專利名稱：制造電可尋址的藍(lán)寶石上硅光閥用的方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照本申請(qǐng)涉及1993年8月9日提出的、題為“Ultra-high ResolutionLiquid Crystal Display on Silicon-On-Sapphire”、現(xiàn)已放棄的共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)08/105,252(Navy Case No.73,925)的部分繼續(xù)；是1994年9月1日提出的、題為“Method for FabricatingElectrically Addressable Silicon-On-Sapphire Light Valve”、現(xiàn)已放棄的美國(guó)專利申請(qǐng)08/301,170(Navy Case No.74146)的繼續(xù)；是1993年6月30日提出的、題為“Method for Fabricating ComplenentaryEnhancement and Depletion Mode Field Effect Transistors on aSingle Substrate”的美國(guó)專利5,300,443(Navy Case No.73899)的繼續(xù)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器已廣泛應(yīng)用于包括便攜式(膝上)計(jì)算機(jī)、手表、攝錄一體機(jī)和大屏幕電視等商業(yè)應(yīng)用。液晶光閥用作空間光調(diào)制器，可用于投影系統(tǒng)及光學(xué)計(jì)算應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)固有的局限源于在透明玻璃或石英基片上制造顯示器的要求，這種要求意味著不適合于高質(zhì)量的電子材料。盡管在體硅上制造顯示器需要高結(jié)晶質(zhì)量，但由于不透明基片的緣故，不必將顯示器限制為反射模式，而且不能應(yīng)用于透射應(yīng)用。利用薄膜晶體管(TFT)與液晶顯示器集成驅(qū)動(dòng)電路的能力提高了可靠性，并允許這種技術(shù)應(yīng)用于重量輕的便攜式應(yīng)用。然而，顯示驅(qū)動(dòng)電路的集成基本上局限于使用淀積于玻璃或石英基片上的非晶硅(a-Si)或多晶硅(p-Si)的薄膜晶體管技術(shù)。硅層與基片間的晶格和熱失配及用于a-Si和p-Si技術(shù)中的低溫淀積技術(shù)，造成了硅層具有很小電荷載流子遷移率和晶體缺陷。與體硅相比，這些局限與電子器件的不良性能及和局限直接有關(guān)。
對(duì)于超高分辨率顯示和光閥應(yīng)用及單片集成顯示驅(qū)動(dòng)電路和芯片上有關(guān)信號(hào)處理電路來說，集成顯示系統(tǒng)特別希望較高密度的電路。與常規(guī)超大規(guī)模集成(VLSI)加工相比，a-Si和p-Si材料的特性(電和晶相)差會(huì)導(dǎo)致很差的制造成品率。解決這種問題一般需要在每個(gè)像素中使用冗余電路元件，以確保充分的功能顯示。這種冗余需要像素尺寸相應(yīng)地增大，因此妨礙了超高分辨率液晶顯示器的制造。附加電路元件也要減小孔徑比即允許透光的像素區(qū)的比例，從而降低了顯示器或光閥的亮度。
另外，低載流子遷移率、低速度、低成品率的a-Si和p-Si材料無法適應(yīng)在其它情況下允許視頻驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字邏輯和其它計(jì)算電路集成于芯片上，從而給設(shè)計(jì)者提供較好的功能、較高的可靠性和性能提高的VLSI設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
B.Bahadur作為World Scientific(New Jersey)第1卷(1990年)第448-451頁的液晶應(yīng)用和使用一文的主筆，回顧了用于投影顯示應(yīng)用的有源矩陣顯示器的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)。有源矩陣顯示器使用一種或多種非線性電路元件，例如TFTs或二極管，以開關(guān)每個(gè)像素中的液晶電容器。這些應(yīng)用所討論的材料中，包括藍(lán)寶石上硅(SOS)。作者在第450頁記載了已認(rèn)識(shí)到的SOS局限性“盡管SOS器件在驅(qū)動(dòng)電流和速率方面具有優(yōu)異的性能，但它們的漏電流對(duì)于應(yīng)用于有源矩陣顯示器來說太高”。過大的漏電流會(huì)導(dǎo)致加在液晶電容器上的電壓下降，在常用的向列液晶情況下，會(huì)導(dǎo)致取向和灰度改變。
所以，一直需要一種電可尋址超高分辨率向列液晶顯示器或光閥系統(tǒng)，能夠單片集成有源矩陣顯示器和與其相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和圖像處理電路。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種在包括藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)的超薄外延硅層上制造單片集成液晶顯示器陣列和控制電路的方法。該方法包括以下步驟a)在藍(lán)寶石基片上形成外延硅層，以產(chǎn)生藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)；b)離子注入該外延硅層；c)退火該藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)；d)氧化該外延硅層，以由該外延硅層的一部分形成二氧化硅層，從而留下減薄的外延硅層；e)去掉該二氧化硅層，以暴露該減薄的外延硅層f)由該減薄的外延硅層制造像素陣列；以及g)由該減薄的外延硅層制造集成電路，所說電路工作上被耦合以調(diào)制該像素。減薄的外延硅適于制造被用于控制像素操作的器件的質(zhì)量電路。
附簡(jiǎn)簡(jiǎn)述

圖1示意性地表示與改進(jìn)的UTSOS晶片上的相關(guān)電路單片集成的向列液晶顯示器。
圖2表示作為單個(gè)圖像單元(像素)的電示意圖。
圖3表示對(duì)于單個(gè)像素的布局圖。
圖4示意表示構(gòu)成顯示器的多個(gè)圖像單元。
圖5A-5H示意性表示用于向列液晶顯示器及其有關(guān)電路的集成制造工藝。
圖6表示對(duì)于單個(gè)像素的另一布局。
優(yōu)選實(shí)施例參見圖1，本發(fā)明提供一種制造集成顯示系統(tǒng)10的方法，所說系統(tǒng)包括改進(jìn)的超薄藍(lán)寶石上硅(UTSOS)晶片11上與有關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路和圖像處理電子器件單片集成的向列液晶顯示器。制造顯示系統(tǒng)10的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在減薄的外延硅層(超薄藍(lán)寶石上硅或UTSOS)上制造器件和電路。電子器件和電路可以按完全耗盡模式工作，不需要本體具有改進(jìn)的性能和設(shè)計(jì)。由于本發(fā)明的減薄結(jié)晶硅層吸收較少的光，并且器件具有較低的光誘發(fā)漏電流，所以對(duì)于投影應(yīng)用來說也是重要的。另外，與類似尺寸的體硅層相比，這里所公開的及所要求的發(fā)明的超薄硅層，可以確保載流子壽命降低和光誘生漏電流降低。本發(fā)明在飽和區(qū)不顯示減小的電流，這是一種會(huì)發(fā)生于二氧化硅或玻璃基片的所謂的自加熱現(xiàn)象。
圖1示意性示出顯示系統(tǒng)10，其在改進(jìn)的UTSOS晶片上具有與有關(guān)電路14和16單片集成的俯視向列液晶顯示器12。該示意的設(shè)置與Shimabukuro等人的、題為“Ultra-High Resolution LiquidCrystal Display On Silicon-On-Sapphire”的、美國(guó)專利商標(biāo)中請(qǐng)系列號(hào)為08/105,252(Navy Case No,73,925)的共同待審專利申請(qǐng)類似，這里引用作為參考。顯示器或光閥系統(tǒng)10中的顯示區(qū)12具有圖像單元(像素)陣列，這些單元提供觀察或投影用的圖像。在優(yōu)選實(shí)施例中，介紹一種1000像素×1000像素背光顯示器或投影光閥。然而，其中的教導(dǎo)可應(yīng)用于制造具有較大像素?cái)?shù)的超高分辨率顯示器。在顯示區(qū)的外圍，與像素陣列電連接的是顯示驅(qū)動(dòng)電路14，用于給像素的顯示行和列提供合適的電壓，以尋址提供觀察圖像的各像素。這種定位和互連允許顯示器或光閥的完全電尋址和單片集成，以提供改進(jìn)的可靠性和性能。
顯示驅(qū)動(dòng)電路14使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)。附加的VLSI信號(hào)處理、緩沖、數(shù)據(jù)壓縮電路16等可以集成在顯示區(qū)的外圍。還提供將從例如合適的引線、連接器和波導(dǎo)18等芯片(晶片)外接點(diǎn)17輸送到單片集成晶片上的數(shù)據(jù)(圖像)信號(hào)電壓的裝置，以完成顯示或光閥系統(tǒng)。如果需要，還可以實(shí)現(xiàn)非限定的通信。非限定通信包括任何形式的信息電磁輸入和輸出，包括但不限于射頻(Rf)、微波和光學(xué)數(shù)據(jù)鏈等。
圖2表示作為單個(gè)圖像單元或像素20的電示意圖。像素20包括單個(gè)非線性電路元件22，例如MOSFET和單個(gè)向列液晶電容器24。金屬列線26和多晶硅行線28適當(dāng)連接，以偏置MOSFET，從而改變電容器24內(nèi)向列液晶上的電壓，以得到希望的灰度。
現(xiàn)有技術(shù)中，多個(gè)非線性元件(TFT,MOSFET或二極管等)用于提供令人滿意的生產(chǎn)成品率。改進(jìn)的UTSOS材料提供單晶硅材料，可以用該材料制造高可靠的MOSFET，避免冗余的需要。與顯著提高顯示密度和亮度的現(xiàn)有技術(shù)相比，這種能力可以顯著減小每個(gè)像素單元的實(shí)際尺寸。另外，小非線性電路元件(MOSFET)可制造于UTSOS硅層上，由于改進(jìn)的單晶結(jié)構(gòu)，可以提高像素的穩(wěn)定性和孔徑比，所以可以得到與較大TFT相同的輸出電流特性。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)像素200的布局詳圖。表示電容器結(jié)構(gòu)240的總面積小于53平方微米，而MOSFET 200覆蓋小于70平方微米的面積。一2微米寬的多晶硅柵線280電連接到MOSFET的柵結(jié)構(gòu)226上，以便根據(jù)需要導(dǎo)通或截止該晶體管。一2微米寬的金屬數(shù)據(jù)線260電連接到MOSFET的源222,MOSFET的漏224電連接到向列液晶電容器結(jié)構(gòu)240。兩微米的接觸孔230用于將這些結(jié)構(gòu)電耦合在一起。向列液晶電容器結(jié)構(gòu)240，含有響應(yīng)于加到隨后形成在該結(jié)構(gòu)的疊層之間電容器結(jié)構(gòu)上的電壓進(jìn)行可變開關(guān)的向列液晶材料(圖中未示出)。
一般說來，整個(gè)像素200的大小限定在12微米×12微米的區(qū)域內(nèi)，孔徑比為37％。例示的尺寸可以是A和B等于12.0微米，尺寸C、D和E等于2.0微米，尺寸F和G等于3.6微米，尺寸H等于8.8微米，尺寸I等于5.8微米，尺寸J等于5.2微米，尺寸K和L等于0.6微米。這種實(shí)際的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)的現(xiàn)成可測(cè)量性。然而，應(yīng)當(dāng)理解，也可用其它尺寸，從而根據(jù)需要增大孔徑比。
圖4示意性表示構(gòu)成顯示器(或光閥)120的多個(gè)圖像單元。在該實(shí)施例中，一百萬個(gè)像素設(shè)置成1000×1000陣列122，行驅(qū)動(dòng)電路124和列驅(qū)動(dòng)電路126電連接到陣列的各像素。
圖5A-5H示意性表示向列液晶顯示器或光閥及其相關(guān)電路的集成制造工藝。利用UTSOS制造超高分辨率顯示器或光閥系統(tǒng)的一般方法允許顯示器及所有相關(guān)電子裝置的單片模擬制造，如圖1所示。
為清楚和展示的目的，僅表示最簡(jiǎn)單的像素單元或像素，其包括單個(gè)非線性電路元件、低漏電MOSFET和單個(gè)向列液晶電容器。按照以下的詳細(xì)工藝步驟，可以利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的光刻掩模構(gòu)成多個(gè)這種像素，并且可以將它們與驅(qū)動(dòng)和圖像處理電路互連。
起始材料是藍(lán)寶石(Al2O3)基片30，一般指定為具有r平面取向晶片形式，其上具有單晶器件質(zhì)量硅薄層40，見圖5A。實(shí)現(xiàn)它的一種方法是通過熱分解硅烷、然后離子注入和固相再生長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)行硅的外延淀積。該方法使用28Si原子離子注入(185keV下的劑量為1014cm-2數(shù)量級(jí))到硅-藍(lán)寶石界面的靠近界面區(qū)中(例如，也參見前文引用的美國(guó)專利4,177,084)，同時(shí)晶片的溫度保持在-20℃。也使用具有28Si相同質(zhì)量的任何物質(zhì)的離子注入，同時(shí)不改變其它工藝參數(shù)。適當(dāng)?shù)馗淖冏⑷雲(yún)?shù)，也可以使用例如錫(Sn)、鍺(Ge)、或碳(C)的離子或化合物等具有不同質(zhì)量的物質(zhì)。
在550℃下保溫約30分鐘，并用1小時(shí)從550℃熱直線升高到900℃后，在氮?dú)庵?，?00℃下熱退火藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)1小時(shí)。然后在1000℃下使硅氧化，均勻地消耗一部分外延的硅層。然后，腐蝕該氧化物，留下厚度基本上均勻減小的減薄的外延硅層?？梢灾貜?fù)此氧化和腐蝕工藝，以得到薄于100nm(一般為30-100nm)的硅層，即藍(lán)寶石上的超薄單晶器件質(zhì)量硅薄膜。此起始材料構(gòu)成光學(xué)、機(jī)械、電學(xué)和熱學(xué)方面優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)。具體說，制造薄于100nm的硅膜而不是如現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的厚藍(lán)寶石上硅厚膜(大于100nm)的顯示器的突出特點(diǎn)，明顯改善了吸收性(即，提高了亮度)、耐熱性和寄生光激發(fā)載流子然后，在薄膜硅層上的每個(gè)像素中制造單個(gè)非線線電路元件MOSFET。在優(yōu)選實(shí)施例中，像素MOSFET的寬度形成為實(shí)現(xiàn)希望的低漏電，從而用向列液晶得到令人滿意的灰度。類似地，利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的光刻掩模，制造多個(gè)MOSFET和相關(guān)電路元件，構(gòu)成相關(guān)電路。使用作為MOSFET的常規(guī)自對(duì)準(zhǔn)薄膜晶體管制造工藝的改進(jìn)的一系列制造步驟。這些步驟包括構(gòu)圖薄膜硅層的第一部分(利用光刻和腐蝕技術(shù))，通過在升高的溫度下將晶片暴露于氧氣氛形成柵氧化物，利用化學(xué)氣相淀積(CVD)淀積多晶硅(即多晶硅)，摻雜多晶硅，構(gòu)圖多晶硅和柵氧化物，以形成柵區(qū)(利用與上述類似的光刻和腐蝕技術(shù))，通過離子注入選擇性地?fù)诫sMOSFET的源和漏區(qū)，在升高的溫度下退火，淀積和構(gòu)圖氧化層，以形成側(cè)壁氧化物，于是得到圖5B所示的自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。摻雜的多晶硅是導(dǎo)電材料，用于形成柵電極。該MOSFET結(jié)構(gòu)含有柵氧化層41、源區(qū)42、漏區(qū)44、溝道區(qū)45、柵電極46和側(cè)壁氧化物47。
在該階段，如果需要，可以利用硅化技術(shù)形成改進(jìn)的接觸。這包括淀積例如鈦等合適的金屬，晶片的快速熱退火，以便在金屬與多晶硅(MOSFET的源和漏區(qū))及柵電極接觸的區(qū)域內(nèi)形成低阻金屬硅化物接觸。不與多晶硅和柵極接觸的金屬不反應(yīng)，然后腐蝕晶片。
工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行，利用CVD淀積鈍化氧化物50，并在該氧化物中構(gòu)圖接觸孔55，以與源區(qū)42、漏區(qū)44和柵區(qū)(通過柵極46)接觸，見圖5C。淀積和構(gòu)圖互連金屬化后，所得結(jié)構(gòu)如圖5D所示?；ミB金屬化自身可以是多步驟工藝的產(chǎn)物。例如，可以為包括源接觸60a、柵接觸60b和與硅MOSFET及相關(guān)器件和電路的互連等所有接觸淀積和構(gòu)圖鋁合金(99％Al:1％Si)。然后，淀積并構(gòu)圖例如氧化銦錫(ITO)等透明導(dǎo)電材料，作為透明漏接觸62a，還延伸作為透明向列液晶電容器接觸或以后將介紹的向列液晶電容器的電極62(互連金屬化還構(gòu)成從MOSFET到像素電極62的輸出電極)。在顯示系統(tǒng)10按透射模式使用時(shí)，需要此透明向列液晶電容器電極62。然而，對(duì)于反射模式顯示或光閥系統(tǒng)來說，在構(gòu)成系統(tǒng)的背反射器時(shí)，此向列液晶電容器電極可以是不透明金屬(例如Al或99％Al:1％Si)。該實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)馗淖兿蛄幸壕щ娙萜麟姌O間的空間，以適應(yīng)液晶介質(zhì)的希望路徑長(zhǎng)度。在液晶顯示器的技術(shù)中調(diào)制電容器電極的空間是可行的。
在工藝的該階段，完成了單片集成電路和每個(gè)像素的MOSFET的制造，如果需要，某些應(yīng)用中可以覆蓋以附加的鈍化、屏蔽或平面化層。如果需要，相應(yīng)的透明基片70例如蘭寶石、石英、熔融硅砂或玻璃等也可以覆蓋以透明的金屬化對(duì)電極72，并適當(dāng)構(gòu)圖，見圖5E。該對(duì)電極是整個(gè)像素陣列的公用電極。參見圖5F，如果需要，例如通過在對(duì)電極上(或已帶有電路的基片上)附加濾色片或引入著色染料等，可以包括用于彩色顯示的裝置73。然后，如果需要，在像素電極上形成校準(zhǔn)層80。這可能需要淀積聚酰亞胺薄層然后機(jī)械磨擦之，以得到優(yōu)選的液晶介質(zhì)取向。形成校準(zhǔn)層的工藝已是液晶領(lǐng)域的公知技術(shù)，該制造工藝容易適應(yīng)種種變化。
例如利用所屬領(lǐng)域通行的纖維玻璃隔離棒或珠81，見圖5H，適當(dāng)?shù)亻g隔每個(gè)像素電極62與對(duì)電極72。該隔離裝置一般位于芯片外圍。最終的組件需要基片30以其合適的預(yù)定部分與基片70以其合適的預(yù)定部分適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合而形成腔體82，并用希望的液晶材料90真空填充該腔體，并利用示意表示的平板蓋96氣密地密封或堵塞腔體，應(yīng)理解，該結(jié)構(gòu)僅是為了展示的目的，見圖5G和5H。
用于填充該腔體的向列液晶材料是所屬領(lǐng)域使用的任何液晶材料。在面板和背板上固定合適取向的偏振器95，完成單片顯示系統(tǒng)的制造(見圖5H中切開的平面視圖，展示了按顯示器形式排列的多個(gè)像素)。偏振器取向?yàn)檫m應(yīng)藍(lán)寶石基片的雙折射。
如上所述的顯示器可用于例如頭部安裝式系統(tǒng)等直接觀看應(yīng)用或作為攝錄一體機(jī)的取景器。對(duì)于投影系統(tǒng)來說這種陣列可用作光閥?？梢栽陂_關(guān)晶體管上制造光阻擋層或其它阻光的裝置，以屏蔽晶體管與大部分光，從而降低光誘發(fā)漏電流。然而，如果手邊工作不需要高亮度圖像，可以不要該裝置。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，容易制造透射和反射模式顯示器或光閥，而且它們可適應(yīng)手邊的特殊工作，如上所述。
上述教導(dǎo)具體介紹了本發(fā)明為一種背光或投影顯示器，光99從顯示器的一側(cè)來。該顯示區(qū)是利用與HDTV和其它超高分辨率顯示(1000×1000像素或更多)兼容的陣列形式的多個(gè)像素的有源矩陣顯示器。每個(gè)像素使用制造于UTSOS上的單個(gè)MOSFET作為非線性元件和由該MOSFET開關(guān)的相鄰向列液晶電容器。為實(shí)現(xiàn)彩色或附加灰度使用時(shí)分多路復(fù)用，可以描繪出未來利用UTSOS器件的高速性能驅(qū)動(dòng)非常大顯示器的高速液晶的前景。可根據(jù)本發(fā)明的設(shè)想制造于超薄單晶SOS上的小尺寸高可靠性的MOSFET，避免了對(duì)冗余非線性元件的需要，因而減小了像素尺寸，提高了顯示亮度。注意圖1，行和列驅(qū)動(dòng)器14與顯示區(qū)12相鄰地集成于UTSOS晶片11上，以尋址顯示區(qū)的源和柵部分。這些驅(qū)動(dòng)器由移位寄存器構(gòu)成，用于依次記錄信號(hào)電壓時(shí)鐘到合適選擇的像素。移位寄存器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)都是電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域眾所周知的，然而，由于消除了從器件到基片的寄生電容，所以UTSOS的優(yōu)點(diǎn)為基片提供了非常高速的性能。芯片上(晶片上)可以單片包括附加的VLSI電路，以便在使用帶有外部時(shí)分多路復(fù)用的彩色模式時(shí)控制外部元件驅(qū)動(dòng)和同步/定時(shí)。由于使用UTSOS的高質(zhì)量材料和高速器件，這是可能的。
盡管這里公開的教導(dǎo)提供了漏電流為或低于對(duì)于用向列液晶的有源矩陣操作來說所希望的標(biāo)準(zhǔn)1pA/微米的電路和器件，但是對(duì)于無源顯示器與其相關(guān)信號(hào)處理或有源尋址電路的集成來說，預(yù)計(jì)也可以采用這里所公開的教導(dǎo)。本發(fā)明的替代實(shí)施例可在像素中使用薄膜電容器以存儲(chǔ)電荷，并減輕源于向列液晶電容器的電荷泄漏。
圖6具體表示了根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)像素200’的布局圖。所表示的電容器結(jié)構(gòu)240’其總面積小于53平方微米，而MOSFET 220’覆蓋小于70平方微米的面積。一2微米寬的多晶硅柵線280’電連接到MOSFET的柵結(jié)構(gòu)226’上，以便根據(jù)需要導(dǎo)通或截止該晶體管。一2微米寬的金屬數(shù)據(jù)線260’電連接到MOSFET的源222’，而MOSFET的漏224’電連接到向列液晶電容器結(jié)構(gòu)240’上。兩微米的接觸孔230’用于將這些結(jié)構(gòu)電耦合在一起。向列液晶電容器結(jié)構(gòu)240’含有響應(yīng)于加到隨后形成在該結(jié)構(gòu)的疊層之間電容器結(jié)構(gòu)上的電壓進(jìn)行可變開關(guān)的向列液晶材料(圖中未示出)。該像素結(jié)構(gòu)的改進(jìn)在有源矩陣陣列的每個(gè)像素中使用了附加的薄膜電容器290’。該薄膜電容器用于存儲(chǔ)充足的電荷，以便在有源矩陣中的非線性電元件(MOSFET)泄漏電荷時(shí)也能保持向列液晶電容器的灰度(或色彩)。該存儲(chǔ)電容器設(shè)計(jì)成具有高電容，但尺寸上沒有限制，以便不會(huì)對(duì)顯示器或光閥的孔徑比產(chǎn)生不利的影響。該設(shè)計(jì)中，薄膜存儲(chǔ)電容器的尺寸是8.8微米×2微米。該存儲(chǔ)電容器可用任何高介電材料，例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、如鈦酸鍶鋇(BST)等陶瓷鐵電材料。優(yōu)點(diǎn)是可以提供有關(guān)高速向列液晶材料的未來先進(jìn)性。注意，圖6所示的MOSFET 220’具有3微米的寬度。這是一個(gè)較大尺寸，比圖3所示MOSFET 220相應(yīng)具有較高的漏電(與器件寬度成比例)。在手邊的工作需要由較寬MOSFET提供高驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，利用圖7所示的薄膜電容器290’提供的改進(jìn)像素結(jié)構(gòu)允許改進(jìn)設(shè)計(jì)，但必須消除向列液晶應(yīng)用的漏電。
顯然，在上述教導(dǎo)下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種改進(jìn)和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以在除這里所具體介紹的其它情況下實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種在藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上制造單片集成液晶陣列顯示器及控制電路用的方法，包括以下步驟a)在藍(lán)寶石基片上形成外延硅層，以產(chǎn)生藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)；b)離子注入所說外延硅層；c)退火所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)；d)氧化所說外延硅層，以由所說外延硅層的一部分形成二氧化硅層，從而留下減薄的外延硅層；e)去掉所說二氧化硅層，以暴露所說減薄的外延硅層；f)由所說減薄的外延硅層制造像素陣列；以及g)由所說減薄的外延硅層制造集成電路，該電路工作上被耦合以調(diào)制所說像素。
2．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中步驟(b)包括將硅離子注入到所說外延硅層中。
3．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中所說減薄的外延硅層一般具有不大于約100nm的均勻厚度。
4．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中所說像素中的每個(gè)都包括非線性電路元件。
5．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中所說像素中的每個(gè)都包括向列液晶電容器。
6．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中每個(gè)像素都包括一晶體管和一耦合到所說晶體管上的液晶電容器。
7．根據(jù)權(quán)利6的方法，其中所說晶體管具有漏電流IL，其中IL≤1pA/w，且w表示所說晶體管寬度的微米數(shù)。
8．根據(jù)權(quán)利1的方法，其中所說集成電路分別調(diào)制每個(gè)像素。
9．根據(jù)權(quán)利1的方法，還包括在所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上制造偏振器。
10．根據(jù)權(quán)利9的方法，還包括在所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上形成光學(xué)濾波器層。
11．根據(jù)權(quán)利1的方法，還包括通過所說像素陣列透射光。
12．根據(jù)權(quán)利2的方法，包括以下步驟在約-20℃的溫度下，以約185keV的能量，以約1014cm-2的劑量注入所說硅離子；將所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)浸入溫度約為550℃的氮?dú)夥罩屑s30分鐘；在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)所浸入的所說氮?dú)夥盏臏囟葟?50℃提高到約900℃；在900℃溫度下，在所說氮?dú)夥罩型嘶鹚f藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)約1小時(shí)；以及在溫度約為1000℃的氧氣氛中氧化所說外延硅層。
13．一種在藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上制造單片集成液晶陣列顯示器及控制電路用的方法，包括以下步驟a)在藍(lán)寶石基片上形成外延硅層，以產(chǎn)生藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)；b)在約-20℃的溫度下，以約185keV的能量，以約1014cm-2的劑量離子注入硅離子至上述外延硅層中；c)將所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)浸入溫度約為550℃的氮?dú)夥罩屑s30分鐘；d)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)所浸入的所說氮?dú)夥盏臏囟葟?50℃提高到約900℃；e)在900℃的溫度下，在所說氮?dú)夥罩型嘶鹚f藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)約1小時(shí)；及f)在溫度約為1000℃的氧氣氛中氧化所說外延硅層，以由所說外延硅層的一部分形成二氧化硅層，從而留下減薄的外延硅層；g)去掉所說二氧化硅層，以暴露所說減薄的外延硅層；h)由所說減薄的外延硅層制造像素陣列；以及i)由所說減薄的外延硅層制造集成電路，該電路工作上被耦合以調(diào)制所說像素。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所說減薄的外延硅層一般具有不大于約100nm的均勻厚度。
15．根據(jù)權(quán)利13的方法，其中所說像素中的每個(gè)都包括非線性電路元件。
16．根據(jù)權(quán)利13的方法，其中所說像素中的每個(gè)都包括向列液晶電容器。
17．根據(jù)權(quán)利13的方法，其中每個(gè)像素都包括一晶體管和一耦合到所說晶體管上的液晶電容器。
18．根據(jù)權(quán)利17的方法，其中所說晶體管具有漏電流IL，其中IL≤1pA/w，且w表示所說晶體管寬度的微米數(shù)。
19．根據(jù)權(quán)利13的方法，其中所說集成電路分別調(diào)制每個(gè)像素。
20．根據(jù)權(quán)利13的方法，還包括在所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上制造偏振器。
21．根據(jù)權(quán)利20的方法，還包括在所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上形成光學(xué)濾波器層。
22．根據(jù)權(quán)利13的方法，還包括通過所說像素陣列透射光。
全文摘要
一種在藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu)上制造單片集成液晶陣列顯示器及控制電路用的方法,包括以下步驟:a)在藍(lán)寶石基片(30)上形成外延硅層(40),以產(chǎn)生藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu);b)離子注入所說外延硅層;c)退火所說藍(lán)寶石上硅結(jié)構(gòu);d)氧化所說外延硅層,以由所說外延硅層的一部分形成二氧化硅層,從而留下減薄的外延硅層;e)去掉所說二氧化硅層,以暴露所說減薄的外延硅層;f)由所說減薄的外延硅層制造像素陣列(122);以及g)由所說減薄的外延硅層制造集成電路(124,126),該電路工作上被耦合以調(diào)制所說像素。該減薄的外延硅層適于制造被用于控制象素操作的器件的質(zhì)量電路。
文檔編號(hào)H01L21/8238GK1299519SQ99804330
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月25日
發(fā)明者蘭迪·L·希馬布庫羅, 斯蒂芬·D·拉塞爾, 布魯斯·W·奧福德 申請(qǐng)人:蘭迪·L·希馬布庫羅, 斯蒂芬·D·拉塞爾, 布魯斯·W·奧福德