JPH06289421A

JPH06289421A - 液晶表示素子とその製造方法

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Publication number: JPH06289421A
Application number: JP26116192A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; 和生江田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は液晶表示素子に関するもので、特に
スイッチングトランジスタと駆動用回路を、電子移動度
の大きい単結晶ＳｉやIIIーＶ化合物半導体で、ガラス
基板に一体に構成することにより、大容量の絵素を高コ
ントラストで表示できるようにしたものである。【構成】ガラス基板上に直接もしくは珪素もしくは珪
素化合物により直接接合された単結晶半導体基板を有
し、該半導体基板に液晶スイッチング用トランジスタま
たは／および駆動用回路部を有する液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の高性能
化および小型化に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子は、ガラス基板に形
成した薄膜の非晶質（アモルファス）珪素（Ｓｉ）に、
各絵素に対応して液晶スイッチング素子（薄膜トランジ
スタ：ＴＦＴ）を形成し、これにより各絵素の液晶に加
える電圧を変えて、各絵素の光の透過度合を制御するこ
とにより表示を行っている。絵素の数が少ない時には、
このトランジスタのスイッチングの速度はそれほど問題
ではないが、絵素の数が増え、数千あるいは数万あるい
はそれ以上の絵素から構成される液晶表示素子において
は、トランジスタのスイッチング速度が表示の応答速
度、コントラストに直接きいてくるため、トランジスタ
のスイッチング速度が重要な課題となってくる。トラン
ジスタのスイッチング速度は、基本的には電子の移動度
で決まる。例えば非晶質Ｓｉの場合の移動度は、約１ｃ
ｍ²／Ｖ・Ｓ程度である。この問題を解決するために非
晶質Ｓｉの代わりに、ガラス基板上に形成した多結晶Ｓ
ｉ（ポリシリコン）膜を使う方法も知られている。多結
晶Ｓｉの移動度は５０−１００ｃｍ²／Ｖ・Ｓ程度が期
待でき、非晶質Ｓｉよりも高速のスイッチング素子アレ
イが形成できる。

【０００３】液晶表示素子には、このような液晶スイッ
チングトランジスタアレイに加えて、それぞれのスイッ
チングトランジスタを駆動するための回路が必要であ
る。通常は別に駆動用回路をＩＣで作り、それを後から
実装するようにしている。しかし駆動用回路をこのよう
に後から外付けすると形状が大きくなり、また実装の手
間もかかるため好ましくない。そこでガラス基板に設け
た非晶質Ｓｉや多結晶Ｓｉ膜に、駆動回路を形成し小型
化を図る方法も考えられているが、やはりこの場合にも
電子移動度が高くないと十分な速度で駆動できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ガラス基板に非晶質Ｓ
ｉや多結晶Ｓｉの薄膜を形成し、そこに液晶スイッチン
グトランジスタやスイッチングトランジスタ駆動用回路
を形成する方法では、電子移動度が十分速くないため、
スイッチング速度の速いトランジスタが得られない。そ
のため絵素の数をあまり大きくできない、コントラスト
を十分とれないなどの課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ガラス基板上に電子移動度の速い単結晶半導体基板
を直接、または珪素または珪素化合物を用いて直接接合
し、薄板化して前記Ｓｉ基板に液晶スイッチング用トラ
ンジスタやスイッチング素子駆動用回路を有するように
したものである。

【０００６】

【作用】上記のような構成とすることにより、高速動作
の可能な液晶スイッチング素子や、スイッチング素子駆
動用回路を一体化した表示素子が得られ、高性能かつ小
型になる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例の液晶表示素子の構成と
その製造方法について、図面を参照しながら説明する。

【０００８】（実施例１）本実施例の液晶表示素子の基
本構造の第１の例を図１（ａ）（ｂ）に示す。図１
（ａ）は液晶表示素子の平面図であり、図１（ｂ）は側
面図である。図において、１は液晶表示素子用のガラス
基板、２は液晶表示部分、３はガラス基板１の液晶表示
部分上に形成された単結晶Ｓｉからなる液晶スイッチン
グトランジスタで、絵素の数だけ設けられたアレイ状に
なっている。図では一部省略して表示してある。４は、
ガラス基板１に対向して設けられたガラス基板、５は２
枚のガラス基板１および４に挟まれた液晶充填部、６は
２枚のガラス基板１、４の空隙を適当にあけて固定し、
液晶を封止した固定部、７は外付けの駆動用ＩＣチップ
である。図では表示されていないが、各スイッチングト
ランジスタは、それぞれ外部の駆動用回路に接続されて
おり、また２枚のガラスのそれぞれの所定の部位に形成
されている透明電極に接続されている。各スイッチング
トランジスタが動作することにより、表示したい絵素の
部分の透明電極に電圧が加わり、その部分の液晶の配列
が変化することにより、各絵素での表示がなされる。単
結晶Ｓｉトランジスタ３は、厚みが１μｍ程度であり、
２枚のガラス基板の間にはさみこむことができる。また
単結晶であることから、電子移動度が大きく１５００ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓ程度の値が容易に得られ、非晶質Ｓｉ比べ
約１５００倍、また多結晶Ｓｉに比べても、１５から３
０倍大きい。そのためこれで作ったスイッチングトラン
ジスタの速度もほぼ同じ倍率で速い高速のスイッチング
が可能である。その結果、絵素が従来より大幅に増えて
も、良好なコントラストを保ちながら表示することが可
能である。

【０００９】ガラス基板１と各単結晶Ｓｉトランジスタ
３は直接接合されている。一般の樹脂などの接着剤を用
いて接合すると、耐熱性や耐溶剤性などの関係で、後の
半導体加工プロセスが行えないが、本実施例の方法を用
いれば、ガラス基板と単結晶Ｓｉは、ガラスの形成成分
である珪素と酸素およびＳｉ表面の珪素とが反応して接
合されたものであり、したがって無機物による接着であ
るため、上記のような問題がない。また樹脂の接着剤を
用いた場合、熱に弱い問題や、機械的歪による長期信頼
性の問題などがあるが、本実施例のように、無機材料で
接着することにより、そのような問題もない。

【００１０】（実施例２）本実施例の液晶表示素子の構
造の第２の例を図２に示す。図において、１は液晶表示
素子用のガラス基板、２は液晶表示部分であり、６は固
定部でその上に液晶を介して対向して設けられたガラス
基板がある。８は非晶質Ｓｉ薄膜で構成されたスイッチ
ングトランジスタアレイでいちぶ省略して表示してあ
る。９は単結晶Ｓｉでガラス基板１に直接接合されてお
り、スイッチングトランジスタアレイ駆動用回路が形成
されている。２の部分の構造は基本的には実施例１と同
じで、単結晶Ｓｉの代わりに非晶質Ｓｉで形成されてお
り、いわゆる従来のＴＦＴ型液晶表示部と同様の構成に
なっている。図では表示されていないが、スイッチング
トランジスタアレイと駆動用回路部はガラス基板１の上
に形成された電気配線により電気的に接続されている。
またガラス基板上の透明電極と各スイッチングトランジ
スタも実施例１と同様に形成、接続されている。このよ
うな構成とすることにより、従来のように駆動回路用Ｉ
Ｃを後から実装する必要がなく、また液晶表示部分と一
体に、ガラス基板上に集積化していることから、液晶表
示素子全体を小型化することができる。

【００１１】（実施例３）本実施例の液晶表示素子の構
造の第３の例を図３に示す。図において、１、２、６お
よび９の各構成要素の名称と機能は実施例１および２と
同様である。３および９は、ガラス基板に直接接合され
た単結晶Ｓｉで、その上にそれぞれスイッチングトラン
ジスタおよび駆動用回路が形成されている。図では表示
してないが、実施例１、２と同様、スイッチングトラン
ジスタアレイ３と駆動用回路部９はガラス基板１の上に
形成された電気配線により電気的に接続されている。ま
た各スイッチングトランジスタと透明電極も実施例１と
同様に、形成、接続されている。本実施例では、スイッ
チングトランジスタアレイ３と駆動用回路部９の両者に
ガラス基板に直接接合された単結晶Ｓｉを用いたもので
あり、したがって、実施例１と２で示した両者の効果が
得られる。すなわち、スイッチングトランジスタも駆動
用回路も、従来の非晶質Ｓｉや多結晶Ｓｉよりも桁違い
に高速の動作が可能となり、大容量の絵素を高いコント
ラストで動作させることのできる液晶表示素子用が得ら
れる。また実装面の課題が、実施例２と同様に解決され
ることから小型で信頼性の高い液晶表示素子が得られ
る。

【００１２】（実施例４）本実施例の液晶表示素子の構
造の第４の例を図４に示す。図４は、図１（ｂ）に対応
して、側面の構造を示したものである。図において、１
から４、６、７の各構成要素の名称と機能は実施例１と
同様である。１０は、ガラス基板１と単結晶Ｓｉからな
るトランジスタを接合するための珪素もしくは酸化珪素
などの珪素化合物膜である。珪素もしくは珪素化合物膜
は、厚みが０．０５−０．５μｍ程度であり、この上に
厚み１μｍ程度の単結晶Ｓｉがあったとしても、実施例
１と同様、２枚の対向ガラス基板１および４の間にはさ
み込むことが可能である。また珪素または珪素化合物の
耐熱性、耐溶剤性、耐環境性は、単結晶Ｓｉやガラス基
板と同等あるいはそれ以上であり、実施例１で示した直
接接合の構造とほぼ同様の効果が得られる。したがっ
て、実施例１と同様の効果が得られる。

【００１３】（実施例５）本実施例の液晶表示素子の構
造の第５の例を図５に示す。図５は、実施例２で示した
図２の構造に対応したもので、それの側面の構造を示し
たものである。図において、１、４、６、８、９の各構
成要素の名称と機能は実施例１および２と同様である。
１１は、ガラス基板１と単結晶Ｓｉからなる駆動用回路
部を接合するための珪素もしくは酸化珪素などの珪素化
合物膜である。珪素もしくは珪素化合物膜は、厚みが
０．０５−０．５μｍ程度であり、その機能と効果は、
実施例４と同様である。すなわち珪素または珪素化合物
の耐熱性、耐溶剤性、耐環境性は、単結晶Ｓｉやガラス
基板と同等あるいはそれ以上であり、実施例２で示した
直接接合の構造とほぼ同様の効果が得られる。したがっ
て、実施例２と同様の効果が得られる。

【００１４】（実施例６）本実施例の液晶表示素子の構
造の第６の例を図６に示す。図６は、実施例３で示した
図３の構造に対応したもので、それの側面の構造を示し
たものである。図において、１、３、４、６、９の各構
成要素の名称と機能は実施例１−３と同様である。また
１０、１１は実施例４および５と同様、それぞれスイッ
チングトランジスタ用単結晶Ｓｉ、３および駆動回路用
単結晶Ｓｉ、１０をガラス基板１に直接接合するため
の、珪素もしくは酸化珪素などの珪素化合物膜である。
珪素もしくは珪素化合物膜の接合効果は実施例４で述べ
たと同様であり、したがって、実施例３で示した、大容
量の絵素を高コントラストで駆動でき、しかも実装が小
型の液晶表示素子が得られるという効果が、同様に得ら
れる。

【００１５】（実施例７）本実施例の製造方法の例を示
す。

【００１６】ガラス基板と単結晶Ｓｉ基板表面を極めて
清浄かつ平坦にする。次にそれぞれの基板表面を親水処
理する。具体的には、弗酸系エッチング液で表面をわず
かにエッチングする。次に純水で各表面を十分洗浄した
後、一様に重ね合わせると、各基板の表面に吸着した水
の構成成分である水酸基などのファンーデアーワールス
力により接合が起こる。この状態で熱処理を行うと界面
から水の構成成分である水素が次第に抜けていき、ガラ
スの構成成分である珪素および酸素とＳｉ基板の珪素が
結合して、接合強度が強化される。この状態で、接合し
た単結晶Ｓｉ基板を研削および研磨およびエッチングな
どにより薄板化していき、最終的には、μｍオーダーま
で薄板化する。実際には１μｍ程度まで薄板化すること
が可能である。次に各絵素に対応した部分にのみ単結晶
Ｓｉ薄板を島状に残るようにエッチングする。次に各島
状単結晶Ｓｉ上に、通常の電界効果トランジスタの製造
プロセスによりソース、ドレイン、ゲートおよび各種配
線電極を形成し、各島にスイッチングトランジスタを形
成する。これによりスイッチングトランジスタアレイの
構造が得られる。電界効果トランジスタの製造プロセス
は４５０℃以下で行うことが可能であり、接合強化熱処
理温度をそれ以上で行っておけば、上記プロセス処理を
行ってもなんら問題は起こらない。次に透明電極や各種
配線電極を形成し、もう一つの透明電極の形成されたガ
ラス基板と対向させ、ガラス基板の間隙に液晶材料を注
入し、封止する。各スイッチングトランジスタと各透明
電極と外部回路は、各絵素に封止込められた液晶に加え
る電圧を制御できるように構成されている。これによ
り、実施例１で示した構造の液晶表示素子が得られる。

【００１７】接合強化のための熱処理は、１００℃以上
で効果があり、高温で行うほど接合が強化される。数１
０から数１００Ｋｇ／ｃｍ²の接合強度が容易に得られ
る。熱処理温度の高温側の限界は、用いるガラス基板の
耐熱性できまり、用いたガラス基板の少なくとも軟化温
度以下であることが必要である。３００℃以上の温度で
熱処理を行うと、容易に１００Ｋｇ／ｃｍ² 以上の強
度が得られ、その後の研削、研磨、エッチングなどに十
分な強度が得られる。剥離などがなく良好な接合を得る
ためには、ガラス基板と単結晶Ｓｉの熱膨張率を合わせ
るか、できるだけ近いものにすることが望ましい。ガラ
ス材料は熱膨張率の選択の幅が広く、ほぼＳｉと同じも
のを選ぶことが可能であり、その場合には、剥離などな
しに５００℃程度の高温までの熱処理が可能となり、生
産歩留まりが向上する。５００℃以下の熱処理温度で十
分な接合強度がとれるが、界面に電界を加えることによ
りさらに熱処理温度を低くすることも可能である。２０
０−５０００Ｖの高電圧を界面に加えておくことによ
り、熱処理温度が３００℃以下でも強固な接合が得られ
る。電圧の加え方は、直流またはパルス的に加える。本
実施例は以上述べた如く、５００℃以下での接合が可能
であることから、基板に高温まで特性の安定な合成石英
のように高価な基板を用いずに、酸化珪素以外に融点を
下げる成分を含んだ安価なガラス基板を用いることがで
き、また各プロセスも低温で行えることから生産上有利
である。

【００１８】液晶表示素子においては、対向ガラス基板
の平行度が性能に重要な要素であるが、本実施例ではガ
ラス基板と単結晶Ｓｉ基板を直接接合で行っているの
で、ガラス基板と単結晶Ｓｉ接合部の平坦度を非常に良
く保つことができる。その結果、研削、研磨、エッチン
グの際の平坦度も良好に制御することができ、各単結晶
Ｓｉの島の厚みのバラツキも非常に少ないので、ガラス
基板の平行度も十分良好に保つことができる。

【００１９】（実施例８）本実施例の製造方法の第２の
例を示す。

【００２０】ガラス基板と単結晶Ｓｉ基板表面を極めて
清浄かつ平坦にする。次にそれぞれの基板表面にプラズ
マ化学気相成長法（ＣＶＤ）により非晶質Ｓｉ膜を形成
する。次にその非晶質Ｓｉ表面を親水処理する。具体的
には、弗酸系エッチング液で表面をエッチングする。次
に純水で各表面を十分洗浄した後、一様に重ね合わせる
と、実施例７と同様、各基板の表面に吸着した水の構成
成分である水酸基などのファンーデアーワールス力によ
り接合が起こる。この状態で熱処理を行うと界面から水
の構成成分である水素が次第に抜けていき、残された酸
素と界面の非晶質Ｓｉの構成成分である珪素が結合し
て、接合強度が強化される。以後実施例７と同様の製造
方法により、非晶質Ｓｉによりガラス基板に直接接合さ
れた単結晶Ｓｉのスイッチングトランジスタアレイを有
する、実施例４の構造の液晶表示素子を得る。

【００２１】直接接合のメカニズムは、実施例７とほぼ
同様であり、したがって、接合強化のための熱処理温度
の効果、および温度範囲、ガラス基板の熱膨張率の効果
は実施例７とほぼ同様である。また接合界面に電圧を加
えることにより、熱処理温度を低くすることも実施例７
と同様、可能である。

【００２２】また接合に用いた非晶質Ｓｉの厚みは、プ
ラズマＣＶＤを用いれば０．０５−０．５μｍの厚みを
ｎｍオーダーで制御できることから、対向ガラス基板の
平行度に関する課題も実施例７とほぼ同様、問題となら
ない。

【００２３】（実施例９）本実施例の製造方法の第３の
例を示す。

【００２４】ガラス基板と単結晶Ｓｉ基板表面を極めて
清浄かつ平坦にする。次にそれぞれの基板表面にＣＶＤ
により酸化珪素膜を形成する。次にその酸化珪素膜表面
を親水処理する。具体的には、弗酸系エッチング液で表
面をエッチングする。次に純水で各表面を十分洗浄した
後、一様に重ね合わせると、実施例７と同様、各基板の
表面に吸着した水の構成成分である水酸基などのファン
ーデアーワールス力により接合が起こる。この状態で熱
処理を行うと界面から水の構成成分である水素が次第に
抜けていき、残された酸素と酸化珪素の構成成分である
酸素および珪素が結合して、接合強度が強化される。以
後実施例７と同様の製造方法により、酸化珪素によりガ
ラス基板に直接接合された単結晶Ｓｉのスイッチングト
ランジスタアレイを有する、実施例４の構造の液晶表示
素子を得る。

【００２５】直接接合のメカニズムは、実施例７とほぼ
同様であり、したがって、接合強化のための熱処理温度
の効果、および温度範囲、ガラス基板の熱膨張率の効果
は実施例７とほぼ同様である。また接合界面に電圧を加
えることにより、熱処理温度を低くすることも実施例７
と同様、可能である。

【００２６】また接合に用いた酸化珪素膜の厚みは、
０．０５−０．５μｍの厚みでｎｍオーダーで制御でき
ることから、対向ガラス基板の平行度に関する課題も実
施例７と同様、問題とならない。

【００２７】（実施例１０）本実施例の製造方法の第４
の例を示す。

【００２８】所定の透明電極を設けたガラス基板の液晶
表示部にプラズマＣＶＤなどにより非晶質Ｓｉ薄膜を形
成する。次にガラス基板の駆動回路形成部およびそれに
接合する単結晶Ｓｉ基板の表面を、実施例７と同様にし
て親水処理する。次に、純水で十分洗浄し、ガラス基板
の駆動回路形成部に単結晶Ｓｉ基板を接合する。以降実
施例７と同様にして熱処理を行った後、非晶質Ｓｉ薄膜
形成部にスイッチングトランジスタアレイを、接合した
単結晶Ｓｉに駆動用回路を形成し、それぞれ電気的接続
を行う。次に液晶表示部に対向して所定の透明電極を設
けたガラス基板を設け、液晶をその間隙に封止、各電気
配線を接続することにより、実施例２の構造、すなわち
液晶表示部分のスイッチングトランジスタは非晶質Ｓｉ
で、駆動回路部はガラス基板に直接接合された単結晶Ｓ
ｉからなる液晶表示素子を得る。

【００２９】ガラス基板と単結晶Ｓｉの接合予定部に、
プラズマＣＶＤにより非晶質Ｓｉ膜を形成し、実施例８
と同様に非晶質Ｓｉ膜によりガラス基板と単結晶Ｓｉを
接合すれば、非晶質Ｓｉ膜で接合した実施例５（図５）
の構造の液晶表示素子を得ることができる。

【００３０】（実施例１１）本実施例の製造方法の第５
の例を示す。

【００３１】所定の透明電極を設けたガラス基板の液晶
表示部および駆動回路形成予定部および接合する単結晶
Ｓｉ基板の表面に、プラズマＣＶＤなどにより非晶質Ｓ
ｉ薄膜を形成する。次にそれぞれの非晶質Ｓｉ表面を親
水処理、および純水洗浄して一様に重ね合わせることに
より、ガラス基板と単結晶Ｓｉを非晶質Ｓｉで接合した
基板を得る。以降実施例７と同様にして熱処理を行った
後、単結晶Ｓｉを適当に各部分にエッチングなどにより
分離し、液晶表示部にスイッチングトランジスタアレイ
を、駆動用回路部に駆動用回路を形成しそれぞれ電気的
接続を行う。これにより、液晶スイッチングトランジス
タおよび駆動用回路の両者を、非晶質Ｓｉにより接合し
た単結晶Ｓｉに形成した実施例６（図６）の液晶表示素
子の構造を得る。

【００３２】またガラス基板と単結晶Ｓｉの接合予定部
に、ＣＶＤにより酸化珪素膜を形成し、実施例９と同様
に酸化珪素膜によりガラス基板と単結晶Ｓｉを接合すれ
ば、酸化珪素膜で接合した実施例６（図６）の構造の液
晶表示素子を得ることができる。

【００３３】（実施例１２）本実施例の液晶表示素子の
構造の第７の例を図７に示す。図は本実施例の構造の側
面の構造を示したものである。図において、１、４、
６、７の各構成要素の名称と機能は実施例４と同様であ
る。１２は単結晶ＧａＡｓ基板上に作られたスイッチン
グトランジスタであり、１３は単結晶ＧａＡｓ基板に作
られたスイッチングトランジスタを、ガラス基板１に接
合するための珪素もしくは酸化珪素などの珪素化合物膜
である。単結晶ＧａＡｓ基板の厚みは１μｍ程度であ
る。また珪素もしくは珪素化合物膜の厚みは０．０５−
０．５μｍ程度である。すなわち本実施例の構造は、実
施例４の構造において、単結晶Ｓｉの代わりに単結晶Ｇ
ａＡｓを用いた構造となっており、他の構成および動作
原理は実施例４と同様である。耐熱性、耐溶剤性、耐環
境性の効果などは、実施例１で示した直接接合の構造と
ほぼ同様の効果が得られる。さらに本実施例では、電子
移動度が９７００ｃｍ ²／Ｖ・ｓ程度ある単結晶ＧａＡ
ｓを用いているため、単結晶Ｓｉよりも約６倍高速動作
が可能である。したがって、実施例４の構造のものより
もさらに大容量の絵素を高コントラストで動作させるこ
とができる。

【００３４】（実施例１３）本実施例の液晶表示素子の
構造の第８の例を図８に示す。図８は、実施例５で示し
た図５の構造に対応したもので、それの側面の構造を示
したものである。図において、１、４、６、８の各構成
要素の名称と機能は実施例５と同様である。１４は、単
結晶ＧａＡｓで構成されたスイッチングトランジスタ駆
動用回路部、１５はガラス基板１と単結晶ＧａＡｓから
なる駆動用回路部１４を直接接合するための珪素もしく
は酸化珪素などの珪素化合物膜である。珪素もしくは珪
素化合物膜は、厚みが０．０５−０．５μｍ程度であ
り、その機能と効果は、実施例５と同様である。すなわ
ち実施例５と同様の耐熱性、耐溶剤性、耐環境性の効果
が得られる。さらに本実施例では単結晶Ｓｉの代わりに
単結晶ＧａＡｓを用いているので実施例５の構造のもの
よりもさらに大容量の絵素を高コントラストで動作させ
ることができる。

【００３５】（実施例１４）本実施例の液晶表示素子の
構造の第９の例を図９に示す。図９は、実施例６で示し
た図６の構造に対応したもので、それの側面の構造を示
したものである。図において、１、４、６の各構成要素
の名称と機能は実施例１と同様である。また１２、１
３、１４、１５は実施例１２および１３と同様、それぞ
れスイッチングトランジスタ用単結晶ＧａＡｓ、それを
ガラス基板１に直接接合している珪素もしくは珪素化合
物膜、および駆動回路用単結晶ＧａＡｓとそれをガラス
基板１に直接接合するための、珪素もしくは珪素化合物
膜である。珪素もしくは珪素化合物膜の接合効果は実施
例１３で述べたと同様であり、したがって、実施例３で
示した、大容量の絵素を高コントラストで駆動でき、し
かも実装が小型の液晶表示素子が得られるという効果が
得られる。また単結晶ＧａＡｓをスイッチングトランジ
スタおよび駆動用回路部の両者に用いていることから、
実施例６の構造よりもさらに大容量高コントラストの表
示が可能となる。

【００３６】（実施例１５）本実施例の製造方法の第６
の例を示す。

【００３７】ガラス基板と単結晶ＧａＡｓ基板表面を極
めて清浄かつ平坦にする。次にそれぞれの基板表面にプ
ラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）により非晶質Ｓｉ膜を
形成する。次にその非晶質Ｓｉ表面を親水処理する。具
体的には、弗酸系エッチング液で表面をエッチングす
る。次に純水で各表面を十分洗浄した後、一様に重ね合
わせると、実施例７と同様、各基板の表面に吸着した水
の構成成分である水酸基などのファンーデアーワールス
力により接合が起こる。この状態で熱処理を行うと界面
から水の構成成分である水素が次第に抜けていき、残さ
れた酸素と界面の非晶質Ｓｉの構成成分である珪素が結
合して、接合強度が強化される。以後実施例７と同様の
製造方法により、非晶質Ｓｉによりガラス基板に直接接
合された単結晶ＧａＡｓのスイッチングトランジスタア
レイを有する、実施例１２の構造の液晶表示素子を得
る。

【００３８】直接接合のメカニズムは、実施例７とほぼ
同様であり、したがって、接合強化のための熱処理温度
の効果、および温度範囲、ガラス基板の熱膨張率の効果
は実施例７とほぼ同様である。また接合界面に電圧を加
えることにより、熱処理温度を低くすることも実施例７
と同様、可能である。

【００３９】また接合に用いた非晶質Ｓｉの厚みは、プ
ラズマＣＶＤを用いれば０．０５−０．５μｍの厚みを
ｎｍオーダーで制御できることから、対向ガラス基板の
平行度に関する課題も実施例７とほぼ同様、問題となら
ない。

【００４０】（実施例１６）本実施例の製造方法の第７
の例を示す。

【００４１】ガラス基板と単結晶ＧａＡｓ基板表面を極
めて清浄かつ平坦にする。次にそれぞれの基板表面にＣ
ＶＤにより酸化珪素膜を形成する。次にその酸化珪素膜
表面を親水処理する。具体的には、弗酸系エッチング液
で表面をエッチングする。次に純水で各表面を十分洗浄
した後、一様に重ね合わせると、実施例７と同様、各基
板の表面に吸着した水の構成成分である水酸基などのフ
ァンーデアーワールス力により接合が起こる。この状態
で熱処理を行うと界面から水の構成成分である水素が次
第に抜けていき、残された酸素と酸化珪素の構成成分で
ある酸素および珪素が結合して、接合強度が強化され
る。以後実施例７と同様の製造方法により、酸化珪素に
よりガラス基板に直接接合された単結晶ＧａＡｓのスイ
ッチングトランジスタアレイを有する、実施例１２の構
造の液晶表示素子を得る。

【００４２】直接接合のメカニズムは、実施例７とほぼ
同様であり、したがって、接合強化のための熱処理温度
の効果、および温度範囲、ガラス基板の熱膨張率の効果
は実施例７とほぼ同様である。また接合界面に電圧を加
えることにより、熱処理温度を低くすることも実施例７
と同様、可能である。

【００４３】また接合に用いた酸化珪素膜の厚みは、
０．０５−０．５μｍの厚みでｎｍオーダーで制御でき
ることから、対向ガラス基板の平行度に関する課題も実
施例７と同様、問題とならない。

【００４４】（実施例１７）本実施例の製造方法の第８
の例を示す。

【００４５】所定の透明電極を設けたガラス基板の液晶
表示部にプラズマＣＶＤなどにより非晶質Ｓｉ薄膜を形
成する。次にガラス基板の駆動回路形成部およびそれに
接合する単結晶ＧａＡｓ基板の表面を、実施例７と同様
にして親水処理する。次に、純水で十分洗浄し、ガラス
基板の駆動回路形成部に単結晶ＧａＡｓ基板を接合す
る。以降実施例７と同様にして熱処理を行った後、非晶
質Ｓｉ薄膜形成部にスイッチングトランジスタアレイ
を、接合した単結晶ＧａＡｓに駆動用回路を形成し、そ
れぞれ電気的接続を行う。次に液晶表示部に対向して所
定の透明電極を設けたガラス基板を設け、液晶をその間
隙に封止、各電気配線を接続することにより、実施例１
３の構造、すなわち液晶表示部分のスイッチングトラン
ジスタは非晶質Ｓｉで、駆動回路部はガラス基板に直接
接合された単結晶ＧａＡｓからなる液晶表示素子を得
る。

【００４６】またガラス基板と単結晶Ｓｉの接合予定部
に、ＣＶＤにより酸化珪素膜を形成し、実施例９と同様
に酸化珪素膜によりガラス基板と単結晶ＧａＡｓを接合
すれば、酸化珪素膜で接合した実施例１３の構造の液晶
表示素子を得ることができる。

【００４７】（実施例１８）本実施例の製造方法の第９
の例を示す。

【００４８】所定の透明電極を設けたガラス基板の液晶
表示部および駆動回路形成予定部および接合する単結晶
ＧａＡｓ基板の表面に、プラズマＣＶＤなどにより非晶
質Ｓｉ薄膜を形成する。次にそれぞれの非晶質Ｓｉ表面
を親水処理、および純水洗浄して一様に重ね合わせるこ
とにより、ガラス基板と単結晶ＧａＡｓを非晶質Ｓｉで
接合した基板を得る。以降実施例７と同様にして熱処理
を行った後、単結晶ＧａＡｓを適当に各部分にエッチン
グなどにより分離し、液晶表示部にスイッチングトラン
ジスタアレイを、駆動用回路部に駆動用回路を形成しそ
れぞれ電気的接続を行う。これにより、液晶スイッチン
グトランジスタおよび駆動用回路の両者を、非晶質Ｓｉ
により接合した単結晶ＧａＡｓに形成した実施例１４の
液晶表示素子の構造を得る。

【００４９】またガラス基板と単結晶Ｓｉの接合予定部
に、ＣＶＤにより酸化珪素膜を形成し、実施例９と同様
に酸化珪素膜によりガラス基板と単結晶Ｓｉを接合すれ
ば、酸化珪素膜で接合した実施例１４の構造の液晶表示
素子を得ることができる。

【００５０】実施例１２−１８においては、IIIーＶ化
合物半導体であるＧａＡｓの例を示した。これ以外のII
IーＶ化合物半導体、例えばＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓなどはいずれも電子移動度がＳｉよりも速
く、また化学的性質もＧａＡｓによく似ている。そのた
め本実施例で示した珪素もしくは珪素化合物膜を用いれ
ば、ガラス基板に直接接合が可能であり、同様の構造と
同様の効果を得ることができる。

【００５１】珪素化合物として、本実施例ではいずれも
酸化珪素の例で示したが、ＣＶＤなどで形成した酸化珪
素はその酸素含有量が条件によって多少異なる。また窒
素も含まれる場合がある。いずれの場合も直接接合が得
られる。直接接合の可否は、その物質の結合の性質が関
与しており、珪素または酸化珪素のように共有結合的性
質を有していれば、ほぼ同様の効果が得られものと思わ
れる。したがってＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉｚＮｙ
などの酸化珪素類、酸化窒化珪素類、窒化珪素類など酸
化珪素化合物で広く、半導体とガラス基板の接合が可能
である。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成と製
造方法から成るので、以下に記載されるような効果を示
す。

【００５３】本実施例では、液晶スイッチングトランジ
スタまたは／およびスイッチングトランジスタ駆動用回
路部を、移動度の非常に大きい単結晶Ｓｉまたは単結晶
IIIーＶ化合物半導体に形成していることから、極めて
高速の動作が可能であり、その結果、大容量の絵素の表
示を高コントラストで行うことができる。また駆動用回
路を一体に形成できることから小型化を図ることができ
る。

【００５４】単結晶半導体とガラス基板の接合を、直接
もしくは珪素もしくは珪素化合物を用いて行っているこ
とから、耐熱性、耐溶剤性、耐環境性の面で優れてい
る。特に耐熱性に優れていることから、接合後のトラン
ジスタ形成プロセスを実施することが可能であり、駆動
用回路の一体化まで可能となる。

【００５５】また５００℃以下の温度で接合可能なこと
から、合成石英基板のように高価なものを用いずに、酸
化珪素以外の成分を含有する融点の低い安価なガラス基
板を使用でき、また各プロセスを低温で行えることから
生産上有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液晶表示素子の
構成図

【図２】同第２の実施例における液晶表示素子の構成図

【図３】同第３の実施例における液晶表示素子の構成図

【図４】同第４の実施例における液晶表示素子の構成図

【図５】同第５の実施例における液晶表示素子の構成図

【図６】同第６の実施例における液晶表示素子の構成図

【図７】同第７の実施例における液晶表示素子の構成図

【図８】同第８の実施例における液晶表示素子の構成図

【図９】同第９の実施例における液晶表示素子の構成図

【符号の説明】１ガラス基板２液晶表示部３単結晶Ｓｉスイッチングトランジスタ４ガラス基板５液晶充填部６固定部７駆動用回路部８非晶質Ｓｉスイッチングトランジスタ９単結晶Ｓｉ駆動用回路部１０珪素もしくは珪素化合物膜１１珪素もしくは珪素化合物膜１２単結晶ＧａＡｓスイッチングトランジスタ１３珪素もしくは珪素化合物膜１４単結晶ＧａＡｓ駆動用回路部１５珪素もしくは珪素化合物膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に直接接合された単結晶Ｓｉ
半導体基板を有し、該Ｓｉ基板に液晶スイッチング用ト
ランジスタを有する液晶表示素子。
【請求項２】ガラス基板上に直接接合された単結晶Ｓｉ
半導体基板を有し、該Ｓｉ基板に液晶スイッチング素子
駆動用回路を有する液晶表示素子。
【請求項３】ガラス基板上に直接接合された単結晶Ｓｉ
半導体基板を有し、該Ｓｉ基板に液晶スイッチング用ト
ランジスタおよび液晶スイッチング素子駆動用回路を有
する液晶表示素子。
【請求項４】ガラス基板上に珪素もしくは珪素化合物に
より直接接合された単結晶半導体基板を有し、該半導体
基板に液晶スイッチング用トランジスタを有する液晶表
示素子。
【請求項５】ガラス基板上に珪素もしくは珪素化合物に
より直接接合された単結晶半導体基板を有し、該半導体
基板に液晶スイッチング素子駆動用回路を有する液晶表
示素子。
【請求項６】ガラス基板上に珪素もしくは珪素化合物に
より直接接合された単結晶半導体基板を有し、該半導体
基板に液晶スイッチング用トランジスタおよび液晶スイ
ッチング素子駆動用回路を有する液晶表示素子。
【請求項７】単結晶半導体がＳｉであることを特徴とす
る請求項４乃至６記載の液晶表示素子。
【請求項８】単結晶半導体がIIIーＶ化合物半導体であ
ることを特徴とする請求項４乃至６記載の液晶表示素
子。
【請求項９】単結晶半導体がＧａＡｓであることを特徴
とする請求項４乃至６記載の液晶表示素子。
【請求項１０】単結晶半導体基板および接合用珪素もし
くは珪素化合物膜の接合部表面を親水処理し、重ね合わ
せて熱処理により接合した後、単結晶半導体基板の厚み
ならびに形状を所望の厚みおよび形状に加工し、その後
前記単結晶半導体基板に、接合熱処理以下の温度でプロ
セス処理を行うことによって、液晶スイッチング用トラ
ンジスタまたは／および液晶スイッチングトランジスタ
駆動用回路を形成することを特徴とする液晶表示素子の
製造方法。
【請求項１１】重ね合わせて熱処理を行う時に接合部に
電圧を加えることを特徴とする請求項１０記載の液晶表
示素子の製造方法。
【請求項１２】珪素膜が非晶質であることを特徴とする
請求項４乃至６記載の液晶表示素子。
【請求項１３】珪素化合物膜が酸化珪素であることを特
徴とする請求項４乃至６記載の液晶表示素子。