专利名称：蓝宝石硅上的超高分辨率液晶显示器的利记博彩app
发明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
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。
所以根据本发明的思想，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。
发明概述本发明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。可利用本发明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。
本发明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。本发明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发明的其它优点。
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，本发明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发明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发明的优点。因此，本发明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发明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发明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，这里所公开和要求的发明的超薄硅层可以确保比类似尺寸的体硅或ISE硅层降低的载流子寿命和减小的光诱生漏电。另外，根据这里所公开和所要求的发明的蓝宝石的热传导性远高于现有技术预见的玻璃、石英或环氧，因此，这里所公开和所要求的发明饱和区的电流不会下降，没有称作自热的现象。本发明提供一种液晶阵列显示器，利用铁电液晶(FLC)避免了SOS器件中固有的漏电问题。由于驱动这些双稳态FLC材料的电路结构，SOS电路中没有严格的低漏电需要。本发明的另一实施例改进了SOS电路元件的器件性能和像素结构，所以由于避免了使用双稳态FLC的要求，常规的向列液晶可用于高密度显示的集成。
图1示意性示出了具有与有关电路14和16单片集成于改进的UTSOS晶片上的俯视向列液晶显示器12的显示系统10。显示器或光阀系统10中的显示区12具有图像单元(像素)阵列，用于显示或投影图像。在优选实施例中，介绍了1000个像素×1000个像素的背光显示器或投影光阀，然而，可以也制造超过HDTV的超高分辨率显示器(例如EWS)。在显示区的外围，与像素阵列电连接的是显示驱动电路14，用于给像素的显示行和列提供合适的电压，以便寻址各像素进行图像显示。这种位置和互连允许显示器或光阀的充分电寻址和提高了可靠性和性能的单片集成。
显示驱动电路14采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术，并利用这些的教导制造于改进的UTSOS晶片上。根据手边工作的需要，还可以在显示器的外围区集成附加的VLSI信号处理、缓冲、数据压缩电路16等。还提供用于从芯片(晶片)外接点17将数据(图像)信号传输到单片集成晶片的装置，例如合适的引线、连接器和波导18等，从而完成显示器或光阀系统。如果需要还可以实施无限通信。无限通信包括任何形成的信息电磁输入或输出，包括但不限于射频(RF)、微波和光数据联系。
图2示出了单个图像单元或像素20的电路图。本发明中，像素包括一个非线性电路元件22，这种情况下是MOSFET，和一个向列液晶电容器24。金属列线26和多晶硅化物行线28适当地连接成偏置MOSFET，以改变电容器中向列液晶上的电压，从而得到希望的灰度。
实际上，由于现有技术的，不采用一个非线性元件(TFT、MOSFET或二极管等)，需要具有冗余电路以提供满意的成品率。改进的UTSOS材料提供一种单晶硅材料，利用其可以制造高可靠的MOSFET，避免对冗余电路的需要。所以与现有技术相比每个像素单元的实际尺寸极大减小，因而显著提高了显示密度和亮度。另外，可以在UTSOS硅层上制造小非线性电路元件(MOSFET)，由于改进的单晶结构，所以可以得到与较大TFT相同的输出电流特性，因而可以提高像素的可测量性和孔径比。
另外。现有技术还已证明由于高漏电，蓝宝石硅(SOS)上的光阀或显示应用不能采用向列液晶。需要对器件结构和器件设计进行改进，以便可以使向列液晶与UTSOS技术一起使用。根据本发明的思想，为了阻止来自每个像素的MOSFET的漏电，以便在向列液晶电容器处几乎不或不损失电压和相应的灰度(或颜色)，对器件的改进涉及采用厚栅氧化层、设计为利用单或双轻掺杂漏(LDD和DLDD)的漏、掺杂的边缘、无边界器件或器件隔离的硅局部氧化(LOCOS)的组合。较厚的氧化层可以禁止驱动MOSFET中电荷漏电的潜在路径。氧化层厚度增大到大于250埃还可用于希望的漏电减小。采用LDD或DLDD可以通过减少漏处的电场使撞击电离最少。这也可以用于希望的漏电减小。掺杂的边缘和LOCOS隔离可以防止来自器件边缘外围的漏电。或者，可以引进无边界器件，将漏电减小到令人满意的程度。令人满意的程度限定为漏电流低于1pA/μm。例如，在栅宽为1微米的MOSFET时，对于令人满足的性能来说，必须具有等于或低于1pA的漏电流。根据这里公开的工艺在UTSOS上制造的栅宽为1微米的MOSFET，可以满足这些要求。
图3详细示出了根据本发明的单个像素200的布局。示出的电容器结构240的总面积小于53平方微米，而MOSFET 220覆盖少于70平方微米的面积。2微米宽的多晶硅化物栅线280电连接MOSFET的栅结构226，以便根据需要导通或截止晶体管。2微米宽的金属数据线260电连接MOSFET的源222，而MOSFET的漏224电连接向列液晶电容器结构240。用两个微米的接触孔230将这些结构电连接在一起。向列液晶电容器结构240含有向列液晶材料(图中未示出)，所说向列液晶材料响应于加在随后形成于结构的薄层间的电容结构上的电压可变地转换。
一般说，整个像素200的大小形成为12微米乘12微米，具有37％的孔径经。例示的尺寸可以是尺寸A和B等于12.0微米，尺寸C、D和E等于2.0微米，尺寸F和G等于3.6微米，尺寸H等于8.8微米，尺寸I等于5.8微米，尺寸J等于5.2微米，尺寸K和L等于0.6微米。这种实用的简化结构的优点在于对于手边工作来说结构的容易测量性。表Ⅱ示出了改变像素尺寸对孔径比的影响，这是选择或使显示亮度和分辨率最大所需要的。对于投影显示应用来说，希望孔径比大于0.70，以便提高投影图像的亮度。利用所公开的技术容易实现这种大孔径比，表现出优于透射显器示或光阀的现有技术的主要优点。
表Ⅲ示出了Takafuji等人在1993 SID International SymposiumDigest of Technical Papers第24卷，第383-386页(1993)中的题为“A 1.9 in.1.5Mpixel Driver Fully-Integrated Poly-Si TFT-LCD forHDTV Projection”的文章中，和Ohshima等人在1993 SIDInternational Symposium Digest of Technical Papers第24卷，第387-390页(1993)中的题为“Fully-Color LCD’s with CompletelyIntegrated Drivers Utilizing Low-Temperature Poly-Si TFT”的论文中报道的利用现有多晶硅TFT技术的典型显示器的孔径比和像素尺寸。由于允许采用较小像素MOSFET的UTSOS器件的较高驱动电流缘故，UTSOS具有相当高的孔径比。
图4示意性示出了构成显示器(或光阀)120的多个图像单元。在该实施例中，一百万个像素排列成1000×1000阵列122，行驱动电路124和列驱动电路126与阵列的各像素电连接。行和列驱动电路功能上与现有技术的类似，只是高速移位寄存器可以利用改进的UTSOS材料制造，以便将数据快速锁定到显示器或光阀上。这要求利用更高性能的UTSOS器件，以便消除来自用于控制向列液晶材料的像素MOSFET的漏电。高速UTSOS器件可用于像素阵列的快速刷新，以防止尺寸调节了的显示器的灰度(颜色)损失。
高性能UTSOS电子电路、低漏电UTSOS MOSFET和向列液晶的适当结合所产生的协同作用优点包括时间多路复用(timemultiplex)液晶电容器的开/关状态。结果，除利用中间电压的标准灰度外，可以在标准“开/白”或“关/黑”状态间产生明显的“灰”或中间照明度。高速工作的单片集成的高能性UTSOS电路可以提供比用TFT或甚至用于单色显示应用的体硅技术获得的更宽的灰度范围。
利用高性能的UTSOS电路提供的另一突出特点是利用本发明提供的高速时间多复用系统的多色显示器所提供的改进。在某些应用中，三个(或更多)相邻像素可以功能上耦合，以便利用红、绿和蓝色染料或滤色器产生彩色图像。利用高性能的UTSOS电路的主要突出优点在于能够通过单个像素时间多路复用彩色信号。这可以通过例如旋转合适的滤色器插在白光源间的色轮，或通过开关用于这里所介绍的带有相关电路的单片集成的显示器或光阀即图1中的显示系统10的照明的彩色激光源，加一系列红、绿和蓝光(根据原色的照明度标准)完成。
时间多路复用的显示器/光阀与合适定时和相位的三色光源的适当结合，消除了在显示器/光阀上安装滤色器的需要，因而降低了制造成本，提高了亮度。本发明还将显示多色图像需要的像素数减少(至少)三倍。由于改进的UTSOS材料提供的优异像素布局实现的尺寸减小，可以实现显示器或光阀的基本尺寸减小和简化。累积的优点是能够制造超高分辨率显示器和光阀，并能提高显示器或光阀的有效阵列面积。
应注意，利用UTSOS和这里所公开的教导可以实现对现有技术的主要改进。由于吸收入射光的截面小，所以超薄硅层耐光诱发的漏电。与现有技术比较，小截面产生了少光生电荷载流子。该特点允许用比现有技术更亮的光源照明。该特点及其附加的优点可应用于透射和反射模式显示器/光阀。或许会忽视的突出优点在于对所照明光的不敏感性允许较大孔径比设计，如果需要可以去掉保护光(掩蔽)层。超薄单晶硅层的厚度可以为100nm或更薄。
图5A-5H示意性示出了用于向列液晶显示器或光阀及其有关电路的集成制造工艺。利用UTSOS制造超高分辨率显示器或光阀系统的一般方法允许显示器及所有有关电子电路同时单片制造，如图1所示。
为清楚和展示的目的，只示出最简单的图像单元或像素，包括一个非线性电路元件、一个低漏电MOSFET和一个向列液晶电容器。在以下详细介绍各工艺步骤时，可以利用适当设计的光刻掩模，构成这样的多个像素，并将它们与驱动和图像处理电路互连。
起始材料是晶片形式的蓝宝石(Al2O3)基板30，基板上可以有器件质量硅薄层40，见图5A。得到这样晶片的一种方法是通过热分解硅烷和随后的离子注入及固相再生长技术，外延淀积硅。该方法利用将28Si原子离子注入(剂量为1014cm-2，能量为185keV)到硅-蓝宝石界面的近界面区，同时晶片的温度保持在-20℃。可以离子注入质量约为28Si的质量的任何离子，同时基本上不改变其余的工艺参数。通过适当地改变注入参数，也可以使用质量明显不同的物质，例如锡(Sn)、锗(Ge)或碳(C)离子或配合物。然后适当地去掉多余的硅。在550℃放置约30分钟，并用1小时时间从550℃直线升高到900℃后，在氮气中，在900℃下热退火硅1小时。然后，在1000℃氧化硅，消耗部分硅层。然后腐蚀氧化物，留下厚度减小的硅层。可以重复氧化和腐蚀工艺，在蓝宝石上得到厚度小于100nm的硅层(标称值为30-100nm)，即超薄单晶器件质量硅。该起始材料构成优于现有技术的光、机械、电和热方面优点的基础。具体说，源于利用蓝宝石上的硅的厚小于100nm的硅膜而不是如现有技术所教导的厚膜(大于100nm)制造显示器的突出特点是对吸收性(即提高的亮度)、耐热性和寄生光激发载流子等方面的改进。
接着，在薄膜硅层上，在每个像素中制造一个非线性电路元件，MOSFET。在优选实施例中，像素MOSFET的宽度形成为实现希望的低漏电，以便利用向列液晶得到令人满意的灰度。同时，利用合适设计的光刻掩模，制造多个MOSFET和相关电路元件，构成相关电路。采用作为MOSFET的常规自对准薄膜晶体管制造工艺的改进的一系列制造步骤。所说一系列步骤包括构图薄膜硅层的第一部分(利用光刻和腐蚀技术)，通过在升高的温度下将晶片暴露于氧气氛生长栅氧化层，利用化学汽相淀积(CVD)淀积多晶硅(即多晶硅)，淀积期间现场掺杂多晶硅，利用高温掺杂剂从所淀积的玻璃注入掺杂剂离子或扩散，构图多晶硅(利用与上述所用类似的光刻和腐蚀技术)，通过离子注入和在升高的温度下退火，选择性掺杂MOSFET的源和漏区，淀积并构图氧化层，形成侧壁氧化层，于是形成图5B所示的自对准结构。掺杂的多晶硅是构成栅极的导电材料。该MOSFET结构含有栅氧化层41、源区42、漏区44、沟道区45。栅极46和侧壁氧化层47。
在该阶段，如果需要，可以利用硅化技术形成改进的接触。这包括淀积例如钛等合适的金属，并快速热退火晶片，在金属与多晶硅和栅极接触的区域(MOSFET的源和漏区)形成低电阻率金属硅化物。不与多晶硅和栅极接触的金属不反应，随后从晶片上腐蚀掉。该工艺后利用CVD继续淀积钝化氧化层50，并在氧化层中构图接触孔55(利用与上述相同的方法)，以便接触源区42、漏区44和栅区(通过栅极46)，见图5C。
淀积并构图互连金属，然后得到图5D所示的结构。互连金属自己可以是多步骤工艺的产物。例如，可以淀积铝合金(99％Al∶1％Si)，并针对包括源接触60a、栅接触60b和与硅MOSFET的互连及相关器件和电路的所有接触构图。然后，淀积例如氧化铟锡(ITO)等透明导电材料，并构图成也延伸作为透明向列液晶电容器接触或将介绍的向列液晶电容器的电极62的透明漏接触62a，(互连金属也形成MOSFET到像素电极62的输出电极)。在显示系统10按透射模式使用时，需要透明向列液晶电容器电极62。然而，对于反射模式显示器或光阀系统，在其构成系统的背反射器时，该向列液晶电容器电极可以是不透明的金属(例如Al或99％Al∶1％Si)。该实施例中，适当地改变向列液晶电容器电极间的空间，以便在液晶介质中容纳希望的路径长度。调节电容器电极的该空间在液晶显示器技术中是实用的。
在工艺的此阶段，制造完成了单片集成电路和每个像素中的MOSFET，如果需要，在某些应用中，可以用附加钝化、屏蔽或平面化层覆盖之。如果需要，还可以用透明金属对电极72覆盖相应的透明基板70例如蓝宝石、石英、熔融硅砂或玻璃，并适当地构图，见图5E。该对电极一般是整个像素阵列公用。参见图5F，如果需要，例如通过在对电极(或者在带有电路的基板上)附着滤色器或引入着色染料等，可以包括用于彩色显示的装置73。然后，如果需要，在像素电极上形成校准层80。这可以通过淀积聚酰亚胺薄层实现，然后机械磨擦，得到液晶介质的优选取向。形成校准层的工艺是液晶领域公知的，通过该制造工艺，容易允许偏差。
例如利用玻璃纤维隔垫棒或珠81等，提供适当间隔每个像素电极62与对电极72的装置，见图5H，如现有技术那样。该间隔装置一般设于芯片的外围。最后的组件需要在各基板合适预定部分适当地结合基板30与基板70，形成腔82，用希望的液晶材料90真空填充该腔，并气密密封或堵塞该腔，如平头塞96所示，应理解，这种结构只用于展示，见图5G和5H。与本发明相关领域的技术人可以获得合适的塞结构和实现该结构的技术。用于填充所说腔的向列液晶材料是所属领域实际应用的任何材料。在正面和背面固定适当地取向的偏振器95，完成单片显示系统的制造，参见图5H的局部切割的平面图，该图示出了显示形式排列的多个像素。
上述显示器可用于例如头戴式系统等直接观看应用或作为摄录一体机的取景器。关于投影系统，该阵列可用作光阀。可以在开关晶体管上制造光阻挡层或阻挡光的其它装置，以屏蔽晶体管与多数光，从而减少光诱生漏电流。然而，如果手边工作不需要高亮度图像，则可以取消之。利用这里的教导可以容易制造透射和反射模式显示器或光阀，并且如上所述，它们可以适应特定的手边工作。
上述教导将本发明具体为背光或投影显示器，光99从显示器的一侧来。显示区为利用与HDTV和其它超高分辨率显示器(1000×1000像素或更多)兼容的阵列形式的多个像素的有源矩阵显示器。每个像素使用一个利用UTSOS制造的MOSFET作为非线性元件和利用MOSFET开关的相邻向列液晶电容器。使用时间多路复用系统得到彩色信号或附加的灰度，可以利用UTSOS器件的高速性能驱动非常大显示器，开发出高速液晶的未来先进性。可以根据本发明的思想在超薄单晶SOS上制造小尺寸可靠的MOSFET，可以消除对冗余非线性元件的需要，因而可以减小像素尺寸，进而增大显示亮度。注意图1，行和列驱动器14集成在UTSOS晶片11上与显示区12相邻，以便寻址显示区中的源和栅部分。这些驱动器由随后将信号电压锁定到合适选择的像素上的移位寄存器构成。移位寄存器的设计和结构已是电路设计领域的技术人员公知的，然而，由于消除了器件与基板间的寄生电容，所以UTSOS的优点提供了非常高的速度性能。芯片上(晶片上)可以单片包括附加VLSI电路，以便例如在使用带外部时间信号多路复用系统的彩色设计时，控制驱动和同步/定时的外部元件。由于高质量材料和采用UTSOS的高速器件的缘故，这是可能的。
尽管这里所公开的教导提供了漏电流等于或小于利用向列液晶的有源矩阵工作要求的标准1pA/微米，但可以预见，这所公开的教导可应用于无源显示器与它们的相关信号处理或有源寻址电路的集成。这里所介绍的本发明的替代实施例可以在像素中使用薄膜电容器，存储电荷，并减轻从向列液晶电容器电荷漏电的效应。利用微电子制造中需要的且实际的附加淀积、构图和金属化步骤，可以将该薄膜电容器与上述制造工艺合为一。参见图6所示的示意像素布局。
图6具体示出了根据本发明的一个像素200’的布局。示出的电容器结构240’的总面积小于53平方微米，而MOSFET 220’覆盖少于70平方微米的面积。2微米宽的多晶硅化物栅线280’电连接MOSFET的栅结构226’，以便根据需要导通或截止晶体管，2微米宽的金属数据线260电连接MOSFET的源222’，而MOSFET的漏224’电连接向列液晶电容器结构240’。用两个微米的接触孔230’将这些结构电连接在一起。向列液晶电容器结构240’含有向列液晶材料(图中未示出)，该向列液晶材料响应于加在随后形成于结构的薄层间的电容结构上的电压可变地转换。该像素结构改型在有源矩阵阵列的每个像素中采用了附加的薄膜电容器290’。该薄膜电容器用于存储大量电荷，以便即便有源矩阵中的非线性电元件(MOSFET)泄漏电荷时，也能保持向列液晶电容器的灰度或(颜色)。该存储电容器设计成具有高电容，但尺寸上没有限制，因而对显示器或光阀的孔径比产生不利用影响。该设计中，薄膜存储电容器的大小为8.8微米×2微米。存储电容器可使用例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等高介质材料、例如钛酸锶钡(BST)等陶瓷铁电体。该优点采用了高速向列液晶材料的未来先进性。注意，图6所示的MOSFET 220’的宽度为3微米。这是一个较大尺寸，相应地比图3的MOSFET具有更大的电泄漏(与器件宽度成正比)。利用图7中的薄膜电容器290’提供的改进像素结构允许在手边的工作希望较宽MOSFET提供高驱动电流时进行设计改进，但一种改进必须是减少向列液晶应用的漏电。
本发明提供透明基板和类体硅单晶器件质量半导体材料用于高密度电路的制造。除通过单片集成包括视频驱动器、模-数转换器、数字逻辑等VLSI电路增强显示系统功能外，由于较少的接点和布线键合，所以可靠性提高。可以实现较高制造成品率，降低系统成本。使用这里所介绍的CMOS技术，也可以提供对于靠电池工作的显示系统来说重要的低功耗。另外，UTSOS构成的高速电子装置可适应不断追求更快开关和容易利用的液晶化学的未来先进性。根据本发明的思想，芯片上接收的电信号电压在单片相邻的利用UTSOS制造的低漏电VLSI电路中经过数据压缩和相关的图形处理，并与向列液晶材料匹配，用于通过各组合技术的协同作用得到最佳性能，从而产生利用现有显示技术无法得到的突出优点。
参见图7，所公开的发明要求与相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’上的铁电液晶(FLC)显示器构成的显示系统10’及制造该集成结构的方法。以下的介绍指出了本发明与现有技术教导相比的突出特点和其优点。从基本构件图像单元(像素)的改进开始，直至充分改进集成结构，将单独和结合显示本发明的优点。因此，表明我们的教导的协同用作组合与现有技术相比是非显然的和相当先进的。从以下说明书和附图中可以更清楚这里所介绍的发明优于现有技术的突出优点。这里所公开和所要求的发明工艺的一个优点是允许利用较薄硅层(超薄蓝宝石硅或UTSOS)制造器件和电路。利用该较薄硅层制造的电子器件和电路可以完全按耗尽模式工作，不需要本体改进性能和设计。这里所公开和要求的发明的较薄结晶硅层对于投影应用来说是重要的，是由于较薄硅可以吸收较少光，器件可以具有较低光诱生漏电流。另外，这里所公开和要求的发明的超薄硅层可以确保比体硅或ISE硅层降低的载充子寿命和减小的光诱生漏电。另外，根据这里所公开和所要求的发明的蓝宝石的热传导性远高于现有技术预见的玻璃、石英或环氧，因此，这里所公开和所要求的发明饱和区的电流不会下降，没有称作自热的现象。
图7示意性示出了显示系统10’，该系统具有与相关电路单片集成于改进的UTSOS晶片11’上的俯视铁电液晶显示器。显示系统10’的显示区12’具有图像单元(像素)阵列，用于显示图像。在优选实施例中，介绍了1000个像素×1000个像素的背光显示器，然而，可以也制造超过HDTV的超高分辨率显示器。在显示区的外围，与像素阵列电连接的是显示驱动电路14’，用于给像素的显示行和列提供合适的电压，以便寻址各像素进行图像显示。
显示驱动电路14’采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术，并利用这里的教导制造于改进的UTSOS晶片上。根据手边工作的需要，还可以在显示器的外围区集成附加的VLSI信号处理、缓冲、数据压缩电路16’等。还提供用于从芯片(晶片)外接点17’将数据(图像)信号传输到单片集成晶片的装置，例如合适的引线、连接器和波导18等，从而完成所说显示系统。如果需要还可以实施无限通信。无限通信包括任何形成的信息电磁输入或输出，包括但不限于射频(RF)、微波和光数据联系。
图8示出了单个图像单元或像素20’的电路图。本发明中，像素包括一个非线性电路元件22’，这种情况下是MOSFET，和一个铁电液晶电容器24’。金属列线26’和多晶硅化物行线28’适当地连接成偏置MOSFET，以转换电容器中铁电液晶的状态。尽管图8的电路图是示意性等效于现有技术，但实际上，由于现有技术的需要，不用一个非线性元件(TFT、MOSFET、二极管等)，具有冗余电路以提供令人满意制造成品率。改进的UTSOS材料提供一种单晶硅材料，利用该材料可以制造高可靠的MOSFET，避免了对冗余的需要。与现有技术相比，这种能力使得每个像素单元的实际尺寸可以减小，于是显示密度和亮度可以显著提高。
图9具体示出了根据本发明的一个像素200”的布局。示出的电容器结构240”的总面积小于53平方微米，而MOSFET 220”覆盖少于70平方微米的面积。2微米宽的多晶硅化物栅线280”电连接MOSFET的栅结构226”，以便根据需要导通或截止晶体管，2微米宽的金属数据线260”电连接MOSFET的源222”，而MOSFET的漏224”电连接向列液晶电容器结构240”。用两个微米的接触孔230”将这些结构电连接在一起。铁电液晶电容器结构240”含有铁电液晶材料(图中未示出)，该铁电液晶材料响应于加在随后形成于结构的薄层间的电容结构上的电压可变地转换。
一般说，整个像素200”的大小形成为12微米乘12微米，具有37％的孔径比。例示的尺寸可以是尺寸A”和B”等于12.0微米，尺寸C”、D”和E”等于2.0微米，尺寸F”和G”等于3.6微米，尺寸H”等于8.8微米，尺寸I”等于5.8微米，尺寸J”等于5.2微米，尺寸K”和L”等于0.6微米。这种实用的简化结构的优点在于对于手边工作来说结构的容易测量性。表Ⅱ’示出了改变像素尺寸对孔径比的影响，这是选择或使显示亮度最大所需要的。
表Ⅲ’示出了Takafuji等人在1993 SID InternationalSymposium Digest of Technical Papers第24卷，第383-386页(1993)中的题为“A 1.9 in.1.5Mpixel Driver Fully-Integrated Poly-SiTFT-LCD for HDTV Projection”的文章中，和Ohshima等人在1993SID International Symposium Digest of Technical Papers第24卷，第387-390页(1993)中的题为“Fully-Color LCD’s with CompletelyIntegrated Drivers Utilizing Low-Temperature Poly-Si TFT”的论文中报道的利用现有多晶硅TFT技术的典型显示器的孔径比和像素尺寸。由于允许采用较小像素MOSFET的UTSOS器件的较高驱动电流缘故，UTSOS具有相当高的孔径比。
图10示意性示出了构成显示器120’的多个图像单元。在该实施例中，一百万个像素排列成1000×1000阵列122’，行驱动电路124’和列驱动电路126’与阵列的各像素电连接。行和列驱动电路功能上与现有技术的类似，只是高速移位寄存器可以利用改进的UTSOS材料制造，以便将数据快速锁定到显示器上。这要求最好是利用高开关速度铁电液晶材料的UTSOS器件(与扭曲向列相反)，现有技术没有建议这样做。
高性能UTSOS电子电路、和铁电液晶的适当结合所产生的协同作用优点包括能够时间多路复用铁电液晶电容器的开/关状态。结果，可以在标准双稳态“开/白”或“关/黑”状态间产生明显的“灰”或中间照明度。高速工作的单片集成的高能性UTSOS电路可以提供比用TFT或甚至用于单色显示应用的体硅技术获得的更宽的灰度范围。
另外，单片集成的高性能UTSOS电路的FLC双稳态(数字)开关避免了利用向列液晶的有源矩阵显示器的问题。利用向列液晶，在截止态或通过非线性电路元件的反偏漏电导致向列液局部旋转，引起灰度不希望的改变。由于只有超过完全转换的阈值的大漏电会通过FLC像素影响照明度，所以器件漏电对FLC只有很小的影响。
高开关速度的铁电液晶和高性能UTSOS电路所提供的另一突出特点是利用本发明提供的高速时间多路复用系统的多色显示器提供的改进。这些应用中，三个(或更多)相邻像素可以功能上耦合在一起，利用红、绿和蓝色染料或滤色器产生彩色图像。利用高开关速度铁电液晶和高性能UTSOS电路提供的主要协同作用优点在于通过一个像素时间多路复用彩色信号的能力。这可以通过例如旋转滤色器插在用于背侧照明的白光源和这里所介绍的带有相关电路的单片集成的显示器即图7中的显示系统10’间的合适色轮，加一系列红、绿和蓝光(根据原色的照明度标准)完成。因此本发明可以使显示多色图形需要的像素数减少(至少)三倍。由于改进的UTSOS材料提供的优异像素布局实现的尺寸减小，可以实现显示器的基本尺寸减小和简化。累积的优点是能够制造超高分辨率显示器，并能提高显示器的有效阵列面积。
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。利用UTSOS制造超高分辨率显示系统的一般方法允许显示器及所有有关电子电路同时单片制造，如图7所示。
为清楚和展示的目的，只示出最简单的图像单元或像素，包括一个非线性电路元件MOSFET和一个铁电液晶电容器。在以下详细介绍各工艺步骤时，可以利用适当设计的光刻掩模，构成这样的多个像素，并将它们与驱动和图像处理电路互连。
起始材料是晶片形式的蓝宝石(Al2O3)基板，基板上可以有器件质量硅薄层40’，见图11A。得到这样晶片的一种方法是通过热分解硅烷和随后的离子注入及固相再生长技术，外延淀积硅。该方法利用将28Si原子离子注入(剂量为1014cm-2，能量为185keV)到硅-蓝宝石界面的近界面区，同时晶片的温度保持在-20℃。在550℃放置约30分钟，然后温度从550℃直线高到900℃后，在氮气中，在900℃下热退火硅1小时。然后，在1000℃氧化硅，消耗部分硅层。然后腐蚀氧化物，留下厚度减小的硅层。可以重复氧化和腐蚀工艺，在蓝宝石上得到厚度标称为30-100nm的硅层，即薄膜器件质量硅层。该起始材料构成优于现有技术的光、机械、电和热方面优点的基础。具体说，源于利用蓝宝石上的硅的厚度为30nm-100nm的硅膜而不是如现有技术所教导的厚膜(大于100nm)制造显示器的突出特点是对吸收性(即提高的亮度)、耐热性和寄生光激发载流子等方面的改进。
接着，在薄膜硅层上，在每个像素中制造一个非线性电路元件，MOSFET。同时，利用合适设计的光刻掩模，制造多个MOSFET和相关电路元件，构成相关电路。采用作为MOSFET的常规自对准薄膜晶体管制造工艺的改进的一系列制造步骤。所说一系列步骤包括构图薄膜硅层的第一部分(利用光刻和腐蚀技术)，通过在升高的温度下将晶片暴露于氧气氛生长栅氧化层，利用化学汽相淀积(CVD)淀积多晶硅(即多晶硅)，淀积期间现场掺杂多晶硅，利用高温掺杂剂从所淀积的玻璃注入掺杂剂离子或扩散，构图多晶硅(利用与上述所用类似的光刻和腐蚀技术)，通过离子注入和在升高的温度下退火，选择性掺杂MOSFET的源和漏区，淀积并构图氧化层，形成侧壁氧化层，于是形成图11B所示的自对准结构。掺杂的多晶硅是构成栅极的导电材料。该MOSFET结构含有栅氧化层41’、源区42’、漏区44’、沟道区45’、栅极46’和侧壁氧化层47’。
在该阶段，如果需要，可以利用硅化技术形成改进的接触。这包括淀积例如钛等合适的金属，并快速热退火晶片，在金属与多晶硅和栅极接触的区域(MOSFET的源和漏区)形成低电阻率金属硅化物。不与多晶硅和栅极接触的金属不反应，随后从晶片上腐蚀掉。
该工艺后利用CVD继续淀积钝化氧化层50’，并在氧化层中构图接触孔55’(利用与上述相同的方法)，以便接触源区42’、漏区44’和栅区(通过栅极46’)，见图11C。淀积并构图互连金属，然后得到图11D所示的结构。互连金属自己可以是多步骤工艺的产物。例如，可以淀积铝合金(99％Al∶1％Si)，并针对包括源接触60a’、栅接触60b’和与硅MOSFET的互连及相关器件和电路的所有接触构图。然后，淀积例如氧化铟锡(ITO)等透明导电材料，并构图成也延伸作为透明铁电液晶电容器接触或将介绍的铁电液晶电容器的电极62’的透明漏接触62a’，(互连金属也形成MOSFET到像素电极62’的输出电极)。在工艺的该阶段，完成了单片集成电路和每个像素中的MOSFET的制造，如果需要，在某些应用中，可以用附加钝化、屏蔽或平面化层覆盖之。如果需要，还可以用透明金属对电极72’覆盖相应的透明基板70’，例如蓝宝石、石英、熔融硅砂或玻璃，并适当地构图，见图11E。该对电极一般是整个像素阵列公用。注意图11F，如果需要，例如通过在对电极上附着滤色器或引入着色染料等，可以包括用于彩色显示的装置73’。然而，在优选实施例中，如上所述，为显示器提供彩色，允许超高像素密度。然后，如果需要，在像素电极上形成校准层80’，这可以通过淀积聚酰亚胺薄层实现，然后机械磨擦，得到优选取向。形成校准层的工艺是液晶领域公知的，通过该制造工艺，容易允许偏差。
见图11H，例如利用玻璃纤维隔垫棒或珠81’等，提供适当间隔每个像素电极62’与对电极72’的装置，如现有技术那样。该间隔装置一般设于芯片的外围。最后的组件需要在各基板合适预定部分适当地结合基板30’与基板70’，形成腔82’，用希望的液晶材料90’真空填充该腔，并气密密封或堵塞该腔，如平头塞96’所示。应理解，这种结构只用于展示，见图11G。与本发明相关领域的技术人员可以获得合适的塞结构和实现该结构的技术。
用于填充所说腔的铁电液晶材料是利用非手性(即非手性)近晶C*化合物作为基本材料的一般混合物。非手性材料的例子包括苯甲酸苯酯、苯基嘧啶化合物和其它双环化合物。也可以用例如环己烷腈(cyclohexane carbonitrile)衍生物和苯基噻重氮(phenyl-thiadiazols)等三环化合物。图12A示出了现有技术用于FLC混合物的某些非手性化合物，它们与这里所介绍的发明兼容。图12B示出了用于现有技术的FLC混合物的某些手性掺杂剂化合物，它们也与这里介绍的发明兼容。
在正面和背面固定适当地取向的偏振器95’，完成单片显示系统的制造，参见图11H的局部切割的平面图，该图示出了显示器形式排列的多个像素。
图13示出了在改进的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电路图400’，用于计算这里公开的发明的电性能优点。铁电液晶(FLC)电容器440’的典型电容为4.5nF/cm2。给定图9所示的几何形状，具有57.6平方微米的电极面积，FLC电容器具有0.0026pF的电容。显示器中MOSFET行的总串联电容420’等于晶体管数(1000)乘以栅宽度(3.0微米)乘以结电容(250pF/m)，得到1.0pF。利用UTSOS制造的MOSFET行的总栅电容460’由晶体管数(1000)乘以栅氧化层电容(1.4×10- 3pF/微米2)乘以栅宽度(3.0微米)乘以栅长度(3.0微米)给出，得数约为13pF。图9所示的多晶硅化物线和金属线的电阻由式R=ρL/W计算，其中ρ为电阻率，L是线长度，W是线宽度。对于电阻率为1.5Ω/□，L/W等于6.0mm/2.0微米的多晶硅化物线来说，所得电阻430为4.5kΩ。类似地，对于电阻率为0.01Ω/□，L/W等于6.0mm/2.0微米的金属(铝)线来说，所得电阻450’为30Ω。随后将这些参数代入电路模拟程序，评估还包括可以通过合适的集成电路和导体集成在所说晶片上的MOSFET 470’和电压源480’的电路400’的电路性能。
图14示出了利用上述参数对铁电液晶显示器的每个像素中的晶体管元件的测量结果500’和模拟结果550’。该图示出了漏电流与漏电压的特性曲线族。图15示出了铁电液晶像素电路的模拟电压瞬态变化。首先将Vs610’从0变到14V，模拟设定像素列电压为高。然后，Vin620’从14V降到0V，模拟存取像素行。由于必须设置为并联的1000个栅电容负载和6.0mm多晶硅化物线的电阻负载的缘故，Vg630’下降得更慢。在Vg630’降低到开关晶体管的阈值以下时，像素电容器上的电压V1640’开始转换，并利用18纳秒完成转换。这种模拟显示出，该设计能够用少于20纳秒的时间寻址整个1000×1000像素显示器。这表明了利用具有FLC的UTSOS的协同作用优点，是由于FLC’s需要这种高速寻址，以充分利用它们的优点。
以上介绍的显示器是例如头戴系统等直接观看应用或作为摄录一体机的取景器的优选实施例。关于投影系统，该阵列可用作光阀。在优选实施例中，可以在开关晶体管上制造阻挡光元件，从而屏蔽晶体管与多数光，从而以减少光诱生漏电流。
上述教导将本发明具体为背光或投影显示器，光99’从显示器的一侧来，见图11H。显示区为利用与HDTV和其它超高分辨率显示器(1000×1000像素或更多)兼容的阵列形式的多个像素的有源矩阵显示器。每个像素使用一个利用UTSOS制造的MOSFET作为非线性元件和利用MOSFET开关的相邻铁电液晶电容器。为了快速驱动显示器，使用高开关速度的铁电液晶(与扭曲向列相反)，采用了UTSOS器件的高速性能，以便驱动非常大的显示器。可以在超薄单晶SOS上制造制造小尺寸可靠的MOSFET，可以消除对冗余非线性元件的需要，因而可以减小像素尺寸，进而增大显示亮度。注意图7，行和列驱动器14’集成在UTSOS晶片11’上与显示区12’相邻，以便寻址显示区中的源和栅部分。这些驱动器由随后将信号电压锁定在合适选择的像素上的移位寄存器构成。移位寄存器的设计和结构已是电路设计领域的技术人员公知的，然而，由于消除了器件与基板间的寄生电容，所以UTSOS的优点提供了非常高的速度性能。芯片上(晶片上)可以单片包括附加VLSI电路，以便例如在使用带外部时间多路复用系统的彩色设计时，控制驱动和同步/定时的外部元件。由于高质量材料和采用UTSOS的高速器件的缘故，这是可能的。
本发明提供透明基板和类体硅单晶器件质量半导体材料用于高密度电路的制造。除通过单片集成包括视频驱动器、模-数转换器、数字逻辑等VLSI电路增强显示系统功能外，由于较少的接点和布线键合，所以可靠性提高。可以实现较高制造成品率，降低系统成本。使用这里所介绍的CMOS技术，也可以提供对于靠电池工作的显示系统来说重要的低功耗。另外，UTSOS构成的高速电子装置可适应不断追求更快开关FLC和容易利用的液晶化学的未来先进性。
在优选实施例中，芯片上接收的电信号电压在单片相邻的利用与铁电液晶材料匹配的UTSOS制造的低漏电VLSI电路中经过数据压缩和相关的图形处理以实现最佳性能，从而所组合的技术的协同作用可以产生利用现有显示技术无法得到的突出优点。显然，在上述教导下，可以对本发明做出许多改进和变化。因此，应理解，在所附权利要求书的范围内，可以在除这里所具体介绍的其它情况下实施本发明。
权利要求
1.一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.根据权利要求12的方法，还包括在所说蓝宝石硅结构上制造偏振器。
20.根据权利要求19的方法，还包括在所说蓝宝石硅结构上形成滤光器。
21.根据权利要求12的方法，还包括使光透过所说像素阵列。
22.一种液晶显示器，包括蓝宝石硅结构，该结构包括厚度不大于约100nm的外延硅层；形成于所说蓝宝石硅结构上的液晶电容器阵列；及由所说外延硅层形成的集成电路，所说集成电路工作上耦合成调节所说液晶电容器。
23.根据权利要求22的液晶显示器，其中所说外延硅层的电子迁移率至少为380(cm2/Vs)。
24.根据权利要求22的液晶显示器，其中每个所说液晶电容器都耦合到形成于所说蓝宝石硅结构上的一个晶体管。
25.根据权利要求22的液晶显示器，其中所说液晶电容器是向列液晶电容器。
26.根据权利要求25的液晶显示器，其中所说液晶电容器提供反射像素单元。
27.根据权利要求25的液晶显示器，其中所说液晶电容器提供透射像素单元。
28.根据权利要求25的液晶显示器，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。
29.根据权利要求22的液晶显示器，其中所说液晶电容器是铁电液晶电容器。
30.根据权利要求29的液晶显示器，其中所说铁电液晶电容器是反射像素单元。
31.根据权利要求29的液晶显示器，其中所说铁电液晶电容器提供透射像素单元。
32.一种液晶显示器，包括蓝宝石硅结构，该结构包括外延硅层，氧化所说外延硅层，由部分所说外延硅层形成二氧化硅层，从而留下减薄的外延硅层；形成于所说减薄的蓝宝石硅结构上的液晶电容器阵列；及由所说减薄的外延硅层形成的集成电路，所说集成电路工作上耦合成调节所说液晶电容器。
33.根据权利要求32的液晶显示器，其中所说外延层的厚度不大于约100nm。
34.根据权利要求32的液晶显示器，其中所说外延硅层的电子迁移率至少为380(cm2/Vs)。
35.根据权利要求32的液晶显示器，其中每个所说液晶电容器都耦合到形成于所说蓝宝石硅结构上的一个晶体管。
36.根据权利要求32的液晶显示器，其中所说液晶电容器是向列液晶电容器。
37.根据权利要求36的液晶显示器，其中所说液晶电容器提供反射像素单元。
38.根据权利要求36的液晶显示器，其中所说液晶电容器提供透射像素单元。
39.根据权利要求36的液晶显示器，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。
40.根据权利要求32的液晶显示器，其中所说液晶电容器是铁电液晶电容器。
41.根据权利要求40的液晶显示器，其中所说铁电液晶电容器提供反射像素单元。
42.根据权利要求40的液晶显示器，其中所说铁电液晶电容器提供透射像素单元。
43.根据权利要求36的液晶显示器，其中所说外延硅层通过以下步骤形成a)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；b)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；c)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；d)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e)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，从而留下减薄的外延硅层；及f)去掉所说二氧化硅层，露出所说减薄的外延硅层。
44.根据权利要求43的液晶显示器，其中所说外延硅层的厚度不大于约100nm。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/8238GK1299515SQ99805743
公开日2001年6月13日 申请日期1999年3月24日 优先权日1998年3月25日
发明者兰迪·L·希马布库罗, 斯蒂芬·D·拉塞尔, 布鲁斯·W·奥福德 申请人:兰迪·L·希马布库罗, 斯蒂芬·D·拉塞尔, 布鲁斯·W·奥福德