专利名称：硅基液晶器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路及其制造工艺，尤其涉及一种硅基液晶器件及其制造方 法。
背景技术：
液晶面板显示器(LCD)使用耦合到液晶材料和滤色器的晶体管阵列输出彩色的 图像。许多计算机终端和更小的显示设备通常会依赖于液晶面板显示器来输出视频、文本 以及其它可视特征。不幸的是，液晶面板通常产率较低，并且难以加大尺寸，难以满足大尺 寸现实的需求。实际需求促进了显示技术的发展，现有的显示技术包括以下几种一种是投影显 示单元技术。投影显示单元包括对应液晶显示器(counterpart IXD)，它从所选像素元件输 出光通过透镜投影到更大的显示器以创建移动影像、文本以及其它可视图像。另一种技术 是“数字光处理” (DLP)，“数字光处理”依赖于成千上万微小镜子，小镜子排列成800行，600 列，每个镜子都装有转轴，每个转轴都附有驱动器(actuator)，驱动器具有静电能，它能够 以较高频率使每个镜子绕轴倾斜。运动的镜子能够对光进行调制，经调制的光可以通过透 镜进行传输，并且随后显示在显示屏上。但是“数字光处理”很难制作，并且产率较低。还有另一种技术是硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon, LCOS)技术。硅基液 晶技术包括形成高反射率的反射镜，随着液晶的“开”或“关”，光被反射镜反射或阻挡，这样 对光进行调制以产生图像。在中国专利ZL02155295. 9中公开了一种制造硅基液晶器件的方法，首先参考图 1，示出了其中硅基液晶器件的结构示意图。所述硅基液晶器件包括像素单元阵列和焊垫 组，每一个像素单元均包括像素电极209，所述焊垫组包括多个焊垫205。像素电极209上 表面是高反射率的镜面，用于反射透过液晶层的光。像素电极209与液晶层相连，向液晶层 施加像素电压，以控制液晶分子的偏转。所述焊垫205用于连接驱动电路和像素单元的开 关元件，以便于驱动电路通过开关元件控制各个像素单元的开关状态。再参考图2，示出了 该硅基液晶器件的剖面结构示意图。其中，焊垫205通过多个焊垫插塞207与下层开关元 件相连，所述焊垫205较薄，在多个焊垫插塞207支撑下，焊垫205在后续的超声或激光工 艺中受力不均，容易破碎或开裂。另外，所述专利公开的制造硅基液晶器件的方法中，在像素电极209形成后，还需 要其他工艺步骤形成焊垫205，制作过程较为复杂。因此，需要解决焊垫开裂问题和制造过程复杂的问题。
发明内容
本发明解决现有技术硅基液晶器件中焊垫容易开裂和制程复杂的问题。为解决上述问题，本发明提供一种制造硅基液晶器件的方法，所述方法包括提供 衬底；在所述衬底上形成元件层，所述元件层形成有多个MOS器件；在所述元件层上形成层间介质层，所述层间介质层中形成有与MOS器件的栅极电连接的第一互联结构，与MOS器件 漏极电连接的第二互联结构；图形化所述层间介质层，在层间介质层中形成第一开口和第 二开口，所述第一开口暴露出第一互联结构，所述第二开口暴露出第二互联结构；向所述第 一开口和第二开口中填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞；在所述焊垫插塞 上形成焊垫，在所述像素电极插塞上形成像素电极。可选的，在层间介质层中形成第一开口和第二开口包括刻蚀所述层间介质层，形 成第一沟槽，暴露出第一互联结构，和形成第二沟槽，暴露出第二互联结构；以及，向所述第 一开口和第二开口填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞包括以导电材料填 满第一沟槽和第二沟槽，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞。可选的，所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。可选的，在层间介质层中形成第一开口和第二开口包括刻蚀所述层间介质层，形 成第一沟槽和第二沟槽，并继续刻蚀层间介质层，在第一沟槽和第二沟槽中心分别形成暴 露出第一互联结构的第一通孔和暴露出第二互联结构的第二通孔；向所述第一开口和第二 开口填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞包括以导电材料填满第一通孔和 第二通孔，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞；以及，在所述焊垫插塞上形成焊垫，在所述 像素电极插塞上形成像素电极包括以导电材料填满第一沟槽和第二沟槽，在第一沟槽中 形成位于焊垫插塞上的焊垫，在第二沟槽中形成位于像素电极插塞上的像素电极。可选的，所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。可选的，在形成焊垫和像素电极之前，先在焊垫插塞和像素电极插塞上形成阻挡可选的，形成焊垫插塞和像素电极插塞的材料是钨，形成焊垫和像素电极的材料是招。可选的，形成所述焊垫插塞、像素电极插塞、焊垫和像素电极的材料是铝。相应的，本发明还提供一种硅基液晶器件，所述器件包括衬底；位于衬底上的元件层，所述元件层包括多个MOS器件；位于元件层上的层间介质 层，所述层间介质层中包括与MOS器件栅极电连接的焊垫插塞、与MOS器件漏极电连接的像 素电极插塞；位于焊垫插塞上与焊垫插塞相连的焊垫和位于像素电极插塞上与像素电极插 塞相连的像素电极；所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点上述制造硅基液晶器件的方法通 过图形化层间介质层，同时形成了第一开口和第二开口，之后，在所述第一开口中填充导电 材料形成焊垫插塞和像素电极插塞，然后在焊垫插塞上形成焊垫，在像素电极插塞上形成 像素电极。所述方法中可同时生成焊垫和像素电极，无需再增加其他工艺步骤形成焊垫，简 化了制造方法。而上述硅基液晶硅基液晶器件中，硅基液晶所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与 所述焊垫的面积比大于0.9，这样在大面积的焊垫插塞的支撑下，焊垫受力均勻，不易开裂。
图1是现有技术中一种硅基液晶器件的结构示意图；图2是图1所示硅基液晶器件的剖面结构示意图3是本发明硅基液晶器件的一种实施例的剖面结构局部示意图；图4是本发明制造硅基液晶器件方法的一种实施方式的流程示意图；图5到图9是本发明制造硅基液晶器件的第一实施例示意图；图10到图12是本发明制造硅基液晶器件的第二实施例示意图；图13是本发明制造硅基液晶器件的第三实施例示意图。
具体实施例方式本发明提供一种制造硅基液晶器件的方法，所述方法通过图形化层间介质层，同 时形成了第一开口和第二开口，之后，在所述第一开口中填充导电材料形成焊垫插塞和像 素电极插塞，然后在焊垫插塞上形成焊垫，在像素电极插塞上形成像素电极。所述方法中可 同时生成焊垫和像素电极，无需再增加其他工艺步骤形成焊垫，简化了制造方法。而上述硅基液晶硅基液晶器件中，硅基液晶所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与 所述焊垫的面积比大于0.9，这样在大面积的焊垫插塞的支撑下，焊垫受力均勻，不易开裂。参考图3，给出了本发明硅基液晶器件的一种实施例的剖面结构局部示意图，所述 硅基液晶器件包括衬底101，所述衬底101是硅晶圆或SOKSilicon-On-Insulator，绝缘 体上硅)；位于衬底上101的元件层，所述元件层包括多个MOS器件103，所述MOS器件103 包括栅极、漏极和源极；位于元件层上的层间介质层111，所述层间介质层中111包括多个 互联结构及与之相连的相应插塞。具体地说，第一插塞113通过互联结构与MOS器件103 的栅极电连接，第二插塞115通过互联结构与MOS器件103的漏极电相连(附图3只简单 示出插塞与MOS器件的电连接关系)。所述硅基液晶器件还包括位于第一插塞113上的焊 垫105和位于第二插塞115上的像素电极109。所述焊垫105与第一插塞113相连，其中所 述第一插塞113与焊垫105的连接面与焊垫105的面积比大于0. 9。由于第一插塞113与 焊垫105的连接面与焊垫105的面积比大于0. 9，焊垫105在大面积的第一插塞113的支撑 下，受力均勻，不易开裂。所述像素电极109与第二插塞115相连，所述像素电极109的上 表面是高反射的镜面。所述硅基液晶器件还包括依次位于像素电极上方的液晶层116、透明 电极117和玻璃盖板118。实际应用中，光穿过玻璃盖板、透明电极，到达液晶层。外接驱动电路通过MOS器 件制液晶层的“开”和“关”状态。当液晶层处于关状态时，不允许光透过；当液晶层处于开 状态，允许光透过，透过液晶层的光从像素电极上表面的镜面反射，并再次透过处于开状态 的液晶层。较佳地，反射镜面基本上没有缺陷，反射镜面的反射率大于等于93%。图4是本发明制造硅基液晶器件方法的一种实施方式流程示意图，所述方法包 括步骤1，提供衬底；步骤2，在所述衬底上形成元件层，所述元件层形成有多个MOS器件；步骤3，在所述元件层上形成层间介质层，所述层间介质层中形成有与MOS器件的 栅极电连接的第一互联结构，与MOS器件漏极电连接的第二互联结构；步骤4，图形化所述层间介质层，在层间介质层上形成第一开口和第二开口，第一
开口暴露出第一互联结构，第二开口暴露出第二互联结构；步骤5，向所述第一开口和第二开口中填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞；步骤6，在所述焊垫插塞上形成焊垫，在所述像素电极插塞上形成像素电极。上述步骤顺序提供了依照本发明实施例的一种方法。其他的例如增加步骤，移除 一个或多个步骤，或者以不同顺序排列的一个或多个步骤的实施例不会背离权利要求所限 定的范围。在本说明书下文中可以发现本方法和结构更详细和具体的描述。参考图5-图9，示出了依照本发明制造硅基液晶器件的第一实施例示意图。示意 图仅仅是示例，不能用于限定权利要求的范围。本领域技术人员可识别出更多变形，替代和 修改。执行步骤1，提供衬底101。较佳地，所述衬底101可以是硅晶圆或S0I。参考图5，执行步骤2，在衬底101上形成元件层，所述元件层形成有多个MOS器件 103，所述MOS器件103包括栅极、漏极和源极。参考图6，执行步骤3，在所述元件层上形成层间介质层211，所述层间介质层211 中形成有与MOS器件的栅极电连接的第一互联结构(图未示)，与MOS器件漏极电连接的第 二互联结构(图未示)。所述层间介质层211可由硼磷硅玻璃(BPSG)、掺氟硅玻璃(FSG)、 氧化物及其任意组合的电介质材料制成。可以使用化学气相沉积形成所述层间介质层211， 并且平整化所述层间介质层211以形成平整的表面区域。所述互联结构可以由诸如金属、 多晶硅的导电材料制成。为了简化附图，图7到图13省略了衬底和元件层，并只示意出部 分层间介质层。参考图7，执行步骤4，图形化所述层间介质层211，在层间介质层211上形 成第一开口 413和第二开口 415，所述第一开口 413暴露出第一互联结构311，所述第二开 口 415暴露出第二互联结构312。具体地说，通过光刻和刻蚀图形化所述层间介质层211， 形成第一沟槽，暴露出第一互联结构311，和形成第二沟槽，暴露出第二互联结构312。再参考图8，执行步骤5，向所述第一开口 413和第二开口 415中填充导电材料，分 别形成焊垫插塞427和像素电极插塞428。所述导电材料可以是诸如钨的金属材料，向第一 开口 413和第二开口 415填充钨可采用溅射工艺。参考图9，在焊垫插塞427和像素电极插塞428上形成一层阻挡金属层417，阻挡 金属层417用于阻挡，并有助于粘附覆盖其上的金属。继续参考图9，执行步骤6，在所述焊垫插塞427上形成焊垫429，在所述像素电极 插塞428上形成像素电极431。具体地说，在阻挡层417上覆盖金属层，之后通过光刻和刻 蚀图形化所述金属层，在所述焊垫插塞427上形成焊垫429，在所述像素电极插428塞上形 成像素电极431。所述焊垫插塞427和所述焊垫429的连接面与所述焊垫429的面积比大 于0. 9。由于焊垫插塞427与焊垫429的连接面与焊垫429的面积比大于0. 9，焊垫429在 大面积的焊垫插塞427的支撑下，受力均勻，不易开裂。所述金属层的材料可以是铝或者其 他类似的金属，可使用电镀工艺或溅射工艺形成铝。由于电镀材料具有填充缝隙的特性，电 镀工艺是本发明优选的实施方案。所述像素电极431的厚度可以是2000A 4000A。现有技术中先形成像素电极，之后再形成开口，填充开口形成焊垫插塞，最后形成 焊垫。本发明提供的制造硅基液晶器件的方法通过图形化层间介质层，同时形成了第一开 口和第二开口，之后，在所述第一开口中填充导电材料形成焊垫插塞和像素电极插塞，然后 在焊垫插塞上形成焊垫，在像素电极插塞上形成像素电极。所述方法中可同时生成焊垫和 像素电极，无需再增加其他工艺步骤形成焊垫，简化了制造方法。
本发明还提供一种制造硅基液晶器件方法的第二实施例。第二实施例与第一实施 例的步骤1至步骤3是相同的，为了简化说明，下面只描述不相同的步骤。参考图10，执行步骤4，图形化所述层间介质层211，在层间介质层211中形成第一 开口 505和第二开口 503，第一开口 505暴露出第一互联结构511，第二开口 503暴露出第二 互联结构513。具体地，在层间介质层211中形成第一开口 505和第二开口 503包括刻蚀 所述层间介质层211，形成第一沟槽和第二沟槽，并继续刻蚀层间介质层211，在第一沟槽 和第二沟槽中心分别形成暴露出第一互联结构511的第一通孔和暴露出第二互联结构513 的第二通孔。参考图11，执行步骤5，向所述第一开口和第二开口中填充导电材料，分别形成焊 垫插塞528和像素电极插塞530。向所述第一开口和第二开口填充导电材料，分别形成焊垫 插塞528和像素电极插塞530包括以导电材料填满第一通孔和第二通孔，分别形成焊垫插 塞528和像素电极插塞530。所述导电材料可以是钨，也可以是其它类似金属。通过溅射工 艺形成钨。参考图12，较佳地，在焊垫插塞528和像素电极插塞530上形成一层阻挡金属层 517，阻挡金属层517用于阻挡，并有助于粘附覆盖其上的金属。继续参考图12，执行步骤6，在所述焊垫插塞528上形成焊垫529，在所述像素电 极插塞530上形成像素电极531。具体地说，以导电材料填满第一沟槽和第二沟槽，在第一 沟槽中形成位于焊垫插塞528上的焊垫529，在第二沟槽中形成位于像素电极插塞530上 的像素电极531。所述焊垫插塞528和所述焊垫529的连接面与所述焊垫529的面积比大 于0.9。所述导电材料是铝，也可以是其它类似金属。可以使用电镀工艺或溅射工艺形成 铝。由于电镀材料具有填充缝隙的特性，所以电镀工艺是本发明优选的实施方案。填满第 一开口的沟槽和第二开口的沟槽后，通过光刻和刻蚀图形化所述沟槽表面一定厚度的铝在 焊垫插塞528上形成焊垫529，在所述像素电极插塞530上形成像素电极531。所述像素电 极531的厚度是2000A 4000A。参考图13，示出了本发明制造硅基液晶器件的第三实施例示意图。本实施例与第 二实施例的不同在于，向通孔和沟槽中填充的材料相同的，例如都是铝，采用诸如溅射的方 法形成铝。铝填满通孔后继续填充沟槽。之后光刻和刻蚀图形化所述沟槽表面一定厚度的 铝，去除多余铝，形成焊垫629和像素电极631。本实施例中填充通孔和沟槽的材料相同，不需要形成阻挡金属层。更进一步地，不 需要更换靶材，在同一工艺步骤中完成填充开口的过程，从而进一步简化制作方法。所述制造硅基液晶器件的方法后续制程中，还需要对像素电极表面进行诸如化学 机械研磨(CMP)等的表面处理工艺，以形成反射镜面。硅基液晶以及，在像素电极镜面上依次覆盖液晶层、透明电极层及玻璃盖板。虽然 本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离 本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围。
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权利要求
1.一种制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述方法包括 提供衬底；在所述衬底上形成元件层，所述元件层形成有多个MOS器件； 在所述元件层上形成层间介质层，所述层间介质层中形成有与MOS器件的栅极电连接 的第一互联结构，与MOS器件漏极电连接的第二互联结构；图形化所述层间介质层，在层间介质层中形成第一开口和第二开口，所述第一开口暴 露出第一互联结构，所述第二开口暴露出第二互联结构；向所述第一开口和第二开口中填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞； 在所述焊垫插塞上形成焊垫，在所述像素电极插塞上形成像素电极。
2.如权利要求1所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，在层间介质层中形成 第一开口和第二开口包括刻蚀所述层间介质层，形成第一沟槽，暴露出第一互联结构，和 形成第二沟槽，暴露出第二互联结构；以及，向所述第一开口和第二开口填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞 包括以导电材料填满第一沟槽和第二沟槽，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞。
3.如权利要求2所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述焊垫插塞和所述 焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。
4.如权利要求1所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，在层间介质层中形成 第一开口和第二开口包括刻蚀所述层间介质层，形成第一沟槽和第二沟槽，并继续刻蚀层 间介质层，在第一沟槽和第二沟槽中心分别形成暴露出第一互联结构的第一通孔和暴露出 第二互联结构的第二通孔；向所述第一开口和第二开口填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞包括 以导电材料填满第一通孔和第二通孔，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞；以及，在所述焊垫插塞上形成焊垫，在所述像素电极插塞上形成像素电极包括以导电 材料填满第一沟槽和第二沟槽，在第一沟槽中形成位于焊垫插塞上的焊垫，在第二沟槽中 形成位于像素电极插塞上的像素电极。
5.如权利要求4所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，所述焊垫插塞和所述 焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。
6.如权利要求2至5任一项所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，在形成焊垫 和像素电极之前，先在焊垫插塞和像素电极插塞上形成阻挡金属层。
7.如权利要求1所述制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，形成焊垫插塞和像素电 极插塞的材料是钨，形成焊垫和像素电极的材料是铝。
8.如权利要求1所述的制造硅基液晶器件的方法，其特征在于，形成所述焊垫插塞、像 素电极插塞、焊垫和像素电极的材料是铝。
9.一种硅基液晶器件，所述器件包括 衬底；位于衬底上的元件层，所述元件层包括多个MOS器件；位于元件层上的层间介质层，所述层间介质层中包括与MOS器件栅极电连接的焊垫插 塞、与MOS器件漏极电连接的像素电极插塞；位于焊垫插塞上与焊垫插塞相连的焊垫和位于像素电极插塞上与像素电极插塞相连的像素电极； 其特征在于，所述焊垫插塞和所述焊垫的连接面与所述焊垫的面积比大于0. 9。
全文摘要
一种硅基液晶器件及其制造方法，所述方法包括提供衬底；在所述衬底上形成元件层，所述元件层形成有多个MOS器件；在所述元件层上形成层间介质层，所述层间介质层中形成有与MOS器件的栅极电连接的第一互联结构，与MOS器件漏极电连接的第二互联结构；图形化所述层间介质层，在层间介质层中形成第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出第一互联结构，所述第二开口暴露出第二互联结构；向所述第一开口和第二开口中填充导电材料，分别形成焊垫插塞和像素电极插塞；在所述焊垫插塞上形成焊垫，在所述像素电极插塞上形成像素电极。所述制造硅基液晶器件的方法简化了制作流程。由所述方法制造的硅基液晶器件具有较高的可靠性。
文档编号H01L23/528GK102074505SQ200910199230
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者任自如, 李海艇, 韩轶男, 黄河 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司