專利名稱：光致抗蝕劑上方的金屬層的平坦化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及半導(dǎo)體處理，且更特定來說，涉及位于光致抗蝕劑層上方的 金屬層的平坦化，尤其是數(shù)字微鏡或類似裝置的制造。
背景技水
數(shù)字微鏡裝置(DMD)是一種微電機系統(tǒng)(MEMS)裝置。 一種典型的DMD裝 置(例如可從美國德克薩斯州(Texas)達拉斯市(Dallas)的德州儀器(Texas Instruments) 獲得的DLptm裝置)包括與成像系統(tǒng)的像素位置相對應(yīng)呈一陣列定位的多種微鏡元件。 這種裝置可與圖像處理組件、存儲器、光源及光學(xué)器件結(jié)合以形成能夠?qū)D像投射到 顯示屏上的投影儀系統(tǒng)。
可使用半導(dǎo)體制造工藝(例如，互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝)來制造 DMD，以在CMOS存儲器單元上方形成可旋轉(zhuǎn)反射表面。這將提供可單獨尋址微鏡 元件陣列，每一元件均具有鏡狀鋁表面，視相應(yīng)的下伏存儲器單元的經(jīng)電子編程狀態(tài) 而定，所述鏡狀鋁表面可沿不同的方向反射光。例如，在一個實施方案中，將所述存 儲器單元置于第一狀態(tài)將使對應(yīng)的鏡旋轉(zhuǎn)+12度，且將所述存儲器單元置于第二狀態(tài) 將使所述鏡旋轉(zhuǎn)-12度。通過將所述DMD與合適的光源及投射光學(xué)器件結(jié)合，所述鏡 將入射光反射到投射鏡頭的視野范圍中或反射到其視野范圍外。因此，所述鏡的第一 狀態(tài)表現(xiàn)為明亮，而所述鏡的第二狀態(tài)表現(xiàn)為陰暗。通過對入射光進行二進制脈沖寬 度調(diào)制來實現(xiàn)灰度。通過使用固定式或旋轉(zhuǎn)式濾色器與一個、兩個或三個DMD芯片 結(jié)合來實現(xiàn)色彩。
DMD可具有各種設(shè)計。 一種常見的設(shè)計包括牢固地附裝到軛架的鏡，所述軛架 由兩個扭轉(zhuǎn)鉸鏈連接以支撐附裝到下伏襯底的柱。在所述下伏存儲器單元與所述鏡之 間產(chǎn)生的靜電場導(dǎo)致正向或負向旋轉(zhuǎn)。
所描述結(jié)構(gòu)的制造從CMOS存儲器電路開始。通過使用光致抗蝕劑層，所述結(jié)構(gòu) 形成有用于尋址電極、鉸鏈、軛架及鏡層的交替鋁層以及用于形成氣隙的犧牲層的 經(jīng)硬化光致抗蝕劑。
所述DMD裝置內(nèi)的表面的平面性和光滑性是至關(guān)重要的。例如，所述鏡層的表 面應(yīng)盡可能地光滑，這是至關(guān)重要的。如果沒有光滑的鏡層，則所述DMD的對比率 (即，所述鏡在"導(dǎo)通"及"關(guān)斷"位置時的白色與黑色之間的差異)會減小。 因此，所屬技術(shù)領(lǐng)域中需要一種提供光滑鏡層以得到經(jīng)增大對比率的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種將金屬層平坦化的方法，及一種制造微鏡元件的方法。將所述金 屬層平坦化的方法可包含但不限于以下步驟在光致抗蝕劑層上方形成金屬層，且然 后使用化學(xué)機械拋光工藝將所述金屬層平坦化。
上文已簡要地提到，本發(fā)明還揭示一種制造微鏡元件的方法。除其它步驟外，此 方法還可包含1)在半導(dǎo)體襯底上或其中形成控制電路，2)在所述控制電路上方形 成鉸鏈，3)在所述鉸鏈上方形成光致抗蝕劑層，4)在所述光致抗蝕劑層上方形成金 屬層，所述金屬層具有表面粗糙度，及5)使用化學(xué)機械拋光工藝將所述金屬層平坦 化，所述平坦化可降低所述表面粗糙度。


圖1-9是根據(jù)本發(fā)明原理制造微鏡元件的實例工藝中各步驟的剖視圖。 圖IO是根據(jù)本發(fā)明原理制造的微鏡元件的分解圖。
具體實施例方式
圖1圖解說明處于實例制造工藝初始步驟的微鏡元件100。微鏡元件100包含控 制電路110，其形成于半導(dǎo)體襯底105上或其中。半導(dǎo)體襯底105可包括若干不同材 料，例如外延硅。
控制電路110優(yōu)選地包括多個CMOS裝置，其中包含半導(dǎo)體襯底105內(nèi)的可尋址 靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)電路。
微鏡元件100可進一步包含形成于控制電路110上方的絕緣層120。絕緣層120 可包括已通過化學(xué)機械拋光而平坦化的氧化物，例如氧化硅。絕緣層120可具有從約 10 nm到約100nm范圍內(nèi)的厚度。
位于絕緣層120上方的是導(dǎo)電層130。導(dǎo)電層130可包括鋁或鋁合金，其已濺鍍 沉積為從約100nm到約400nm范圍內(nèi)的厚度。雖然所圖解說明的剖視圖中未顯示， 但絕緣層130中形成有通孔以允許導(dǎo)電層130在必要時與下伏控制電路110接觸。雖 然所圖解說明的剖視圖中仍未顯示，但導(dǎo)電層130己圖案化，從而形成電極墊及偏壓 總線。優(yōu)選地，通過將經(jīng)等離子沉積的二氧化硅用作蝕刻掩模進行等離子蝕刻來將導(dǎo) 電層130圖案化。
位于經(jīng)圖案化導(dǎo)電層130及控制電路IIO上方的是初始間隔層140。可通過將光 致抗蝕劑旋涂沉積為從約400nm到約1500 nm范圍內(nèi)的厚度來形成初始間隔層140。 初始間隔層140經(jīng)配置以提供將在其上構(gòu)造鉸鏈的平面表面，且在所述鉸鏈與位于其 下方的所述電極墊及偏壓總線之間提供間隙。
圖2圖解說明在初始間隔層140內(nèi)圖案化開口 210之后的微鏡元件100?？墒褂贸Ｒ?guī)的圖案化及蝕刻技術(shù)以在初始間隔層140中形成開口 210。例如，可通過對初始
間隔層140進行曝光、圖案化、顯影且然后清除浮渣來將開口210圖案化到初始間隔 層140中。在初始間隔層140中圖案化開口 210之后，初始間隔層140可在約200°C 的溫度下深度UV硬化以防止在后續(xù)處理步驟期間流動及起泡。
圖3圖解說明在初始間隔層140中的開口 210上方及內(nèi)部形成初始金屬層310之 后的微鏡元件100。根據(jù)本發(fā)明原理，初始金屬層310也稱作鉸鏈或鉸鏈金屬層?？?使用與上文所述形成導(dǎo)電層130類似的程序及材料來形成初始金屬層310。初始金屬 層310通?？删哂袕募s30 nm到約100 nm范圍內(nèi)的厚度。
在圖3中未圖解說明的步驟中，可在初始金屬層310的表面上方沉積一可選通孔 塞。例如，可在初始金屬層310的整個表面上方覆毯沉積一厚層(例如，大約500nm) 氧化物。此后，可執(zhí)行通孔塞回蝕，從而沿位于開口 210中的初始金屬層310側(cè)壁留 下一層通孔塞材料。據(jù)信，剩余的通孔塞材料提供對微鏡元件100的結(jié)構(gòu)支撐。
圖4圖解說明將初始金屬層310圖案化以形成鉸鏈410之后的微鏡元件100。雖 未圖解說明，在某些實施例中還可通過圖案化工藝形成彈簧。雖然圖4的剖視圖中未 圖解說明初始金屬層310的經(jīng)圖案化形體，但所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，這種 形體的確存在。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可在初始金屬層310上方形成蝕刻 掩模(例如，經(jīng)等離子沉積的二氧化硅蝕刻掩模)以協(xié)助蝕刻初始金屬層310來形成 鉸鏈410。
圖5圖解說明在鉸鏈410上方形成光致抗蝕劑層510之后的微鏡元件00。圖5 實施例中的光致抗蝕劑層510擔(dān)當(dāng)?shù)诙g隔層。同樣，可使用與所述形成初始間隔層 140類似的程序及材料來形成光致抗蝕劑層510。光致抗蝕劑層510提供將在其上構(gòu)造 后續(xù)層的平面表面。
圖6圖解說明在光致抗蝕劑層510內(nèi)圖案化開口 610之后的微鏡元件100。在圖 6的實施例中，使用類似于用來在初始間隔層140中圖案化開口的工藝在光致抗蝕劑 層510的中心圖案化開口 610。因此，可使用常規(guī)的圖案化及蝕刻步驟。
圖7圖解說明在光致抗蝕劑層510上方形成金屬層710之后的微鏡元件100。在 圖7的實施例中，金屬層710沉積于光致抗蝕劑層510上以及光致抗蝕劑層510的開 口610中。有利地，金屬層710的厚度大于其最終將具有的厚度。例如，由于已知金 屬層710的厚度在隨后的平坦化步驟中將減小，因此其可經(jīng)沉積以具有從約500 nm到 約2000nm范圍內(nèi)的厚度，且更特定來說從約550 nm到約1000 nm?？墒褂妙愃朴谏?文所述形成初始金屬層310的程序及材料來形成金屬層710。
圖8圖解說明將金屬層710平坦化從而形成經(jīng)平坦化金屬層810之后的微鏡元件 100，所述經(jīng)平坦化金屬層具有小于金屬層710的表面粗糙度。在實例實施例中，將金 屬層710平坦化，直到經(jīng)平坦化金屬層810具有從約200 nm到約400 nm范圍內(nèi)的厚 度。
應(yīng)謹慎地進行金屬層710的平坦化以避免從光致抗蝕劑層510剪切金屬層710。在不對上述情形進行限制的情況下，相信當(dāng)將位于光致抗蝕劑層510上或上方的 金屬層710平坦化時，向下力是最重要的平坦化參數(shù)。在本發(fā)明的-一個實施例中，可 觀察到可使用小于約4.0psi的向下力，而不會破壞金屬層710。在另一實例實施例中， 可觀察到從約0.5psi到約2.0psi的向下力是最理想的。除向下力之外，可調(diào)節(jié)臺板速 度、晶片載架速度、臺板及漿料溫度、漿料流速及成分以及拋光墊等以進一步防止金 屬層710被剪切。應(yīng)注意，光致抗蝕劑層510中的開口具有位于其中的金屬層710進 一步幫助減少所述剪切。
因此，金屬層710的平坦化提供各種優(yōu)點。首先，金屬層710的平坦化減小了其 表面粗糙度。因此，在微鏡元件100的操作期間，經(jīng)平坦化金屬層810不會經(jīng)歷散射， 且因此不會經(jīng)歷經(jīng)減小的對比率。另外，金屬層710的平坦化允許微鏡元件100的制 造商精確地修整經(jīng)平坦化金屬層810的厚度。
圖9圖解說明將經(jīng)平坦化金屬層810圖案化且然后移除初始間隔層140及光致抗 蝕劑層510之后的微鏡元件100。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可使用蝕刻掩模
(例如，經(jīng)等離子沉積的二氧化硅蝕刻掩模)來協(xié)助對經(jīng)平坦化金屬層810的蝕刻。 所形成的是反射表面或鏡的陣列。
可使用常規(guī)的技術(shù)來完成初始間隔層140及光致抗蝕劑層510的移除。例如，可 使用常規(guī)的等離子灰化或其它類似工藝來移除初始間隔層140及光致抗蝕劑層510。
上文針對圖1-9所述的本發(fā)明實施例圖解說明了位于光致抗蝕劑層510上或上方 的金屬層710的平坦化。然而，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，存在將位于光致抗 蝕劑層上或上方的金屬層圖案化的其它實施例，且所述實施例保持在所主張發(fā)明范圍 內(nèi)。例如，存在另一實施例，其中初始金屬層310覆毯沉積于初始間隔層140上方。 隨著初始金屬層310覆毯沉積到經(jīng)增大厚度，初始金屬層310大致地(如果不是完全 地)填充初始間隔層140中的開口 210。然后，可以類似于上文所論述的方式將經(jīng)覆 毯沉積的初始金屬層310圖案化，從而形成初始金屬層310的適當(dāng)厚度。此實施例的 優(yōu)點是，開口 210將保持由初始金屬層310所填充。因此，初始金屬層310將經(jīng)歷經(jīng) 改善電/機械完整性，尤其在形成于開口210內(nèi)的通孔處。
圖10圖解說明根據(jù)本發(fā)明原理制造的微鏡元件1000。除其它元件外，圖10中所 圖解說明的微鏡元件IOOO包含有控制電路1010位于其中的半導(dǎo)體襯底1005、位于 控制電路IOIO上方的經(jīng)圖案化導(dǎo)電層1020、位于經(jīng)圖案化導(dǎo)電層1020上方的經(jīng)圖案 化初始金屬層1030、及位于經(jīng)圖案化初始金屬層1030上方的經(jīng)圖案化金屬層1040。 半導(dǎo)體襯底1005、控制電路IOIO、經(jīng)圖案化導(dǎo)電層1020、經(jīng)圖案化初始金屬層1030 及經(jīng)圖案化金屬層1040分別地類似于圖9中所圖解說明的半導(dǎo)體襯底105、控制電路 110、經(jīng)圖案化導(dǎo)電層130、經(jīng)圖案化初始金屬層410及經(jīng)圖案化金屬層810，或與其 略有不同。例如，當(dāng)沿圖10的線9-9截取一剖視圖時，可形成大致類似于圖9中所圖 解說明的微鏡元件100的裝置。
雖然己詳細描述了本發(fā)明，但所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可在不背離所主 張發(fā)明范圍的情況下對所描述實例實施例及所呈現(xiàn)的其它實施例做出各種增加、刪除、 替代及修改。
權(quán)利要求
1、一種用于將金屬層平坦化的方法，其包括在光致抗蝕劑層上方形成金屬層；及使用化學(xué)機械拋光工藝將所述金屬層平坦化。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述金屬層包括鋁。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用小于約4psi的向下力來完成所述平坦化。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中使用從約0.5psi到約2.0psi范圍內(nèi)的向下力來完成所述平坦化。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層包含延伸到所述光致抗蝕劑層中 的開口中的柱。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層是在微鏡元件中使用的金屬鉸鏈 或鏡層。
7、 如權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的方法，其用于制造數(shù)字微鏡裝置的微鏡元件，所述方法進一步包括在半導(dǎo)體襯底上形成控制電路；在所述控制電路上方形成鉸鏈；及 在所述鉸鏈上方形成所述光致抗蝕劑層。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述控制電路上方形成鉸鏈包含在所述 控制電路上方形成初始間隔層、將所述初始間隔層圖案化、在所述經(jīng)圖案化的初始間 隔層上方形成初始金屬層、及將所述初始金屬層圖案化以產(chǎn)生所述鉸鏈。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述鉸鏈上方形成所述光致抗蝕劑層包含 在所述鉸鏈上方沉積所述光致抗蝕劑層及在所述所沉積的光致抗蝕劑層中圖案化開 Q。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述光致抗蝕劑層上方形成所述金屬層進一步包含在所述光致抗蝕劑層上方及所述開口內(nèi)形成所述金屬層。
11、如權(quán)利要求10所述的方法，其進一步包含將所述經(jīng)平坦化的金屬層圖案 化，且然后移除所述初始光致抗蝕劑層及所述光致抗蝕劑層。
12、 一種如權(quán)利要求7所述的方法形成的數(shù)字微鏡裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將金屬層平坦化的方法及一種制造微鏡元件的方法。在不受限制的情況下，所述將所述金屬層平坦化的方法可包含以下步驟在光致抗蝕劑層(510)上方形成金屬層(710)，且然后使用化學(xué)機械拋光工藝將所述金屬層平坦化。
文檔編號B44C1/22GK101512731SQ200680042244
公開日2009年8月19日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者何陽華, 安東尼·迪卡洛, 戴維·A·羅滕布瑞, 詹姆斯·C·貝克爾, 陳靜秋 申請人:德州儀器公司