JP3342732B2 - 光弁用半導体装置の製造方法 - Google Patents

光弁用半導体装置の製造方法

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JP3342732B2 JP5915993A JP5915993A JP3342732B2 JP 3342732 B2 JP3342732 B2 JP 3342732B2 JP 5915993 A JP5915993 A JP 5915993A JP 5915993 A JP5915993 A JP 5915993A JP 3342732 B2 JP3342732 B2 JP 3342732B2
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博昭 鷹巣
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光弁装置、特にアクティ
ブマトリクス型及び単純マトリクス型の光弁用半導体装
置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光弁装置としては、ポリシリコン
またはアモルファスシリコンをスイッチトランジスタと
したものが知られていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光弁装置では駆動回路が内蔵されておらず、別に製造し
た駆動用ICと外部で接続する必要があった。このた
め、システムとしては実装コストが上乗せされ、また接
続部は、100μm以上のピッチでパッド部を形成しな
ければならないため、装置の小型化ができないという問
題点があった。
【0004】また、一部ポリシリコンを材料に駆動回路
内蔵型の光弁装置も知られているが駆動回路もポリシリ
コンで形成されているため、高速、高駆動力の回路が形
成できないという問題点があった。さらに、光弁装置と
して、液晶のセルギャップを規定するために、ミクロパ
ールとよばれる微細な粒子を画素領域全域にわたって散
布することが通常行われていた。このミクロパールの粒
径は完全には均一ではないため、特定の部分に高い圧力
が加わり、画素内の素子を破壊してしまったり、そこま
ではいたらなくとも、画素内の液晶のセルギャップを精
密に均一に保持することが困難であるという問題点があ
った。
【0005】本発明は、上記課題を解消して高速動作可
能な駆動回路を内蔵し、液晶のセルギャップが均一に保
持された小型の光弁装置を形成できる光弁用半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置が上
記目的を達成するために採用した主な手段は、シリコン
単結晶基板上に形成された画素領域と駆動回路を同一チ
ップ内に内蔵した光弁用半導体装置において、画素領域
は、光透過を可能としてあり、画素領域以外の領域の厚
さによって液晶のセルギャップを規定したことを特徴と
する。
【0007】製造方法としては、シリコン単結晶基板上
に絶縁層を介してシリコン単結晶薄膜デバイス形成層を
有する、いわゆるSOI基板上のシリコン単結晶薄膜デ
バイス形成層上にICプロセスにより駆動回路と画素領
域を形成した後、透明な支持基板と接着する工程と、シ
リコン単結晶基板を絶縁層を残してエッチング除去する
工程と、画素領域下の絶縁層の全てとシリコン単結晶薄
膜デバイス形成層を所定の膜厚までエッチング除去する
工程とを有することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の半導体装置は、従来のポリシリコンま
たはアモルファスシリコンをスイッチトランジスタとし
た光弁装置に比べて高速動作可能な駆動回路を内蔵した
小型の光弁装置を精密なセルギャップを保って形成でき
る光弁用半導体装置を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図1は本発明の光弁用半導体装置による光
弁装置の一実施例を示す模式的断面図である。
【0010】シリコン単結晶薄膜デバイス形成層101
上に駆動回路103と画素領域502とが形成され、接
着剤層106を介して透明な支持基板107に固着され
ている。画素領域502には各画素についてMOS型の
スイッチトランジスタ104が形成され、配線105に
よって駆動回路103と接続されている。また、画素へ
の給電を行うべくMOS型のスイッチトランジスタ10
4のドレイン領域には多結晶シリコンやITO等からな
る画素電極108が接続されている。 駆動回路及び画
素領域の各トランジスタ間はフィールド酸化膜110に
より、電気的な分離を行っている。
【0011】画素領域502においては、絶縁層102
が除去され、シリコン単結晶薄膜デバイス形成層101
は、その低面がフィールド酸化膜110の低面と略等し
くなるように薄膜化されている。そしてシリコン単結晶
薄膜デバイス形成層101の低面を保護する絶縁性の保
護膜109が形成され、保護膜109の表面には配向膜
201が形成してある。
【0012】画素領域以外の領域には絶縁層102が残
されている。そして対向電極202及び配向膜201を
有する対向基板203との間に液晶層204をシール3
01により挟持する構造をとる。このとき、液晶層20
4の厚さ(セルギャップ)は、画素領域以外の領域のシ
リコン単結晶薄膜デバイス形成層101および絶縁層1
02の膜厚により正確に制御され、従来と異なり、画素
内に於いてミクロパールは存在しない。
【0013】図1の例では、画素領域502には各画素
ごとにスイッチトランジスタ104を有する、アクティ
ブマトリクス型の場合について説明したが、単純マトリ
クス型の場合にはスイッチ素子を持たない構造となる。
図1の実施例によれば、駆動回路103はシリコン単結
晶薄膜デバイス形成層101上に形成されているため、
従来の多結晶シリコン上に形成した場合に比べて高速動
作が可能である。また、駆動回路103が形成されるシ
リコン単結晶薄膜デバイス形成層101の膜厚は数μm
と比較的厚いため、バックチャネルの発生や、基板電位
の変動といった薄膜SOIデバイスの問題点から解放さ
れて、バルクシリコン上のICと同様の安定した動作が
可能となる。
【0014】一方、画素領域502のシリコン単結晶薄
膜デバイス形成層101は、薄膜化されているため、光
を照射した場合に電子、正孔の発生量を少なくすること
ができる。これによってスイッチトランジスタ104の
オフリーク電流を小さく抑えることができ、光弁装置の
表示コントラストの向上に大きな効果を与えることがで
きる。本発明者の実験によると、単結晶薄膜デバイス形
成層101の膜厚を、0.3μm以下にした場合に、光
照射によるオフリーク電流はほとんど観測できないレベ
ル(0.01ピコアンペア)になることが示されてい
る。このとき、スイッチトランジスタ104にはバック
チャネルの発生を防止するためにPチャネルMOS型ト
ランジスタを用いるとより効果的である。駆動回路10
3と画素領域502内のスイッチトランジスタ104と
はICプロセス中に互いに配線されているので、数μm
ピッチでの接続が可能であり、従来は光弁装置と別に製
造した駆動用ICとを外部で接続するために100μm
以上のピッチが必要であることに比べると、著しい微細
化が可能であり、接続部が無いので信頼性も向上する。
【0015】図2(a)〜(c)は、図1に示した本発
明の光弁用半導体装置による光弁装置の製造方法の工程
順断面図である。図2(a)に示したように、シリコン
単結晶基板401上に絶縁層102を介してシリコン単
結晶薄膜デバイス形成層101を有する、いわゆるSO
I基板601上のシリコン単結晶薄膜デバイス形成層上
101に通常のICプロセスにより駆動回路103と画
素領域502とを形成する。シリコン単結晶薄膜デバイ
ス形成層上101の膜厚は、設定する液晶のセルギャッ
プにより変えることができるが、おおむね数μmであ
る。また、図示しないが、画素領域502にはアクティ
ブマトリクス型の場合、各画素ごとにスイッチトランジ
スタを有し、単純マトリクス型の場合にはスイッチ素子
を持たない構造となる。
【0016】次に、図2(b)に示したように、SOI
基板601を接着剤層106を介して透明な支持基板1
07と接着する。 ここで接着剤層106と支持基板1
07は透明材料であるため光透過型の装置、例えば光弁
用基板を作製できる。次に、シリコン単結晶基板401
をエッチング除去する。このエッチングはエッチャント
にKOH溶液やヒドラジン溶液を用いることにより行わ
れ、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜またはその
複合膜よりなる絶縁層102が露出した時点で進行が止
まる。
【0017】次に、図2(c)に示したように、画素領
域502下の絶縁層102の全てとシリコン単結晶薄膜
デバイス形成層101を、その低面が図1に示したよう
にフィールド酸化膜110の低面と略等しくなるように
薄膜化する。望ましくはシリコン単結晶薄膜デバイス形
成層の膜厚は0.3μm以下になるようにフィールド酸
化膜110の膜厚を設定しておくとよい。101シリコ
ン単結晶薄膜デバイス形成層101の薄膜化には、フィ
ールド酸化膜110の低面が露出した時点で終点検出が
可能なドライエッチングを用いると都合がよい。そして
図示しないが、シリコン単結晶薄膜デバイス形成層10
1の低面を保護する絶縁性の保護膜109を形成し、続
いて保護膜109の表面に配向膜201を形成し、配向
処理を施す。画素領域以外の領域には絶縁層102が残
されている。
【0018】次に、図1に示したように、対向電極20
2及び配向処理された配向膜201を有する対向基板2
03をシール301により画素領域502の外周領域に
接着し、対向基板203と、絶縁層102の全てとシリ
コン単結晶薄膜デバイス形成層101を、その低面が図
1に示したようにフィールド酸化膜110の低面と略等
しくなるように薄膜化した画素領域502との間に液晶
を注入し液晶層204を形成する。
【0019】このとき、液晶層204の厚さ(セルギャ
ップ)は、画素領域以外の領域のシリコン単結晶薄膜デ
バイス形成層101および絶縁層102の膜厚により正
確に制御され、従来と異なり、画素内に於いてミクロパ
ールは存在しない構造となる。 また、シール301内
にも従来用いられていたセルギャップ制御用のグラスフ
ァイバー等の導入は不要である。
【0020】以上により図1に示した本発明の光弁用半
導体装置による光弁装置が完成する。
【0021】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、駆動回
路はシリコン単結晶薄膜デバイス形成層上に形成されて
いるため、従来の多結晶シリコン上に形成した場合に比
べて高速動作が可能である。また、駆動回路が形成され
るシリコン単結晶薄膜デバイス形成層の膜厚は数μmと
比較的厚いため、バックチャネルの発生や、基板電位の
変動といった薄膜SOIデバイスの問題点から解放され
て、バルクシリコン上のICと同様の安定した動作が可
能となる。
【0022】一方、画素領域のシリコン単結晶薄膜デバ
イス形成層は、薄膜化されているため、光を照射した場
合に電子、正孔の発生量を少なくすることができる。こ
れによってスイッチトランジスタのオフリーク電流を小
さく抑えることができ、光弁装置の表示コントラストの
向上に大きな効果を与えることができる。このとき、ス
イッチトランジスタにはバックチャネルの発生を防止す
るためにPチャネルMOS型トランジスタを用いるとよ
り効果的である。
【0023】駆動回路と画素領域内のスイッチトランジ
スタとはICプロセス中に互いに配線されているので、
数μmピッチでの接続が可能であり、従来は光弁装置と
別に製造した駆動用ICとを外部で接続するために10
0μm以上のピッチが必要であることに比べると、著し
い微細化が可能であり、接続部が無いので信頼性も向上
する。このように従来のポリシリコンまたはアモルファ
スシリコンをスイッチトランジスタとしたアクティブマ
トリクス型の光弁装置やスイッチ素子を持たない単純マ
トリクス型の光弁装置に比べて高速動作可能な駆動回路
を内蔵した小型の光弁装置を形成できる光弁用半導体装
置を得ることができる。
【0024】また、液晶のセルギャップを規定するため
に、従来のミクロパールの散布およびシール材内へのグ
ラスファイバー等の導入に替えて、画素領域以外の領域
のシリコン単結晶薄膜デバイス形成層および絶縁層の膜
厚により正確に制御するようにしたため、従来の問題点
を解決でき、製造工程の簡略化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光弁用半導体装置による光弁装置の一
実施例を示す模式的断面図である。
【図2】本発明の光弁用半導体装置による光弁装置の製
造方法の工程順断面図である。
【符号の説明】
101 シリコン単結晶薄膜デバイス形成層 102 絶縁層 103 駆動回路 104 スイッチトランジスタ 105 配線 106 接着剤層 107 支持基板 108 画素電極 109 保護膜 110 フィールド酸化膜 201 配向膜 202 対向電極 203 対向基板 204 液晶層 301 シール 502 画素領域 601 SOI基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−100516(JP,A) 特開 平5−273591(JP,A) 特開 平3−123077(JP,A) 特開 平4−178633(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1362 H01L 27/12 H01L 29/78

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン単結晶基板上に絶縁層を介して
    シリコン単結晶薄膜デバイス形成層を有するSOI基板
    上の前記シリコン単結晶薄膜デバイス形成層上にICプ
    ロセスにより駆動回路と画素領域を形成する工程と、 次に、前記駆動回路と前記画素領域上に、透明な支持基
    板と接着する工程と、 次に、前記シリコン単結晶基板を前記絶縁層までエッチ
    ング除去する工程と、 次に、前記画素領域下の前記絶縁層と前記シリコン単結
    晶薄膜デバイス形成層とを前記絶縁層側から前記画素領
    域のフィールド酸化膜までドライエッチング除去する工
    程と、 次に、前記シリコン単結晶薄膜デバイス形成層の前記駆
    動回路及び画素素子が形成された面と反対表面に対向電
    極と配向膜とを有する対向基板を接着する工程よりなる
    ことを特徴とする光弁用半導体装置の製造方法。
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