專利名稱：鋁化學機械拋光的方法與結構的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及集成電路以及制造電子器件的集成電路加工方法。更具體地說，本發明涉及用于制造用作顯示器的硅上液晶(LCOS)器件的電極結構的方法。
背景技術：
本發明一般地涉及集成電路以及制造電子器件的集成電路加工方法。更具體地說，本發明提供了一種用于制造用作顯示器的硅上液晶(LCOS)器件的電極結構的方法。但是應當認識到，本發明具有更寬泛的適用范圍。
近年來，電子顯示技術已經得到迅速發展。在早期的傳統電視中，陰極射線管技術(通常稱作CRT)將選定的像素輸出到一個玻璃屏幕上。這些電視機最初輸出黑白移動圖像。很快彩色電視取代了全部或絕大多數黑白電視機。盡管CRT極為成功，但是CRT通常很笨重，很難作到很大并且還有其它的限制。
CRT很快被液晶平板顯示器取代或至少部分取代。這些液晶平板顯示器(通常稱作LCD)使用耦合到液晶材料和彩色過濾器的晶體管元件陣列來輸出彩色移動圖像。許多計算機終端和較小的顯示設備經常使用LCD輸出視頻、文本和其它視覺特征。令人遺憾的是，液晶平板通常具有低成品率并且很難按比例做到很大尺寸。這些LCD通常不適于用作經常為電視等所需要的大顯示器。
因此，已經開發了投影顯示單元。這些投影顯示單元除了別的以外還包括配對(counterpart)液晶顯示器，其將光從選定的像素通過透鏡輸出到大顯示器上以產生移動圖像、文本和其它視覺圖像。另一種技術稱作“數字光處理(Digital Light Processing，DLP)”，其是美國德州儀器公司(TI)的商業名稱。DLP通常被用來稱為“微鏡(micro-mirror)”。DLP依靠數十萬個微小的鏡子，這些微小的鏡子排成800行，每行有600個鏡子。每個鏡子都裝有轉軸。一個制動器被安裝到每個轉軸上。該制動器通常具有靜電能，它能夠以高頻繞軸傾斜每個鏡子。活動的鏡子可以調制光，經調制的光可以通過透鏡進行傳輸，并且隨后顯示在顯示屏上。盡管DLP已經很成功，但它通常很難制造并且成品率很低。
另一種技術稱作LCOS。LCOS使用施加到反光鏡襯底的液晶。隨著液晶“打開”或“關閉”，光被反射或阻擋以對光進行調制，進而產生顯示圖像。與傳統的透射式LCD相比，反射式LCOS顯示器允許更多的光通過光學系統，從而提供了較高的亮度。通常在一個投影系統中至少具有三個LCOS芯片，分別對應于紅色通道、綠色通道和藍色通道中的光。然而LCOS有很多局限性。僅僅作為示例來說，LCOS通常很難制造。此外，LCOS需要至少三個芯片，這使得投影器大而笨重，并且導致大的開銷。
傳統的LCOS還使用鋁材料作為電極的反射薄膜。通常由蝕刻工藝來形成傳統的鋁鏡。蝕刻及其后續工藝常常降低鋁表面的質量。在鋁鏡上可能產生諸如凹陷和劃痕等缺陷。此外，沉積鋁的表面粗糙度通常超過20。并且還存在由薄膜沉積和蝕刻引起的晶圓從中央到邊緣的不一致。
從上面可以看出，需要一種改進的技術，用于處理半導體器件。
發明內容
根據本發明，提供了用于制造電子器件的集成電路加工技術。更具體的說，本發明提供了一種用于制造用作顯示器的硅上液晶(LCOS)器件的電極結構的方法。但是應當認識到，本發明具有更寬泛的適用范圍。
在一個具體實施例中，本發明提供了一種化學機械拋光鏡結構的方法。這種鏡結構可以用于顯示器(例如，LCOS、DLP)、光學器件等等。所述方法包括提供一個半導體襯底，例如硅晶圓。所述方法形成一個覆蓋在所述半導體襯底之上的第一介電層，并且形成一個覆蓋在所述介電層之上的鋁層。所述鋁層具有大于20埃的RMS(均方根)預定粗糙度。所述方法圖案化所述鋁層以暴露所述介電層的一部分。所述方法包括形成一個覆蓋在圖案化鋁層和所述介電層的已暴露部分之上的第二介電層。所述方法去除所述第二介電層的一部分。所述方法使用潤色(touch-up)拋光工藝來處理在所述圖案化鋁層上的區域，以將所述圖案化鋁的表面粗糙度降低到5埃以下，進而在所述圖案化鋁上形成鏡面。詞語“潤色”指的是一種拋光工藝，在該工藝中去除了相對少量的材料(≤1000)。
在另一個具體實施例中，所述方法提供了一種化學機械拋光鏡結構的方法。所述方法包括提供一個襯底例如硅晶圓。所述方法形成一個覆蓋在所述半導體襯底之上的第一介電層，并且形成一個覆蓋在所述介電層之上的金屬層。所述金屬層的上表面具有以RMS測量的第一預定粗糙度。所述方法包括使用潤色拋光工藝來處理在所述金屬層之上的一個或多個區域，以將所述金屬層的所述上表面的表面粗糙度從所述第一預定粗糙度降低到第二預定粗糙度，進而在所述金屬層上形成鏡面。
通過本發明，實現了許多優于傳統技術的優點。例如，本技術易于使用依賴于傳統技術的工藝。在一些實施例中，本方法提高了每個晶圓上的芯片的器件成品率。此外，本方法提供了與傳統工藝相兼容的工藝，而基本不用對現有的設備或工藝進行改動。本發明優選地提供了用于顯示器的LCOS器件的改進的鏡子或電極結構，這種電極結構使用改進鏡面的潤色拋光技術。根據實施例，可以實現一個或多個這些優點。在本說明書的下文中，將詳細描述這些以及其它的優點。
圖1是根據本發明的實施例的LCOS器件的簡化橫截面示圖；圖2-7是一系列簡化橫截面示圖，用于圖示根據本發明的實施例的制造LCOS器件的方法。
具體實施例方式
根據本發明，提供了用于制造電子器件的集成電路加工技術。更具體的說，本發明提供了一種用于制造用作顯示器的硅上液晶(LCOS)器件的電極結構的方法。但是應當認識到，本發明具有更寬泛的適用范圍。
圖1是根據本發明的實施例的LCOS器件100的簡化橫截面示圖。該示圖僅僅是一個示例，而不應作為對這里的權利要求的范圍的限制。本領域普通技術人員將能看出許多變化、修改和替換。如所示，LCOS器件100具有一個半導體襯底101，例如硅晶圓。形成一個MOS器件層103覆蓋在半導體襯底上。MOS器件層優選地具有多個MOS器件。每個MOS器件具有一個作為電極的接觸區域107和一個作為電位的接觸區域105。形成一個平坦化的中間介電層111覆蓋在MOS器件層上。LCOS器件在中間介電層的一部分的內部還具有多個凹陷區域，并且還具有一個金屬層(例如，鋁)來填充每個凹陷區域以對應于每個凹陷區域而形成相應的多個電極區域113。每個電極區域通過互連結構109分別耦合到多個MOS器件中的至少一個MOS器件。互連結構109可以是插塞(plug)或其它類似結構。形成一個保護層覆蓋在多個電極區域中的每個的表面區域上，以保護該表面區域。在每個表面區域上都有一個精加工鏡面116。該精加工鏡面優選地基本沒有諸如凹陷和劃痕等表面缺陷，并且它是盡可能光滑的而且是高反射性的。在本發明中，使用化學機械拋光來滿足上述的鏡面要求。所使用的化學機械拋光工藝更為優選是一定條件下的潤色拋光工藝。每個電極可以具有約從2000埃到約4000埃的厚度，并且可以是其它尺寸。每個電極代表LCOS器件的像素陣列中的一個像素。圖中還示出了覆蓋在電極之上的液晶薄膜115。LCOS器件還具有一個透明電極層(例如，銦錫氧化物)117和一個上覆的玻璃板119用于密封所述的多層結構。在本說明書及下文中可以找到對操作LCOS器件的方法的細節描述。
為了操作LCOS器件，光120穿過玻璃覆層、通過透明電極而到達液晶薄膜。當電極沒有加偏壓時，液晶薄膜基本上處于不工作(off)狀態，其不允許光穿過它。更確切地說，光被阻擋并且不能從電極的鏡面反射回來。當電極通過MOS器件加以偏壓時，液晶薄膜處于工作(on)狀態，其允許光穿過121。光從電極的表面反射并且穿過處于工作狀態的液晶薄膜。鏡面優選地基本沒有缺陷。因此入射光的至少93％穿過121 LCOS器件而離開。在本說明書及下文中可以找到對制造LCOS器件的方法的細節描述。
根據本發明的實施例，用于制造LCOS器件的電極結構的方法可以簡要描述如下1.提供一個襯底；2.形成一個覆蓋在所述襯底之上的晶體管元件層；3.形成一個覆蓋在所述晶體管元件層之上的第一中間介電層；4.形成阻擋金屬層覆蓋在所述第一中間介電層上；5.形成一個鋁層覆蓋在所述第一中間介電層上的阻擋金屬層之上；6.對所述鋁層進行掩模；7.對所述鋁層進行圖案化以形成多個電極區域，每個電極區域對應一個像素；8.通過使用所述第一中間介電層的暴露區域，形成圍繞每個像素的邊界區域；9.形成一個覆蓋在每個所述像素和所述第一中間介電層的每個暴露區域之上的第二介電層；10.對覆蓋的所述第二介電層執行化學機械平坦化工藝以降低所述第二介電層的厚度；11.繼續降低所述第二介電層的厚度，直到暴露出每個所述電極區域的表面區域；12.使用所述化學機械平坦化工藝來潤色拋光每個所述電極區域的表面區域，以將所述表面區域的表面粗糙度從第一預定水平降低到第二預定水平；以及13.形成一個保護層覆蓋在所述圖案化的鋁層的表面區域之上；14.提供一個液晶層覆蓋在所述保護層之上，一個透明電極層覆蓋在所述液晶層之上以及一個玻璃層覆蓋在所述透明電極層之上，進而形成LCOS器件；以及15.執行預期的其它步驟。
上面的步驟序列提供了根據本發明的實施例的一種方法。如所示，本方法使用的步驟組合包括形成用于LCOS器件的電極結構的方法。在不脫離這里的權利要求的范圍的條件下，可以增加步驟，去除一個或多個步驟或者以不同的次序規定一個或多個步驟。在本說明書以及下文的詳細描述中可以發現本發明的其它細節。
圖2至圖4圖示了根據本發明的實施例的用于形成LCOS器件的方法。這些示圖僅僅作為示例，而不應作為對這里的權利要求的范圍的限制。本領域普通技術人員將能看出許多變化、替換和修改。參考圖2，所述方法始于提供一個半導體襯底201(例如，硅晶圓)。所述方法包括形成一個覆蓋在襯底上的晶體管層。晶體管層優選地具有多個MOS器件，每個MOS器件具有第一接觸區域和第二接觸區域。所述方法還包括形成一個中間介電層203覆蓋在晶體管層上。該介電層可以由BPSG、FSG、氧化物或它們的任意組合等形成。該介電層優選地使用化學氣相沉積工藝來形成。所述方法隨后平坦化該中間介電層以形成平坦化的表面區域。該介電層可選地已經進行了平坦化。
仍然參考圖2，所述方法包括形成一個阻擋金屬層205覆蓋在所述平坦化中間介電層的平坦化表面區域上。阻擋金屬層可以由諸如氮化鈦、鈦/氮化鈦等合適的材料制成。所述方法包括形成一個金屬層(例如，鋁)207覆蓋在阻擋金屬層之上。諸如鋁的金屬層是通過濺射而形成的。金屬層具有一個基本平坦的表面，但是其上具有某些缺陷例如表面粗糙以及其它不完整性。在一個具體實施例中，金屬層具有通過使用濺射工藝而形成的20及以上的預定粗糙度。每個電極區域分別耦合到多個MOS器件中的每個MOS器件。
參考圖3，所述方法包括對鋁層的上表面進行掩模。掩模被圖案化并暴露出鋁層的某些區域。所述方法對鋁層進行圖案化以形成多個電極305區域。每個電極區域對應一個像素。所述方法使用中間介電層的暴露區域303來形成圍繞每個像素的邊界區域301。每個像素的寬度約4微米到約50微米、厚度約2000到10000。當然，本領域普通技術人員將能看出其它變化、修改和替換。
根據一個具體的實施例，所述方法形成一個第二介電層401覆蓋在每個像素和第一中間介電層的每個暴露區域之上，如圖4的簡化示圖所圖示的那樣。第二電介質可以是任何適宜的材料或材料組合。即，該介電層可以由BPSG、FSG、氧化物、HDP及它們的任意組合等制成。該介電層優選地使用化學氣相沉積工藝來形成。
所述方法隨后對覆蓋的第二介電層執行化學機械平坦化工藝501以降低第二介電層的厚度，如圖5所示。所述方法繼續降低第二介電層的厚度，直到暴露出每個電極區域的表面區域。所述方法優選地使用化學機械平坦化工藝來潤色拋光每個電極區域的表面區域，以將所述表面區域的表面粗糙度從第一預定水平降低到第二預定水平。
根據應用，可以適當的參數進行對鋁金屬的潤色拋光操作。在一個具體實施例中，可以在諸如EBARA制造的EPO-222或其它的化學機械拋光工具上應用潤色拋光工藝。潤色拋光工藝的特征是采用一個頭部轉速為5到40RPM的拋光轉頭，潤色拋光工藝包括在圖案化鋁層之上的區域之上采用一個含有軟墊的拋光頭(例如Rodel制造的Polytex)。潤色拋光工藝優選地使用挑選的漿料(slurry)混合物。這樣的漿料混合物的一個示例包含二氧化硅分布及用于鋁表面氧化和鈍化的化學添加組分。漿料混合物的溶液中含有很多二氧化硅顆粒，這些顆粒的直徑從約30nm到約200nm，所述溶液的PH值為小于等于3.5。拋光工藝優選地在具有平臺速率從5到36RPM的可旋轉平臺上執行。根據某些實施例，拋光墊向襯底表面的下壓力約為1-3 PSI(磅/平方英寸)。優選地，潤色拋光工藝的特征是鋁去除速率50到1000/分鐘。根據具體實施例，潤色拋光工藝從圖案化鋁層的上表面至少去除約50埃的厚度，并且最多從上表面去除2000埃的厚度。根據一個具體實施例，最終的鏡面的特征是反射率大于等于93％和RMS表面粗糙度小于等于5。當然，可以有其它的替換、變化和修改。
如圖5、6和7所示，所述方法可選地執行化學機械平坦化、回蝕(etch back)和潤色拋光的結合。所述方法執行氧化物化學機械平坦化工藝551。所述方法在由LAM RESEARCH制造的TERES工具上使用經過選擇的工藝條件。以拋光頭的轉速15到30RPM(轉數/分鐘)的特征是所述拋光。拋光工藝包括將含有聚氨脂材料的拋光墊(例如Rodel制造的IC1000)應用到氧化物層之上的區域之上。拋光工藝優選地使用經過選擇的漿料混合物。這樣的漿料混合物的一個示例是由美國的CabotMicroelectronics制造的SS-25(未經挑選)。漿料混合物的溶液含有很多二氧化硅顆粒，這些顆粒的直徑從約80nm到200nm，所述溶液的PH值為10.8到11.2。優選地在具有帶速率為275ft/分鐘的旋轉帶上進行拋光工藝。根據某些實施例，拋光墊向襯底表面的下壓力約為5.0PSI。優選地拋光工藝的特征是氧化物去除速率3000到4500/分鐘。氧化物拋光工藝從氧化物層的上表面至少去除約5000以到達圖案化鋁層的上表面附近的一個區域。當然，可以有其它的變化、修改和替換。
如圖6所示，所述方法執行回蝕工藝601。回蝕工藝可以是干法、濕法或二者的結合。執行回蝕工藝直到暴露出圖案化鋁層的上表面為止。如圖7所示，所述方法隨后執行潤色拋光工藝701。在一個具體實施例中，可以在諸如EBARA制造的EPO-222或其它的化學機械拋光工具上執行潤色拋光工藝。潤色拋光的特征是拋光頭的旋轉速率為5到40RPM。潤色拋光工藝包括將一個含有軟材料(例如Rodel制造的Polytex)的拋光墊應用到圖案化鋁層之上的區域之上。潤色拋光工藝優選地使用挑選的漿料混合物。漿料混合物的溶液中含有很多二氧化硅顆粒，這些顆粒的直徑從約30nm到約200nm，所述溶液的PH值為小于等于3.5。拋光工藝優選地在具有平臺速率從5到36RPM的可旋轉平臺上執行。根據某些實施例，拋光墊向襯底表面的下壓力為約1-3PSI。優選地潤色拋光工藝的特征是鋁去除速率50到1000/分鐘。根據具體實施例，潤色拋光工藝從圖案化鋁層的上表面至少去除約50埃的厚度，并且最多從上表面去除2000埃的厚度。根據一個具體實施例，所得的鏡面的特征是反射率大于等于93％和RMS表面粗糙度小于等于5。當然，可以有其它的替換、變化和修改。
所述方法還包括形成一個保護層覆蓋在多個電極區域中的每個電極區域的表面區域之上，以保護每個電極區域的具有精加工鏡面的表面區域。優選的，在制作完成的LCOS器件中，至少91％的光從精加工鏡面反射回來。可以通過將裸露的鋁層表面用諸如雙氧水、BTA、臭氧/水混合物等氧化性液體來處理而形成保護層。氧化性液體基本上是潔凈的并且可在裸露的鋁層之上形成一個鈍化層。根據實施例，可以有其它的變化、修改和替換。
為了完成LCOS器件，所述方法形成一個含有液晶材料的夾層。這里，形成的液晶薄膜覆蓋在電極之上。形成一個透明電極結構覆蓋在液晶薄膜之上。所述方法形成一個玻璃板覆蓋在透明電極上。這個夾層結構通常作為一個配件而形成，其稍后安置在LCOS器件的電極的表面之上。當然，本領域普通技術人員將能看出許多變化、替換和修改。
還應當理解，這里所描述的示例和實施例只是為了說明的目的，本領域的普通技術人員可以根據上述實施例對本發明進行各種修改和變化。這些修改和變化都在本申請的精神和范圍內，并且也在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種對鏡結構進行化學機械拋光的方法，所述方法包括提供一個半導體襯底；形成一個覆蓋在所述半導體襯底之上的第一介電層；形成一個覆蓋在所述介電層之上的鋁層，所述鋁層具有大于20埃的均方根預定粗糙度；圖案化所述鋁層以暴露所述介電層的一部分，所述已暴露部分形成了圍繞所述圖案化鋁層的復數個圖案之一的邊界，所述復數個圖案之一對應一個像素；形成一個覆蓋在所述圖案化鋁層和所述介電層的已暴露部分之上的第二介電層；去除所述第二介電層的一部分以到達圖案化鋁層的上表面附近的一個區域；通過使用潤色拋光工藝，處理覆蓋在所述圖案化鋁層上的區域，以將所述圖案化鋁的所述上表面的表面粗糙度降低到5埃以下，進而在所述圖案化鋁的所述上表面之上形成一個鏡面，所述鏡面對應于所述像素。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝的特征是其拋光頭的旋轉速率為5到40轉數/分鐘。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝包括將一個軟墊(Rodel Polytex墊)應用到所述圖案化鋁層之上的區域。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝包括將一個漿料混合物應用到所述正在處理的區域。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝包括將所述半導體襯底置于一個可旋轉平臺上，所述可旋轉平臺以平臺速率5到36轉數/分鐘旋轉所述襯底。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝的特征是使用下壓力1-3磅/平方英寸。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝的特征是鋁去除速率為50到1000埃/分鐘。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述鏡面的特征是具有大于或等于91％的反射率，以及小于或等于5埃的均方根表面粗糙度。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述圖案化鋁層的特征是其反射率從約83％到約91％，并且所述鏡面的特征是具有大于91％的反射率。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝包括在PH值小于等于3.5的溶液中的多個二氧化硅顆粒，所述多個二氧化硅顆粒的直徑從約30納米到約200納米。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述潤色拋光工藝從所述圖案化鋁層的所述上表面至少去除約50埃的厚度，并且最多從所述上表面去除1000埃的厚度。
12.一種對鏡結構進行化學機械拋光的方法，所述方法包括提供一個襯底；形成一個覆蓋在所述半導體襯底之上的第一介電層；形成一個覆蓋在所述介電層之上的金屬層，所述金屬層的上表面具有以均方根測量的第一預定粗糙度；以及使用潤色拋光工藝來處理在所述金屬層之上的一個或多個區域，以將所述金屬層的所述上表面的表面粗糙度從所述第一預定粗糙度降低到第二預定粗糙度，進而在所述金屬層上形成一個鏡面。
全文摘要
一種對鏡結構進行化學機械拋光的方法，這種鏡結構可以用于LCOS、DLP顯示器、及光學器件等。該方法包括提供一個半導體襯底，例如硅晶圓。該方法形成一個覆蓋在半導體襯底之上的第一介電層，并且形成一個覆蓋在該介電層之上的鋁層。該鋁層具有大于20埃的RMS預定粗糙度。該方法圖案化該鋁層以暴露該介電層的一部分。該方法包括形成一個覆蓋在圖案化鋁層和介電層的已暴露部分之上的第二介電層。該方法去除第二介電層的一部分。該方法使用潤色拋光工藝來處理在圖案化鋁層上的區域，以將圖案化鋁的表面粗糙度降低到5埃以下并去除在圖案化鋁上殘留的電介質以在該圖案化鋁上形成鏡面。
文檔編號B24B1/00GK1699015SQ20041001856
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者俞昌, 楊春曉, 任自如, 黃河 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司