JPH07506909A

JPH07506909A - 単結晶半導体層に集積された電極および駆動装置を含んだ液晶ディスプレイおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07506909A
Application number: JP6517069A
Authority: JP
Inventors: ウイリアムス、ロナルド・エル; シールズ、スチーブン・イー; マーシュ、オグデン・ジェイ
Original assignee: ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1994-01-10
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: DE4490398T1; JP2716266B2; WO1994017439A1; DE4490398C2; US5491571A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】単結晶半導体層に集積された電極および駆動装置を含んだ液晶ディスプレイおよびその製造方法技術分野本発明は、液晶装置の分野、特に電極とマイクロ電子電極駆動装置が透明な単結晶半導体層に集積される高速度の液晶ディスプレイおよびその製造方法に関する。

背景技術液晶ディスプレイは液晶材料で充填された密封空間を含む。

前面および後面の電極は空間の反対側に位置され、それぞれ明または暗のいずれかを表す２つの別々の偏光状態間で局部的に切換えるため液晶材料に電界を供給するように選択的に付勢される。

液晶ディスプレイは透過型または反射型構造のいずれかを有することができる。

前面電極は計算機または時計用の数字文字ディスプレイを提供するためにセグメントとして、またはテレビジョン、コンピュータおよび他の応用用の連続的なグラフィック画像を提供するため方形マトリックスに配置されることができる。

１９８０年１２月１６日出願の“ＣＯＭＰＡＣＴ　ＬＩＱＵＩＤ　ＣＲＹＳＴＡＬ　ＤＩＳＰＬＡＹＳＹＳＴＥＭ”と題する米国特許第４．２３９．３４６号明細書は液晶材料で充填されている密封空間を限定する透明な前面および後面プレートを含んだ能動マトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）を開示している。共通の後面電極は後面プレートの内部表面上に形成され、半導体層は前面プレートの内部表面上で形成される。

透明な酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の前面電極は半導体層の内部表面上に方形マトリックスパターンで形成される。薄膜〜ＩＯ３ＦＥＴ電極駆動トランジスタと多結晶シリコンパスラインも半導体層の内部表面で形成され、電極に動作的に接続される。液晶材料を局部的に分極してグラフィック画像を形成するためにパスラインと駆動トランジスタにより電位は選択的に個々の前面電極と後面電極との間に供給される。

前面プレートと後面プレート用の好ましい材料は液晶材料との反応が無視できる程度であり、廉価であるガラスである。

単結晶体の（単一の結晶またはバルク）シリコンのエピタキシャル付着がサファイヤのような種々の材料上で可能であるが、付着に必要な温度は１．０００℃程度であり、これはガラスの融点を遥かに越えている。さらにガラスの結晶構造は不規則性が高く、エピタキシャルのシリコン層の成長を促すものではない。

これらの理由でＬｌｏ７ｄ氏のディスプレイの前面プレート上のシリコン層はアモルファスまたは多結晶シリコンの化学蒸着（ＣＶＤ）により形成されている。

これらの材料のＣＶＤは低温で行われることができ、プレートのガラス材料の不規則な結晶構造により悪影響されない。

しかしながら、多結晶体シリコンのキャリアの移動度は単結晶シリコンの１／８てあり、アモルファスシリコンの移動度は単結晶シリコンの１／１００である。

マイクロ電子装置の動作速度は移動度に直線的に比例する。多結晶およびアモルファスシリコンの低い移動度は電極駆動トランジスタとこれらが具備されるディスプレイの動作速度を限定する。

発明の開示本発明によると、二酸化シリコンのエツチング停止層が単結晶体のシリコン層の内部表面上に形成され、シリコン支持体ウェハはそのエツチング停止層に結合されている。単結晶層の露出された外部表面は均一に約４マイクロメートルに薄くされる。

多重にドープした領域の形態の前面電極と電極用のトランジスタ装置は単結晶体の層の外部表面に集積される。前面プレートは単結晶層の外部表面に結合され、支持体ウェハは除去される。

エツチング停止層の中心部分は単結晶体の層の内部表面から除去され、単結晶体の層の露出された中心部分はプラズマ補助化学エツチングを使用して約４００オングストロームの均一な厚さに薄くされる。そこに形成される後面電極を有する後面プレートは液晶材料で充填される前面および後面電極間の密封空間を限定するために単結晶体の層の内部表面のエツチングされていない周囲部分に接着される。

本発明の単結晶シリコン層中に形成される電極駆動トランジスタは前述したように多結晶およびアモルファスシリコンで形成されるそれに匹敵するトランジスタよりも非常に高いキャリア移動度を有する。高い移動度は単位接合面積当りの高い電流を可能にし、トランジスタ寸法の減少を可能にし、解像度の増加と充填係数（能動領域とディスプレイの全域との比）を与える。

さらに、薄い多量にドープされた領域からなる前面電極と単結晶シリコン層は従来技術のＩＴＯ電極よりも耐久性があり、本発明のディスプレイに改良された信頼性を与え、製造が容易である。

本発明のこれらおよび他の特徴、利点は添付図面を伴った後述の詳細な説明より当業者に明白になるであろう。

発明の実施の最良モード図１乃至図３で示されているように本発明を実施する液晶ディスプレイ１０は前面または外部表面１２ａと後面または内部表面１２ｂとを有するガラスの前面プレー［２（観察者と面する）と前面または内部表面１４ａと後面または外部表面１４ｂとを有するガラスの後面プレート１４を含む。後面電極１６は後面プレート１４の内部表面１４ａ上に形成され、透明な前面電極２゜を含んだ複数のユニットセル１８はエポキシのような透明な接着剤２２により前面プレート１２の内部表面１２ｂに接着される。

プレート１２．１４はその間の予め定められた空間を間に挟み、液晶材料２６で充填されているその間の密封空間２４を限定するため周辺端部で密封される。ディスプレイｌＯは透過型とすることができ、この場合プレート１４と後面電極１６は透明である。

代りにディスプレイｌＯは反射型であれば、プレート１４と後面電極１６は反射性に形成されるか反射器（図示せず）が電極１６の後部に設けられる。

後面電極１６とセル１８は本発明の技術的範囲内の任意の所望の構造で配置されることができる。図２で示されているような好ましい構造ではセル１８は能動マトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）を形成するように方形格子アレイに配置される。その代りに図示されていないが電極は数字または文字を形成するため選択的に切換えられる部品として整列されることができる。

電極２０は個々に選択的に２つの別々の電圧間で切換えられることができ、従って電極２０と電極１６との間の電界は液晶材料２６の局部的偏光が２つの別々の状態間で切換えさせる。１以上の偏光板（図示せず）は材料２６を通過する光の偏光用に設けられ、その結果、材料２６は２つの偏光状態で明と暗にそれぞれ見える。

本発明によると単結晶（単一結晶またはバルク）半導体層２８はプレート１２．１４の間に挟まれ、前面または外部表面２８ａ。

後面または内部表面２８ｂを有する。半導体層２８の好ましい材料はシリコンであるが、砒化ガリウムまたはテルル化カドミウムのような他の半導体材料も本発明の技術的範囲内で使用されることができる。

半導体層２８の外部表面２８ａは接着剤２２により前面プレート１２の内部表面１２ｂに接着される。層２８の内部表面２８ｂは後面１４方向に延在する連続的な突出部を形成する薄い中心部分２８Ｃと厚い周辺部分２８ｄを有する。薄い二酸化シリコン層３０は接着剤３２により後面プレート１４の内部表面１４ａに密封して接着される周辺部分２８ｄ上に形成される。

周辺部分２８ｄは周辺密封部として動作し、従って空間２４は半導体層２８の内部表面２８ｂの中心および円周部分２８ｃ、２８ｄと（後面電極１６がその上で形成されている）後面プレート１４の内部表面１４ａとの間で限定され、液晶材料２４は電極１６と２０との間に配置されている。

田辺部分２８ｄも予め定められた高さを有するスペーサを構成し、従ってプレート１２．１４の内部表面１２ｂと１４ａの間の空間と空間２４の厚さは予め定められた選択された値を有する。

図２で示されているようにユニットセル１８は方形のマトリックス構造で配置されている。１６個のセル１８（その１つのセル１８が図３で示されている）は４ ×４マトリツクスで配置されている。セル１８の数は本発明の技術的範囲内で限定されていない。実際のディスプレイは例えば５１２Ｘ５１２のマトリックスで配置されている２６２．１４４のユニットセルを含む。

図２で示されているように、ディスプレイ１０は半導体層２８の外部表面２８ａ上で形成される４つの行選択パスライン３４と４つの列選択パスライン３６を含む。ライン３４．３６は示されているようにアルミニウムが付着されてもよく、代りに半導体層２８の材料中の導電性の多結晶体ラインとして形成されることもできる。

外部行駆動装置３８は選択信号を逐次的に行選択ライン３４に供給する。列駆動装置４０は信号を選択された行の個々のセル１８用の偏光状態（明または暗のディスプレイ領域）を示す列選択ライン３６に供給する。この方法で行は逐次的に画素化されたグラフィック画像を生成するため走査される。

図３で示されているように例示的な行選択ライン３４が各セル１８のマイクロ電子薄膜ＭＯＳＦＥＴ電極駆動装置トランジスタ４２のゲートに接続されており、列選択ライン３６はトランジスタ４２のソースに接続されている。トランジスタ４２のドレインは電極２０に接続されている。図示されていないがトランジスタ４２のドレインに接続されている蓄積キャパシタが設けられてもよい。

行選択信号はトランジスタ４２をオンに切換え、これはソースからドレイン、さらに電極２０へ列選択信号をゲートする。

列選択信号は２つの別々の値の１つを有し、これは電極１６，２０が液晶材料２６を対応する状態に偏光する局部電界を生成させ、この対応する状態では列選択信号の値により明または暗に見える。

電極２０は導電性レベルに高ドープされた半導体！２８の前面表面２８ａの各領域として形成されるのが好ましい。しかしながら、表面２８ａ上に電極２０を化学付着することは本発明の技術的範囲内である。

電極駆動トランジスタ４２も集積マイクロ電子構造を電極２゜と選択ライン３４．３６と共に構成するため薄膜エンファンスメントＭＯ５ＦＥＴとして半導体層２８の前面表面２８ａ上に形成される。トランジスタ４２の例示的な構造が図４で示されており、イオン注入のような適切な処理によりＮまたはＰ導電型にドープされたチャンネル４２ａを含む。

絶縁性ゲートの酸化＠　４２　ｂはチャンネル４２ａを覆って付着される。タブ３４ａはトランジスタ４２のゲートを構成するため酸化＠４２ｂ上に行選択ライン３４から延在する。タブ３６ａはソースを構成するためチャンネル４２ａの左端部（図４で観察されているように）上に列選択ライン３６から延在する。タブ２０ａはドレインを構成するためチャンネル４２ａの右端部上に電極２０から延在する。

さらに図１で示されているように、穴が駆動装置３８．４０への選択ライン３４．３６の接続を可能にするため半導体層２８を通じてエツチングされてもよい。

示されている例では傾斜した孔２８ｅはワイヤ結合４４か最左端の行選択ライン３６に接続されることを可能にするため層２８の左端部を通って形成される。

本発明の単結晶体のシリコン層２８で形成される電極駆動トランジスタ４２は従来技術の多結晶およびアモルファスシリコンで形成された対応するトランジスタよりも非常に高いキャリア移動度を有する。高い移動度は単位接合面積当り高い電流を可能にし、トランジスタの寸法を少なくし、解像度と充填係数（能動領域とディスプレイ全域との比）の増加を与えることを可能にする。

薄い単結晶シリコン層２８の中心部２８ｃの高ドープされた領域からなる前面電極２０は、従来技術のＩＴＯ電極よりも耐久性に優れ、本発明のディスプレイｌＯに改良された信頼性を与え、製造が容易である。さらに電極２０、選択ライン３４．３６およびトランジスタ４２はプレート１２と接着剤２２により密封され、従ってこれらを液晶材料２６との化学反応から保護する。

ディスプレイｌＯの製造方法が図５乃至１０で示されている。

図５では結合構造５０が単結晶シリコン層２８を含んで与えられており、二酸化シリコン層３０は内部表面２８ｂ上で形成されている。電気防食用支持体ウェハ５２は酸化層３０に結合されている。

単結晶体のシリコンＦｆ！Ｉ２８は３．７〜６マイクロメードルの厚さを有し、好ましい値は４マイクロメートルである。支持体ウェハ５２はシリコンで形成されることが好ましく、５２５マイクロメートルの厚さを有し、標準的なシリコン処理工程を経て単結晶シリコン層２８を支持するのに十分耐久性をもたせる。二酸化シリコン層３０は典型的に１マイクロメートルの厚さである。

構造５０は支持体ウェハ５２程度の厚さを有するウェハの形態で単結晶体のシリコン層２８を最初に与えることにより製造される。層２８は二酸化シリコン層３０を形成するために酸化される。ウェハは接着剤の仲介を伴ってまたは仲介せずに押付けられ、層２８の外部表面２８ａは所望の厚さに薄くされる。

単結晶シリコン層２８を薄くする好ましい方法は、米国特許明細書に開示されているようにプラズマ補助化学エツチング（ＰＡＧＥ）であり、これは外部表面２８ａが平坦化され、層２８の厚さの均一性を高くすることを可能にする。本発明の実施に適切な構造５０は例えば日本の東京の信越半導体（ＳＥＨ）から市場で得られる。

図６の段階ではユニットセル１８と選択ライン３４．３６が標準的なシリコン処理技術を使用して矢印５４により示されているように１＠２８の前表面２８ａ上で形成される。図６の段階は明瞭には示されていないが、トランジスタ４２用の光遮断遮蔽体のような付加的なマイクロ電子装置または構造の形態を含んでもよい。

図７は構造５０が図６の方向から反転され、接着剤３２を使用して前面プレート１２に結合されている状態を示している。

図８ではキャリアウェハ５２は二酸化シリコン層３０が溶解しないエッチ剤を使用して除去される。好ましいエツチング剤は水酸化カリウム（Ｋ　ＯＨ）であり、層３０はエツチング停止層として動作する。フォトレジスト層５６は標準的なフォトリソグラフ技術を使用して層３０の周囲で形成され、二酸化シリコン層３０の中心部はシリコン層２８を露出するため矢印５８により示されているようにエツチングされる。

図９で示されているように単結晶シリコン層２８の中心部２８Ｃは矢印６０により示されているＰＡＧＥ処理を用いて約３００−６００オングストローム、好ましくは４００オングストロームに薄くされる。部分２８ｃの最終的な厚さはディスプレイ１０の所望の色に依存する。傾斜した孔４４は層２８を経てエツチングされ、ワイヤ結合４４は列選択ライン３６に接続される。

後面プレート１４は図９で示されているように層２８の周辺部分２８ｄに接着され、空間２４は図１で示されているようにディスプレイｌＯを生成するため液晶材料２６で充填される。二酸化シリコン層３０は後面プレート１４の構造前に除去されてもよく、または示されているように維持されてもよい。

図１０は単結晶シリコン層が７２で示されている本発明を実施する変形された液晶ディスプレイ７０を示している。ディスプレイ７０ではフォトレジストパターン（図示せず）が層７２上で形成され、層７２と接着剤３２の部分は駆動トランジスタ４２と選択ライン３４．３６が形成されるアイランド７４とアイランド７４の間の開口アロとを生成するため図９の段階で完全にエツチングされる。

透明な電極７８は開口アロにＩＴＯを付着し動作的にトランジスタ４２に接続することによりプレート１２の内部表面１２ｂで形成される。ディスプレイ７０はＩＴＯ電極７８がドープしたシリコン電極２０よりも透過性があるように作られることができる応用で好ましい。

本発明の幾つかの図示的な実施例が示され説明されたが、種々の変形および代りの実施例が本発明の技術的範囲を逸脱することなく当業者により行われる。従って本発明は特に説明された図示的な実施例だけに限定される。種々の変形が考察され請求の範囲で限定されているように本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われることができる。

図面の簡単な説明図１は本発明を実施した液晶ディスプレイを示している簡単な断面図である。

図２は前面電極の装置、電極駆動トランジスタ、およびディスプレイのパスラインの配置を示した図である。

図３は拡大寸法でのディスプレイのユニットセルを示した図である。

図４はディスプレイの単一の電極駆動トランジスタ装置を示した図である。

図５乃至９は本発明のディスプレイの製造方法を示した簡単な断面図である。

図１０は本発明のディスプレイの変形した実施例を示している簡単な断面図である。

手続補正書平成　６年１１月１日特３＋（庁長官　高　島　章　殿１、事件の表示特願平６−５１７０６９号２、発明の名称単結晶半導体層に集積された電極および駆動装置を含んだ液晶ディスプレイおよびその製造方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人名称　ヒユーズ・エアクラフト・カンノくニー４、代理人東京都千代田区霞が関３丁目７番２号鈴榮内外国特許事務所内５、自発補正６、補正により減少する請求項の数７、補正の対象請求の範囲８、補正の内容請求の範囲を別紙のとおり訂正する。

請求の範囲（１）内部表面と外部表面とを有する透明な第１のプレートと、第１のプレートの前記内部表面に外部表面が透明に接着されている内部および外部表面を有する単結晶半導体層と、第１のプレートの前記内部表面に接着されている透明な第１の電極と、半導体層の前記外部表面上に形成さ振動作的に第１の電極に接続されているマイクロ電子駆動装置と、内部表面と外部表面を有する第２のプレートと、第２のプレートの前記内部表面上に形成されている第２の電極と、予め定められた間隔により第１、第２のプレートの前記内部表面を隔てるスペーサ手段と、第１、第２の電極間の密封空間を限定するために第１、第２のプレート周辺で周囲部分の密封を行う密封手段と、前記空間に配置された液晶材料とを具備する液晶ディスプレイ。

（２）第１の電極が半導体層の前記外部表面に形成される多産にドープされた領域を有している請求項１記載のディスプレイ。

（３）半導体層が駆動装置が形成されているアイランドを有する請求項１記載のディスプレイ。

（４）半導体層が横方向に前記アイランドから隔てられている形成された開口を有し、第１の電極が前記開口中で第１のプレートの前記内部表面に接着されている請求項４譚のディスプレイ。

（５）前記空間を限定する半導体層の中心部が約３００乃至６００オングストロームの厚さを有する請求項１記載のディスプレイ。

（６）半導体層がシリコンから形成されている請求項１記載のディスプレイ。

（７）スペーサ手段が半導体層の前記内部表面から第２のプレートの前記内部表面に延在する突出部を具備し、前記予め定められた空間に対応する高さを有する請求項１記載のディスプレイ。

（８）スペーサ手段と密封手段との組合せが、半導体の前記内部表面から第２のプレートの前記内部表面に延在する連続的な周辺の突出部を具備し、前記予め定められた空間に対応する高さを有している請求項１紀載のディスプレイ。

フロントページの続き（７２）発明者　シールズ、スチーブン・イーアメリカ合衆国、カリフォルニア州９２１２２、サン・ディエゴ、オナース・ドライブ　５８２６（７２）発明者　マーシュ、オグデン・ジェイアメリカ合衆国、カリフォルニア州９２００８、カールスパッド、ホライズン・ドライブ　４３０６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部表面と外部表面とを有する透明な第１のプレートと、第１のプレートの前記内部表面に外部表面が透明に接着されている内部および外部表面を有する単結晶半導体層と、第１のプレートの前記内部表面に接着されている透明な第１の電極と、半導体層の前記外部表面上に形成され、動作的に第１の電極に接続されているマイクロ電子駆動装置と、内部表面と外部表面を有する第２のプレートと、第２のプレートの前記内部表面上に形成されている第２の電極と、予め定められた間隔により第１、第２のプレートの前記内部表面を隔てるスペーサ手段と、第１、第２の電極間の密封空間を限定するために第１、第２のプレート周辺で周囲部分の密封を行う密封手段と、前記空間に配置された液晶材料とを具備する液晶ディスプレイ。
（２）第１の電極が半導体層の前記外部表面に形成される多量にドープされた領域を有している請求項１記載のディスプレイ。
（３）半導体層が駆動装置が形成されているアイランドを有する請求項１記載のディスプレイ。
（４）半導体層が横方向に前記アイランドから隔てられている形成された開口を有し、第１の電極が前記開口中で第１のプレートの前記内部表面に接着されている請求項３記載のディスプレイ。
（５）前記空間を限定する半導体層の中心部が約３００乃至６００オングストロームの厚さを有する請求項１記載のディスプレイ。
（６）半導体層がシリコンから形成されている請求項１記載のディスプレイ。
（７）スペーサ手段が半導体層の前記内部表面から第２のプレートの前記内部表面に延在する突出部を具備し、前記予め定められた空間に対応する高さを有する請求項１記載のディスプレイ。
（８）スペーサ手段と密封手段との組合せが、半導体の前記内部表面から第２のプレートの前記内部表面に延在する連続的な周辺の突出部を具備し、前記予め定められた空間に対応する高さを有している請求項１記載のディスプレイ。
（９）プレートと、単結晶体の半導体層と、半導体層の表面をプレートに結合する接着剤と、半導体層の前記表面上に形成されるマイクロ電子回路手段とを具備するマイクロ電子構造。
（１０）マイクロ電子回路手段が、電極と、動作的に電極に接続されるマイクロ電子駆動装置とを具備する請求項９記載の構造。
（１１）電極が半導体層の前記表面で形成される重厚にドープされた領域を具備する請求項１０記載の構造。
（１２）半導体層の中心部分が約３００−６００オングストロームの厚さを有する請求項９記載の構造。
（１３）半導体層がシリコンから形成されている請求項９記載の構造。
（１４）（ａ）キャリアと、第１の表面と第２の表面とを有する単結晶体の半導体層を含む材料を提供し、半導体層の前記第２の表面はキャリアに結合し、（ｂ）半導体層の前記第１の表面上のマイクロ電子装置を形成し、（ｃ）半導体層の前記第１の表面をプレートに接著し、（ｄ）半導体層の前記第２の表面からキャリアを除去する段階を有する半導体構造の製造方法。
（１５）（ｅ）半導体層の前記第２の表面の少なくとも１つの中心部を薄くする段階を段階（ｄ）の後に行う請求項１４記載の方法。
（１６）段階（ｅ）がプラズマ補助化学エッチングを具備する請求項１５記載の方法。
（１７）段階（ｅ）が厚さ約３００−６００オングストロームに半導体層の前記第２の表面を薄くすることを含む請求項１５記載の方法。
（１８）半導体層が少なくとも１マイクロメートルの厚さを有するように段階（ａ）が材料を提供することを含む請求項１７記載の方法。
（１９）キャリアが約５２５マイクロメートルの厚さを有するように段階（ａ）が材料を提供することを含む請求項１７記載の方法。
（２０）半導体層がシリコンで形成されるように段階（ａ）が材料を提供することを含む請求項１７記載の方法。
（２１）段階（ａ）が半導体層の前記第２の表面上で形成されるエッチング停止層をさらに含む材料を提供することを含み、段階（ｄ）がエッチング停止層が抵抗体であるエッチング剤を使用してキャリアをエッチングすることを含む請求項１４記載の方法。
（２２）（ｅ）半導体層の前記第２の表面の中心部からエッチング停止層を除去し、（ｆ）エッチング停止層が抵抗体であるエッチング剤を使用して前記中心部を薄くする段階（ｄ）後に行われる段階をさらに具備する請求項２１記載の方法。
（２３）段階（ｆ）がプラズマ補助化学エッチングを具備する請求項２２記載の方法。
（２４）段階（ａ）がシリコンで形成されるキャリアと二酸化シリコンから形成されるエッチング停止層を提供することを含む請求項２１記載の方法。
（２５）段階（ｄ）が水酸化ポタシウムを使用してキャリアをエッチングすることを含む請求項２４記載の方法。