蓝宝石硅上的液晶显示器以其制造方法技术

在蓝宝石硅结构上单片形成液晶阵列和相关驱动电路，并所说制造方法包括以下步骤：ａ）在蓝宝石基板上形成外延硅层，从而形成蓝宝石硅结构；ｂ）离子注入外延硅层；ｃ）退火蓝宝石硅结构；ｄ）氧化外延硅层，由部分外延硅层形成二氧化硅层，留下减薄的外延硅层；ｅ）去掉所说二氧化硅层，暴露减薄的外延硅层；ｆ）用减薄的外延硅层制造像素阵列，其中每个像素包括一个液晶电容器；ｇ）由减薄的外延硅层制造工作上耦合成调节各像素的集成电路。减薄的外延硅支持在蓝宝石硅结构上制造用于控制像素工作的器件质量电路。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景液晶显示器已广泛应用于包括便携式(膝上)计算机、手表、摄录一体机、大屏幕电视等商业应用。用作空间光调制器的液晶光阀可用于投影系统及光计算应用。现有技术中固有的局限是由于必须在不适于作高质量电子材料的透明玻璃或石英基板上制造显示器。在体硅上制造显示器，尽管具有高晶体质量，但由于基板不透明不必要地将显示器限定为反射模式，无法应用于透射应用。集成利用薄膜晶体管(TFT)的驱动电路与液晶显示器的能力提高了可靠性，允许该技术应用于轻重的便携式应用。然而，到目前为止，显示器驱动电路的集成基本上局限在利用淀积于玻璃或石英基板上的非晶(α-Si)或多晶(p-Si)硅的薄膜晶体管技术。例如硅层与基板间的晶格和热失配等固有特性和用于α-Si和p-Si技术的低温淀积技术会造成硅层具有很差的电荷载流子迁移率和结晶缺陷。与体硅相比，这些局限直接导致了很差的电子器件性能和局限。对于集成显示系统来说，特别重要的一点是希望超高分辨率显示器和光阀应用具有较高的电路密度，以及显示驱动电路与芯片上有关信号处理电路的单片集成。与常规的超大规模集成(VLSI)处理相比，α-Si和p-Si材料的低特征(电和结晶学)质量造成了很低的制造成品率。要解决这个质量较差的非晶或多晶材料固有的问题，需要在每个像素中使用冗余电路元件，以确保α-Si和p-Si的充分功能显示。这种冗余需要图像单元(像素)尺寸相应地增大，因而妨碍了显示器和光阀变为超高分辨率的能力。附加的电路元件还会减小孔径比，即允许透射光的像素区比例，因而降低了显示器或光阀的亮度。另外，低载流子迁移率、低速度、低成品率的α-Si和p-Si材料与VLSI设计和制造技术不兼容，而VLSI设计和制造技术在其它情况下容易在芯片上集成视频驱动器、数字逻辑和其它计算机电路，可以为设计者提供更强的功能、更高的可靠性和改进的性能。现有技术试图利用新的结晶硅工艺在显示器上实现驱动电路，克服与α-Si和p-Si有关的材料问题。P.M.Zavracky等人的题为“LiquidCrystal Display Having Essentially Single Crystal Transistors Pixelsand Driving Circuits”的美国专利5206749教导了一种方法，其中电子器件制造在不透明的再结晶硅层上。这种绝缘材料上的硅是利用所谓的隔离硅外延(ISE)工艺制备的。然后，将显示电路剥离并转移到透明基板上。World Scientific(New Jersey)1990年第1卷，第448-451页的Liquid CrystalApplication and Uses的编辑B.Bahadur回顾了用于投影显示应用的有源矩阵显示器的技术状态。有源矩阵显示器采用一个或多个非线性电路元件，例如TFT或二极管，开关每个像素中的液晶电容器。关于这些应用讨论的材料中包括蓝宝石硅(SOS)。作者在第450页记载了已认识到的SOS局限，“尽管SOS器件具有驱动电流和速率等方面的优异性能，但它们具有对于有源矩阵显示应用来说太高的漏电流。”第451页的表16.3和附图说明图16.9进一步证明了这些局限，示出了SOS TFT器件的过大漏电流。过大的漏电造成了液晶电容器上电压的下降，在采用向列液晶的情况下，会导致取向的改变和灰度改变。已证明SOS的这些已知和已认识到的局限已是所属领域众所周知的，显然，所属领域的技术人员不会将SOS应用于采用向列液晶的有源矩阵显示器，不会引起显示器中照明度的不良变化。所以根据本专利技术的思想，已认识到所属领域一直需要一种单片集成有源矩阵显示器与其有关驱动和图像处理电路的电可寻址超高分辨率向列液晶显示器或光阀系统，及制造电可寻址超高分辨率液晶显示器的设备和方法，所说电可寻址超高分辨率液晶显示器可以包括形成于允许VLSI制造技术的超薄蓝宝石硅结构(UTSOS)上的向列或铁电液晶电容器，具有透明基板，采用高性能、低漏电电路元件(MOSFET)，允许整个显示器或光阀系统单片制造。专利技术概述本专利技术提供一种制造在蓝宝石硅结构上单片集成液晶阵列显示器与控制电路的方法，包括以下步骤a)在蓝宝石基板上形成外延硅层，从而形成蓝宝石硅结构；b)离子注入外延硅层；c)退火蓝宝石硅结构；d)氧化外延硅层，由部分外延硅层形成二氧化硅层，留下减薄的外延硅层；e)去掉所说二氧化硅层，暴露减薄的外延硅层；f)用减薄的外延硅层制造像素阵列，其中每个像素包括一个液晶电容器；g)由减薄的外延硅层制造工作上耦合成调节各像素的集成电路。减薄的外延硅支持在蓝宝石硅结构上制造用于控制像素工作的器件质量电路。可利用本专利技术制造的液晶电容器可以是铁电液晶电容器和向列液晶电容器。本专利技术还提供一种包括蓝宝石硅结构的液晶显示器。蓝宝石硅结构包括外延硅层，氧化该外延硅层可以由部分外延硅层形成二氧化硅层。从未被氧化物消耗的外延硅层上去掉二氧化硅层，从而留下减薄的外延硅层。本专利技术还包括形成于减薄的蓝宝石硅结构上的液晶电容器阵列和工作上耦合成调节液晶电容器的集成电路。所说集成电路由减薄的外延硅层形成。减薄的外延硅层是可以在蓝宝石硅结构上制造器件质量电路的重要特征。从以下包括权利要求书和各附图的介绍中可以更清楚本专利技术的其它优点。附图简介图1示意性示出了与有关电路单片集成于改进的UTSOS晶片上的向列液晶显示器。图2示出了单个图像单元(像素)的电示图。图3是单个像素的布局图。图4示意性示出了构成显示器的多个图像单元。图5A-5H示意性示出了向列液晶显示器及其相关电路的集成制造工艺。图6示出了单个像素的另一布局图。图7示意性示出了与相关电路单片集成于改进的UTSOS晶片上的铁电液晶显示器。图8示出了单个图像单元(像素)的电示图。图9是单个像素的布局图。图10示意性示出了构成显示构成显示器的多个图像单元。图11A-11H示意性示出了铁电液晶显示器及其相关电路的集成制造工艺，图11H等比例示意性示出了所制造的典型显示器。图12A和12B分别示出了用于铁电液晶的非手性和手性掺杂材料的例子。图13示出了改进的UTSOS晶片上的1000个像素×1000个像素有源矩阵铁电液晶显示器的等效电路。图14示出了铁电液晶显示器的每个像素中的晶体管元件的测量和模拟数据。图15示出了铁电液晶像素电路的电压瞬态变化。优选实施例参见图1，本专利技术要求与有关驱动电路和图像处理电子电路单片集成于改进的超薄蓝宝石硅(UTSOS)晶片11上的向列液晶显示器的显示系统10及制造该集成结构的方法。以下介绍将指出与现有技术相比本专利技术的突出特点和其优点。首先是基本构件图像单元(像素)的改进，然后是整个集成结构的改进，它们可以单独和结合在起显示出本专利技术的优点。因此，本专利技术提供的协同作用的组合对于现有技术来说是非显而易见的和具有显著进步的。从说明书和附图中可以更清楚这里所述的本专利技术优于现有技术的突出优点。这里所公开和所要求的创造性工艺的一个优点是能够在较薄的硅层(超薄蓝宝石硅或UTSOS)上制造器件和电路。电子器件和电路可按完全耗尽模式工作，不需要本体改进性能和设计。这里所公开和要求的专利技术的较薄结晶硅层对于投影应用来说也非常重要，是由于较薄的硅吸收很少光，器件的光诱生漏电流低。另外，这里所公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在蓝宝石硅结构上制造单片集成铁电液晶阵列显示器和控制电路的方法，包括以下步骤： ａ）在蓝宝石基板上形成外延硅层，从而形成蓝宝石硅结构； ｂ）离子注入所说外延硅层； ｃ）退火蓝宝石硅结构； ｄ）氧化外延硅层，由部分外延硅层形成二氧化硅层，留下减薄的外延硅层； ｅ）去掉所说二氧化硅层，暴露减薄的外延硅层； ｆ）用减薄的外延硅层制造像素阵列，其中每个像素包括一个铁电液晶电容器； ｇ）由减薄的外延硅层制造工作上耦合成调节各像素的集成电路。

【技术特征摘要】
US 1998-3-25 09/047,8131.一种在蓝宝石硅结构上制造单片集成铁电液晶阵列显示器和控制电路的方法，包括以下步骤a)在蓝宝石基板上形成外延硅层，从而形成蓝宝石硅结构；b)离子注入所说外延硅层；c)退火蓝宝石硅结构；d)氧化外延硅层，由部分外延硅层形成二氧化硅层，留下减薄的外延硅层；e)去掉所说二氧化硅层，暴露减薄的外延硅层；f)用减薄的外延硅层制造像素阵列，其中每个像素包括一个铁电液晶电容器；g)由减薄的外延硅层制造工作上耦合成调节各像素的集成电路。2.根据权利要求1的方法，其中步骤b)包括向所说外延硅层注入硅离子。3.根据权利要求1的方法，其中所说减薄的外延硅层具有不大于约100nm的均匀厚度。4.根据权利要求1的方法，其中所说像素每个都包括非线性电路元件。5.根据权利要求1的方法，其中所说像素每个都包括一个耦合到所说铁电液晶电容器的晶体管。6.根据权利要求5的方法，其中所说晶体管具有漏电流IL，IL≤1pA/w，w表示所说晶体管的宽度微米数。7.根据权利要求1的方法，其中所说集成电路分别调节每个像素。8.根据权利要求1的方法，还包括在所说蓝宝石硅结构上制造偏振器。9.根据权利要求8的方法，还包括在所说蓝宝石硅结构上形成滤光器。10.根据权利要求1的方法，还包括使光透过所说像素阵列。11.根据权利要求2的方法，包括以下步骤以约1014cm-2的剂量，以约185keV的能量，在约-20℃的温度下，注入所说硅离子；将所说蓝宝石硅结构放入温度约为550℃的氮气氛中约30分钟；升高所说氮气氛的温度，其中所说蓝宝石硅结构经过从约550℃到约900℃的升温过程约1小时；在900℃的温度下，在所说氮气氛中退火所说蓝宝石硅结构约1小时；及在温度约为1000℃的氧气氛中，氧化所说外延硅层。12.一种在蓝宝石硅结构上制造单片集成液晶阵列显示器和控制电路的方法，包括以下步骤a)在蓝宝石基板上形成外延硅层，从而形成蓝宝石硅结构；b)以约1014cm-2的剂量，以约185keV的能量，在约-20℃的温度下，向所说外延硅层离子注入硅离子；c)将所说蓝宝石硅结构放入温度约为550℃的氮气氛中约30分钟；d)升高所说氮气氛的温度，其中所说蓝宝石硅结构经过从约550℃到约900℃的升温过程约1小时；e)在900℃的温度下，在所说氮气氛中退火所说蓝宝石硅结构约1小时；f)在温度约为1000℃的氧气氛中，氧化所说外延硅层，由部分所说外延硅层形成二氧化硅层，留下减薄的外延硅层；g)去掉所说二氧化硅层，暴露所说减薄的外延硅层；h)用所说减薄的外延硅层制造像素阵列，其中每个所说像素包括一个液晶电容器；及i)由所说减薄的外延硅层制造工作上耦合成调节所说各像素的集成电路。13.根据权利要求12的方法，其中所说减薄的外延硅层具有不大于约100nm的均匀厚度。14.根据权利要求12的方法，其中所说像素每个都包括非线性电路元件。15.根据权利要求12的方法，其中每个像素都包括一个晶体管，所说液晶电容器是与所说晶体管耦合的铁电液晶电容器。16.根据权利要求12的方法，其中每个像素都包括一个晶体管，所说液晶电容器是向列液晶电容器。17.根据权利要求16的方法，其中所说晶体管具有漏电流IL，IL≤1pA/w，w表示所说晶体管的宽度微米数。18.根据权利要求12的方法，其中所说集成电路分别调节每个像素。19....

【专利技术属性】
技术研发人员：兰迪L希马布库罗，斯蒂芬D拉塞尔，布鲁斯W奥福德，
申请(专利权)人：兰迪L希马布库罗，斯蒂芬D拉塞尔，布鲁斯W奥福德，
类型：发明
国别省市：US[美国]