬層中包含貫穿金屬層的溝槽；在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為3000W～3500W；在介質層上形成光阻層；蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。
2. 根據權利要求1所述改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于所 述沉積法為高密度等離子體化學氣相沉積法。
3. 根據權利要求2所述改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于所 述高密度等離子體化學氣相沉積法所需的氣體為SiH4、 02和Ar。
4. 根據權利要求3所述改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于所 述沉積時間為50秒 70秒。
5. 根據權利要求4所述改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于所 述沉積溫度為320°C 380°C。
6. 根據權利要求1所述改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，其特征在于所 述光阻層的厚度為800埃 1000埃。
7. —種制作硅基液晶顯示器的方法，其特征在于，包括下列步驟 首先提供包含晶體管和電容器的石圭基底，在^^圭基底上依次形成有像素開關電路層、導電層、絕緣層及金屬層，所述金屬層中包含貫穿金屬層的溝槽； 在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為3000W 3500W; 在介質層上形成光阻層；蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。
全文摘要
一種改善微反射鏡間介質層缺陷的方法，包括下列步驟首先提供帶有金屬層的硅基底，所述金屬層中包含貫穿金屬層的溝槽；在金屬層上及溝槽內沉積介質層，所述沉積法的偏壓強為3000W～3500W；在介質層上形成光阻層；蝕刻光阻層和介質層至露出金屬層，形成微反射鏡陣列。本發明還提供一種制作硅基液晶顯示器的方法。介質層在溝槽處的開口高寬比及開口寬度較大，在后續蝕刻工藝中在與溝槽相接的金屬層上不產生絕介質層側墻，進而減少了微反射鏡漫反射，提高微反射鏡反射率。
文檔編號C23C16/448GK101315502SQ20071004135
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月28日 優先權日2007年5月28日
發明者向陽輝, 曾賢成 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司