專利名稱：在器件表面上形成薄平坦層的組合cmp腐蝕法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種平面化晶片基集成電路的方法，特別涉及一種平面化其上設有光元件的集成電路的表面的新穎方法。更具體說，本發(fā)明涉及一種平面化晶片基反射光閥底板的反射表面的新穎方法。
晶片基反射光閥比起它們的透射先驅，具有許多優(yōu)點。例如，常規(guī)透射式顯示器以薄膜晶體管(TFT)技術為基礎，因而顯示器形成于玻璃基板上，TFTs設置在像素孔間的空間中。將驅動電路設置在像素孔之間限制了可用于光透射的顯示區(qū)，因此限制了透射式顯示器的亮度。相反，反射式顯示器的驅動電路設置于反射像素鏡下面，因此不會消耗顯示器的有效表面積。所以，反射式顯示器的亮度是透射式顯示器的兩倍以上。
晶片基反射式顯示器的另一優(yōu)點是，它們可以利用標準的CMOS工藝制造，因此，可以從現(xiàn)代亞微米CMOS技術中獲益。具體說，像素鏡之間空間的減小會增大顯示器的亮度，并減少被顯示圖像的像素外觀。此外，CMOS電路以比可比的TFT電路快一個以上數(shù)量級的速度開關，可以便晶片基反射式顯示器更適用于例如投影儀和攝錄一體機取景器等高速視頻裝置。


圖1是現(xiàn)有反射式顯示器底板100的剖面圖，底板100形成于硅基片102上，包括集成電路層104、絕緣支撐層106、多個像素鏡108和保護氧化層110。每個像素鏡108通過相關通路112與電路層104相連。底板100一般通過以下步驟引入反射式光閥(例如，液晶顯示器)中，即，在像素鏡上形成光工作介質(例如，液晶)層114，并在光工作介質上形成透明電極(未示出)。穿過該介質的光根據(jù)加于像素鏡108的電信號被調制(例如，極化旋轉)。
與現(xiàn)有反射式顯示器有關的一個問題是，產生的圖像經常出現(xiàn)斑點。反射式顯示器中斑點的一個起因是層114中的液晶排列的不一致。液晶層114的形成一般包括摩擦或研磨步驟，其中輥壓機或類似裝置從液晶層上通過，得起液晶的排列。然而，像素鏡108從底板100的表面向上突起，在相鄰像素鏡之間限定了間隙。已知的摩擦處理無法排列這些間隙中的液晶(層114中的箭頭所示)。此外，排列不好的晶體會對層114中的相鄰晶體的排列產生負面影響。
因此，需要的是具有平坦表面的反射底板，以助于整個液晶層的有效排列。
圖2是反射底板200的剖面圖，示出了通過淀積厚保護氧化層202，然后深腐蝕層202到要求的厚度水平204來平面化反射底板200的表面的方法的低效問題。具體說，在淀積層202時，在間隙被填充之前，到達像素鏡108間的間隙的開口206關閉。這是本領域技術人員都知道的“匙孔效應”。然后，當深腐蝕氧化層202到水平204時，非平面缺陷208留在被局部填充的間隙上，將妨礙層114排列的均勻性。
圖3是反射式顯示器底板300的剖面圖，示出了對反射式底板采用現(xiàn)有平面化工藝產生問題。底板300的平面化通過在像素鏡108上和支撐層106的被像素鏡108間的間隙暴露的部分上形成厚氧化層302實現(xiàn)。如果像素鏡108足夠薄(例如小于1000埃)，才可以形成沒有圖2所示的匙孔效應的厚氧化層302。施加了厚氧化層后，利用現(xiàn)有的化學機械拋光(CMP)，向下研磨厚氧化層302直到平坦水平304。該工藝也稱為化學機械平面化，是本領域技術人員公知的。
平面化反射式底板300的表面的方法的缺點在于，限于厚度大于或等于1000埃的各層。即，CMP工藝無法在像素鏡108上留下厚小于1000埃的氧化層。因此，由于留在光元件上的膜的厚度常常對其合適的光學性能來說非常重要，所以該平面化方法不適于平面化其表面上設有光元件的基片。需要一種平面化其表面上設有光元件的基片表面的方法，該方法應能夠使光元件上的各層的厚度小于1000埃。
本發(fā)明可以提供一種平面化包括多個表面突起(例如像素鏡)和薄表面膜(例如，光學薄膜涂層)的基片(例如反射式顯示底板)的方法，克服了現(xiàn)有技術的局限。所述基片是反射式顯示底板，所得平坦表面可以減少被投影圖像中的斑點。
所公開的方法包括以下步驟在基片上形成可蝕層；對可蝕層進行CMP工藝，從而形成具有第一厚度(例如，大于1000埃)的平坦層；將所述平坦層腐蝕到第二厚度(例如小于1000埃)。在一具體方法中，基片是集成電路，突起是光學元件。在一更具體的方法中，基片是反射式顯示底板，突起是像素鏡。
在適于平面化具有大于1200埃的表面突起的基片的具體方法中，形成可蝕層的步驟包括以下步驟在基片上形成抗蝕層；在抗蝕層上形成填充層；腐蝕該填充層，露出突起上的抗蝕層部分，留下間隙中的填充層部分；在抗蝕層的暴露部分和填充層上形成可蝕層。
抗蝕層可以包括光學薄膜層，可以形成為單層?？蛇x地，抗蝕層包括多個子層，例如，光學薄膜層和抗腐蝕帽蓋層。在一具體方法中，形成抗蝕層的步驟包括形成氧化層的步驟；和在氧化層上形成氮化層的第二步驟。
在抗蝕層上形成填充層的步驟可以包括在抗蝕層上施加旋涂層(例如旋涂玻璃)的步驟。可選地，填充層包括合適的摻雜劑，用于吸收特定波長的光。
本發(fā)明的一個具體方法還包括在平坦層上形成保護層的可選步驟。所述保護層可以包括單層或多層。例如，在一個更具體的方法中，形成保護層的步驟包括在平坦層上形成氮化層。另一更具體方實施例還包括在氮化層上形成氧化層，然后在該氧化層上形成第二氮化層的步驟。
附圖簡介下面結合附圖介紹本發(fā)明，其中類似的參考數(shù)字基本上表示類似的構件。
圖1是現(xiàn)有反射光閥底板的剖面圖；圖2是具有淀積于其上的厚保護層的反射光閥底板的剖面圖；圖3是展示現(xiàn)有平面化技術的反射光閥底板的剖面圖；圖4是具有淀積于其上的抗蝕層和填充層的反射光閥底板的剖面圖；圖5是在所淀積填充層的選擇性腐蝕后圖4所示反射光閥底板的剖面圖；圖6是具有淀積于其上的厚可蝕氧化層的圖5所示反射光閥底板的剖面圖；圖7是CMP步驟、可蝕層的腐蝕和保護層的淀積后，圖6所示反射光閥底板的剖面圖；圖8是概述本發(fā)明的平面化器件表面的方法的流程圖；圖9是概述進行形成圖8所示厚氧化層的步驟的方法的流程圖；圖10是概述進行在圖9所示基片上形成可蝕層的步驟的方法的流程圖。
本專利申請與以下共同待審專利申請相關，這些申請于1998年11月23日申請，已轉讓給共同的受讓人，這里全文引入作參考；Jacob D.Haskell和Rong Hsu的美國專利申請09/219579，Method ForManufacturing A Planar Reflective Light Valve Backplan；及Jacob D.Haskell和Rong Hsu的美國專利申請09/219617，A Planarreflective Light Valve Backplane。
本發(fā)明通過提供一種平面化具有多個表面突起的基片的方法，克服了與現(xiàn)有技術有關的問題。具體說，本發(fā)明介紹了一種平面化具有淀積于其上的薄膜層的基片的方法。在以下介紹中，描述了多個具體細節(jié)(例如光學、抗蝕和保護層的特定組分和厚度)，有助于對本發(fā)明的充分理解。然而，本領域技術人員應認識到，可以不用這些特定細節(jié)實施本發(fā)明。其它情況下，省略了半導體加工和光學薄膜涂敷的已知細節(jié)，以便不混淆本發(fā)明。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的新穎平面化工藝的第一步驟期間，反射式底板400的剖面圖。反射式底板400形成于包括集成電路層404、絕緣支撐層406和多個像素鏡408的硅基片402上。集成電路層404接收來自數(shù)據(jù)源(未示出)的顯示數(shù)據(jù)，并控制像素鏡408上的顯示數(shù)據(jù)的確定。絕緣支撐層406支撐像素鏡408，并絕緣像素鏡408與集成電路層404。每個像素鏡408借助于通過支撐層406的相關通路410耦合到集成電路層404。
平面化工藝的第一步驟期間，在像素鏡408上和絕緣支撐層406的被兩像素鏡408間的間隙暴露的那些部分上，形成抗蝕層412。抗蝕層412包括光學薄膜層414和抗腐蝕帽蓋層416。光學薄膜層414可以通過薄膜干涉，使像素鏡408的反射性能最佳。利用本領域技術人員公知的手段，將這些膜的厚度設計為通過相長干涉，加強所需光波長的反射，通過相消干涉，禁止不希望的反射。因此，光學薄膜涂層的厚度對于其性能來說是非常重要的。
抗蝕帽蓋層416在隨后加工中保護光學薄膜414不被腐蝕，確保其厚度不改變。此外，抗蝕帽蓋層416還起光學薄膜層的作用。因此，本領域技術人員可以理解，包括光學薄膜層414的抗蝕層412也可適當?shù)乇焕斫鉃榘刮g帽蓋層416的光學薄膜涂層412。
在一具體實施例中，通過淀積厚680埃的氧化硅，形成光學薄膜層414。通過淀積厚820埃的氮化硅形成抗蝕帽蓋層416。然而，本領域技術人員應認識到，可以用成份和厚度不同的光學薄膜涂層代替光學薄膜層414。類似地，也可以用成份和厚度不同的抗蝕帽蓋層代替抗蝕帽蓋層416。在替代實施例中，抗蝕層412形成為單材料(氮化物)層，既抗蝕，又可用作光學薄膜。
在平面化工藝的下一步驟中，在抗蝕層412上淀積填充層418。在具體實施例中，利用本領域技術人員公知的方法，利用可從Dow Corning購得的產品C2052154D SOGFOX-15等旋涂玻離材料形成填充層418。
圖5示出了腐蝕步驟后，反射式底板400的剖面圖，其中腐蝕填充層418被腐蝕足夠長時間以暴露抗蝕層412的處于像素鏡408上的部分，但留下填充層41 8的處于兩像素408間的間隙中的部分?？梢圆捎脻穹?例如，氫氟酸)或干法腐蝕(例如等離子腐蝕)實施腐蝕步驟，但濕法腐蝕在抗蝕層412和填充層418間表現(xiàn)出極高的選擇性。
由于抗蝕層412耐用于去除填充層418的腐蝕劑，所以過腐蝕填充層418不會影響抗蝕層412特別是光學薄膜層414的厚度。然而，過腐蝕填充層418會去掉填充層418的處于兩像素鏡408間的間隙中的部分，產生從抗蝕層416的上表面502到填充層的上表面504下降。1000-1200埃的下降是可以接受的，可以通過如下所述形成以后的各層被填充。
圖6是形成可蝕層602(例如厚氧化層)后，反射式底板400的剖面圖。只要從抗蝕帽蓋層416到填充層418的下降部分小于或等于1200埃，則可蝕層602便可以填充在該下降部分中。然后，利用CMP工藝，將可蝕層602形成為平坦層606，從而將其厚度減小到第一水平604。由于已知CMP工藝的局限，平坦層606的第一厚度不能小于1000埃。然后，腐蝕平坦層606，再將其厚度減小到可以小于1000埃的第二水平608。所以，可以采用本發(fā)明的方法，產生具有光學薄膜級(例如700-900nm)厚度的平坦層。
圖7是在平坦層606上淀積了保護層702后，反射式底板400的剖面圖。在一具體實施例中，保護層702為1200埃的氮化層，平坦層606的處于像素鏡408上的部分厚680埃。保護層702使得反射式底板400的表面更堅固，因而可以耐受構成反射光閥時的進一步加工處理。例如，在構成液晶顯示器時，物理地擦拭反射式底板上的聚酰亞胺涂層。在沒有保護涂層的情況下，該擦拭步驟會破壞反射式底板。本領域技術人員應認識到，也可以用替代的保護涂層(例如，摻雜的氧化物或氮氧化硅)代替保護層702。
保護層702還用作光學薄膜涂層。另外，可以考慮將保護層702、平坦層606和抗蝕層412形成多層光學薄膜涂層。采用這種多層涂層一般會在更寬的光譜范圍內得到更好的光學性能。
反射式顯示底板400在數(shù)方面優(yōu)于現(xiàn)有反射式底板。第一，反射式底板400的平坦表面避免了光從像素鏡408的橫向邊緣的不良反射。第二，反射式底板400的堅固平坦表面可以使隨后施加的顯示材料例如聚酰亞胺和/或液晶材料更容易施加。此外，可利用標準硅制造工藝完整地制造反射式平板400，因此，可利用現(xiàn)有硅制造廠廉價地制造。
結合圖4-7介紹的本發(fā)明的特定方法尤其適于平面化具有高于1000埃的表面突起(例如，厚像素鏡)的基片。關于具有小于1000埃的突起的基片，沒有“匙孔效應”(圖2)發(fā)生。因此，可以省略抗蝕層412和填充層418的步驟?？晌g層302可以直接形成于像素鏡408上和支撐層406的被兩像素鏡408間的間隙暴露的部分上。
圖8是沒形成填充層的平面化的反射式底板800的剖面圖。反射式底板800包括多個像素鏡802、絕緣支撐層804和集成電路層80，它們都形成于硅基片808上。利用上述組合CMP-腐蝕法，平坦層810形成于像素鏡802上和支撐層804的被暴露部分上。在一具體實施例中，平坦層810是像素鏡802上厚為750埃(±10％)的氧化層，用作光學薄膜。
在平坦層810上形成保護層812，以提供附加強度和耐久性。在一具體實施例中，保護層812包括第一氮化層814(640埃(±10％))，氧化層816(840埃(±10％))，和第二氮化層818(1200埃(±10％))。平坦層810和保護層812一起形成多層光學薄膜涂層。
圖9是表示形成根據(jù)本發(fā)明的平面化反射式底板的方法900的流程圖。方法900包括提供帶有表面突起的基片的第一步902。在一具體方法中，基片是反射式顯示底板，突起是像素鏡，但本領域技術人員應認識到，本發(fā)明的方法可用于平面化其它基片，例如具有設置于其表面上的光學元件的其它集成電路元件。
然后，在第二步904，在包括表面突起和于兩表面突起間限定的間隙的基片上形成可蝕層。本領域的技術人員應認識到，第二步904形成可蝕層可以包括數(shù)個子步驟。例如，如結合圖6所述，可蝕層602可以形成于抗蝕層412和填充層418上?？蛇x地，如結合圖8所述，可蝕層(平坦層810)可以直接形成于像素鏡802上和支撐層804的暴露部分上。
然后，在第三步906，對可蝕層602進行CMP工藝，形成具有第一厚度(大于1000埃)的平坦層606。然后，在第四步908，向下腐蝕平坦層606，到希望的第二厚度(小于1000埃)。在一可選的步驟(圖9中未示出)，在被腐蝕的平坦層606上形成保護層702。保護層用作鈍化層和物理保護層。在一具體方法中，保護層包括多個子層，形成保護層的步驟包括形成每個子層的子步驟。例如，如結合圖8所介紹的，在被腐蝕的平坦層810上形成第一氮化層814，然后在氮化層814上形成氧化層816，最后在氧化層816上形成第二氮化層818，由此形成保護層812。
圖10是概述實施圖9所示方法900的第二步904(在基片上形成可蝕層)的特殊方法1000的流程圖。方法1000特別適于在大于1000埃的表面突起上形成可蝕層。第一步1002，在像素鏡408上和支撐層406的暴露部分上，形成抗蝕層412(圖4)。然后，第二步1002，在抗蝕層412上形成填充層418(例如旋涂玻璃)。然后，第三步1006，腐蝕填充層418，暴露抗蝕層412的處于像素鏡408上的部分，但留下填充層418的處于兩像素鏡408間的間隙中的部分(圖5)。最后，第四步1008，在抗蝕層412的暴露部分和填充層41 8的其余上，形成可蝕層602(圖6)。
至此，已完成對本發(fā)明具體實施例的介紹。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，所述的許多特征可以被替換、替代或省略。例如，填充層可利用除施加旋涂玻璃外的其它方法形成。另外，在形成平坦層時，可以采用具有合適耐久性的材料，以便可以避免另外形成保護層。另外，本發(fā)明的應用不限于平面化反射式顯示底板。而且，本發(fā)明可應用于希望平面化具有多個表面突起而且突起上形成有薄膜層的基片的任何地方。
權利要求
1.一種在器件表面上形成薄平坦層的方法，所述方法包括以下步驟提供包括多個表面突起的基片，所述突起間限定有間隙；在所述基片上形成可蝕層；對所述可蝕層進行CMP工藝，從而形成具有第一厚度的平坦層；及腐蝕所述平坦層至第二厚度。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述基片包括集成電路；及所述突起包括光學元件。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述基片包括反射式顯示底板；及所述突起包括像素鏡。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一厚度大于或等于1000埃；及第二厚度小于1000埃。
5.如權利要求1所述的方法，其中，在所述基片上形成所述可蝕層的所述步驟包括以下步驟；在所述基片上形成抗蝕層；在所述抗蝕層上形成填充層；腐蝕所述填充層，暴露所述抗蝕層的處于所述突起上的部分，留下所述填充層的處于所述間隙中的部分；及在所述抗蝕層的所述暴露部分和所述填充層上形成所述可蝕層。
6.如權利要求5所述的方法，其中，形成所述抗蝕層的所述步驟包括淀積光學薄膜層的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其中，形成所述抗蝕層的所述步驟還包括在所述光學薄膜層上淀積抗蝕帽蓋層的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述抗蝕帽蓋層包括氮化層。
9.如權利要求7所述的方法，其中，所述抗蝕帽蓋層的厚度為640埃(±10％)。
10.如權利要求6所述的方法，其中，所述光學薄膜層包括氧化層。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述氧化層的厚度為750埃(±10％)。
12.如權利要求10所述的方法，其中，所述抗蝕層還包括抗蝕帽蓋層。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述抗蝕帽蓋層包括氮化層。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述氧化層厚為750埃(±10％)；以及所述氮化層厚為640埃(±10％)。
15.如權利要求6所述的方法，其中，所述光學薄膜層厚為750埃(±10％)。
16.如權利要求5所述的方法，在腐蝕所述平坦層的所述步驟后，還包括在所述平坦層上形成保護層的步驟。
17.如權利要求16所述的方法，其中，形成所述保護層的所述步驟包括在所述平坦層上形成氮化層的步驟。
18.如權利要求17所述的方法，其中，所述氮化層厚為1200埃(±10％)。
19.如權利要求5所述的方法，其中，所述平坦層包括氧化層。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述氧化層厚為840埃(±10％)。
21.如權利要求19所述的方法，還包括在所述氧化層上形成氮化層的步驟。
22.如權利要求21所述的方法，其中所述氧化層厚為840埃(±10％)；以及所述氮化層厚為1200埃(±10％)。
23.如權利要求5所述的方法，其中，形成所述填充層的所述步驟包括在所述抗蝕層上施加旋涂涂層的步驟。
24.如權利要求23所述的方法，其中，所述填充層包括旋涂玻璃。
25.如權利要求23所述的方法，其中，所述填充層包括光吸收摻雜劑。
26.如權利要求25所述的方法，其中，所述摻雜劑包括染料。
27.如權利要求5所述的方法，其中，腐蝕所述填充層的所述步驟包括腐蝕所述填充層足夠長時間以產生從所述像素鏡上的所述抗蝕層到留在所述間隙中的所述填充層、小于或等于1200埃(±10％)的下降。
28.如權利要求1所述的方法，其中，所述第二厚度的所述平坦層包括光學薄膜層。
29.如權利要求28所述的方法，其中，所述光學薄膜層厚為840埃(±10％)。
30.如權利要求28所述的方法，其中，所述光學薄膜層包括氧化層。
31.如權利要求28所述的方法，還包括在所述光學薄膜層上形成保護層的步驟。
32.如權利要求31所述的方法，其中，所述保護層包括氮化層。
33.如權利要求31所述的方法，其中，所述保護層厚約1200埃(±10％)。
34.如權利要求31所述的方法，其中，形成所述保護層的所述步驟包括以下步驟在所述光學薄膜層上形成第一氮化層；在所述第一氮化層上形成氧化層；及在所述氧化層上形成第二氮化層。
35.如權利要求34所述的方法，其中所述光學薄膜層包括厚約750埃(±10％)的氧化層；所述第一氮化層厚為640埃(±10％)；所述第一氮化層上的所述氧化層厚為840埃(±10％)；及所述第二氮化層厚為1200埃(±10％)。
全文摘要
一種在器件表面上形成薄平坦層的組合CMP－腐蝕法,包括以下步驟:提供包括多個表面突起的基片,所述突起間限定有間隙;在所述基片上形成可蝕層;對所述可蝕層進行CMP工藝,從而形成具有大于1000埃的第一厚度的平坦層;及腐蝕所述平坦層至小于1000埃的第二厚度。
文檔編號B24B37/04GK1331837SQ99814742
公開日2002年1月16日 申請日期1999年12月23日 優(yōu)先權日1998年12月23日
發(fā)明者雅各布·D·哈斯克爾, 徐榮 申請人:奧羅拉系統(tǒng)公司