專利名稱：硅基液晶顯示芯片的像素單元存儲電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種存儲電容器，特別是用于集成電路中LCOS芯片像素單元的存儲電容器，屬于信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的微電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年，液晶顯示器在顯示質(zhì)量、大尺寸和高解析度方面都有了飛躍的發(fā)展，較熱門的技術(shù)是硅基液晶顯示器(Liquid Crystal on Silicon，簡稱LCOS，又稱為CMOS-LCD)，這是一種新型的反射式微型LCD顯示技術(shù)，它首先在單晶硅片上運用LVSI工藝制作驅(qū)動基板——LCOS芯片，然后鍍上金屬層當(dāng)作反射鏡形成CMOS基板，最后將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，再灌入液晶，封裝成的液晶盒是一種“夾心結(jié)構(gòu)”——單晶硅基底片和鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的玻璃片“夾”(封裝)一層液晶材料。因此，LCOS設(shè)計成快速響應(yīng)光閥，通過調(diào)制每個像素對入射光的反射程度實現(xiàn)(灰度)圖像顯示。(Chris Chinnock.“Microdisplays and Manufacturing Infrastructure Mature at SID2000”《Information Display》，2000年9，P18)。
LCoS芯片的電路結(jié)構(gòu)可劃分為行掃描驅(qū)動器，列數(shù)據(jù)驅(qū)動器，和顯示象素矩陣(有源NMOS矩陣)。由于液晶材料本身也有電容(并沿分子的取向充電，當(dāng)一定量的電荷積聚在像素上時，液晶將按所施加的電場取向。當(dāng)改變了加在像素的電壓，導(dǎo)致液晶電容的變化，液晶分子則再取向，這就實現(xiàn)了顯示圖像變化。為了保持每幀周期內(nèi)液晶電容上的電荷泄漏小于5％(日本學(xué)術(shù)振興會第142委員會編，黃錫珉，黃輝光，李之熔譯，《液晶器件手冊》，航空工業(yè)出版社，1992，P442)，需要用高密度存儲電容。另一方面，由于液晶材料需要交流驅(qū)動，通常把公共電極作為參考電平，在固定的時間周期(如幀周期，行周期等)內(nèi)，保持加到每個像素上的電壓極性相對于公共電極電壓極性相反，結(jié)果提供給液晶盒的電壓在時間平均上接近零，盡量減少直流成分，可以防液晶老化變壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種硅基液晶顯示芯片的像素單元存儲電容器，克服電容上的電荷泄漏較大，防止儲電容液晶老化變壞的問題，提供一種高密度的存儲電容。
本實用新型的技術(shù)方案這種硅基液晶顯示芯片的像素單元存儲電容器，它是NMOS型結(jié)構(gòu)，包括二氧化硅絕緣層、P型硅襯底層、A點、B點、單層多晶硅，第1層多晶硅、柵氧化層，其特點是它還包括n型反型層、n+接觸區(qū)，省去了第1層多晶硅12；整平的二氧化硅絕緣層7在P型硅襯底層8上，開口杯形的A點9和B點10分開埋置在二氧化硅絕緣層中，B點下面連接著單層多晶硅11，單層多晶硅下面覆蓋著柵氧化層13，柵氧化層一側(cè)下面P型硅襯底層中是n+接觸區(qū)15，在n+接觸區(qū)下面是n型反型層14。
本實用新型的有益效果
該發(fā)明具有減少工藝工序從而降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢，在LCOS顯示芯片的存貯電容設(shè)計中采用該方法，減少至少兩塊光刻版，簡化制作工藝，有效減少了生產(chǎn)成本。本項發(fā)明用于天津市重大科技攻關(guān)項目“LCoS微型顯示器件關(guān)鍵件及系統(tǒng)的研究”(項目編號013184111)中LCOS顯示芯片驅(qū)動矩陣像素電路的設(shè)計中，使得單層硅柵CMOS工藝就能實現(xiàn)LCOS顯示芯片的生產(chǎn)，下表為相關(guān)單層硅柵CMOS工藝流程及所需光刻掩膜版，工藝明顯簡潔


圖1雙層多晶硅電容器結(jié)構(gòu)圖2NMOS型電容器其中7、二氧化硅(SiO2)絕 13、柵氧化層緣層 14、n型反型層8、P型硅(Si)襯底層 15、n+接觸區(qū)9、A點10、B點11、第2層多晶硅12、第1層多晶硅
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步具體的說明這種硅基液晶顯示芯片的像素單元存儲電容器，它是NMOS型結(jié)構(gòu)，包括二氧化硅絕緣層、P型硅襯底層、A點、B點、單層多晶硅，第1層多晶硅、柵氧化層，其特點是它還包括n型反型層、n+接觸區(qū)，省去了第1層多晶硅12；整平的二氧化硅絕緣層7在P型硅襯底層8上，開口杯形的A點9和B點10分開埋置在二氧化硅絕緣層中，B點下面連接著單層多晶硅11，單層多晶硅下面覆蓋著柵氧化層13，柵氧化層一側(cè)下面P型硅襯底層中是n+接觸區(qū)15，在n+接觸區(qū)下面是n型反型層14。
硅基液晶顯示芯片的每個象素單元上有一個與液晶驅(qū)動電極并聯(lián)的存貯電容，它的作用在于補充象素電容以延長電荷存貯時間。存貯電容的作用是增加液晶象素的介電弛豫時間，直至顯著地長于1幀周期。這樣做可以得到兩個重要的好處。首先，從液晶層得到飽和亮度所需的外加尋址電壓明顯地降低。其次，亮度在整個1幀周期內(nèi)保持基本不變，因此，其平均亮度比沒有電容的要高。
在常規(guī)CMOS工藝中，廣泛使用的電容器結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的11、12形成兩個導(dǎo)電極板，而7是用VCD方法沉積的中間電介質(zhì)，這種電容器的非線性和精度都很好，電容密度也較大，但在LCOS芯片工藝實現(xiàn)上較復(fù)雜(1)需要制作雙層多晶硅；(2)需要獨立的電容光刻掩膜版；(3)需要增加特殊的刻蝕整平工藝，包括增加光刻掩膜版和刻蝕工藝來消除雙層多晶硅額外產(chǎn)生的芯片表面起伏等。
本實用新型技術(shù)采用MOS電容技術(shù)制作存貯電容。一種可行的電容器件結(jié)構(gòu)如圖2所示，該電容由12，13構(gòu)成。n+接觸區(qū)15將金屬連線與n型反型層14聯(lián)到一起，由9向14提供電子。另外，8和15同時接地，消除了14與8之間出現(xiàn)耗盡層寄生電容的現(xiàn)象。在硅基液晶顯示芯片的每個象素單元中，由于液晶材料的閾值電壓VTLC大于MOS器件的閾值電壓VTMOS，因此外驅(qū)電壓總能保證電路中10的直流電位比9高。則這種電容的容量與電壓無關(guān)，直接用13作MOS電容的介質(zhì)層，電容密度與雙層多晶硅電容一致。
在生產(chǎn)成本較低的單層硅柵自對準(zhǔn)MOS工藝中，本實用新型采用MOS電容技術(shù)制作一種可行的存貯電容器件結(jié)構(gòu)如圖2所示，該電容由12，13構(gòu)成。采用自對準(zhǔn)工藝，用離子注入制作一個n+接觸區(qū)15，既作為金屬連線的歐姆接觸，又當(dāng)電壓達到閾值電壓VTMOS時出現(xiàn)n型反型層14時，15將金屬連線與14聯(lián)到一起，由9向14提供電子。另外，8和15同時接地，消除了14與8之間出現(xiàn)耗盡層寄生電容的現(xiàn)象。因此，如果在電路中10的直流電位總比9高，則這種電容的容量與電壓無關(guān)，直接用13作MOS電容的介質(zhì)層，電容密度與雙層多晶硅電容一致。而在硅基液晶顯示芯片的每個象素單元中，由于液晶材料的閾值電壓VTLC大于MOS器件的閾值電壓VTMOS，因此外驅(qū)電壓總能保證電路中10的直流電位比9高。
相關(guān)存貯電容器件結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要點為1.顯示芯片像素單元電路制作在8上；2.用N型MOS管作存貯電容器；3.每個像素單元中存貯電容器的8和15同時接地。
LCOS顯示芯片制作工藝流程與標(biāo)準(zhǔn)單層多晶硅CMOS器件工藝一致。
顯示芯片像素存貯電容制作與標(biāo)準(zhǔn)單層多晶硅CMOS器件工藝中制作NMOS的工藝要求一致。存貯電容部分是一個柵電極形狀不規(guī)整的NMOS管，其源漏接觸孔合并在一起，并同時接地。
后道工序與制作硅基液晶顯示器件的工藝要求一致。
權(quán)利要求1.一種硅基液晶顯示芯片的像素單元存儲電容器，它是NMOS型結(jié)構(gòu)，包括二氧化硅絕緣層、P型硅襯底層、A點、B點、單層多晶硅，第1層多晶硅、柵氧化層，其特征在于它還包括n型反型層、n+接觸區(qū)，省去了第1層多晶硅(12)；整平的二氧化硅絕緣層(7)在P型硅襯底層(8)上，開口杯形的A點(9)和B點(10)分開埋置在二氧化硅絕緣層中，B點下面連接著單層多晶硅(11)，單層多晶硅下面覆蓋著柵氧化層(13)，柵氧化層一側(cè)下面P型硅襯底層中是n+接觸區(qū)(15)，在n+接觸區(qū)下面是n型反型層(14)。
專利摘要本實用新型涉及一種存儲電容器，特別是用于集成電路中LCOS芯片像素單元的存儲電容器，屬于信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的微電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。它是NMOS型結(jié)構(gòu)，包括二氧化硅絕緣層、P型硅襯底層、A點、B點、單層多晶硅，第1層多晶硅、柵氧化層，n型反型層、n+接觸區(qū)等，省去了1層多晶硅；對每個單元像素中需要配置高密度存貯電容，利用柵氧化層具備較高單位電容值的優(yōu)勢，采用并接NMOS源漏電極到地，從而形成高密度存貯電容，如此可以采用標(biāo)準(zhǔn)單層多晶硅CMOS器件工藝實現(xiàn)LCOS芯片生產(chǎn)，這樣不但可減少至少兩塊光刻掩膜版，而且也能減少多個步驟的制作過程，對增加產(chǎn)量及減少成本，具有明顯的經(jīng)濟效益。
文檔編號G02F1/13GK2802729SQ200420029969
公開日2006年8月2日 申請日期2004年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者代永平, 耿衛(wèi)東, 劉艷艷, 王穎, 孫鐘林 申請人:南開大學(xué)