专利名称：反射式显示底板的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及平面化的、晶片基的集成电路，更具体的是涉及一种光学元件设置在其表面上的新型平面集成电路。尤为具体的是，本发明涉及一种新型、平面、晶片基的反射式光阀底板(backplane)。
本发明还大致涉及一种用于平面化晶片基的集成电路的方法，更具体的是涉及一种新型的用于平面化在其上设置有光学元件的集成电路表面的方法。尤为具体的是，本发明涉及一种新型的用于平面化晶片基、反射式光阀底板的反射式表面的方法。
背景技术：
晶片基反射式光阀具有许多优于其现有技术的透射性的优点。例如，传统透射性显示器基于薄膜晶体管(TFT)技术，因此显示器形成在玻璃基片上，TFT设置在象素孔间的空间中。将驱动电路置于象素孔之间限制了对于光透射可用的显示区域，并由此限制了透射性显示器的亮度。对比之下，反射式显示器的驱动电路位于反射式象素镜之下，并因此不耗费显示器的有用表面面积。结果，反射式显示器比透射性对应物明亮两倍。
晶片基反射式显示器的另一优点在于其可以由标准CMOS方法制造，并因此可以受益于现代亚微米CMOS技术。特别是，象素镜之间减少的空间增加了显示器的明亮度，并且降低了所显示图像的象素化外观。另外，CMOS电路以比可比较的TFT电路的量度快一个或多个数量级的速度而开关，使得晶片基反射式显示器极适于高速视频用途，诸如投影仪和小型摄像机取景器(camcoder view finders)。
图1是现有技术方法反射式显示器底板100的剖面图，其形成在硅基片102上，并且包括集成电路层104、绝缘支撑层106、多个象素镜108和保护性氧化物层110。每个象素镜108通过相关的通路112连接到电路层104上。底板100一般通过在象素镜上形成光学工作介质(如，液晶)层114，以及在光学工作介质上形成透明电极(未示出)而与反射式光阀(如，液晶显示器)合并。通过介质的光线根据施加到象素镜108上的电子信号而调制(如，极化旋转)。
与现有反射式显示器有关的一个问题是产生的图像经常出现斑点。反射式显示器中的斑点产生的根源是层114中液晶排列布一致。液晶层114的形成一般包括擦拭(wiping)或摩擦(rubbing)步骤，其中辊子或类似物经过液晶层上方，使得液晶的排列。然而，象素镜108从底板100表面向上伸出，在相邻象素镜之间形成间隙。公知的擦拭方法对于在这些间隙中排列液晶(由层114中的箭头表示)是无效的。另外，排列不好的晶体负面影响了层114中相邻晶体的排列。
所需要的是具有平面表面的反射式底板来促进整个液晶层的有效排列。
在多数情形下(如，基片包括光学元件)，必须保持对保留在表面上的薄膜厚度的严格控制，这是因为在光学元件上的薄膜厚度通常对于元件适宜的光学功能性是有决定性的。
因此仍需要的是一种用于极化在表面上设置有光学元件的基片表面的方法，而同时保持对于保留在光学元件上的任意层厚度的控制。
发明内容
本发明通过如下方法克服了现有技术的局限性，即提供一种新型的晶片基装置(如，反射式显示器底板)，其包括多个表面突起(如，象素镜)和充满表面突起之间间隙的填充层。表面突起和填充层一起形成装置的平面表面。在基片为反射式显示器底板时，形成的平面表面有利于喷涂在其上的液晶材料的有效校准。
根据本发明，提供一种反射式显示底板，包括多个在其中形成间隙的象素镜；以及形成在所述间隙中的填充层以使所述反射式显示底板表面平面化。
公开的实施例包括具有其间形成间隙的多个表面突起的基片；形成在基片上的抗腐蚀层；以及形成在间隙中的抗腐蚀层一部分上的填充层。在具体实施例中，基片是集成电路，而表面突起是光学元件。在更加具体的实施例中，基片是反射式显示器底板，而表面突起是象素镜。
在一个实施例中，填充层是旋涂涂层(spin-on-coating)，例如旋涂玻璃(spin-on-glass)。可选的是，填充层可以掺杂有吸光掺杂物，诸如彩色染料。
抗腐蚀层可以包括光学薄膜层，并可以形成为一单独层，可选的是，抗腐蚀层包括多个子层，例如光学薄膜层和抗腐蚀性顶层。在一实施例中，光学薄膜层是氧化物层，抗腐蚀性顶层是氮化物层。
较具体的实施例还包括形成在抗腐蚀层和填充层之上的可选择的保护性层。保护性层可以形成为单一的层或者可选择的包括多个子层。例如，在公开的实施例中，保护性层包括氧化物层和氮化物层。
保护性层还填充在从位于象素镜下方的抗腐蚀层顶表面到保留在间隙中的填充层的顶表面的任意逐渐减小处(step down)。在逐渐减小到小于或等于1,200处，保护性层足以填充逐渐减小处并且在晶片基装置上形成平面表面。
本发明还通过如下方法克服了现有技术的局限性，即提供一种新型的用于极化包括多个表面突起(如，象素镜)的基片(如，反射式显示底板)、而不影响形成在表面突起上的层厚度的方法。在基片为反射式显示器底板的地方，所形成的平面表面有利于喷涂在其上的液晶材料的有效校准。
公开的方法包括如下步骤在基片上形成抗腐蚀层、在抗腐蚀层上形成填充层、及腐蚀填充层以露出位于突起上方的抗腐蚀层的各部分、并将填充层的一部分留在突起之间的间隙中。在具体方法中，基片是集成电路而突起是光学元件。在更加具体方法中，基片是反射式显示器底板而突起是象素镜。
抗腐蚀层可以包括光学薄膜层并且可以形成为单一层。可选的是，抗腐蚀层包括多个基片，例如光学薄膜层和抗腐蚀性顶层。在具体方法中，形成抗腐蚀层的步骤包括形成氧化物层的步骤和在氧化物层上形成氮化物层的第二步骤。
在抗腐蚀层上形成填充层的步骤还可以包括在抗腐蚀层上施加旋涂涂层(旋涂玻璃)的步骤。可选的是，填充层包括合适的掺杂剂以吸收一种或者多种特殊波长的光线。
本发明的方法还包括可选的步骤，即，在抗腐蚀层的暴露部分上和填充层的剩余部分上形成保护性层。保护性层可以包括一个层或者多个层。例如，在具体的公开方法中，形成保护性层的步骤包括在抗腐蚀层的暴露部分和填充层的剩余部分上形成氧化物层的第一步骤，以及在氧化物层上形成氮化物层的第二步骤。
参照下述附图对本发明进行描述，附图中相同的附图标记表示大致相同的元件图1是现有技术反射式光阀底板的剖面图；图2是在其上喷涂有厚的保护性层的保护性光阀底板的剖面图；图3是反射式光阀底板的剖面图，说明了一种平面化技术。
图4是在其上具有抗腐蚀层和填充层的反射式光阀底板的剖面图；图5是图4的反射式光阀底板在设置的填充层选择腐蚀之后的剖面图；图6是图5的反射式光阀底板在其上喷涂有保护性层的剖面图；图7是概括根据本发明一种形成平面化晶片基集成电路方法的流程图；图8是根据本发明另一种方法平面化反射式光阀底板的剖面图；图9是图8的反射式光阀底板的剖面图，具有喷涂在其上的保护性层；图10是概括形成图9的反射式光阀底板的方法流程图。
具体实施例方式
本专利申请涉及在1998年12月23日提交的并转让给本发明的共同受让人的下述待审的美国专利申请，其整体在此引用作为参考用于在装置表面上形成薄的平面层的组合CMP-Etch方法，JacobD.Haskell和Rong Hsu的美国专利申请09/220,814。
本发明通过提供一种平面的晶片基的装置(如，反射式显示器底板)克服了现有技术中有关的问题，该装置包括具有多个表面突起(如，象素镜)的基片和填充表面突起之间间隙的填充层。特别是，本发明描述了一种晶片基的反射式光阀底板，具有减少在所产生的图像中斑点的平面反射式表面。本发明还通过提供一种使具有多个表面突起平面化的方法克服与现有技术有关的问题。特别是，本发明描述了一种用于使基片平面化而同时保持喷涂在其上的光学薄膜层厚度的方法。
在下述说明中，为本发明提供彻底的理解，阐述了大量具体情况(如，光学层、抗腐蚀层和保护性层的具体复合物和厚度)。然而，本领域中的那些普通技术人员将认识到本发明可能与这些具体情况是有区别的。在其它示例中，为了易于理解起见，省略了半导体方法和光学薄膜涂层的公知细节。
图2是反射式底板200的剖面图，说明了一种通过喷涂厚的保护性氧化物层202、并随后将层202腐蚀回所需的厚度水平204而使反射式底板200表面平面化的方法。特别是，当喷涂氧化物层202时，象素108之间的间隙被填充。因此，氧化物层202起填充层的作用。然后将氧化物层202腐蚀回厚度水平204，在底板200上留下平面表面。该方法对于底板200表面平面化是有效的，但是缺点在于在腐蚀步骤之后控制剩余在象素镜108表面上的层202的厚度是困难的。
图3是根据本发明的另一种方法，通过使图1所示的反射式底板100的表面平面化而形成的反射式显示底板300的剖面图。底板300通过在保护性氧化物层110上施加填充层302(如，旋涂玻璃)而平面化。在其施加之后，填充层302腐蚀返回到厚度水平304，留下设置在象素镜108之间间隙中的填充层和位于象素镜108上方的氧化物层。使反射式底板300的表面平面化的这种方法缺点也在于在腐蚀返回步骤之后难以控制剩余在象素镜108之上的保护性氧化物层110的厚度。
图4是反射式底板400在本发明另一种新型平面化方法的第一步骤过程中的剖面图。反射式底板400形成在硅基片402上，其包括集成电路层404、绝缘支撑层406和多个象素镜408。集成电路层404从数据源(未示出)接收显示数据并且控制显示数据在象素镜408上的确立。绝缘支撑层406为象素镜408提供支撑并且将象素镜408与集成电路层404绝缘。每个象素镜408由相关通路410通过支撑层406耦合到集成电路层404上。
在平面化方法的第一步骤过程中，抗腐蚀层412形成在象素镜408以及由象素镜408之间的间隙暴露的绝缘支撑层406的大部分之上。抗腐蚀层412包括光学薄膜层414和抗腐蚀性顶层416。光学薄膜层414使象素镜408的反射性能经由薄膜干扰最优化。利用对于光学技术领域人员公知的方式，将这些薄膜的厚度设计成通过相长干涉强化光线波长所需的反射，并通过破坏性干涉(destructive interference)阻止不需要的反射。因此，薄膜光学涂层的厚度对于其功能来说是关键的。
抗腐蚀性顶层416保护光学薄膜层414不受随后的加工腐蚀，确保其厚度保持不变。另外，抗腐蚀性顶层416还起到光学薄膜层的作用。因此，本领域技术人员将理解包括光学薄膜层414的抗腐蚀层412还可以被恰当理解成包括抗腐蚀性顶层416的光学薄膜涂层412。
在具体实施例中，光学薄膜层414通过将硅氧化物喷涂成厚度为680(±10％)而形成。抗腐蚀性顶层416通过将硅氮化物喷涂成厚度为820(±10％)而形成。然而，本领域技术人员将认识到，不同复合物和厚度的光学薄膜涂层可以代替光学薄膜层414。同样的，不同厚度和复合物的抗腐蚀性顶层可以代替抗腐蚀性顶层416。在另一实施例中，抗腐蚀层412形成为既抗腐蚀性又起光学薄膜作用的材料(如，氮化物)的单一层。
在平面化方法的下一个步骤中，填充层418喷涂在抗腐蚀层412之上。在特殊实施例中，填充层418使用对于硅加工领域的技术人员公知的方法由旋涂玻璃的材料(如，Dow Corning产品C2052154D SOG FOX-15)形成。优选的是，填充材料具有低的介电系数(如，3.0的数量级)，从而使相邻象素之间的电耦合最小化。
图5示出了腐蚀步骤之后的反射式底板400的剖面图，其中填充层418腐蚀了一段时间，足以露出象素镜408下方的抗腐蚀层412的各部分，但是留下了在象素镜408之间的间隙中的填充层418的各部分。化学湿腐蚀(如，氢氟酸)或干腐蚀(如，等离子体腐蚀)可以用于完成腐蚀步骤，但是湿腐蚀呈现出对于抗腐蚀层和填充层之间较大选择性。
由于抗腐蚀层412抵抗用于除去填充层418的腐蚀剂，过度腐蚀填充层418将不会影响抗腐蚀层412的厚度，特别是光学薄膜层414的厚度。然而，过度腐蚀填充层418会导致填充层418的一部分从象素镜408之间的间隙中去除，导致从抗腐蚀层416的顶表面502到填充层418的顶表面504逐渐减少。逐渐减少到小于或等于1200是可接收的，并且将由如下所述通过接下来的层的形成而填充。
图6是在保护性层602喷涂之后的反射式底板400的剖面图。保护性层602包括氧化物层604和氮化物层606。氧化物层604形成在抗腐蚀层412和填充层418之上，并且填充在从抗腐蚀性顶层416到填充层418的逐渐减小中，只要逐渐减小到小于或等于1200。氮化物层606形成在氧化物层604上。位于象素镜408之下的氧化物层604的部分厚度为680(±10％)，并且氮化物层606厚度为1200(±10％)。
保护性层602使得反射式底板400的表面更加坚固，从而能够承受在反射式光阀结构中的进一步加工。例如，在构造液晶显示器时，将聚酰亚胺涂层物理擦拭到反射式底板上。没有保护性涂层，该擦拭步骤将破坏反射式底板。
保护性层602还起到光学薄膜涂层的作用。此外，保护性层602和抗腐蚀层412可以考虑形成多层的光学薄膜涂层。这种多层涂层的使用通常导致在较宽光谱上的较好的光学性能。
本领域技术人员将认识到另一种保护性涂层可以代替保护性层602。例如，氧化物层604和氮化物层606可以用如含添加剂的氧化物或硅-氧-氮化物的单一保护性层代替。或者，包括设计成达到所需光学性能的多个子层的光学涂层可以代替保护性层602，只要多层涂层具有所需的粗糙度。
反射式显示器底板400优于现有技术的反射式底板有许多原因。首先，反射式底板400的平面表面消除了象素镜408横向边缘的光照的乱真反射(spurious reflection)。第二，反射式底板400的坚固平面表面有利于使随后施加的显示材料如聚酰亚胺和/或液晶材料容易施加。而且，平面表面有利于施加的液晶均匀校准。另外，反射式底板400可以完全通过标准硅制造过程制造，并且因此可以由现有的硅制造设施来廉价制造。
图7是概括根据本发明形成平面化、晶片基装置的一种方法700的流程图。方法700包括提供具有表面突起的基片的第一步骤702。在具体实施例中，该基片是反射式显示器底板并且突起是象素镜，但是本领域技术人员将认识到本发明可以包括其它装置，例如，具有光学元件设置在其表面上的其它集成电路。
接着，在第二步骤704中，抗腐蚀层形成在包括表面突起和其间形成的间隙的基片上。本领域技术人员将认识到形成在第二步骤704中的抗腐蚀层可以包括多个子层。例如，如上参照图4至6所述的，抗腐蚀层可以通过首先施加一个或多个光学薄膜层并随后在光学薄膜层上形成抗腐蚀性顶层而形成。
接着，在第三步骤706中，填充层形成在抗腐蚀层中。填充层形成足够厚以填充象素镜之间的间隙并且覆盖位于象素镜下方的间隙。
接着，在第四步骤708中，填充层腐蚀回露出表面突起上方的抗腐蚀层的各部分，但是留下表面突起之间的间隙中填充层部分。
最后，在第五步骤710中，保护性层形成在露出的抗腐蚀性层以及设置在表面突起之间的间隙中的填充层之上。保护性层起到钝化层和物理保护层的作用。在一具体方法中，保护性层包括多个子层，并且第五步骤710包括形成每个相应子层的子步骤。例如，如参照附图6所公开的，若要形成保护性层的话，其通过首先形成氧化物层604并随后在氧化物层604上形成氮化物层606而形成。
图8是由另一种平面化方法形成的平面化反射式底板800的剖面图，其中不需要腐蚀步骤。相反，填充层802形成在层416上，从而填充象素间的间隙，并且还形成象素镜408上方的多层涂层的一部分。在该具体实施例中，填充层802是旋涂涂层。象素镜408下方层802的部分的厚度通过调节旋涂材料的粘度、旋涂速度以及加工温度而控制。例如，应用购自Dow Corning的材料号为C2052154D SOG FOX-15的旋涂玻璃的材料以2200 RPM的旋涂速度形成具有近似3580厚度的填充层。
在该具体实施例中，层414为750的氧化物层，层416为615的氮化物层，填充层802的在象素镜408上的部分为1000的旋涂玻璃层。然而，本领域中的技术人员将认识到由于在该平面化方法中不包括腐蚀步骤，层416不需要抗腐蚀，并因此层414和416可以被替代或省略。
图9是反射式底板800的剖面图，其中保护性层804喷涂在填充层802上。保护性层804对反射式底板800提供附加的耐久性，并且在多层光学涂层中形成四个层，包括层414、416、802和804。在图8和图9所示的具体实施例中，保护性层804是1190的氮化物层。光学领域中的技术人员将会理解，层414、416、802和804的厚度和复合物可以调节来强化或者抑制光谱中的具体部分。
图10是概括平面化反射式底板的一种方法1000的流程图，无需腐蚀步骤。在第一步骤1002中，制备了具有在其间形成间隙的象素镜的反射式显示器底板用于平面化。本领域技术人员将认识到方法1000只是实现本发明的一种具体方法，并且本发明的方法也适用于其它有用的使具有设置在其表面上的光学元件的其它装置平面化的方法。
接着，在第二步骤1004中，基层(如，层412)形成在象素镜408以及由象素镜408之间的间隙露出的支撑层406的各部分之上。由于方法1000不需要腐蚀步骤，基层不必是抗腐蚀的。因此，基层材料和厚度可以单纯基于其预计功能(如，钝化作用、光学性质等)而选择。实际上，只要象素镜408和填充层802的材料是相容的，则基层可以省略并且因此应该认为是选择性的。
然后，在第三步骤1006中，填充层802形成在基层上以填充象素镜408之间的间隙。在该具体方法中，填充层802通过应用旋涂涂层(如，旋涂玻璃)而形成。调节旋涂过程的参数(如，旋涂速度、材料粘度、温度等)来控制位于象素镜408之下的填充层802部分的厚度。
最终，在第四步骤1008中，保护性层804形成在填充层802上。如上所述，保护性层804对反射性底板800提供附加的粗糙度和耐久性，以有利于与液晶材料应用有关的擦拭步骤。然而，如果填充层802足够粗糙，保护性层804可以省略，并由此第四步骤1008是可选择的。
本领域技术人员将理解形成在象素镜408上的所有层将影响反射式底板800的光学性能，并且因此在一定程度上起到光学涂层的作用。在这种多层涂层中的一些层具有附加功能(如，钝化作用、保护作用等)，并且那些层的位置因此由其相关的功能确定。然而，其它层只用于光学目的而提供，并因此可以设置在填充层802上或下。
因而，相对于装置的其它层，认为填充层802的具体配置不是本发明的必要环节。例如，平面装置可以通过在抗腐蚀层412上直接喷涂保护性层602并随后在层412上喷涂填充层418直接形成。只要层602也是抗腐蚀性的，在随后的腐蚀步骤过程中将会保持层412和602的厚度。如果随后的每个步骤是不必要的，则保护性层602不必是抗腐蚀性的。
本发明具体实施例的说明现在完成了。许多所需的部件可以在不脱离本发明范围的前提下被替代、更改或省略。例如，填充层可以由非旋涂材料形成。另外，合适的强度和耐久性的材料可以用于形成抗腐蚀层，从而可以省略另外形成保护性层。此外，本发明不局限于反射式显示器底板。反之，本发明可以包括任何装置，其中保持形成在突起上的层厚度或者保持突起自身的厚度的同时，在具有多个表面突起的基片上平面表面是理想的。此外，本发明的方法不局限于使反射式显示底板平面化。反之，本发明可以用在使具有多个表面突起的基片平面化、而同时保持形成在突起上的层厚度、或者保持突起自身厚度的地方。
权利要求
1.一种反射式显示底板，包括多个在其中形成间隙的象素镜；以及形成在所述间隙中的填充层以使所述反射式显示底板表面平面化。
2.如权利要求1所述的反射式显示底板，其特征在于，所述填充层的一部分位于所述象素镜的上方。
3.如权利要求2所述的反射式显示底板，其特征在于，所述填充层包括旋涂涂层。
4.如权利要求3所述的反射式显示底板，其特征在于，所述填充层包括旋涂玻璃。
5.如权利要求1所述的反射式显示底板，其特征在于，所述填充层包括旋涂涂层。
6.如权利要求5所述的反射式显示底板，其特征在于，所述填充层包括旋涂玻璃。
7.如权利要求1所述的反射式显示底板，其特征在于，还包括一设置在所述填充层下方的基层。
8.如权利要求7所述的反射式显示底板，其特征在于，所述基层包括设置在所述象素镜上的第一氧化物层；设置在所述第一氧化物层上的第一氮化物层；设置在所述第一氮化物上的第二氧化物层；以及设置在所述第二氧化物层上的第二氮化物层。
全文摘要
本发明提供一种反射式显示底板，包括多个在其中形成间隙的象素镜；以及形成在所述间隙中的填充层以使所述反射式显示底板表面平面化。图中示出了一种平面晶片基装置(如，反射式光阀底板)，其包括具有在其之间形成间隙的多个表面突起(如，象素镜)的基片，形成在基片上的抗腐蚀层，形成在间隙中的抗腐蚀层的一部分上的填充层。
文档编号G02F1/1362GK1515931SQ03145329
公开日2004年7月28日 申请日期1999年12月23日 优先权日1998年12月23日
发明者雅各布·D·哈斯克尔, 徐荣, 雅各布 D 哈斯克尔 申请人:奥罗拉系统公司