CN101512731B - 光致抗蚀剂上方的金属层的平坦化 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将金属层平坦化的方法及一种制造微镜元件的方法。在不受限制的情况下，所述将所述金属层平坦化的方法可包含以下步骤：在光致抗蚀剂层(510)上方形成金属层(710)，且然后使用化学机械抛光工艺将所述金属层平坦化。

Description

光致抗蚀剂上方的金属层的平坦化

技术领域

本发明大体来说涉及半导体处理，且更特定来说，涉及位于光致抗蚀剂层上方的金属层的平坦化，尤其是数字微镜或类似装置的制造。

背景技术

数字微镜装置(DMD)是一种微电机系统(MEMS)装置。一种典型的DMD装置(例如可从美国德克萨斯州(Texas)达拉斯市(Dallas)的德州仪器(Texas Instruments)获得的DLP^tm装置)包括与成像系统的像素位置相对应呈一阵列定位的多种微镜元件。这种装置可与图像处理组件、存储器、光源及光学器件结合以形成能够将图像投射到显示屏上的投影仪系统。

可使用半导体制造工艺(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺)来制造DMD，以在CMOS存储器单元上方形成可旋转反射表面。这将提供可单独寻址微镜元件阵列，每一元件均具有镜状铝表面，视相应的下伏存储器单元的经电子编程状态而定，所述镜状铝表面可沿不同的方向反射光。例如，在一个实施方案中，将所述存储器单元置于第一状态将使对应的镜旋转+12度，且将所述存储器单元置于第二状态将使所述镜旋转-12度。通过将所述DMD与合适的光源及投射光学器件结合，所述镜将入射光反射到投射镜头的视野范围中或反射到其视野范围外。因此，所述镜的第一状态表现为明亮，而所述镜的第二状态表现为阴暗。通过对入射光进行二进制脉冲宽度调制来实现灰度。通过使用固定式或旋转式滤色器与一个、两个或三个DMD芯片结合来实现色彩。

DMD可具有各种设计。一种常见的设计包括牢固地附装到轭架的镜，所述轭架由两个扭转铰链连接以支撑附装到下伏衬底的柱。在所述下伏存储器单元与所述镜之间产生的静电场导致正向或负向旋转。

所描述结构的制造从CMOS存储器电路开始。通过使用光致抗蚀剂层，所述结构形成有：用于寻址电极、铰链、轭架及镜层的交替铝层以及用于形成气隙的牺牲层的经硬化光致抗蚀剂。

所述DMD装置内的表面的平面性和光滑性是至关重要的。例如，所述镜层的表面应尽可能地光滑，这是至关重要的。如果没有光滑的镜层，则所述DMD的对比率(即，所述镜在“导通”及“关断”位置时的白色与黑色之间的差异)会减小。

因此，所属技术领域中需要一种提供光滑镜层以得到经增大对比率的方法。

发明内容

本发明提供一种将金属层平坦化的方法，及一种制造微镜元件的方法。将所述金属层平坦化的方法可包含但不限于以下步骤：在光致抗蚀剂层上方形成金属层，且然后使用化学机械抛光工艺将所述金属层平坦化。

上文已简要地提到，本发明还揭示一种制造微镜元件的方法。除其它步骤外，此方法还可包含：1)在半导体衬底上或其中形成控制电路，2)在所述控制电路上方形成铰链，3)在所述铰链上方形成光致抗蚀剂层，4)在所述光致抗蚀剂层上方形成金属层，所述金属层具有表面粗糙度，及5)使用化学机械抛光工艺将所述金属层平坦化，所述平坦化可降低所述表面粗糙度。

附图说明

图1-9是根据本发明原理制造微镜元件的实例工艺中各步骤的剖视图。

图10是根据本发明原理制造的微镜元件的分解图。

具体实施方式

图1图解说明处于实例制造工艺初始步骤的微镜元件100。微镜元件100包含控制电路110，其形成于半导体衬底105上或其中。半导体衬底105可包括若干不同材料，例如外延硅。

控制电路110优选地包括多个CMOS装置，其中包含半导体衬底105内的可寻址静态随机存取存储器(SRAM)电路。

微镜元件100可进一步包含形成于控制电路110上方的绝缘层120。绝缘层120可包括已通过化学机械抛光而平坦化的氧化物，例如氧化硅。绝缘层120可具有从约10nm到约100nm范围内的厚度。

位于绝缘层120上方的是导电层130。导电层130可包括铝或铝合金，其已溅镀沉积为从约100nm到约400nm范围内的厚度。虽然所图解说明的剖视图中未显示，但绝缘层130中形成有通孔以允许导电层130在必要时与下伏控制电路110接触。虽然所图解说明的剖视图中仍未显示，但导电层130已图案化，从而形成电极垫及偏压总线。优选地，通过将经等离子沉积的二氧化硅用作蚀刻掩模进行等离子蚀刻来将导电层130图案化。

位于经图案化导电层130及控制电路110上方的是初始间隔层140。可通过将光致抗蚀剂旋涂沉积为从约400nm到约1500nm范围内的厚度来形成初始间隔层140。初始间隔层140经配置以提供将在其上构造铰链的平面表面，且在所述铰链与位于其下方的所述电极垫及偏压总线之间提供间隙。

图2图解说明在初始间隔层140内图案化开口210之后的微镜元件100。可使用常规的图案化及蚀刻技术以在初始间隔层140中形成开口210。例如，可通过对初始间隔层140进行曝光、图案化、显影且然后清除浮渣来将开口210图案化到初始间隔层140中。在初始间隔层140中图案化开口210之后，初始间隔层140可在约200℃的温度下深度UV硬化以防止在后续处理步骤期间流动及起泡。

图3图解说明在初始间隔层140中的开口210上方及内部形成初始金属层310之后的微镜元件100。根据本发明原理，初始金属层310也称作铰链或铰链金属层。可使用与上文所述形成导电层130类似的程序及材料来形成初始金属层310。初始金属层310通常可具有从约30nm到约100nm范围内的厚度。

在图3中未图解说明的步骤中，可在初始金属层310的表面上方沉积一可选通孔塞。例如，可在初始金属层310的整个表面上方覆毯沉积一厚层(例如，大约500nm)氧化物。此后，可执行通孔塞回蚀，从而沿位于开口210中的初始金属层310侧壁留下一层通孔塞材料。据信，剩余的通孔塞材料提供对微镜元件100的结构支撑。

图4图解说明将初始金属层310图案化以形成铰链410之后的微镜元件100。虽未图解说明，在某些实施例中还可通过图案化工艺形成弹簧。虽然图4的剖视图中未图解说明初始金属层310的经图案化形体，但所属技术领域的技术人员应了解，这种形体的确存在。所属技术领域的技术人员应了解，可在初始金属层310上方形成蚀刻掩模(例如，经等离子沉积的二氧化硅蚀刻掩模)以协助蚀刻初始金属层310来形成铰链410。

图5图解说明在铰链410上方形成光致抗蚀剂层510之后的微镜元件100。图5实施例中的光致抗蚀剂层510担当第二间隔层。同样，可使用与所述形成初始间隔层140类似的程序及材料来形成光致抗蚀剂层510。光致抗蚀剂层510提供将在其上构造后续层的平面表面。

图6图解说明在光致抗蚀剂层510内图案化开口610之后的微镜元件100。在图6的实施例中，使用类似于用来在初始间隔层140中图案化开口的工艺在光致抗蚀剂层510的中心图案化开口610。因此，可使用常规的图案化及蚀刻步骤。

图7图解说明在光致抗蚀剂层510上方形成金属层710之后的微镜元件100。在图7的实施例中，金属层710沉积于光致抗蚀剂层510上以及光致抗蚀剂层510的开口610中。有利地，金属层710的厚度大于其最终将具有的厚度。例如，由于已知金属层710的厚度在随后的平坦化步骤中将减小，因此其可经沉积以具有从约500nm到约2000nm范围内的厚度，且更特定来说从约550nm到约1000nm。可使用类似于上文所述形成初始金属层310的程序及材料来形成金属层710。

图8图解说明将金属层710平坦化从而形成经平坦化金属层810之后的微镜元件100，所述经平坦化金属层具有小于金属层710的表面粗糙度。在实例实施例中，将金属层710平坦化，直到经平坦化金属层810具有从约200nm到约400nm范围内的厚度。

应谨慎地进行金属层710的平坦化以避免从光致抗蚀剂层510剪切金属层710。

在不对上述情形进行限制的情况下，相信当将位于光致抗蚀剂层510上或上方的金属层710平坦化时，向下力是最重要的平坦化参数。在本发明的一个实施例中，可观察到可使用小于约4.0psi的向下力，而不会破坏金属层710。在另一实例实施例中，可观察到从约0.5psi到约2.0psi的向下力是最理想的。除向下力之外，可调节台板速度、晶片载架速度、台板及浆料温度、浆料流速及成分以及抛光垫等以进一步防止金属层710被剪切。应注意，光致抗蚀剂层510中的开口具有位于其中的金属层710进一步帮助减少所述剪切。

因此，金属层710的平坦化提供各种优点。首先，金属层710的平坦化减小了其表面粗糙度。因此，在微镜元件100的操作期间，经平坦化金属层810不会经历散射，且因此不会经历经减小的对比率。另外，金属层710的平坦化允许微镜元件100的制造商精确地修整经平坦化金属层810的厚度。

图9图解说明将经平坦化金属层810图案化且然后移除初始间隔层140及光致抗蚀剂层510之后的微镜元件100。所属技术领域的技术人员应了解，可使用蚀刻掩模(例如，经等离子沉积的二氧化硅蚀刻掩模)来协助对经平坦化金属层810的蚀刻。所形成的是反射表面或镜的阵列。

可使用常规的技术来完成初始间隔层140及光致抗蚀剂层510的移除。例如，可使用常规的等离子灰化或其它类似工艺来移除初始间隔层140及光致抗蚀剂层510。

上文针对图1-9所述的本发明实施例图解说明了位于光致抗蚀剂层510上或上方的金属层710的平坦化。然而，所属技术领域的技术人员应了解，存在将位于光致抗蚀剂层上或上方的金属层图案化的其它实施例，且所述实施例保持在所主张发明范围内。例如，存在另一实施例，其中初始金属层310覆毯沉积于初始间隔层140上方。随着初始金属层310覆毯沉积到经增大厚度，初始金属层310大致地(如果不是完全地)填充初始间隔层140中的开口210。然后，可以类似于上文所论述的方式将经覆毯沉积的初始金属层310图案化，从而形成初始金属层310的适当厚度。此实施例的优点是，开口210将保持由初始金属层310所填充。因此，初始金属层310将经历经改善电/机械完整性，尤其在形成于开口210内的通孔处。

图10图解说明根据本发明原理制造的微镜元件1000。除其它元件外，图10中所图解说明的微镜元件1000包含：有控制电路1010位于其中的半导体衬底1005、位于控制电路1010上方的经图案化导电层1020、位于经图案化导电层1020上方的经图案化初始金属层1030、及位于经图案化初始金属层1030上方的经图案化金属层1040。半导体衬底1005、控制电路1010、经图案化导电层1020、经图案化初始金属层1030及经图案化金属层1040分别地类似于图9中所图解说明的半导体衬底105、控制电路110、经图案化导电层130、经图案化初始金属层410及经图案化金属层810，或与其略有不同。例如，当沿图10的线9-9截取一剖视图时，可形成大致类似于图9中所图解说明的微镜元件100的装置。

虽然已详细描述了本发明，但所属技术领域的技术人员应了解，可在不背离所主张发明范围的情况下对所描述实例实施例及所呈现的其它实施例做出各种增加、删除、替代及修改。

Claims (12)

1.一种用于将金属层平坦化的方法，其包括：

在半导体衬底上形成控制电路；

在所述控制电路上方形成光致抗蚀剂层；

在所述光致抗蚀剂层上方形成金属层；及

使用化学机械抛光工艺将所述金属层平坦化，以形成在所述光致抗蚀剂层上方延伸的经平坦化的金属层。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层包括铝。

3.如权利要求1所述的方法，其中使用小于4psi的向下力来完成所述平坦化。

4.如权利要求3所述的方法，其中使用从0.5psi到2.0psi范围内的向下力来完成所述平坦化。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层包含延伸到所述光致抗蚀剂层中的开口中的柱。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层是在微镜元件中使用的金属铰链或镜层。

7.如权利要求1-6中的任一权利要求所述的方法，其用于制造数字微镜装置的微镜元件，所述方法进一步包括：

在所述控制电路上方形成铰链；及

在所述铰链上方形成所述光致抗蚀剂层。

8.如权利要求7所述的方法，其中在所述控制电路上方形成铰链包含：在所述控制电路上方形成初始间隔层、将所述初始间隔层图案化、在所述经图案化的初始间隔层上方形成初始金属层及将所述初始金属层图案化以产生所述铰链。

9.如权利要求8所述的方法，其中在所述铰链上方形成所述光致抗蚀剂层包含：

在所述铰链上方沉积所述光致抗蚀剂层及在经沉积的所述光致抗蚀剂层中图案化开口。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述光致抗蚀剂层上方形成所述金属层进一步包含：在所述光致抗蚀剂层上方及所述开口内形成所述金属层。

11.如权利要求10所述的方法，其进一步包含：将所述经平坦化的金属层图案化，且然后移除所述初始间隔层及所述光致抗蚀剂层。

12.一种如权利要求7所述的方法形成的数字微镜装置。

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