專利名稱：微顯示板表面平坦度改善方法、硅基液晶顯示板及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善微顯示面板(microdisplay)表面平坦度的方法、硅基液晶顯示面板(liquid crystal on silicon display，LCoS display)及其制法，尤其涉及一種使其中液晶分子能良好排列而具有增進(jìn)的光學(xué)表現(xiàn)的LCoS顯示面板。
背景技術(shù)：
硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)顯示器，即，微顯示器(micro-display)，是反射式液晶投影機(jī)(reflective LCD projector)與背投影電視(rear-projection TV)的關(guān)鍵技術(shù)。硅基液晶顯示器最大的優(yōu)點(diǎn)在于可大幅降低面板生產(chǎn)成本以及體積輕、薄、短、小，同時(shí)亦具有高分辨率以及低功率等特性。硅基液晶顯示器與薄膜晶體管液晶顯示器(thin film transistor liquidcrystal display，TFT-LCD)不同之處在于薄膜晶體管液晶顯示面板以玻璃基板或石英基板作為背板，并利用背光模塊由背板底側(cè)提供光源，而硅基液晶顯示面板則以硅基板作為背板，同時(shí)利用光學(xué)引擎由前板上側(cè)提供光源，因此硅基液晶顯示面板的工藝可整合半導(dǎo)體工藝技術(shù)，具有較高的穩(wěn)定性與分辨率。
然而，于現(xiàn)有的硅基液晶顯示面板中，液晶層內(nèi)的液晶分子往往因?yàn)榉瓷溏R層單元之間的凹陷(recess)而傾倒。請(qǐng)參閱圖1，如圖1所示，一半導(dǎo)體基底12，其內(nèi)包括晶體管元件(例如CMOS)、金屬內(nèi)連線、及金屬插塞等(未示出)，多個(gè)反射鏡層單元14形成于半導(dǎo)體基底12的表面上，反射鏡層單元14之間的間隙填充有介電層16，透明電極22與透明基板24與半導(dǎo)體基底12結(jié)合，液晶層26則填充于透明電極22與半導(dǎo)體基底12之間的間隙。可注意到的是，液晶層26所在的一表面，其由反射鏡層單元14與介電層16所構(gòu)成，因?yàn)楣に嚿系囊蛩?，此表面于介電?6處為一凹陷，使得位于兩像素電極之間的液晶分子因凹陷而傾倒，造成液晶分子站立角度不同，而影響位于像素與像素之間位置的光學(xué)性能。
請(qǐng)參閱圖2，其說(shuō)明現(xiàn)有的制造硅基液晶顯示面板的方法。于現(xiàn)有的制造方法中，在定義出諸反射鏡層單元之后，會(huì)沉積一介電層16a，并填滿反射鏡層單元之間的間隙。由于工藝因素，介電層的表面于反射鏡層單元14之間的間隙位置會(huì)產(chǎn)生凹陷18。然后，請(qǐng)參閱圖3，通常以化學(xué)機(jī)械拋光方式移除部分介電層，為了不傷及反射鏡層單元14(通常為鋁)，通常再以蝕刻方式，繼續(xù)部分移除所余的介電層16a。為了確保反射鏡層單元14表面上的介電層移除殆盡，會(huì)采取過(guò)蝕刻的方式，以便僅在間隙處留下介電層16，因而也造成凹陷20。此如同于一般IC工藝中金屬層(IMD)平坦化工藝一樣，受到工藝均勻性(process uniformity)的影響，而造成間隙處介電層的凹陷。此凹陷20的深度R可為大于500，影響液晶排列。
美國(guó)專利第6,569,699號(hào)揭示一種制造硅基LCD(LCD-on-silicon)像素裝置的方法，其中，在制作像素電極時(shí)，先于層間介電層(ILD)上形成第一不透明導(dǎo)電層(例如包括例如鎢、鈦、氮化鈦、鉻、銀、鈷、或氮化鈷)，且充滿介質(zhì)孔(vias)，將其因?yàn)椴迦邪继幍纳媳砻婺テ剑傩纬傻诙煌该鲗?dǎo)電層(例如包括鋁、鋁銅合金、或鋁硅銅合金)于第一不透明導(dǎo)電層上，定義出像素電極，然后于像素電極上形成一光學(xué)介面層(optical interface layer)做為反射層(例如硅氧化物-硅氮化物層(ON layer)、ONON層、ONONON層等至5層的ON層)。此專利意欲改善像素電極的光反射能力，但其像素電極之間留有間隙。
美國(guó)專利第6,750,931號(hào)揭示一種反射式液晶裝置，直接于像素電極表面上依序形成四層折射率互異的介電層，以達(dá)提升光反射率的效果，未提及如何改善液晶分子所在的表面凹陷問(wèn)題。
Udayan Ganguly及J Peter Krusius于Journal of The ElectrochemicalSociety，151(11)H232-H238(2004)的“Fabrication of Ultraplanar AluminumMirror Array by Novel Encapsulation CMP for Microoptics and MEMSApplications”文中提到一種使用封包化學(xué)機(jī)械拋光(Encapsulation CMP)方法制造微顯示器的電極的方法。不同于一般技術(shù)于平坦的層間介電層上覆蓋金屬層作為像素電極，此方法將層間介電層蝕刻出多個(gè)凹槽，順著表面形狀，沉積金屬層于此凹槽內(nèi)，再順著表面形狀，沉積頂蓋層(cap layer)于金屬層表面上，如此類似將金屬層封包住，此時(shí)仍為多個(gè)凹槽狀。接著，先將晶粒周圍的頂蓋層通過(guò)反應(yīng)性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)移除一部分，再利用CMP磨除位于凹槽壁的剩余較高的頂蓋層，最后利用CMP磨除金屬層位于凹槽壁而相對(duì)凹槽底部凸出來(lái)的部分，以封包住金屬層的頂蓋層(即凹槽底表面)為停止層，如此獲得一平坦表面。此表面包括頂蓋層與被頂蓋層覆蓋的金屬層曝露出來(lái)的少部分所組成。
因此，仍需一種硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)顯示面板及其制法，以解決液晶分子所在的表面凹陷問(wèn)題，增進(jìn)顯示裝置的光學(xué)效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善微顯示面板表面平坦度的方法、硅基液晶顯示面板及其制法，使得其內(nèi)的液晶分子能有良好排列，而獲得增進(jìn)的光學(xué)性能。
依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法，包括下列步驟。首先，提供一半導(dǎo)體基底，于半導(dǎo)體基底上形成一反射鏡層，于反射鏡層上形成一墊高層。接著，將墊高層及反射鏡層定義出多個(gè)像素單元區(qū)，而于像素單元區(qū)之間形成間隙。于像素單元區(qū)上沉積一介電層，并且填滿間隙。然后，部分移除介電層，使位于停止層上的介電層及位于間隙內(nèi)的介電層上部被移除，并使得間隙內(nèi)的介電層高度不低于反射鏡層的頂部。移除部分或全部的墊高層。
于另一方面，依據(jù)本發(fā)明的制造硅基液晶顯示面板的方法，包括下列步驟。首先，提供一半導(dǎo)體基底，于半導(dǎo)體基底上形成一反射鏡層，于反射鏡層上形成一墊高層。接著，將墊高層及反射鏡層定義出多個(gè)像素單元區(qū)，而于像素單元區(qū)之間形成間隙。于像素單元區(qū)上沉積一介電層，并且填滿間隙。然后，部分移除介電層，使位于墊高層上的介電層及位于間隙內(nèi)的介電層上部被移除，并使得間隙內(nèi)的介電層高度不低于反射鏡層的頂部。移除墊高層。將一透明導(dǎo)電層結(jié)合于半導(dǎo)體基底上，使像素單元區(qū)位于透明導(dǎo)電層與半導(dǎo)體基底之間。最后，進(jìn)行一灌液晶工藝，將半導(dǎo)體基底與透明導(dǎo)電層的間隙充滿一液晶。
于又另一方面，依據(jù)本發(fā)明的硅基液晶顯示面板包括一半導(dǎo)體基底；多個(gè)反射鏡層單元，位于半導(dǎo)體基底上，以作為像素電極以及光反射之用，其中反射鏡層單元之間的間隙填有一介電層，及介電層高度不低于反射鏡層單元的頂部；一透明導(dǎo)電層，結(jié)合于半導(dǎo)體基底上，及此等反射鏡層單元位于透明導(dǎo)電層與半導(dǎo)體基底之間；及一液晶層，位于半導(dǎo)體基底與透明導(dǎo)電層之間。
依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法、硅基液晶顯示面板及其制法，由于使像素電極之間的間隙填滿介電層，其高度能與像素電極等高或稍高，使得平面不具有凹陷，因此不會(huì)影響液晶分子排列，進(jìn)而能有良好的光學(xué)性能。


圖1顯示于一現(xiàn)有的硅基液晶顯示面板的剖面示意圖；圖2顯示于一現(xiàn)有的制造硅基液晶顯示面板的方法中，于反射鏡層單元之間填充一介電層后的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3顯示于一現(xiàn)有的制造硅基液晶顯示面板的方法中，將反射鏡層單元表面上的介電層移除后的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖4至8顯示依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶顯示面板的方法的示意圖；圖9顯示依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶顯示面板的方法的另一具體實(shí)施例的示意圖；圖10顯示依據(jù)本發(fā)明的硅基液晶顯示面板的一具體實(shí)施例的剖面示意圖；圖11顯示依據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的硅基液晶顯示面板的剖面示意圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明12 半導(dǎo)體基底14 反射鏡層單元16 介電層16a 介電層18 凹陷 20 凹陷22 透明電極 24 透明基板26 液晶層32 半導(dǎo)體基底33 反射鏡層 34 反射鏡層單元35 緩沖層36 緩沖層單元37 停止層38 停止層單元39 間隙 40 墊高層單元
41 墊高層42 介電層42a 介電層42b 介電層43 凹陷 44 凹陷46 透明導(dǎo)電層48 透明基板50 液晶層52 保護(hù)層54 配向膜具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖4至8，圖4至8顯示依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法的示意圖。如圖4所示，首先提供一半導(dǎo)體基底32。例如使用硅基底作為半導(dǎo)體基底。半導(dǎo)體基底內(nèi)包含有一控制電路(未顯示)，控制電路包含有金屬內(nèi)連線及多個(gè)陣列式排列的晶體管，例如CMOS晶體管，用以驅(qū)動(dòng)像素電極?？刂齐娐肥且圆迦c位于半導(dǎo)體基底表面上的像素電極電連接。
其次，于半導(dǎo)體基底32上形成一反射鏡層33，于反射鏡層33上形成一墊高層41，墊高層可為單層(包括一種材料)或復(fù)合層(包括多種材料的單層或多層結(jié)構(gòu))，以便于后續(xù)部分移除介電層后，使所余的介電層高度增高，不再形成凹陷。因此，墊高層厚度并無(wú)特別限制，只要能達(dá)到墊高介電層高度即可，就工藝的便利性觀之，可為例如100至1000。特別是，可于反射鏡層33上形成一緩沖層35，及于緩沖層35之上形成一停止層37，作為墊高層。停止層是供后續(xù)進(jìn)行介電層移除時(shí)作為停止指示之用，可選用能夠具有對(duì)移除步驟有停止作用的材料，例如，對(duì)于介電層的化學(xué)機(jī)械拋光而言，氮化鈦是可供使用的停止層，可通過(guò)例如反應(yīng)性濺鍍法或化學(xué)氣相沉積法形成。緩沖層是作為后續(xù)將停止層移除的步驟中，在停止層與反射鏡層之間提供緩沖，以避免傷害反射鏡層的光滑表面。氮化鈦層與硅氧化物層有良好的蝕刻選擇比，所以當(dāng)停止層選用氮化鈦層時(shí)，緩沖層可包括硅氧化物，可由氣相沉積法形成?？蛇x用可達(dá)到相同功用的其它材料。
反射鏡層主要是要提供入射光線的反射功能，并且，其位于對(duì)應(yīng)的金屬插塞上，與對(duì)應(yīng)的控制電路電相連，作為像素電極。具有導(dǎo)電性且可形成光滑表面以供反射光線的材料均可使用，例如金屬，其中可舉例有鋁，可通過(guò)例如濺鍍等方法形成。
接著，請(qǐng)參閱圖5，將停止層37、緩沖層35、及反射鏡層33一起定義出多個(gè)像素單元區(qū)，而于像素單元區(qū)之間形成間隙39。此時(shí)，像素單元區(qū)包括反射鏡層單元34、緩沖層單元36、及停止層單元38的結(jié)構(gòu)。緩沖層單元36及停止層單元38可視為墊高層單元40?？赏ㄟ^(guò)例如光刻及蝕刻工藝完成像素電極的定義。然后，如圖6所示，于半導(dǎo)體基底32上形成一介電層42，即，覆蓋反射鏡層單元34、緩沖層單元36、及停止層單元38，并且填滿間隙39?？赏ㄟ^(guò)例如化學(xué)氣相沉積法形成介電層。如此形成的介電層于對(duì)應(yīng)于間隙39位置的表面會(huì)有一凹陷43。
然后，請(qǐng)參閱圖7，部分移除介電層42，使位于停止層單元38上的介電層及位于間隙39內(nèi)的介電層上部被移除，并使得間隙39內(nèi)的介電層42a高度不低于反射鏡層單元34的頂部。部分移除的步驟可通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光方法、干蝕刻、濕蝕刻、或其組合而達(dá)成，例如進(jìn)行CMP程序快速移除停止層單元38上方的介電層，或是進(jìn)行回蝕刻，以將停止層單元38表面上的殘留介電層移除殆盡。如此，雖然亦會(huì)在間隙39處留下凹陷44，但是因?yàn)橥Ｖ箤訂卧?8或是停止層單元38與緩沖層單元36二者將在后續(xù)步驟中移除，可消除凹陷的情況，如圖8所示。因此，在做介電層42的部分移除時(shí)，務(wù)使間隙39中留下的介電層42a的高度不低于反射鏡層單元34的頂部，如此，在將停止層與緩沖層二者移除后，在二像素電極之間的間隙處不會(huì)產(chǎn)生凹陷。停止層單元38的移除可通過(guò)例如濕蝕刻工藝達(dá)成。
介電層部分移除后的情況有下述二種。其一，在介電層42a高度大約與反射鏡層單元34的頂部相當(dāng)時(shí)，在移除停止層與緩沖層二者后，介電層42a的頂部可與反射鏡層的頂部同高，而形成一平坦表面，如此不會(huì)對(duì)液晶分子的排列造成影響。其二，如圖9所示，在介電層42b高于反射鏡層單元34的頂部時(shí)，在移除停止層與緩沖層二者后，介電層42b的頂部可高于反射鏡層的頂部，而微微凸出，此在后續(xù)工藝中是可被接受的，不致于影響液晶分子的排列。
最后，請(qǐng)參閱圖10，將一透明導(dǎo)電層結(jié)合于半導(dǎo)體基底32上。例如，將一具高透光率與導(dǎo)電性，例如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)所構(gòu)成的透明導(dǎo)電層46，與一透明玻璃48，一起結(jié)合于半導(dǎo)體基底32上，使得透明導(dǎo)電層46與半導(dǎo)體基底32間留有一間隙(cell gap)。隨后，進(jìn)行一灌液晶(liquidcrystal filling，LC filling)工藝，以使半導(dǎo)體基底32與透明導(dǎo)電層46間的間隙充滿液晶，以形成一液晶層50，如此可完成硅基液晶顯示面板的制造。
再者，請(qǐng)參閱圖11，于依據(jù)本發(fā)明的制造硅基液晶顯示面板的方法中，在部分移除介電層及移除停止層與緩沖層后，可進(jìn)一步形成一保護(hù)層52。由于反射鏡層一般包含金屬材料，例如鋁，所以若經(jīng)保護(hù)層覆蓋，可保護(hù)其免于接觸工藝中的環(huán)境或液晶材料。保護(hù)層可包括鈍性材料層，例如氧化物層、氧化物-氮化物層(ON layer)、氧化物-氮化物-氧化物-氮化物層(ONON layer)、或更多的多個(gè)ON層。當(dāng)保護(hù)層為包括適當(dāng)?shù)亩鄬覱N層時(shí)，亦可有增進(jìn)反射鏡層全反射的效果。
于上述的依據(jù)本發(fā)明的改善微顯示面板表面平坦度的方法及制造硅基液晶顯示面板的方法中，在部分移除介電層的步驟后，可移除停止層及緩沖層，或者僅移除停止層。當(dāng)僅移除停止層時(shí)，留下的緩沖層也許會(huì)在停止層移除中受到損害，但是，在進(jìn)一步形成保護(hù)層時(shí)，可將此緩沖層作為保護(hù)層的一部分，例如，當(dāng)緩沖層為硅氧化物時(shí)，在接下來(lái)的形成ONON保護(hù)層工藝中，在形成ONON層的氧化層時(shí)，可將此緩沖層當(dāng)做氧化層的一部分，即，與此緩沖層結(jié)合而繼續(xù)形成ONON層。
再者，仍請(qǐng)參閱圖11，可進(jìn)一步形成配向膜54于保護(hù)層52上以引導(dǎo)液晶分子的排列。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種改善微顯示面板表面平坦度的方法，包括提供半導(dǎo)體基底；于該半導(dǎo)體基底上形成反射鏡層；于該反射鏡層上形成墊高層；將該墊高層及該反射鏡層定義出多個(gè)像素單元區(qū)，而于該些像素單元區(qū)之間形成間隙；于該些像素單元區(qū)上沉積介電層，并且填滿該些間隙；部分移除該介電層，使位于該墊高層上的介電層及位于該間隙的介電層上部被移除，并使得該間隙的介電層高度不低于該反射鏡層的頂部；及移除部分或全部的該墊高層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該墊高層包括復(fù)合層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該復(fù)合層包括緩沖層為下層及停止層為上層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步形成保護(hù)層于該緩沖層上以與該緩沖層結(jié)合而保護(hù)該反射鏡層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步于該保護(hù)層上形成配向膜。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該移除部分或全部的該墊高層的步驟為移除該停止層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，于移除該停止層后，進(jìn)一步移除該緩沖層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，于移除該緩沖層后，進(jìn)一步形成保護(hù)層于該反射鏡層上以保護(hù)該反射鏡層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步于該保護(hù)層上形成配向膜。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該緩沖層包括硅氧化物。
11.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該停止層包括氮化鈦。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該保護(hù)層與該緩沖層結(jié)合而包括多層的硅氧化物層-氮硅化物層。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該保護(hù)層包括多層的硅氧化物層-氮硅化物層。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中部分移除該介電層的步驟通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中部分移除該介電層的步驟通過(guò)回蝕工藝進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該反射鏡層包括金屬。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該金屬包括鋁。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟將透明導(dǎo)電層結(jié)合于該半導(dǎo)體基底上，使該些像素單元區(qū)位于該透明導(dǎo)電層與該半導(dǎo)體基底之間；及進(jìn)行一灌液晶工藝，將該半導(dǎo)體基底與該透明導(dǎo)電層的間隙充滿液晶。
19.一種制造硅基液晶顯示面板的方法，包括提供半導(dǎo)體基底；于該半導(dǎo)體基底上形成反射鏡層；于該反射鏡層上形成墊高層；將該墊高層及該反射鏡層定義出多個(gè)像素單元區(qū)，而于該些像素單元區(qū)之間形成間隙；于該些像素單元區(qū)上沉積介電層，并且填滿該些間隙；部分移除該介電層，使位于該墊高層上的介電層及位于該間隙的介電層上部被移除，并使得該間隙的介電層高度不低于該反射鏡層的頂部；移除該墊高層；將透明導(dǎo)電層結(jié)合于該半導(dǎo)體基底上，使該些像素單元區(qū)位于該透明導(dǎo)電層與該半導(dǎo)體基底之間；及進(jìn)行灌晶工藝，將該半導(dǎo)體基底與該透明導(dǎo)電層的間隙充滿液晶。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該墊高層包括復(fù)合層。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中移除該墊高層是部分移除該復(fù)合層。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該復(fù)合層包括緩沖層為下層及停止層為上層。
23.一種硅基液晶顯示面板，包括半導(dǎo)體基底；多個(gè)反射鏡層單元，位于該半導(dǎo)體基底上，以作為像素電極以及光反射之用，其中該些反射鏡層單元之間的間隙填有介電層，且該介電層高度不低于該反射鏡層單元的頂部；透明導(dǎo)電層，結(jié)合于該半導(dǎo)體基底上，且該些反射鏡層單元位于該透明導(dǎo)電層與該半導(dǎo)體基底之間；及液晶層，位于該半導(dǎo)體基底與該透明導(dǎo)電層之間。
24.如權(quán)利要求23所述的硅基液晶顯示面板，其中該反射鏡層包括金屬。
25.如權(quán)利要求24所述的硅基液晶顯示面板，其中該金屬包括鋁。
26.如權(quán)利要求23所述的硅基液晶顯示面板，還包括保護(hù)層于該反射鏡層上。
27.如權(quán)利要求26所述的硅基液晶顯示面板，其中該保護(hù)層包括多層的硅氧化物層-氮硅化物層。
28.如權(quán)利要求26所述的硅基液晶顯示面板，還包括配向膜于該保護(hù)層上。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種改善微顯示面板表面平坦度的方法。其中，于半導(dǎo)體基底上依序形成一反射鏡層及墊高層。墊高層可包括一緩沖層及一停止層。然后定義出多個(gè)像素單元區(qū)，且于像素單元區(qū)之間形成間隙。再于像素單元區(qū)上沉積一介電層，并且填滿間隙。然后，部分移除介電層，使位于墊高層上的介電層及位于間隙內(nèi)的介電層上部被移除，并使得間隙內(nèi)的介電層高度不低于反射鏡層的頂部。再將墊高層全部或部分移除。進(jìn)一步將一透明導(dǎo)電層與半導(dǎo)體基底結(jié)合，進(jìn)行一灌液晶工藝，使半導(dǎo)體基底與透明導(dǎo)電層的間隙充滿一液晶，可形成硅基液晶顯示面板。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK101093294SQ200610094590
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者吳沂庭 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司