JPS6335108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶と半導体集積回路とを組み合わせ
ることによつて構成される画像表示装置の半導体
集積装置に関するものであり、半導体集積回路の
コスト低減を計るとともに画像表示装置にした場
合の画面サイズの拡大化を容易ならしめんことを
目的とする。

液晶とMOSトランジスタを組み合わせて構成
される固体画像表示装置の一例を第１図〜第２図
で示す。第１図は等価回路で、単位絵素を構成す
るのはMOSトランジスタ１、蓄積用コンデンサ
２、そして液晶セル３であり、画像表示装置とし
ての動作原理は次のようなものである。例えば、
いまx_i端子にゲート信号が印加されて横方向群の
MOSトランジスタがオンとなると映像信号はy_j
端子からトランジスタ１を通つてコンデンサ２を
充電する。ゲート信号が消滅してトランジスタ１
がオフになつてもコンデンサ２に貯えられた電荷
が液晶セル３に電圧を与え続ける間は、液晶セル
３はその電圧に応じて動的散乱の大きさを変化さ
せるので液晶セル３中を通過する光は映像信号電
圧によつて変調を受け続けることが可能である。
コンデンサ２に貯えられた電荷は次なるゲート信
号が印加されるまではトランジスタ１のオフ抵抗
および液晶セル３の抵抗分を通して放電してい
く。

第１図に示したように多数の単位絵素をマトリ
クス状に配列し、縦方向（x_i，x_i+1，……）にゲ
ート信号を走査することによりテレビジヨンを構
成することが可能で、先述したように横方向に一
斉にトランジスタ群をオンさせて映像信号群をコ
ンデンサ群に書き込ませ、縦方向に順次ゲート信
号を走査する、いわゆる線走査によつてCRTと
同等の作用が得られる。

第２図は第１図に示される単位絵素をシリコン
基板に集積回路化した場合の平面図を示し、単位
絵素ユニツトの大きさを200×150μmとしている。
MOSトランジスタ１はドレイン４、ソース５お
よび多結晶シリコンゲート６よりなり、７はアル
ミニウムで薄い酸化シリコン膜１２を介してシリ
コン基板１０とともにコンデンサ２を形成してい
る。第３図は第２図のＡ―A′線上の断面図であ
る。９は基板１０の表面に形成された酸化シリコ
ン膜でトランジスタ１のゲート酸化膜１１および
コンデンサ用酸化膜１２を構成する領域のみ1000
Åと薄く、残りの部分は3000〜9000Åと厚くなつ
ている。もちろん多結晶シリコンゲート６は横方
向の配線も兼ねるため不純物がドープされて導電
性が与えられている。またアルミニウム電極７は
酸化膜９の開口部８を通して前記５とオーミツク
接触をしている。

集積回路が形成されたシリコン基板１０と一主
面上に透明電極１４が被着形成されたガラス板１
５との間に動的散乱モードで動作する液晶１３を
充填することにより透明電極１４とアルミニウム
電極７よりなる前記液晶セル３が構成される。

ガラス板１５上方より入射した光１６は液晶セ
ル３内で散乱を受けない場合には第３図で示した
ようにアルミニウム電極７を反射鏡として単に反
射されていくだけであるが、液晶セル３に適当な
電圧が加わつていると入射光は液晶セル３中で無
秩序な液晶の動きによつて散乱され、主として前
方散乱成分がアルミニウム電極７で反射されて観
測者の目に届くことになる。したがつて入射光の
方向と観測者の見る方向を選んで直接反射光を避
けて観測するならば反射型の画像表示装置が得ら
れる。

さて本発明者は第２図に示された単位絵素を
240×240個集積した半導体装置を開発した。すな
わち、画面となるべき絵素部は縦36mm、横48mmで
対角線長は60mmとなり2.4インチのCRTに相当し
ている。透明電極が一主面上に被着形成されたガ
ラス板を前記半導体装置に適当な厚みを持つたス
ペーサで分離しつつ接着して固定するための余裕
および画像表示装置として作動させるために必要
な外部回路との接続に用いる接続端子の長さのた
め半導体装置のチツプ寸法は縦44mm、横56mmとい
う従来の規模では考えられない大面積のものとな
つた。したがつて第４図に示すように３インチウ
エーハから１個しか得られないということになつ
た。第１図からも分るように単位絵素はスイツチ
ング素子としてのMOSトランジスタとアナログ
メモリ素子としてのコンデンサとコンデンサの一
端子を兼ねる金属反射電極が各１個しかない簡単
なものであるが総数240×240＝57600個がある特
定の幅以内で特性が揃うことが必要であり、最も
厳しい注意点は、前記半導体装置は画像表示装置
として用いられるものであるから横あるいは縦方
向に白線や黒線などの線欠陥はたとえ１本でも許
されないことである。

開発試作の結果、線欠陥が全くないウエーハが
得られる歩留りは約20％であつた。厳密な意味で
の無欠陥ウエーハ、すなわち点欠陥も非常に少な
いウエーハはさらに歩留りが落ちて約10％しかな
かつた。

第１図に示された単位絵素間の相互配線の構成
には幾つかの組合せが考えられるが本発明者は第
２図の平面図で示される構成を採用した。すなわ
ち横方向のゲート信号路x_iは不純物をドーピング
した多結晶シリコン路６よりなり、縦方向の映像
信号路y_jはシリコン基板１０中に形成された拡散
層４で構成されている。

歩留りを低下させる最大の要因は拡散層４の耐
圧不良で、耐圧不良が発生すると映像信号の振幅
がクランプされてしまうので耐圧不良の拡散層に
沿つて配置された240個の絵素は他の正常な拡散
層に沿つた絵素と比較すると縦の線欠陥として観
測される。この縦の線欠陥が白線となるか黒線と
なるかは透明電極１４の電位をどこへ設定するか
によつて決まり、例えば第１図のように接地した
場合であれば耐圧不良の拡散層に沿つた絵素では
コンデンサ２に貯えられる電荷が少なく、したが
つて液晶セル３にかかる電圧が小さくなるので黒
線となる。逆に透明電極１４が映像信号の最大値
と同じポテンシヤルに設定されていれば白線の線
欠陥になる。このような拡散層４の耐圧不良は第
５図に示すように拡散層４のパターンくずれ１８
やコンデンサ２を形成するためのチヤンネルスト
ツパ１７のパターンくずれによつて高濃度の拡散
層４，１７が接近したり、シリコン基板中の結晶
欠陥が拡散層４中に析出することによつてもたら
されるわけであるが、極めて重大な欠陥であつて
外部的な補償によつて見掛け上消去することはで
きない。

多結晶シリコンゲート６や拡散層４とは独立し
ており、単位絵素内だけに生じる欠陥、例えばコ
ンデンサ２がシリコン基板１０と短絡してソース
５が接地されているとか、ソース５と金属反射電
極７との電気的接続が不完全であるといつたよう
な欠陥が点欠陥である。この点欠陥の画質に与え
る影響は比較的弱く例えば数10ケの白点もしくは
黒点があつてもテレビジヨン信号のような動画で
あればほとんど目立たない。しかしながら極めて
特定の領域に数10ケもの点欠陥が集中した場合に
は逆に非常に目立つので、点欠陥についてはその
数もさることながら分布の方がより重要であろ
う。

線欠陥について付け加えるならば拡散層の耐圧
不良や多結晶シリコンゲートがシリコン基板と短
絡していて１行もしくは１列の240個の絵素が全
て白線または黒線欠陥になるのではなく、１行ま
たは１列が部分的に白線欠陥または黒線欠陥であ
るという線欠陥も多数発生する。この原因は長い
拡散層４や多結晶シリコンゲート６の一部が欠除
していたり、あるいは導電性を与えるための拡散
が部分的になされないことによつてもたらされ
る。そしてこのような部分的な断線現象が１行ま
たは１列について１個しかない場合には映像信号
やゲート信号の供給方法を工夫することにより見
掛け上部分的な断線を消去できる。しかしながら
部分的な断線現象が１行または１列について２ケ
以上発生した場合は白線または黒線欠陥同様補償
不能となる。

以上述べたように様々な欠陥が発生するのでよ
く管理されたウエーハプロセスでも完全良品を得
るのは困難である。さらに液晶を充填して画像表
示装置とする場合にも液晶の配向処理に伴なう液
晶セルの表示むらであるとか、シリコンウエーハ
のそりに伴なう液晶セルの厚みむらなどが生じる
ので最終的な歩留りはさらに下つてしまう。この
ため３インチのワンチツプ液晶画像表示装置は極
みてコスト高にならざるを得ない。また第４図か
らも明らかなように３インチウエーハ内における
チツプの占有率が低く、一般的な集積回路の製造
とは著しく様相を異にしている。言い換えるなら
ば３インチウエーハにたつた１ケ所の欠陥しかな
くても、それが線欠陥を生じる欠陥であるならば
その３インチウエーハは使いものにならないこと
が問題なのである。

本発明はシリコンウエーハの無駄をなくすと同
時に等価的に歩留りを上げるべくなされたもので
あり、従来のようにワンチツプ・ワンウエーハ構
成ではなく、多数の基本的なユニツトを寄せ集め
て従来と同等の性能を得んとするものである。以
下第６図〜第１４図を参照にしつつ本発明の実施
例について説明する。

本実施例においては絵素部を複数のチツプの合
成によつて得るために単位絵素を第６図のように
変更する。まずビデオラインも兼ねるドレイン拡
散層４はドレイン拡散層２０として小さくなり単
位絵素内で独立する。そして開口部２１によつて
その一部を露出し金属電極２２を被着形成する。
またゲートラインも兼ねる多結晶シリコンゲート
６も多結晶シリコンゲート２３として小さくなり
単位絵素内で独立させる。同様に金属反射電極７
も単位絵素内で独立させて金属電極２４とする。
単位絵素内で独立させるということは単位絵素の
外周２５，２５′に前記の拡散層２０、多結晶シ
リコンゲート２３、および金属電極２４が接触し
たりまたがらないことを意味する。なぜならば外
周２５，２５′の一部にそつて単位絵素は後の工
程で分割されるからである。つぎに第６図のよう
に形成された単位絵素２６を複数個、例えば10×
10＝100個の単位でシリコンウエーハより切断し
て第７図に示すように単位ユニツト２７とする。
引き続き単位ユニツト２７を第８図，第９図に示
すように金属電極２４を下にして平坦な台２８上
に24×24＝576ケ隙間なく並べて２９とし前記２
９の周囲にも単位ユニツト２７、すなわちシリコ
ンウエーハと同じ厚みの表面が絶縁物化された板
３０をやはり隙間なく並べて擬似ワンチツプ３１
とする。前記擬似ワンチツプ３１は第４図に示さ
れたワンチツプと同じ大きさになることが分るで
あろう。そして第９図に示すように前記擬似ワン
チツプ３１上に金属層３２を被着した後に適当な
樹脂、好ましくは耐熱性と耐湿性に優れた樹脂３
３を塗布する。さらに補強板３４と前記支持台２
８とで前記擬似ワンチツプ３１をはさみ、加圧ま
たは熱加圧圧着を行ない補強板３４に擬似ワンチ
ツプ３１を固定するとともに支持台２８に面した
擬似ワンチツプ３１の面の水平度を高める。寄せ
集められた単位ユニツト２７の厚みにばらつきが
あつたとしても樹脂３３の厚みを適当に選ぶこと
によりそのばらつきは樹脂３３に吸収される。な
お樹脂３３として本実施例ではポリイミドを用い
た。前記金属層３２は単位ユニツト２７の切断時
に欠けを生じて第９図に示したような隙間３５が
できた場合に単位ユニツト２７の裏面を通して金
属層３２で単位ユニツト２７のシリコン基板の電
位を同一にする作用を有し、隙間３５が擬似ワン
チツプによほど多く存在しない限り必要とはしな
い。

補強板３４に張りつけられた擬似ワンチツプ３
１を支持台２８より離した後に擬似ワンチツプ３
１の全面に第１の絶縁層３６を被着し、前記ドレ
イン金属電極２２上に開口部３７を形成して金属
電極２２を露出し、開口部３７を含んで金属配線
路３８を選択的に形成してビデオラインとする。
さらに金属配線路３８の形成後、第２の絶縁層３
９を被着し前記多結晶シリコンゲート２３上に絶
縁層３６，３９を貫通する開口部４０を形成して
多結晶シリコンゲート２３の一部を露出し、開口
部４０を含んで金属配線路４１を選択的に形成し
てゲートラインとする（第１１図）。最後に金属
配線路４１の形成後、第３の絶縁層４２を被着し
前記金属電極２４上に絶縁膜３６，３９，４２を
貫通する開口部４３を形成して金属電極２４の一
部を露出し、開口部４３を含んで金属射電極４４
を選択的に形成する（第１２図）。

第１３図はこのように絶縁膜３６，３９，４２
を用いた多層配線によるビデオライン３８、ゲー
トライン４１および金属反射電極４４の位置関係
を示す平面図であり、第１１図〜第１３図は第６
図に示した単位絵素２６においてそれぞれＢ―
B′，Ｃ―C′およびＤ―D′線上に対応する断面図
である。

擬似ワンチツプ３１上に上述したビデオライン
３８、ゲートライン４１および金属反射電極４４
を形成した後に擬似ワンチツプ３１の周辺部３０
上の前記絶縁膜３６，３９，４２に開口部を設け
てビデオライン３８とゲートライン４１の先端部
を一部露出し、ワイアボンド等により外部信号を
供給するための接続端子とする。その後は従来例
と同じように集積回路が形成された擬似ワンチツ
プ３１と一主面上に透明電極１４が被着されたガ
ラス板１５との間に動的散乱モードで動作する液
晶１３を充填することにより透明電極１４と金属
反射電極４４よりなる前記液晶セル３が構成され
る。

以上の説明からも明らかなように本発明による
画像表示用半導体装置は単位絵素の複数個を単位
ユニツトとし、単位ユニツトを補強板上に複数個
接着剤で配布することにより所定の大きさの画面
を得るものであるから画面サイズが大きくなれば
なるほど従来のワンチツプ・ワンウエーハ構成よ
りも製造が容易となりコストが下る。なぜならば
チツプ面積が大きくなるほどウエーハ内の歩留り
は下るのが一般的であるが、本発明においてはチ
ツプサイズが２〜３mmと比較的歩留りよく生産で
きる単位ユニツトを多数集めて３〜５インチのワ
ンチツプと等価のものが得られるからである。単
位ユニツト内の単位絵素数が少なければ少ないほ
どシリコンウエーハ１枚あたりから単位ユニツト
を得るための取れ数は増すが本発明の要点である
単位ユニツトの寄せ集めが困難となり、また単位
ユニツト内の単位絵素数が多ければ多いほど単位
ユニツトを得るための取れ数は減少するが単位ユ
ニツトの寄せ集めが簡単になることを考えると、
実施例で述べたように単位ユニツト内の単位絵素
数は10×10＝100程度とし、単位ユニツトの大き
さは２×３mm角とするのが最適であろう。この時
単位ユニツトを得るために必要なウエーハパター
ンは第１４図に示したようなものとなり、例えば
黒く塗りつぶした３ケの単位ユニツトが何らかの
原因で不良になつたとしてもこのウエーハからは
歩留が90％以上で単位ユニツトが得られる。一
方、第１４図に示すだけの高度なプロセス技術が
あつたとしても従来のワンチツプ・ワンウエーハ
構造では完全良品を得るのは極めて困難である。
また第４図と第１４図の比較からも明らかなよう
にシリコンウエーハの使用率も著しく向上してい
る。

すなわち、半導体ウエーハプロセスという比較
的コスト高になる工程内において、単位ユニツト
の導入によつて、ウエーハの使用率ならびに歩留
りが向上し、コスト低減が可能となる。また、ビ
デオラインとゲートラインは第２の絶縁層を、そ
してゲートラインと反射電極は第３の絶縁層を介
してそれぞれ分離する構成としたために、相互連
絡による画像欠陥が防止され、再現性が向上する
ものである。

多層配線の層間絶縁膜３６，３９，４２として
は樹脂３３同様ポリイミド樹脂が最適であろう。
ポリイミドは粘性の高い液状高分子で感光性樹脂
と同じように回転塗布が可能であり、キユアと称
する200〜400℃の加熱処理後は優れた耐湿性、耐
熱性及び絶縁性を有する。しかも幸いなことに液
晶に溶解しないことが判明した。また酸素ガスプ
ラズマによる食刻が可能で開口部の形成も容易で
あるなど本発明にとつて極めて重要であることを
指摘しておく。

本発明の実施例においてMOSトランジスタは
多結晶シリコンゲートであつたがアルミゲートで
あつても何ら差支えなく、またシリコンに限らず
他の半導体を用いても構わないことは明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はMOSトランジスタと液晶セルとの組
合せによつて得られる画像表示装置の等価回路
図、第２図，第３図は単位絵素を集積回路化した
場合の平面図と断面図、第４図はワンチツプ・ワ
ンウエーハ構成を表す平面図、第５図は線欠陥の
原因を表わす平面図、第６図は本発明の一実施例
における半導体装置の単位絵素の平面図、第７図
は単位ユニツトの構成を示し、第８図，第９図は
擬似ワンチツプの構成を表わす平面図と断面図、
第１０図〜第１３図は擬示ワンチツプを用いた画
像表示装置の断面図、第１４図は単位ユニツトの
ウエーハ内の分布を示す図である。 ２６……単位絵素、２７……単位ユニツト、２
８……支持台、３１……擬示ワンチツプ、３３…
…樹脂、３４……補強板、３６，３９，４２……
絶縁層、３７，４０，４３……開口部、３８……
ビデオライン、４１……ゲートライン、４４……
金属反射電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の一主面上に形成されたMOSト
   ランジスタおよび半導体基板を一方の電極とし前
   記MOSトランジスタのソースまたはドレインと
   接続された金属電極を他方の電極とするコンデン
   サを有する単位絵素を複数個備えてなる複数個の
   単位ユニツトと、前記複数個の単位ユニツトを隙
   間なく接着配設する平板状の補強板と、前記補強
   板上に配設された複数個の単位ユニツトの主面上
   に形成された第１の絶縁層と、前記MOSトラン
   ジスタのドレインもしくはソースまたはドレイン
   電極もしくはソース電極上に前記第１の絶縁層を
   貫通して形成された開口部を含んで選択的に被着
   形成された金属配線路からなるビデオラインと、
   前記ビデオラインおよび第１の絶縁層上に形成さ
   れた第２の絶縁層と、前記MOSトランジスタの
   ゲート電極上に第１および第２の絶縁層を貫通し
   て形成された開口部を含んで選択的に被着形成さ
   れた金属配線路からなるゲートラインと、前記ゲ
   ートラインおよび第２の絶縁層上に形成された第
   ３の絶縁層と、前記コンデンサの他方の電極を構
   成する金属電極上に前記第１、第２および第３の
   絶縁層を貫通して形成された開口部を含んで選択
   的に被着形成された金属電極からなる反射電極と
   を備えた半導体装置。 ２ 第１、第２および第３の絶縁層はポリイミド
   からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置。