CN101330051B - 利用银获得lcos器件的方法和所产生的结构 - Google Patents

Abstract

一种制造LCOS器件的方法。所述方法包括提供半导体基片，并形成多个MOS晶体管器件，所述多个MOS晶体管器件形成在半导体基片的一部分上。所述方法包括形成覆盖多个晶体管器件的第一电介质层以及形成覆盖第一电介质层的第一金属层。所述方法包括形成覆盖第一金属层的第二电介质层以及形成基本上由覆盖第二电介质层的含银材料制成的多个像素区。在一优选实施例中，所述含银材料对于450纳米和更大的波长具有非常高的反射率。

Description

利用银获得LCOS器件的方法和所产生的结构

技术领域

本发明涉及集成电路及其用于电子器件制造的处理。更具体地，本发明提供了一种制造用于显示器的硅上液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)器件的电极结构的方法。但是应认识到本发明具有更加宽广的应用范围。

背景技术

这些年来电子显示技术已得到迅速发展。以前，在常规的电视机中，通常称为CRT的阴极射线管技术将选择的像素元素输出到玻璃屏幕上。这些电视机最初输出黑白移动画面。很快彩色电视机取代了大多数(即使不是全部)黑白电视机。尽管非常成功，但是CRT往往是庞大的，难以制备得更大，并具有其他的局限。

不久CRT就至少部分地被液晶面板显示器所取代。这些液晶面板显示器通常称为LCD，其使用耦合到液晶材料和滤色器的晶体管元件阵列来输出彩色移动画面。许多电脑终端和更小的显示设备往往依靠LCD输出视频、文本及其他视觉特征。遗憾的是，液晶面板往往产量很低，且很难扩大到更大的尺寸。这些LCD对于电视机等经常需要的更大的显示器往往是不适合的。

因此，已经开发出投影显示单元。除了别的以外，这些投影显示单元包括相对应的液晶显示器，其通过透镜将来自选择的像素元素的光输出到更大的显示器，以产生移动画面、文本及其他视觉图像。另一种技术被称作“数字光处理”(Digital Light Processing，DLP)，“数字光处理”是来自美国Texas的Texas Instruments Incorporated(TI)的商业名称。DLP往往被称为“微镜”的使用。DLP依靠几十万个微小的镜子，这些镜子排列成800行，每行600个镜子。每个镜子是铰接的。致动器连接到每个铰链。致动器通常具有静电能量，其可以以高频倾斜每个镜子。移动的镜子可对光进行调制，所述光可以通过透镜透射，然后显示在屏幕上。尽管DLP已经取得成功，但其往往难以制造并且具有产量低等问题。

还有另一种技术被称作LCOS。LCOS使用施加到反射镜基片的液晶。随着液晶“开启”或“闭合”，反射或阻断光，从而对光进行调制以产生用于显示的图像。与常规的透射LCD相比，反射LCOS显示器使得更多的光通过光学器件，并因此提供更高的亮度。大多数情况下，存在至少三个LCOS芯片，每个对应于红、绿和蓝通道中的光。然而LCOS具有许多局限。仅仅作为实例，LCOS往往难以制造。另外，LCOS需要至少三个芯片，这使得投影机庞大且笨重，并导致高成本。

常规的LCOS还使用铝材料作为电极的反射薄膜。使铝/氧化物平滑的常规方法是化学机械平坦化，通常称为A1 CMP方法。然而，CMP方法导致许多不希望的问题，比如铝表面的凹陷、微划痕和氧化。以下更详细地描述了这些及其他的局限。

从上可知，需要处理器件的改良技术。

发明内容

根据本发明，提供了对用于电子器件制造的集成电路进行处理的技术。更具体地，本发明提供了一种制造用于显示器的硅上液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)器件的电极结构的方法。但是应认识到本发明具有更加宽广的应用范围。

在一具体实施例中，本发明提供了一种利用对镜结构的化学机械抛光来制造LCOS器件的方法。所述方法包括提供半导体基片，例如硅晶片。所述方法包括形成覆盖半导体基片上的第一电介质层以及形成覆盖电介质层的银金属层。在一优选实施例中，银金属层的上表面具有以均方根(root mean squared，RMS)测量的预定粗糙度。所述方法图案化银金属层以暴露电介质层的部分。暴露部分形成的边界围绕图案化银金属层的多个图案之一。在一优选实施例中，多个图案之一对应于一像素元素。所述方法包括形成覆盖银金属层和所述电介质层的暴露部分的第二电介质层。所述方法去除所述第二电介质层的一部分，直到所述图案化银金属层的上表面附近内的区域，并利用抛光工艺来处理覆盖图案化银金属层的区域，以将图案化银金属层的上表面的表面粗糙度减小到小于5埃，以便在图案化银金属层的上表面上形成镜面。在一优选实施例中，所述镜面对应于所述像素元素。

在一替选的具体实施例中，本发明提供了一种制造LCOS器件的方法。所述方法包括提供半导体基片，并形成多个MOS晶体管器件，所述多个MOS晶体管器件形成在半导体基片的一部分上。所述方法包括形成覆盖多个晶体管器件的第一电介质层以及形成覆盖第一电介质层的第一金属层。所述方法包括形成覆盖第一金属层的第二电介质层以及形成基本上由覆盖第二电介质层的含银材料制成的多个像素区。在一优选实施例中，所述含银材料对于450纳米和更大的波长具有非常高的反射率。

在另一替选的具体实施例中，本发明提供了一种LCOS器件。所述器件具有半导体基片，例如硅晶片。所述器件具有形成在半导体基片的一部分上的多个MOS晶体管器件以及覆盖多个晶体管器件的第一电介质层。所述器件包括覆盖第一电介质层的第一金属层以及覆盖第一金属层的第二电介质层。所述器件具有基本上由覆盖第二电介质层的含银材料制成的多个像素区。

通过本发明实现了胜于常规技术的许多优点。例如，本发明的技术提供了使用依赖常规技术的方法的便宜。一些实施例中，所述方法提供了更高的以每晶片的晶粒数表示的器件产量。另外，所述方法提供了与常规工艺技术兼容的方法，而无需对常规设备和方法进行实质性改动。优选地，本发明为用于显示器的LCOS器件提供了改良的镜子或电极结构。这些电极结构使用高反射式银材料，所述高反射式银材料提供了改进的镜子。在一优选实施例中，反射率增加约5％，同常规的含铝技术相比是更大的。根据该实施例，可以实现这些优点中的一个或多个。将在本说明书中且更具体地是在以下对这些和其它优点进行更详细地描述。

参考详细说明和随后的附图可以更完全地理解本发明的各种另外的目的、特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的LCOS器件的简化剖面示图；以及

图2到7是说明根据本发明的一个实施例的用于制造LCOS器件的方法的简化剖面示图。

具体实施方式

根据本发明，提供了对用于电子器件制造的集成电路进行处理的技术。更具体地，本发明提供了一种制造用于显示器的硅上液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)器件的电极结构的方法。但是应认识到本发明具有更加宽广的应用范围。

图1是根据本发明的一个实施例的LCOS器件100的简化剖面示图。该图仅仅是实例，在此其不应该过度地限制本发明中权利要求的范围。本领域技术人员应认识到许多变化、替选和改变。如图所示，LCOS器件100具有半导体基片101，例如，硅晶片。形成MOS器件层103，其覆盖半导体基片。优选地，MOS器件层具有多个MOS器件。每个MOS器件具有用于电极的接触区107和用于电压的接触区105。形成覆盖MOS器件层的平坦化的层间电介质层111。LCOS器件还具有：在层间电介质层的一部分内的多个凹陷区；以及金属层，用以填充每个凹陷区以分别形成对应于每个凹陷区的多个电极区113。在一优选实施例中，金属层是含银材料和/或银层。每个电极区通过互连结构109分别耦合到多个MOS器件当中的至少一个MOS器件，所述互连结构109可为插塞或其他相似结构。形成保护层，所述保护层覆盖多个电极区中的每个的表面区以保护所述表面区。抛光镜(mirror finish)116处于每个表面区上。优选地，抛光镜基本上没有化学机械抛光工艺引起的下陷和划痕。更优选地，化学机械抛光工艺是特定条件下的接触抛光工艺。每个电极可具有范围从约2000埃到约4000埃的厚度，并可以是其他尺度。每个电极表示在用于LCOS器件的像素元素阵列中的一个像素元素。还示出覆盖电极的液晶薄膜115。LCOS器件还具有透明电极层(例如氧化铟锡)117和覆盖其上以封装所述多层结构的玻璃板119。LCOS器件的工作方式的细节可从整个说明书中且更具体地是在下文中找到。

为了使LCOS器件工作，光120横向通过玻璃盖，通过透明电极，并到达液晶薄膜。当电极未被偏置时，液晶薄膜基本上处于关断位置，其不允许光通过它。更确切地，光被阻挡，并不从电极的镜面反射。当电极通过MOS器件被偏置时候，液晶薄膜处于接通位置，其允许光通过121。光从电极表面反射并通过液晶薄膜，所述液晶薄膜处于接通位置。优选地，镜面基本上没有缺陷。因此，根据某些实施例，至少97％的入射光从LCOS器件出去121。LCOS器件的制造方式的细节可在整个说明书中且更具体地是在下文中找到。

根据本发明一个实施例的制造用于LCOS器件的电极结构的方法可概括如下：

1.提供基片；

2.形成覆盖基片的晶体管元件层；

3.形成覆盖晶体管元件层的第一层间电介质层；

4.形成覆盖第一层间电介质层的阻挡金属层；

5.形成覆盖第一层间电介质层上的阻挡金属层的银层；

6.掩蔽银层；

7.图案化银层以形成多个电极区，每个电极区对应于一个像素元素；

8.使用第一层间电介质层的暴露区形成围绕每个像素元素的边界区；

9.形成第二电介质层，所述第二电介质层覆盖每个像素元素和第一层间电介质层的暴露区；

10.在第二电介质层上面实施化学机械平坦化工艺，以减小第二电介质层的厚度；

11.继续较小第二电介质层的厚度直到暴露每个电极区的表面区；

12.可选地，使用化学机械平坦化工艺来接触抛光每个电极区的表面区，以将表面区的表面粗糙度从第一预定水平减小到第二预定水平；以及

13.形成覆盖图案化银层的保护层；

14.提供覆盖保护层的液晶层、覆盖液晶层的透明电极层以及覆盖透明电极层的玻璃层，以形成LCOS器件；以及

15.如果需要，执行其他步骤。

上述步骤序列提供了根据本发明的一个实施例的方法。如所示，该方法使用各个步骤的组合，所述步骤包括使用含银材料形成用于LCOS器件的电极结构的方案。在不背离本发明中权利要求的范围的情况下，也可以提供其中增加了步骤、去除了一个或多个步骤或以不同的序列来提供一个或多个步骤的其它替选方案。本方法的进一步细节可在整个说明书中且更具体地是在下文中找到。

图2到7说明根据本发明的一个实施例的形成LCOS器件的方法。这些示图仅仅是实例，其不应该过度限制本发明中权利要求的范围。本领域技术人员应认识到许多变化、替选和改变。参考图2，所述方法从提供半导体基片201例如硅晶片开始。所述方法包括形成覆盖基片的晶体管层。优选地，晶体管层具有多个MOS器件，每个MOS器件包括第一接触区和第二接触区。所述方法还包括形成覆盖晶体管层的层间电介质层203。所述电介质层可由BPSG、FSG、氧化物及其任意组合等制成。优选地，使用化学气相沉积工艺来形成电介质层。所述方法然后平坦化层间电介质层以形成平坦化的表面区。可选地，电介质层已经被平坦化。

再次参考图2，所述方法包括形成阻挡金属层205，所述阻挡金属层205覆盖平坦化层间电介质层的平坦化表面区。阻挡金属层可由任何适当的材料如氮化钛、钛/氮化钛等制成。所述方法包括形成覆盖阻挡金属层的含银金属层207。使用化学气相沉积或电镀或这些技术的任意组合等来溅射或沉积所述含银金属层。在一优选实施例中，使用银源和电极配置来电镀银材料。电镀可以在低温执行并在约室温(例如12-29℃)摄氏温度保持，在一优选实施例中可以在更低的温度保持。

金属层具有基本上为平面的表面，但是会具有某些缺陷如表面粗糙及其他缺陷，这些缺陷可利用抛光工艺来去除。每个电极区分别耦合到多个MOS器件当中的每个MOS器件。

参考图3，所述方法包括掩蔽银金属层的上表面。掩模被图案化以暴露银金属层的某些区域。所述方法图案化银金属层以形成多个电极区305。每个电极区对应于一个像素元素。所述方法使用层间电介质层的暴露区303来形成围绕每个像素元素的边界区301。每一个像素元素的宽度为约5μm到约15μm，且厚度约500

到5000

。当然，本领域技术人员应认识到其他的变化、修改以及替选。

根据一具体实施例，所述方法形成第二电介质层401，其覆盖每个像素元素以及第一层间电介质层的暴露区，如图4的简图所示。第二电电介质可以是任何适当的材料。即，电介质层可由BPSG、FSG、氧化物及其任意组合等制成。优选地，使用化学气相沉积工艺形成电介质层。

所述方法然后在第二电介质层上执行化学机械平坦化工艺501，以减小第二电介质层的厚度，如图5所示。所述方法继续减小第二电介质层的厚度直到暴露每个电极区的表面区。优选地，所述方法使用化学机械平坦化工艺来接触抛光每个电极区的表面区，以将所述表面区的表面粗糙度从第一预定水平减小到第二预定电平。

根据应用，可以以适当的参数进行银金属的接触抛光操作。在一具体实施例中，可通过化学机械抛光工具如Ebara制造的EPO-222来提供所述接触抛光工艺，但是也可以通过其他工具。所述接触抛光的特征在于应用以20到40RPM的头速度旋转的抛光头。所述接触抛光工艺包括将抛光头应用到覆盖图案化银金属层的区域上，所述抛光头包括如由Rodel制造的称为Polytex的软垫。优选地，所述接触抛光工艺使用选择的浆混合物。根据一具体实施例，所得到的镜面的特征在于对于波长500纳米和更大的光具有97％和更大的反射率。当然，可有其它的替选、变化和改变。可选地，所述方法执行化学机械平坦化、回蚀刻和接触抛光的组合，如图5、6和7所示。所述方法执行氧化物化学机械平坦化工艺551。当然，可有其他的变化、改变和替选。

所述方法执行回蚀刻工艺601，如图6所示。该回蚀刻工艺可以是干法或湿法或其组合。所述回蚀刻工艺依赖于适当的蚀刻配方。进行回蚀刻工艺直到暴露图案化银层的上表面。所述方法然后执行接触抛光工艺701，如图7所示。在一具体实施例中，所述接触抛光工艺可通过化学机械抛光工具如由Ebara制造的EPO-222来提供，但是也可以通过其他工具。所述接触抛光的特征在于应用以20RPM到40RPM的头速度旋转的抛光头。所述接触抛光工艺包括将抛光头应用到覆盖图案化银层 的区域上，所述抛光头包括如由Rodel制造的称为Polytex的软垫。优选地，所述接触抛光工艺使用选择的浆混合物。根据一具体实施例，所得到镜面的特征在于对于波长500纳米和更大的光具有97％和更大的反射率。当然，可有其它的替选、变化和改变。

所述方法还包括形成覆盖多个电极区中的每个的表面区的保护层，以保护每个电极区的具有抛光镜的表面区。优选地，在完成的LCOS器件中，至少95％的光从抛光镜反射回。可替选地，在银材料上形成液晶材料以前，银材料保持在基本上惰性的处理环境中，以防止所述含银材料的任何氧化。在一具体实施例中，所述惰性处理环境基本上是氮气，或任何其他非反应物质。根据该实施例，可以有其他的变化、改变和替选。

为完成LCOS器件，所述方法形成具有液晶材料的夹层。在这里，形成覆盖电极的液晶薄膜。形成覆盖液晶薄膜的透明电极结构。所述方法形成覆盖透明电极的玻璃板。夹层结构常常形成为组件，其随后布置到LCOS器件的电极表面上。当然，本领域技术人员应认识到许多变化、替选和改变。

实施例：

为了证明本发明的原理和工作，我们进行了各种实验。这些实验仅仅是实例，其不应该过度限制本发明中权利要求的范围。本领域技术人员应认识到许多变化、改变和替选。如将在以下所示的，我们提供了这些实验以说明我们的发明的某些方面。选择银电镀作为沉积方法来说明，这主要因为电镀的特征在于低温且通常是低成本工艺。将硅晶片用于实验，并使用物理气相沉积涂覆约1200

的铜薄膜。用银电镀这些晶片的某些部分。评估不同的镀配方和参数以得到需要的薄膜特性。用Perkin Elmer Lambda 900光谱计在400-800nm的波长范围测量所述部分的反射率。

在该实施例中，在400nm实现大约89％的反射率，其稍低于铝。然而，随着波长增加，银的反射率迅速增加。在450nm反射率达到95％，且当波长在500nm以上时反射率超过97％。根据所述实验，这些数据显示了基本上比铝薄膜更高的总体反射率。然后可以抛光电镀的银薄膜以平坦化并改善反射率和形成需要的图案。

尽管已经使用电镀，也可以使用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)来沉积银薄膜。可以使用或者减去或者镶嵌方式来集成，而详细的工艺集成将记载于单独的公开中。应指出，银很容易氧化，并由于与硫反应而失去光泽。因此，完成的银薄膜应该彻底地密封以隔绝大气，从而避免劣化。

尽管以上已经就镶嵌工艺进行了说明，也可有其他的变化、改变和替选。举例来说，所述方法可以是没有化学机械抛光的常规光刻技术。另外，

也应理解，这里所记载的实例和实施例仅是为了说明性的目的，本领域技术人员将想到根据这些实例和实施例的各种改变或变化，这些改变或变化也应包括在本发明的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种利用对镜面结构的化学机械抛光来制造LCOS器件的方法，所述方法包括：

提供半导体基片；

形成覆盖所述半导体基片的第一电介质层；

形成覆盖所述电介质层的银金属层，所述银金属层具有上表面，所述上表面具有以均方根测量的预定粗糙度；

图案化所述银金属层以暴露所述电介质层的部分，所述暴露部分形成围绕所述图案化银金属层的多个图案之一的边界，所述多个图案之一对应于LCOS器件的像素阵列中的一像素元素；

形成覆盖所述银金属层和所述电介质层的暴露部分的第二电介质层；

去除所述第二电介质层的一部分，直到所述图案化银金属层的上表面附近的区域；

使用抛光工艺来处理覆盖所述图案化银金属层的区域，以将所述图案化银金属层的上表面的表面粗糙度减小到小于5埃，以便在所述图案化银金属层的上表面上形成镜面，所述镜面对应于所述像素元素。

2.如权利要求1的方法，其中所述第一电介质层是单层或多层。

3.如权利要求1的方法，其中所述第二电介质层是单层或多层。

4.如权利要求1的方法，其中所述形成银金属层包括电镀工艺。

5.如权利要求4的方法，其中所述电镀工艺在室温温度以及更低的温度保持。

6.如权利要求1的方法，其中所述镜面的特征在于对于波长500纳米和更大的可见光具有97％和更大的反射率。

7.如权利要求1的方法，其中所述镜面的特征在于对于波长450纳米和更大的可见光具有95％和更大的反射率。

8.如权利要求1的方法，其中所述镜面的特征在于对于波长400纳米的可见光具有约89％的反射率。

9.如权利要求1的方法，进一步包括将所述镜面保持在惰性环境中。

10.如权利要求9的方法，其中所述惰性环境包括氮气。

11.一种制造LCOS器件的方法，所述方法包括：

提供半导体基片；

形成多个MOS晶体管器件，所述多个MOS晶体管器件形成在半导体基片的一部分上；

形成覆盖所述多个晶体管器件的第一电介质层；

形成覆盖所述第一电介质层的第一金属层；

形成覆盖所述第一金属层的第二电介质层；以及

形成由覆盖所述第二电介质层的含银材料制成的多个像素元素。

12.一种LCOS器件，包括：

半导体基片；

在所述半导体基片的一部分上形成的多个MOS晶体管器件；

覆盖所述多个晶体管器件的第一电介质层；

覆盖所述第一电介质层的第一金属层；

覆盖所述第一金属层的第二电介质层；以及

由覆盖所述第二电介质层的含银材料制成的多个像素元素。

13.如权利要求12的LCOS器件，其中所述像素区的厚度至少为2000埃。

14.如权利要求12的LCOS器件，其中所述像素区通过电镀工艺来提供。

15.如权利要求12的LCOS器件，其中所述像素区利用PVD或CVD工艺来提供。

16.如权利要求12的LCOS器件，其中对于波长500纳米和更大的可见光，每个所述像素区具有大于97％的表面反射率。

17.如权利要求12的LCOS器件，其中所述多个像素区是利用镶嵌工艺来提供。

18.如权利要求12的LCOS器件，其中每个所述像素区保持在惰性环境中。

19.如权利要求12的LCOS器件，进一步包括覆盖每个所述像素区的液晶材料，每个所述像素区不受任何氧化。

20.如权利要求12的LCOS器件，进一步包括形成为覆盖所述多个像素区的涂层，以保持所述含银材料不受任何氧化。

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