具有抗反射涂层的集成电路的制作方法

专利名称：具有抗反射涂层的集成电路的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种用于集成电路的方法和材料，且更明确地说，涉及一种用于 在集成电路上形成抗反射涂层的方法和材料。
背景技术：
采用图像投影技术的图像显示器系统可由于从不希望反射光的阵列部分反射用于 投影图像的光而遭受降低的对比度(可产生的最亮白与最暗黑的比率)，所述图像显示 器系统例如为使用数字微镜装置(DMD)、可变形镜、硅基液晶等阵列的空间光调制器 (SLM)。光可从来自光调制器阵列的支撑结构、小孔、通孔等散射。所散射的光可有效 地降低最暗黑的暗度，因而降低对比度。举例来说，在使用DMD技术的SLM中，光可 从电极结构、微镜支撑结构、镜通孔等散射。
一种用以降低反射的技术是在光调制器阵列中的金属结构上放置抗反射涂层。由于 衬底和下伏结构可以是主要的非想要的反射源，所以使用抗反射涂层可显著改进对比 度。举例来说，未经涂覆的铝可具有高达92%的反射率，而经涂覆的铝可具有少达约2% 到3%的反射率。
可用以降低非想要的反射的第二种技术是在集成电路的衬底上放置涂层，例如抗反 射涂层。所述涂层可覆盖衬底以及形成于所述衬底中的任何下伏结构，且有助于降低光 反射率。
现有技术的在衬底和下伏结构以及金属结构上施加抗反射涂层的一个缺点是，抗反 射涂层将具有不同反射率特征，其取决于入射在抗反射涂层上的光的波长。因此，可难 以形成可对不同光波长均良好起作用的单个抗反射涂层。这可导致使用作为折衷方案的 抗反射涂层，且得到不能产生最佳性能的解决方案。
现有技术的第二缺点是，由于抗反射涂层的反射率特征可依据入射光的波长而改 变，所以可能的是，使用抗反射涂层可在显示器系统的色点中具有不合需要的变化。这 可以是由于某些光波长与其它光波长相比以更大比例进行反射而引起的。
现有技术的又一缺点是，抗反射层可具有不均匀厚度的问题。不均匀的厚度可能导 致不均匀的反射特性。

发明内容
通过本发明的实施例解决这些和其它问题，且大体上实现技术优点，本发明提供一 种用于集成电路中的抗反射涂层的方法和材料。
根据本发明的优选实施例，提供一种抗反射涂层。所述抗反射涂层包括上覆于反射 表面的暗聚合物材料。通过粗糙化暗聚合物材料的顶部表面来增强暗聚合物材料的抗反 射性质。
根据本发明的另一优选实施例，提供一种用于形成抗反射涂层的方法。所述方法包 括在反射表面上施加暗聚合物材料且固化所述暗聚合物材料。所述方法还包括粗糙化所 述暗聚合物材料的顶部表面。
根据本发明的另一优选实施例，提供一种集成电路。所述集成电路包括含有晶体管 和导体的衬底以及光调制器阵列。所述集成电路还包括覆盖所述衬底的抗反射涂层；所 述抗反射涂层由暗聚合物基质形成。所述光调制器阵列适于基于图像数据而调制光，以 在显示器面板上显示所述图像数据。
本发明的优选实施例的优点是，使用标准的易于得到的材料和制作工艺，所以本发 明的实施可为廉价的且不需要投资新的制造工艺或专门技术。因此，本发明的产品成本 将不会显著增加。
本发明的优选实施例的另一优点是，本发明的反射率特征可显著低于先前所使用的 技术的反射率特征。这可产生具有较好性能特征的产品。


图la和lb是示范性SLM系统和光调制器阵列的图2a和2b是根据本发明优选实施例的在反射表面上形成抗反射层的事件序列的
图3a到3f是根据本发明优选实施例的在反射表面上施加暗聚合物基质、具有暗聚 合物基质涂层的光调制器阵列、涂覆有暗聚合物基质的光调制器的有源区域(active area) 的横截面图和光调制器阵列的俯视图的图4是根据本发明优选实施例的具有和不具有灰化处理的暗聚合物基质的反射率的 数据曲线图的图。
图5a和5b是根据本发明优选实施例的在灰化处理之前和之后的暗聚合物基质的表 面的图；且
图6是根据本发明优选实施例的具有不同灰化处理时间的多种暗聚合物基质的反射 率的数据曲线图的图。
具体实施例方式
在具体上下文(即，使用数字微镜装置(DMD)作为光调制器的空间光调制器(SLM) 系统)中，依据本发明在若干实例性实施例中的实施方案来描述本发明。然而，本发明 还可应用于其它SLM系统，例如使用可变形镜、液晶或硅基液晶光调制器的SLM系统。 另外，本发明还可应用于需要减少非想要反射的其它应用。这些应用的实例包括用于非 显示器应用(包括位移监视器、加速计、光刻等)的光调制器以及用于(例如)激光指 针的微机电系统(MEMS)装置。
图la说明SLM系统100。所述SLM系统100的特征在于光源105，所述光源105 向光调制器阵列110提供光。光调制器阵列110含有多个光调制器(未图示)，其操纵 所述光以在显示器面板115上显示图像。光调制器阵列110中的光调制器可利用各种各 样的光调制器技术，例如定位微镜、可变形镜、硅基液晶等。出于论述目的，将关注用 于数字微镜装置(DMD)的定位微镜。然而，不应将此解释为限制本发明的精神和范围。
依据定位微镜的位置，来自光源105的光可反射到显示面板115上或反射到SLM 系统的其它某部分。反射到显示面板115上的光形成所显示的图像，且反射到SLM系 统的另一部分的光在所述显示面板115上不可见。此后，可显示各个图元的状态。如果 图元将接通，那么与所述图元相关联的定位微镜将把来自光源105的光反射到显示面板 115上且显示屏幕的部分将被照亮。另一方面，如果图元将断开，那么定位微镜将把来 自光源105的光反射到SLM系统的不同部分且显示屏幕的部分将为暗的。
然而，除了光调制器本身外，来自光源105的光还可从光调制器阵列110上的结构 反射。此非想要的反射可对SLM系统的对比度具有负面影响，进而降低整体图像质量。 举例来说，可能光从光调制器阵列110上和光调制器阵列110中的小孔、通孔、支撑结 构、电极结构、微镜支撑件等反射。
图lb说明光调制器阵列110的部分的详细视图，其中使用定位微镜作为光调制器。 图lb说明具有三个定位微镜(例如，定位微镜150)的光调制器110的部分。所述图还 说明组成光调制器阵列110的其它结构，例如定位微镜结构160、电极结构165等。另 外，可存在埋置于衬底180的表面下或上的结构，例如通孔170、金属导体175等。金 属导体175可用于在集成电路中路由电子信号，且某些金属导体可用于连接到通孔170， 而某些可能没有。图lb所示的图不希望将金属导体限于未连接到通孔175。可能来自光
源105的光行进穿过存在于相邻定位微镜之间的间隙(例如间隙185),且撞击这些结构 (以及衬底180的顶部表面)并散射。来自非想要的反射的光可撞击显示器面板115，从 而降低SLM系统的对比度。
图2a说明根据本发明优选实施例的在反射表面上形成抗反射层中的事件序列200。 可在己经完成将要由抗反射层覆盖的反射表面之后开始形成抗反射层。举例来说，如果 反射表面是金属导体，那么可在已经形成金属导体之后形成抗反射层。如果反射表面是 衬底，那么可在大致所有将要位于抗反射层下的结构(例如晶体管、电阻器、电容器、 电极、钝化层等)的构造已经在衬底上形成之后形成抗反射层。如果额外结构(例如用 于DMD的微镜)将形成在抗反射涂层上方，那么所述结构可能需要施加另一抗反射涂 层或可能不使用抗反射涂层。
可在反射表面上沉积暗聚合物基质(方框205)而开始形成抗反射层。依据反射表 面的性质，可使用不同技术来沉积暗聚合物基质。举例来说，如果反射表面是衬底，那 么可能使用旋涂技术来在整个半导体晶片上沉积暗聚合物基质。然而，如果衬底上只有 某些结构(例如，金属导体)将由暗聚合物基质覆盖，那么可能的是，可能需要光阻印 刷技术来沉积暗聚合物基质。又一种用于沉积暗聚合物基质的技术可以是回流。使用回 流可允许暗聚合物基质形成平坦表面(通常比使用旋涂可实现的更平坦)，这更有益于 后续制造步骤。暗聚合物基质的实例可以是各种各样的可直接成像的黑基质树脂(例如 来自布鲁尔科技专业材料(Brewer Science Specialty Materials)的PSK 1000或PSK 2000)或聚酰亚胺黑基质树脂(例如来自布鲁尔科技专业材料的DARC 102、 DARC 300或DARC⑧400)中的一者。还可使用其它可直接成像的黑基质树脂或聚酰亚胺黑基 质树脂。另外，其它暗薄膜溶液或暗旋涂玻璃材料也可用作暗聚合物基质。优选的是， 用作暗聚合物基质的材料应尽可能地暗以增强非反射特性。
一旦沉积到反射表面上，便可允许暗聚合物基质固化(方框210)。固化过程可仅仅 涉及时间，或其可涉及温度或两者。固化过程将通常涉及去除(通常通过蒸发)暗聚合 物基质中存在的溶剂以实现沉积过程。 一旦固化，含有已经由暗聚合物基质覆盖的反射 表面的晶片便可经历暗聚合物基质的表面的粗糙化(方框215)。暗聚合物基质的表面的 粗糙化可通过在暗聚合物基质的表面上形成不规则标记和构造来帮助改进抗反射涂层 的抗反射特性，所述标记和构造可帮助其随机分散撞击其表面的任何光以及增加暗聚合 物基质的光吸收特性。下文提供对粗糙化过程的优选实施例的详细论述。
在粗糙化处理之后，可使用通过溅射所沉积的保护盖涂层覆盖暗聚合物基质(方框 220)，且随后是氧化保护涂层的工艺步骤(举例来说)。根据本发明的优选实施例，保
护盖涂层可由铝、铝合金、钨、钨合金、铜、铜合金、钴、钴合金、钛、钛合金和其它 材料及其合金形成，只要所述金属和其合金的沉积温度低于暗基质聚合物的固化温度。 除了溅射沉积之外，还可使用无电电镀来沉积保护盖涂层。举例来说，铜的无电电镀可 用于形成保护盖涂层。
对于铝的保护盖涂层，保护盖涂层的厚度应小于100到150埃，其中大约40埃是 优选的。可在单个步骤中实现保护盖涂层的沉积，所述步骤导致将所需厚度的保护盖涂 层材料沉积到暗聚合物基质上。或者，保护盖徐层可沉积为薄层，可重复所述薄层以提 供所需厚度。保护盖涂层的溅射沉积可充分薄，使得其不会影响暗聚合物基质的光学特 性。保护盖涂层可保护暗聚合物基质的在粗糙化过程中形成的粗糙化表面免受后续处理 步骤破坏。保护盖涂层的非常薄的层不会损害暗聚合物基质的抗反射特性。保护盖涂层 可以是可选的，因为可在没有保护盖涂层的情况下继续对晶片的处理。然而，晶片的连 续处理可破坏抗反射层(经灰化的暗聚合物基质)并损害其抗反射特性。
图2b说明根据本发明优选实施例的暗聚合物基质的粗糙化的详细视图。图2b所示 的图可以是暗聚合物基质的粗糙化(方框215，图2a)的实施例。根据本发明的优选实 施例，可使用灰化过程来粗糙化暗聚合物过程的表面。
通常，可使用灰化过程来通过在给定温度和压力下将抗蚀剂暴露于富氧气氛并持续 指定时期而从衬底移除抗蚀剂。灰化过程可通过将晶片放置到灰化腔室中(方框250) 而开始，且接着在给定温度、压力和浓度下将晶片暴露于富氧气氛中并持续一段时间(方 框255)。当向暗聚合物基质应用灰化过程时，通过氧原子蚀刻暗聚合物基质的表面来降 低暗聚合物基质的反射率。灰化过程可达成对暗聚合物基质的各向异性蚀刻，其防止对 暗聚合物基质的表面进行底切。如果使用各向同性蚀刻，那么可能会发生对暗聚合物基 质的表面的底切，这可降低抗反射涂层的抗反射特性。
典型的灰化操作涉及将含有暗聚合物基质的晶片暴露于富氧气氛，其中腔室压力在 700到850毫托的范围内，激励电源的额定功率在180到250瓦的范围内，且电极到晶 片的间距在0.09到1.3密耳的范围内。灰化腔室的气氛可含有处于约20标准立方厘米/ 分钟(SCCM)的规定压力下的氧气(02)。灰化腔室的气氛还可含有处于约45 SCCM 的规定压力下的氦(He)气。正被灰化的晶片需要在灰化过程期间保持在恰当位置，可 使用压力箝或静电卡盘来将晶片保持在恰当位置。如果使用压力箝，那么还可使用氦气 来提供后侧压力以抵靠着卡盘将晶片吸入到恰当位置。氦气应具有约25 SCCM的流量 及约6托的压力。 一组示范性灰化参数可为如下腔室压力为约800毫托；激励电源产 生200瓦；电极到晶片的间距为约1.1密耳；氦气压力为约45 SCCM;氧气压力为约20
SCCM;且氦气箝压力为约6托。
灰化过程的持续时间可能是抗反射涂层的抗反射特性的重要决定因素。持续时间越 长，则在暗聚合物基质的表面上形成的标记和构造也就越大。然而，如果持续时间过长， 那么暗聚合物基质的表面上所形成的标记和构造可实际上会被从暗聚合物基质的表面 切除(蚀刻)，进而降低抗反射涂层的抗反射特性。如果发生这种情况，那么可延长灰 化过程以重新形成已被切除的标记和构造。优选的灰化时间小于一分钟。
图3a说明根据本发明优选实施例的在反射表面上施加暗聚合物基质以降低反射表 面的反射率的横截面图。图3a所示的图式说明反射表面305和暗聚合物基质层310。反 射表面305可以是半导体衬底、金属导体、多晶硅表面等。
或者，反射表面305可以是可含有所形成结构(例如晶体管、电阻器、导体、电极 等)的半导体衬底。暗聚合物基质310可通过旋涂过程(举例来说)而沉积在反射表面 305上。在旋涂过程之后，可允许暗聚合物基质310固化，且接着可将反射表面305和 暗聚合物基质310放置到灰化腔室中且经受具有给定浓度、压力和温度的富氧气氛并持 续给定时间。回流可以是用于将暗聚合物基质310沉积到反射表面305上的替代方法。 灰化操作可蚀刻暗聚合物基质310的顶部表面以增强暗聚合物基质的反射率特征，如先 前所述。在灰化暗聚合物基质310之后，可沉积保护涂层320 (来自方框220 (图2a) 的保护盖涂层)以保护暗聚合物基质310的表面。
图3b说明根据本发明优选实施例的光调制器阵列110的一部分的详细视图，其中 暗聚合物基质310用作抗反射涂层。暗聚合物基质310沉积到衬底180上，从而覆盖衬 底180和形成于衬底180上或下的任何结构，例如通孔170和导体175。稍后在制造过 程期间形成光调制器阵列110的微镜150和电极结构165，且因此其位于暗聚合物基质 310上方。然而，可在微镜150 (还称为光调制器的有源区域)上形成抗反射涂层以帮 助进一步降低光散射。
图3c到3e说明根据本发明优选实施例的光调制器的有源区域的横截面图，其中施 加抗反射涂层以帮助减少光散射。图3c到3e所示的图说明光调制器的有源区域355(微 镜)，其具有施加在未用于调制光的表面部分上的抗反射涂层以帮助减少光散射。抗反 射层的使用还可应用于其它类型的光调制器以帮助减少光散射。举例来说，在液晶显示 器光调制器中，可向各个液晶元件之间的间距施加抗反射涂层，其中布设导体以减少光 散射。图3c所示的图说明已经施加在有源区域355的底侧上的抗反射涂层360，而图 3d所示的图说明己经施加在有源区域355的边缘上的抗反射涂层360，其中所述底侧的 一部分也被涂覆。抗反射涂层360的厚度可能未按比例绘制。可沿着有源区域355的整
个周边施加抗反射涂层360。图3e所示的图说明仅施加在有源区域355的边缘上的抗反 射涂层360,而在有源区域355的底侧上没有抗反射涂层。
图3f说明根据本发明优选实施例的光调制器阵列的俯视图，其中向所述阵列中的不 作为有源区域的部分施加抗反射涂层。图3f所示的图说明4X2光调制器阵列，例如液 晶元件(例如，液晶元件365)阵列。整个液晶元件365是有源区域。光调制器阵列中 的光调制器间隔开较小距离(标记为距离"D")，从而在光调制器阵列中的光调制器之 间形成沟道(例如沟道370)。在间距所形成的沟道370内，布设导电体(未图示)以向 各个光调制器提供电力以及图像数据。根据本发明的优选实施例，可向光调制器阵列施 加抗反射涂层360，从而覆盖沟道370和布设在沟道370中的任何导体。
图4是说明根据本发明优选实施例的采用和未采用灰化处理的暗聚合物基质的反射 率随光波长变化的数据曲线图。第一组曲线405展示在多个观看角度下未采用灰化处理 的暗聚合物基质的反射率。在未采用灰化处理的情况下，暗聚合物基质在广泛范围的光 波长下具有约0.07的反射率。第二组曲线410展示在多个观看角度下采用灰化处理的暗 聚合物基质的反射率。在采用灰化处理的情况下，暗聚合物基质的反射率在相同范围的 光波长下可降到小于O.Ol的平均值。灰化处理可使反射率显著降低。第二组曲线410还 展示施加保护覆层不会对暗聚合物基质的非反射特性具有显著影响。曲线415与曲线组 416的比较展示，除了在较小波长处外，具有保护覆层的暗聚合物基质的反射率(曲线 415)大致等于单独的暗聚合物基质的反射率(曲线组416)。
图5a和5b说明根据本发明优选实施例的暗聚合物基质的表面的视图。图5a所示 的图说明在沉积到反射表面上之后且在灰化处理之前的暗聚合物基质的表面的视图。所 述图展示可反射大量光的光滑表面。图5b所示的图说明在灰化处理之后的暗聚合物基 质的表面的视图。所述图展示能够随机分散撞击其表面的任何光以及能够吸收某些光的 不规则且粗糙的表面。
图6是说明根据本发明优选实施例的反射率作为灰化处理时间的函数以及将暗聚合 物基质的反射率与若干抗反射涂层进行比较的数据曲线图。第一系列的数据点(例如条 605、条606、条607和条608)显示覆盖在晶片上的暗聚合物基质层的反射率，其中暗 聚合物基质层已经历灰化处理并持续了不同的时期。举例来说，条605展示暗基质层在 已经历灰化处理并持续第一时间量之后具有约0.0340的反射率，其中第一时间量为大约 10到20秒，且条608展示(不同衬底的)暗基质层在已经历灰化处理并持续第二时间 量之后具有约0.0034的反射率，其中第二时间量为大约50到60秒。 一般来说，较长的 灰化处理将通常导致较低的反射率。然而，如果灰化过程进行过长，那么可能发生暗基 质层的底切，这可导致损失暗基质层中所形成的标记和构造且可降低暗基质层的不反射 率。 一旦发生底切且已丢失标记和构造，额外灰化处理便可形成新的标记和构造以恢复 所损失的不反射率。
第二系列的数据点(例如条610、条611和条612)显示现有抗反射涂层的反射率 以及从多个材料层形成光阱的更先进的技术，所述多个材料层中的每一者具有不同的衍 射指数。所述图所示的数据说明具有灰化处理的暗聚合物基质可传递优于现有抗反射涂 层的反射率和具有相对简单的处理要求的更复杂光阱结构。
虽然已经依据本发明对某些实施方案的应用而描述了本发明和其优点，但应了解， 可在不脱离所主张发明的范围的情况下对所述实例性实施例作出各种添加、删除、替换 和修改并实施其它实施例。
权利要求
1.一种集成电路，其至少一部分上具有抗反射涂层，所述涂层包含上覆于反射表面的暗聚合物材料，其中通过粗糙化所述暗聚合物材料的顶部表面来增强所述暗聚合物材料的抗反射率。
2. 根据权利要求1所述的集成电路，其中所述暗聚合物材料是聚酰亚胺黑基质树脂。
3. 根据权利要求1或2所述的集成电路，其进一步包含含有晶体管和导体的衬底，使用所述抗反射涂层来覆盖所述衬底的至少一部分； 以及在所述衬底上形成的光调制器阵列，所述光调制器阵列经配置以基于图像数据而 调制光。
4. 根据权利要求3所述的集成电路，其中所述抗反射涂层由包含铝的保护层保护。
5. 根据权利要求3所述的集成电路，其中所述光调制器阵列包含多个个别光调制器， 每一个别光调制器具有有源区域，且其中不为有源区域的光调制器阵列的部分也使 用由暗聚合物基质形成的抗反射涂层来覆盖。
6. 根据权利要求5所述的集成电路，其中所述光调制器阵列是微镜阵列，其中每一微 镜的所述有源区域是镜，且其中所述镜的边缘是使用由暗聚合物基质形成的抗反射 涂层来涂覆。
7. 根据权利要求5所述的集成电路，其中所述光调制器阵列是液晶元件阵列，其中在 每一液晶元件周围的区域中布设配线，且其中每一液晶元件周围的所述区域使用由 暗聚合物基质形成的抗反射涂层来涂覆。
8. —种在集成电路的至少一部分上形成抗反射涂层的方法，所述方法包含在反射表面上施加暗聚合物材料；固化所述暗聚合物材料；以及 粗糙化所述暗聚合物材料的顶部表面。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述粗糙化包含在灰化腔室中灰化所述暗聚合物 材料。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述灰化包含在给定压力下将氧气注入到所述灰化腔室中，其中所述给定压力大致等于50标 准立方厘米/分钟；以及在电极到晶片的间距在0.09到1.3密耳的范围内且气体激励电源在180到250 瓦的范围内的情况下，施加指定压力并持续小于一分钟的时期，其中所述指定压力 在700到850毫托的范围内。
11. 根据权利要求8到IO中任一权利要求所述的方法，其进一步包含在所述粗糙化 之后，在所述暗聚合物材料上溅射金属涂层；以及氧化所述金属涂层；其中溅射期 间所需要的温度低于所述暗聚合物材料的固化温度。
12. 根据权利要求8所述的方法，其中所述溅射用于溅射选自包含以下各项的群组的材 料铝、铝合金、钩、钨合金、铜、铜合金、钴、钴合金、钛和钛合金。
全文摘要
本发明提供一种用于在集成电路上形成抗反射涂层的方法和材料。优选实施例包含在反射表面上施加暗聚合物材料(205)，固化所述暗聚合物材料(210)，且粗糙化所述暗聚合物材料的顶部表面(215)。可通过在灰化腔室中灰化所述暗聚合物材料来实现所述粗糙化。所述暗聚合物材料(优选为黑基质树脂或聚酰亚胺黑基质树脂)当在富氧气氛中灰化并持续较短时期时形成能够吸收光以及随机折射其不吸收的光的表面。可在所述经灰化的暗聚合物材料的顶部上形成保护覆层，以提供对所述暗聚合物材料的保护(220)。
文档编号H01L21/8242GK101371350SQ200680052705
公开日2009年2月18日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月15日
发明者贾森·迈克尔·奈德理奇 申请人:德州仪器公司