反射型液晶显示设备以及液晶投影仪系统的制作方法

专利名称：反射型液晶显示设备以及液晶投影仪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种反射型液晶显示设备和液晶投影仪系统。
背景技术：
现如今，多媒体时代已经开始，而通过使用图像信息通信的设备 已经越来越重要。其中，因为薄且耗电量小，液体显示设备已经受到 关注，并且与半导体业相比已经成长为主要产业。
现今，对于液晶显示设备，随着屏幕尺寸变得更大，不仅制造设 备的价格变得更高，而且还需要严格的电特性来驱动大屏幕。因此， 备有小尺寸液晶显示板并且图像被光学扩大和显示的投影型液晶显示 设备已经被关注。这是因为，与比例缩放法则类似，当半导体的尺寸 变得更小时，半导体的性能和价格变得更好，通过使尺寸更小不但可 以提高液晶显示设备的特性，而且还可以减少液晶显示设备的成本。 但是，因为通过将光照射在小尺寸的液晶显示板上而将图像放大，所 以不能忽略光对半导体电路的影响。因此，例如，在美国专利No. 5，706,067中，乂〉开了一种液晶显示设备，其中，通过使用诸如Ti和 TiN的叠层膜的遮光层，防止光入射到半导体电路内。
然而，在投影型液晶显示设备中，需要更明亮的显示，由此用更 强的光照射液晶显示设备。因此，只使用遮光层难以完全防止光进入 半导体电路，而是一部分光进入半导体电路，由此在半导体电路中产 生光载流子。 一旦产生的光载流子到达半导体电路的开关元件，就有
4可能对开关元件的操作造成不利影响，由此，不能执行正常的显示操 作。这种由于光载流子产生的关于开关元件的不利影响称作"漏光"。
因此，在日本专利申请公开No. H08-146458中，^>开了在漏极 区的周围提供n型半导体区域，其类型与提供给p型硅衬底的开关元 件的漏极区类型相同，并且其面积比漏极区的面积大。此外，通过使 用地电极将p型硅衬底的电位固定在地电位，向n型半导体区施加正 偏压。通过这种方法，在p型硅衬底中产生的光载流子的正空穴和电 子分别被地电极和n型半导体区所吸收。因此，相对于开关元件的操 作，可以减少由于由到达p型硅衬底的光产生的光载流子的不利影 响。

发明内容
但是，为了追求亮度，需要更强的光强度，而为了追求成本缩减 和结构轻巧，需要更小的板尺寸，由此，单位光密度增加得越来越多。 因此，已经需要一种相对于光具有更强抵抗性的液晶板。通过只提供 与漏极区的类型相同且面积比漏极区的面积大的n型半导体，如在日 本专利申请公开No.H08-146458中所公开的，当更强的光进入时，有 可能不能充分减少由于光载流子而对开关元件的操作产生的不利影 响。
本发明的目的是获得一种具有高可靠性的反射型液晶显示设备， 即使当强光进入时，其操作也不会降级，并通过使用该反射型液晶显 示设备来提供一种具有高亮度和高可靠性的体积轻巧且价格低的液晶 投影仪。
为解决上述的问题而设计了本发明的反射型液晶显示设备，其包 括具有透光电极的透光衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为 与所述透光衬底相对，在所述透光衬底和第一导电型半导体衬底之间 夹着液晶，所述第一导电型半导体衬底具有以矩阵方式布置的多个像 素电极。其中，所述半导体衬底具有像素，所述像素包括第一半导 体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电型；和具有第二导电型的第二半导体区， 并且当第一和第二半导体区中的第二导电型多数载流子的单位电荷被 定义为Q时，第二半导体区的电压和Q的乘积比第一半导体区的电压 和Q的乘积小。
此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在 所述透光衬底和第一导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第一导电 型半导体衬底中以矩阵方式布置了多个像素电极。其中，所述半导体
衬底具有像素，所述像素包括第一半导体区，其用作电连接到所述 像素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导 电型；和具有第二导电型的第二半导体区，并且当第二导电型多数载 流子是电子时，第二半导体区的电压比第一半导体区的电压的基准值 高。
此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为与所述透光村底相对，在
所述透光衬底和第一导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第一导电 型半导体衬底具有以矩阵方式布置的多个像素电极。其中，所述半导
体衬底具有像素，所述像素包括第一半导体区，其用作电连接到所 述像素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二 导电型；和具有第二导电型的第二半导体区，并且当第二导电型多数 载流子是空穴时，第二半导体区的电压比第一半导体区的电压的基准 值低。
本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光村底； 以及第二导电型半导体村底，布置为与所述透光衬底相对，在所述透 光衬底和第二导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第二导电型半导 体衬底具有第一导电型阱，其中以矩阵方式布置了多个像素电极。其 中，所述半导体衬底在所述阱中具有像素，所述像素包括:第一半导 体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区，并具有 与第一导电型相反的第二导电型；和具有第二导电型的第二半导体区，以及当第一和第二半导体区中的第二导电型多数载流子的单位电荷被
定义为Q时，第二半导体区的电压和Q的乘积比第一半导体区的电压 和Q的乘积小。
此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第二导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在 所述透光衬底和第二导电型半导体村底之间夹着液晶，所述第二导电 型半导体村底具有第一导电型阱，其中以矩阵方式布置了多个像素电 极。其中，所述半导体衬底在所述阱中具有像素，所述像素包括第 一半导体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区， 并具有与第一导电型相反的第二导电型；和具有第二导电型的第二半 导体区，以及当第二导电型多数载流子是电子时，第二半导体区的电 压比第一半导体区的电压的基准值高。
此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第二导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在 所述透光衬底和第二导电型半导体村底之间夹着液晶，所述第二导电 型半导体衬底具有第一导电型阱，其中以矩阵方式布置了多个像素电 极。其中，所述半导体衬底在所述阱中具有像素，所述像素包括第 一半导体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区， 并具有与第一导电型相反的第二导电型；和具有第二导电型的第二半
导体区，以及当第二导电型多个载流子是空穴时，第二半导体区的电 压比第一半导体区的电压的基准值低。
此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在
所述透光村底和第一导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第一导电 型半导体衬底具有以矩阵方式布置的多个像素电极。其中，所述半导
体村底包括第一半导体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元 件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电型；和第二半导 体区，其提供了第一半导体区的外围的至少一部分，并具有第一导电 型。此外，本发明的反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光 衬底；以及第二导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在 所述透光衬底和第二导电型半导体村底之间夹着液晶，所述第二导电 型半导体衬底具有第一导电型阱，其中以矩阵方式布置了多个像素电 极。其中，所述阱包括第一半导体区，其用作电连接到所述像素电 极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电型； 和第二半导体区，其提供了第一半导体区的外围的至少一部分，并具 有第一导电型。
根据本发明，即使当光进入半导体衬底中并产生光载流子时，也 可以抑制光载流子进一步运动到作为浮置部分的第一半导体区，因此 使得能够避免电路故障。换言之，根据本发明，可以获得一种反射型 液晶显示设备，其具有防漏光性、高亮度和高可靠性。而且，通过使 用该设备，可以构造具有高强度和高可靠性的液晶投影仪系统。
通过下面参考附图对示例性实施例的说明，本发明的其它特征将 会变得显而易见。


图l是本发明的液晶显示设备的等效电路图。
图2A是本发明的实施例1中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图2B是本发明的实施例1中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图3是根据本发明的液晶显示设备的剖面图。
图4是描述使用根据本发明的液晶显示设备的液晶投影仪的视图。
图5是本发明的实施例2中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图6A是本发明的实施例3中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
8图6B是本发明的实施例3中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图7是本发明的实施例4中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图8是本发明的实施例4中的液晶显示设备的像素部分的另一剖面图。
图9是本发明的实施例5中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图IO是本发明的实施例6中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图11A是本发明的实施例7中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图11B是本发明的实施例7中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图12A是本发明的实施例8中的液晶显示设备的像素部分的平面图。
图12B是本发明的实施例8中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图13是本发明的实施例9中的液晶显示设备的像素部分的剖面图。
图14是本发明的实施例9中的液晶显示设备的像素部分的另一 剖面图。
具体实施例方式
以下，将参考附图详细地描述本发明的实施例。 实施例1
在，将基于图1详细地描述本发明的实施例1。图l是例示了 根据本发明的反射型液晶显示设备的结构的等效电路图。在图1中例示了信号线l和2、作为像素部分的开关元件的晶体 管3到6、液晶7到10、保持电容器11到14、驱动线(扫描线)15 和16，水平移位寄存器17和垂直移位寄存器18。而且，例示了视频 线19和采样开关20和21。
接着，将简要描述根据这个实施例的反射液晶显示设备的操作。 在图l中，用具有两个像素的矩阵描述两个像素，但是，本发明并不 限制于此，而是，在实用的反射型液晶显示设备中，有X像素xY像 素矩阵(例如，1280像素x720像素和1920像素xl080像素)。
首先，为了使晶体管3和4处于导通状态，将驱动信号从垂直移 位寄存器18输入到驱动线15。在导通状态期间，使用水平移位寄存 器17依次操作采样开关20和21，并且视频信号从视频线19传输到 信号线1和2。换言之，首先采样开关20开启(open),视频线19 的视频信号传输到信号线1。然后，通过像素开关3在保持电容器11 中积累电荷，并向液晶7施加电压。
随后，在采样开关20关闭(close)之后，采样开关21开启，视 频线19的视频信号传输到信号线2。然后，视频信号经过像素开关4 写入保持电容器12。依此顺序，像素在x方向上顺序写入(图中的水 平方向，图中的晶体管3和4的排列方向)
当信号写入第一行的所有像素之后,通过垂直移位寄存器18将 连接到驱动线15的晶体管3和4关断。然后，为了将信号写入第二行 的像素中，将驱动信号从垂直移位寄存器18输入到驱动线16，使得 晶体管5和6变成处于导通状态。随后的操作与第一行的像素的操作 相同。在信号写入全部像素之后，再次重复这个操作。
图2A和2B是分别例示了根据这个实施例的反射型液晶显示设 备的像素结构的平面图和示意性剖面图。图2A是这个实施例的像素 布局的平面图，而图2B是沿着图2A中的线2B-2B的剖面图。另外， 在图2B中，为了简化，除了绝缘层32以外，省去了在每个层之间的 绝缘层。
在图2A和2B中例示了将作为像素电极的反射电极30、设在反射电极30下面的遮光膜31、在反射电极30之间的绝缘膜32以及由 多晶硅制成的栅电极33。通孔38是用于连接反射电极30、下面的线 37和下层51的插柱(plug)。作为像素的开关元件的晶体管的漏极 区电极34连接到反射电极30。晶体管的源极区35连接到信号线40。 通过控制电极33而将来自信号线40的电荷转移到漏极区34。扩散区 36的导电型与漏极区34和源极区35的导电型相同。由其电压与反射 电极的电压相同的电极39和布置在电极39对面的扩散区36形成电容 器(对应于保持电容器ll到14)。对于反射电极30而言，适合使用 金属膜，例如A1、 AlSi、 AlCu、 Ti、 Ta、 W、 Ag、 Pt、 Ru、 Ni、 Au 和TiN或这些金属的化合物膜。但是，反射电极30并没有具体限制 于这些材料。在使用这些金属的任何情况下，可以通过抛光提高反射 率。虽然在图2中提供了电容器的电极，但是电容器的电极可以分立 地设在半导体衬底上。第一导电型半导体衬底70是p型硅村底。另外， 在这个实施例中，用n-MOS晶体管作为该p型硅衬底。因此，漏极 区34、源极区35和扩散区36是具有第二导电型的n型杂质半导体区。 这里，到达半导体衬底或半导体区的光是主要从反射电极之间的 绝缘膜32漏出的光，因此，如果光被遮光膜31减弱和吸收而不到达 半导体衬底或半导体区也没有问题。但是，来自光源的光很强，该光 进入半导体衬底或半导体区而没有被遮光膜31理想地减弱和吸收。一 旦光进入，则产生一对电子和空穴，并成为光载流子。因为，在这个 实施例中，n-MOS晶体管形成在p型硅衬底70上，空穴从衬底电位 最低的接触区42穿过而到达电极41。另一方面，电子漂移到最高电 位部分，而且从例如源极区35穿过该部分。这里，如果产生的电子被 漏极区34俘获，则处于浮置状态的部分的电压将会降低，导致不期望 的显示特性。
如图1、 2A和2B所示，像素至少具有连接到反射电极的开关元 件和连接到该开关元件的保持电容器。在这个实施例中，p型硅衬底 70中的像素区包括漏极区34、源极区35和扩散区36。虽然可以给每 个像素提供接触区42,并且接触区42可以包含在像素区中，但是接
ii触区42也可以提供给每多个像素，例如，可以给每四个像素提供一个 接触区。这里，扩散区36构成保持电容器的一个电极，但是可以与用 于吸收光载流子的扩散区分开提供构成保持电容器的一个电极的另一 扩散区。在这种情况下，像素区中包括漏极区34、源极区35和用于 吸收光载流子的扩散区以及其它扩散区。
在这个实施例中，用于形成电容器的扩散区36的电压设定成比 施加到漏极区34的电压的基准值高的值。例如，当使用垂直取向液晶 将基准值设定成7V时，由于交流驱动而向漏极区施加电压7V士5V。 在这种情况下，例如，施加到扩散区36的电压设定成比施加到漏极区 34的电压的基准值高的8V。通过以这种方式设定，获得了一种結构， 其中在衬底中产生的光载流子的电子在扩散区36快速聚集，而几乎不 在漏极区34的浮置部分中聚集，由此能抑制显示特性的降低。要注意 到，该电压限定成与作为基准的地电位不同的电位。
将用通用符号表示上述的例子。当多数载流子的单位电荷确定为 Q时，因为如果多数载流子是电子，则单位电荷Q--q (其中 q=1.6xl(T19C),漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘积为-7q。 如果扩散区36的电压设定成8V，则扩散区36中的单位电荷和电压的 乘积为-8q，比在漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘积小。 以这种方式，通过使扩散区36中的单位电荷和电压的乘积比在漏极区 34中的单位电荷和电压的基准值的乘积小，产生了这种电子流入漏极 区34内的电位梯度，由此导致作为光载流子的电子被扩散区36吸收。
另外，在这个实施例中，使用在p型硅衬底上使用n-MOS晶体 管的形式进行描述，但是，使用在n型硅衬底上使用p-MOS晶体管 的形式也没有问题。在这种情况下，因为光载流子是空穴，所以为了 针对作为主要载流子的空穴，使扩散区36的电压低于施加到漏极区 34的基准值7V，例如，将施加到扩散区36的电压设定成6V。此时， 因为多数载流子是空穴，所以单位电荷为Q=q，而漏极区34中的单 位电荷和电压的基准值的乘积为7Q。如果扩散区36的电压设定成6V， 则扩散区36中的单位电荷和电压的乘积为6q，比漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘积小。以这种方式，通过使扩散区36中的单 位电荷和电压的乘积比漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘 积小，产生了这种空穴流入漏极区34内的电位梯度，由此导致有助于 作为光载流子的空穴被扩散区36吸收。
而且，当在p型硅衬底上使用n-MOS晶体管时，为了使用扩散 区36更强地吸收光载流子，优选使扩散区36的电压比驱动周期内漏 极区的最大电压12V大。这能使电位梯度变陡，由此更多的电子容易 流入扩散区36内。另外，在这个实施例中，描述了使用MOS晶体管 作为像素开关元件的情况，但是开关元件的配置并没有具体限制。那 是因为，本发明解决的问题在于，当要连接到像素电极的开关元件处 于断开状态时，如果电荷在要成为处于浮置状态的开关元件的一个主 电极区的半导体区内集中，则将会对显示特性造成不利影响。而且， 在这个实施例中，虽然扩散区36构成电容器的一个电极，但是扩散区 36可以与构成电容器的一个电极的扩散区分开提供。
图3是这个实施例的液晶板的像素部分的剖面图。例示了将作为 透光村底的玻璃衬底46、诸如ITO的透光电极47、在ITO侧43上 的倾斜汽相沉积(蒸镀)(对准)膜、在反射电极侧倾斜蒸镀的电极 44和液晶45。虽然，在这个实施例中使用了垂直取向的液晶，但是液 晶并没有具体限制到这种液晶。而且，虽然具有防反射膜结构的膜层 叠在玻璃侧的后表面上，但是这里省去了该膜。
接着，将使用图4描述使用本发明的反射型液晶显示设备的液晶 投影仪系统。图4是使用本发明的反射型液晶显示设备的液晶投影仪 系统的一个例子的视图。例示了灯101、反射器102、杆积分器(rod integrator) 103、准直透镜、偏振光转换系统105、中继透镜106、分 色镜107和偏振光束分离器108。此外，还例示了正交棱镜109、本发 明的反射型液晶显示设备110、投影透镜111和全反射镜112。从灯 101输出的光通量被反射器102反射并汇聚在积分器的进口。反射器 102是椭圆形反射器，而其焦点在发光部分和积分器的进口。进入积 分器103的光通量在积分器内部反射了零到若干次，并在积分器的出口形成二次光源影像。虽然作为用于形成二次光源影像的方法，存在 使用复眼的方法，但是这里将其省去。使来自二次光源的光通量经过
准直透镜104成为基本上平行的光，并进入偏振光转换系统的偏振光 束分离器105。 P波由偏振光束分离器105反射，全部P波通过1/2 波板转换成S波，而S波进入中继透镜106。光通量由中继透镜106 汇聚在板上。当光通量汇聚在板上时，颜色分离系统配有颜色分离分 色镜107、偏振板(未示出)、偏振光束分离器108和正交棱镜109， 且S波进入所制备的本发明的三个反射型液晶显示设备110中的每一 个。在本发明的反射型液晶显示设备110中，通过与屏幕图像匹配来 控制每个像素的电压。在将屏幕图像的S波调制成椭圆形偏振光(或 线性偏振光)，使用偏振光束分离器108传输P波分量，以及接着通 过正交棱镜109合成其颜色之后，从投影透镜lll投射屏幕图像。
接着，将使用图2A和2B或图3来描述本发明的反射型液晶显 示i殳备的制造方法。
通过p型硅衬底70的部分热氧化，形成了诸如LOCOS(硅的局 部氧化)的场氧化物膜。而且，通过再一次对衬底进行热氧化，形成 了厚度为600埃的栅极氧化物膜。随后，在形成图案之后，通过以 10lscm-2量级的剂量将磷离子注入到村底中，形成了杂质浓度为 1018 11-3量级的扩散区36。随后，形成用掺有102° 11-2量级的磷的n 型多晶硅制成的栅电极33和电极39。然后，通过以1012 11-2量级的 剂量将磷离子注入到衬底中，形成了n型低浓度漏极，其是杂质浓度 为10"cm-s量级的n型杂质半导体区。通过CVD过程在衬底上沉积氧 化物膜，以及通过回蚀过程去除除了多晶硅电极39和多晶硅栅电极 33的侧壁以外的氧化物膜。之后，用图案化的光致抗蚀剂作为掩模， 通过以1015 11-2量级的剂量将磷离子注入到衬底中，形成了杂质浓度 为10"cm^量级的源极区35和漏极区34，并由此形成了 n-MOS晶体 管。类似地形成p-MOS晶体管。
之后，在村底的整个表面上形成层间绝缘膜。作为层间绝缘膜， 可以采用诸如PSG (磷硅酸盐玻璃)和NSG (未掺杂硅酸盐玻璃)/BPSG (硼磷珪酸盐玻璃)或TEOS ( Tetraetoxy-silane，四乙氧基硅 烷)。通过在源极区35和漏极区34正上方形成接触孔图案，通过溅 射方式在其上面蒸镀A1，以及随后通过图案化蒸镀的Al,形成了诸如 信号线40、电极41和下层51的第一金属导电层。为了改善第一金属 导电层和源极区或者漏极区之间的欧姆接触特性，在第一金属导电层 和源极区35或漏极区34之间形成诸如Ti和TiN的叠层膜的阻挡层 金属是可取的。之后，层叠并形成层间绝缘膜和诸如下面的线37的第 二金属导电膜，随后形成了作为遮光膜31的金属膜。例如，金属膜是 诸如Ti、 TiN或AI的金属，或其叠层膜，对此并没有具体限定。使 用该层来遮蔽主光。在图案化膜并随后进一步形成层间绝缘膜之后， 插柱被打开。随后，在插柱中沉积W之后，通过CMP过程使表面变 平。之后，通过溅射过程，在表面上沉积厚度大约为200nm的反射电 极层，且通过图案化该表面，形成了反射电极30。之后，通过等离子 增强CVD过程，在表面上形成厚度为100nm的作为保护膜32的氧化 硅膜。此外，使用倾斜汽相沉积设备，在表面上形成厚度大约为100nm 的用于给液晶定向的氧化硅膜，作为倾斜汽相沉积(对准)膜44。
类似地，使用倾斜汽相沉积设备，在玻璃衬底46的透光电极47 上也形成厚度大约为100nm的氧化硅膜，作为倾斜汽相沉积(对准) 膜43,且随后层叠p型衬底70和玻璃衬底46。通过将垂直取向的液 晶插入在层叠的衬底之间，并通过引线结合引出电极，制作了反射型 液晶显示设备。当使用三个反射型液晶显示设备制作时，可以获得具 有高亮度和高可靠性的液晶投影仪系统。
实施例2
将基于图5描述本发明的实施例2。图5是用于例示根据实施例 2的反射型液晶显示设备的像素结构的像素布局的平面图。在实施例2 中，实施例1的扩散区36布置成U形。在实施例2中，作为光载流 子的吸收端的n型扩散区36布置成U形从而围绕漏极区34的外围。 可以提供n型扩散区36从而除了其中连接到栅极布线62的栅电极33与在源极区35和漏极区34之间的区域重叠的沟道区域之外形成围绕。 另外，作为光载流子的吸收端的n型扩散区36并不限于U形，例如， 可以提供n型扩散区36从而以从p型硅衬底70观察的L形围绕漏极 区34的周围。
实施例3
现在，将基于图6A和6B详细地描述本发明的实施例3。 在图6A和6B中，示出了用于根据本发明的实施例3的反射型 液晶显示设备的像素部分。图6A是像素部分的平面图，而图6B是像 素部分的剖面图。这里，与实施例1中相似的组件用与实施例1中相 同的附图标记表示，将省去其中的详细的描述。
在实施例3中，除了实施例l的组件之外，在漏极区34和扩散 区36之间形成了 p型区50。 p型区50具有势垒功能，使得在p型硅 衬底70内部产生的电子、光载流子几乎不能到达漏极区34。如图6B 所示，p型区50优选位于从表面到p型硅衬底70的内部深处。但是， 本发明并没有具体限制于此，且即使p型区50只位于表面上或者只在 p型硅衬底的内部深处，则势垒效果仍然存在，例如，通过离子注入， 通过以多个步骤注入离子，可以形成势垒层。而且，在实施例3中， 如实施例l的情况，扩散区36具有电子的吸收端的功能。在实施例3 中，通过形成尺寸比实施例1的漏极区34的尺寸小的漏极区34,并 通过使用在漏极区34上面形成的下层51遮蔽漏极区34不受光照射， 抑制了来自漏极区34正上方一侧的光入射。用作势垒的p型区50抑 制漏极区34外部的入射光产生的光载流子向漏极区34中的扩散。因 此，进一步抑制了由于光入射导致的显示装置特性的降低。在这个实 施例中，如在实施例1中一样调整扩散区36的电压。但是，在这个实 施例中，可以不提供扩散区36，而且即使只提供了用作势垒的p型区 50，也可以抑制光载流子向漏极区34内的扩散。换言之，在圓6B中， 虽然p型硅村底70中的像素区包括漏极区34、源极区35、扩散区36 和p型区50,可以用包括漏极区34、源极区35和p型区50的区域
16作为像素区。但是，对于包括扩散区36的像素，其电压被与实施例l 中的像素类似地调整，与没有扩散区36的像素相比，可以进一步抑制 光载流子向漏极区34的扩散。
现在，将描述这个实施例的反射型液晶显示设备的制造方法。基 本步骤与在实施例1中的步骤相同。例如，可以通过形成栅极氧化物 膜，图案化该膜，以及随后在下面的三个加速电压条件下对该膜进行 硼离子注入30KeV、 70KeV和140KeV， l吏得膜的杂质浓度变成 5乂1017 11-3量级，来形成p型区50。随后，在图案化该膜之后，通过 对该膜进行剂量为1015cnT2量级的磷离子注入，形成了杂质浓度为 10"cm-s量级的扩散区36。其它步骤与在例1中的步骤相同。另外， 在这个实施例中，描述了 p型衬底的例子，且用n-MOS晶体管作为 像素开关，但是，使用n型衬底并用p-MOS晶体管作为像素开关也 没有问题。那时，因为光载流子是空穴，所以将成为势垒层的区域50 是n型区。
之后，类似地，使用倾斜汽相沉积设备，同样在玻璃衬底46的 透光电极47上，形成厚度大约为100nm的氧化硅膜，作为倾斜汽相 沉积(对准)膜43;随后，层叠p型硅衬底70和玻璃衬底46。通过 在层叠的衬底之间注入垂直取向液晶，并通过引线结合方式引出(take out)电极，制作了反射型液晶显示设备。当使用三个反射型液晶显示 设备制作时，可以获得具有高亮度和高可靠性的液晶投影仪系统。
实施例4
现在，将基于图7详细地描述本发明的实施例4。 图7是用于本发明的实施例4的反射型液晶显示设备的像素部分 的剖面图。在这个实施例中，在漏极区34下面的部分形成具有势垒功 能的p型区52。在这个实施例中，如在实施例1和3的情况，还提供 了扩散区36作为电子的吸收端。在实施例4中，如在实施例3中的情 况，通过形成尺寸比实施例1的漏极区34的尺寸小的漏极区34，并 通过使用在漏极区34上面形成的下层51遮蔽漏极区34不受光照射，同样抑制了来自漏极区34正上方一侧的光入射。可以由用作势垒的p 型区52抑制由通过倾斜入射或散射在深处进入漏极区34下面的区域 的光产生的光载流子向漏极区34的扩散。因此，很大程度上抑制了由 于光入射而导致的显示特性的降低。虽然，优选p型区52的深度接近 漏极并且浅，以便提高光载流子抑制特性并从而增大电容，深度也可 以考虑到诸如耐压问题的设计细节而随意设置。
而且，在这个实施例中，与实施例1的情况一样地调整扩散区36 的电压。但是，在这个实施例中，可以不提供扩散区36，而且即使只 提供p型区52，也可以抑制光载流子向漏极区34内的扩散。换言之， 在图7中，虽然在p型硅衬底70中的像素区包括漏极区34、源极区 35、扩散区36，和p型区52，也可以用包括漏极区34、源极区35和 p型区52的区域作为像素区。但是，对于包括扩散区36的像素而言， 其电压被与实施例1中的像素类似地调整，与没有扩散区36的像素相 比，可以进一步抑制光载流子向漏极区34的扩散。而且，如图8所例 示，当通过结合在实施例3中的p型区50形成p型区53时，虽然过 程中的步骤数目增加，但考虑到抑制光载流子，它当然是优选的。当 使用三个反射型液晶显示设备制作时，可以获得具有高亮度和高可靠 性的液晶投影仪系统。
实施例5
在实施例3中，已经描述了当从p型衬底70的衬底的表面上观 察时，给漏极区34周围的一部分线性提供p型区50的势垒的例子。 在这个实施例中，提供了与在实施例3的p型区类似的用作势垒的p 型区54，从而以从p型衬底70的衬底表面观察的字母"L"形或"U"形 围绕漏极区34的周围。
图9是在本发明的实施例5中的反射型液晶显示设备的像素部分 的平面图。在图9中，用作势垒的p型区54布置成字母"U"形。在图 9中，用作势垒的p型区54以字母"U"形布置，从而围绕漏极区34 的周围。可以提供p型区54,从而除了其中连接到栅极布线62的栅电极33与源极区35和漏极区34之间的区域彼此重叠的部分(即沟道 区域)之外形成围绕。在p型区54中，结合在图7中例示的p型区 52，也可以提供势垒以围绕包括漏极区34下部的漏极区34。另外， 在图9中，虽然p型区54以字母"U"形布置，但是这个实施例并不限 制于此，它可以以字母"L"形布置，并设置为围绕沟道区周围的一部
实施例6
图IO是用于本发明的实施例6中的反射型液晶显示设备的像素 部分的平面图。
如在图IO中所例示，栅极线86经由接触区85连接到晶体管的 栅极，而来自信号线82的信号传播到与反射电极连接的漏极区89。 区81是信号线82的接触区。漏极区89和位于漏极区89上的矩形第 一金属导电层80通过触点连接，并且连接到位于第一金属导电层80 上的矩形第二金属导电层84。另外，第一和第二金属导电层80和84 具体可以不是矩形，它们的形状可以根据需要设定。
在这个实施例中，在任何方向上，第二金属导电层84的尺寸都 比第一金属导电层80的尺寸小。换言之，当从半导体村底的一侧观察 时，第一金属导电层80的外围设定成比第二金属导电层84的外围大， 使得第一金属导电层80覆盖第二金属导电层84。
插柱部分83连接顶部反射电极和第二金属导电层84，来自在反 射电极之间的空隙的入射光将会从插柱部分83的周围泄漏。但是，通 过将插柱部分83布置在第二金属导电层84的基本重心(包括重心或 基本确定为重心的区域)位置，可以抑制在半导体衬底中的入射光。 以这种方式，入射光被第二金属导电层84反射。来自在第二金属导电 层84和金属层87之间的空隙的入射光将会再次被第 一金属导电层80 反射，其中金属层87设在第二金属导电层84周围并位于与第二金属 导电层84相同的层中。换言之，当从液晶一侧观察时，在作为相同导 电层的第二金属导电层84和金属层87之间的空隙下，布置了第一金属导电层80,从而改善了遮光效果。
因为，以这种方式，金属导电层存在于任何区，所以对于要进入 半导体衬底的光而言，该光将会被多次反射。因此，通过将这个实施 例的布线布局应用到实施例1到5，可以抑制在半导体村底中的入射 光。另外，由于半导体衬底的结构，可以进一步抑制由于光载流子对 开关元件操作的不利影响而而导致的特性降低。此外，通过使半导体 区比金属布线层80小，很大程度上抑制了在半导体衬底中(具体说来， 漏极区附近的半导体村底中)的入射光的绝对量。
使用具有这种结构的像素，制作了反射型液晶显示设备。当使用 三个反射型液晶显示设备制作时，可以获得具有高可靠性的液晶投影 仪系统。其中，即使对于高亮度入射光，也不会产生由于光的漏泄导 致的特性降低。
实施例7
现在，将基于图IIA和IIB描述本发明的实施例7。另外，与实 施例1中相同的组件用相同的附图标记表示，而且将会省去它们的描 述。
图11A和11B是平面图和示意剖面图，分别例示了这个实施例 的反射型液晶显示设备的像素结构。图IIA是这个实施例的像素布局 的平面图，而图IIB是沿着图11A的线IIB到11B的剖面图。另外， 在图IIB中，除了绝缘层32以外，为了简化，省去了在各个层之间 的绝缘层。
在图11A和11B中，不同于描述例1的图2A和2B之处在于， 虽然在图2A和2B中用p型硅衬底作为半导体衬底，但是在这个实施 例的图IIA和11B中，用具有p阱72的n型硅衬底71作为半导体衬 底。在n型硅衬底71中的p阱72中的像素区包括漏极区34、源极区 35和扩散区36。
在这个实施例中，用于形成电容器的扩散区36的电压设定成比 施加到漏极区34的电压的基准值高的值。例如，当使用垂直取向液晶将基准值设定成7V时，由于交流电驱动而向漏极区施加电压7V士5V。 在这种情况下，例如，施加到扩散区36的固定电压设定成8V。通过 以这种方式设定，获得了一种结构，其中在衬底中产生的作为光载流 子的电子在扩散区36快速聚集，而几乎不在漏极区34的浮置部分中 聚集，由此能抑制显示特性的降低。
将用通用符号表示上述的例子。当多数载流子的单位电荷确定为 Q时，因为如果多数载流子是电子，单位电荷Q=-q (其中 q=1.6xl(T19C)，漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘积为-7q。 如果扩散区36的电压设定成8V，则扩散区36中的单位电荷和电压的 乘积为-8q，比漏极区34中的单位电荷和电压的基准值的乘积小。以 这种方式，通过使扩散区36中的单位电荷和电压的乘积比漏极区34 中的单位电荷和电压的基准值的乘积小，产生了这种电子流入漏极区 34内的电位梯度，由此导致作为光载流子的电子被扩散区36吸收。
另外，在这个实施例中，使用在n型硅衬底的P阱中使用n-MOS 晶体管的形式进行描述，但是，使用在p型硅衬底的n阱中使用p-MOS 晶体管的形式也没有问题。在这种情况下，因为光载流子是空穴，所 以为了针对作为主要载流子的空穴，使扩散区36的电压低于施加到漏 极区34的基准值7V，例如，将施加到扩散区36的电压设定成6V。 此时，因为多数载流子是空穴，所以单位电荷为Q=q，而漏极区34 中的单位电荷和电压的基准值的乘积为7Q。如果扩散区36的电压设 定成6V,则扩散区36中的单位电荷和电压的乘积为6q，其比漏极区 34中的单位电荷和电压的基准值的乘积小。以这种方式，通过使扩散 区36中的单位电荷和电压的乘积比漏极区34中的单位电荷和电压的 基准值的乘积小，产生了这种空穴流入漏极区34内的电位梯度，由此 导致有助于作为光载流子的空穴被扩散区36吸收。
此外，当在n型硅衬底的p阱中使用n-MOS晶体管时，为了使 用扩散区36更强地吸收光载流子，优选使扩散区36的电压比驱动周 期内漏极区的最大电压12V大。这能使电位梯度变陡，由此更多的电 子容易流入扩散区36内。另外，在这个实施例中，描述了用MOS晶体管作为像素开关元件的情况，但是开关元件的配置并没有具体限制。 那是因为，本发明解决的问题在于，当要连接到像素电极的开关元件 处于断开状态时，如果电荷在要成为处于浮置状态的开关元件的一个 主电极区的半导体区内集中，则将会对显示特性造成不利影响。此外，
在这个实施例中，虽然扩散区36构成电容器的一个电极，但是扩散区 36可以与构成电容器的一个电极的扩散区分开提供。
接着，使用图11A和11B描述本发明的反射型液晶显示设备的 制造方法。
通过对n型硅衬底71的部分热氧化，形成了诸如LOCOS(硅的 局部氧化)的场氧化物膜。随后，用LOCOS作为掩模，通过以1012cm-2 量级的剂量将硼离子注入到衬底中，形成了作为p型杂质区域的p阱 72。然后，通过对衬底再次进行热氧化，形成厚度为600埃的栅极氧 化物膜。随后，在形成图案之后，通过以1015 11-2量级的剂量将磷离 子注入到衬底中，形成了杂质浓度为1018 11-3量级的扩散区36。随后， 形成由掺有10"cm-s量级的磷的n型多晶硅制成的栅电极33和电极
39。 然后，通过以1012 11-2量级的剂量将磷离子注入到衬底中，形成 了 n型低浓度漏极，其是杂质浓度为1016 11-3量级的n型杂质半导体 区。通过CVD过程在衬底上沉积氧化物膜，以及通过回蚀过程去除 除了多晶硅电极39和多晶硅栅电极33的侧壁以外的氧化物膜。之后， 用图案化的光致抗蚀剂作为掩模，通过以10"cm^量级的剂量将磷离 子注入到衬底中，形成了杂质浓度为10"cm-s量级的源极区35和漏极 区34，并由此形成了 n-MOS晶体管。类似地形成p-MOS晶体管。
之后，在衬底的整个表面上形成层间绝缘膜。作为层间绝缘膜， 可以采用诸如PSG (磷硅酸盐玻璃)和NSG (未掺杂硅酸盐玻璃) /BPSG (硼磷硅酸盐玻璃)或TEOS (四乙氧基硅烷)等绝缘膜。通 过在源极区35和漏极区34正上方形成接触孔图案，通过溅射方式在 其上面蒸镀Al,以及随后通过图案化蒸镀的Al，形成了诸如信号线
40、 电极41和下层51的第一金属导电层。为了改善第一金属导电 和源极区或者漏极区之间的欧姆接触特性，在第一金属导电层和源极区35或漏极区34之间形成诸如Ti和TiN的叠层膜的阻挡层金属是 可取的。之后，层叠并形成层间绝缘膜和诸如下面的线37的第二金属 导电膜，随后形成了作为遮光膜31的金属膜。例如，金属膜是诸如 Ti、 TiN或Al的金属，或其叠层膜，对此并没有具体限定。使用该层 来遮蔽主光。在图案化该膜并随后进一步形成层间绝缘膜之后，插柱 被打开。随后，在插柱中沉积W之后，通过CMP过程将该表面变平。 之后，通过溅射过程，在表面上沉积厚度大约为200nm的反射电极层， 且通过图案化该表面形成了反射电极30。之后，通过等离子增强CVD 过程，在表面上形成厚度为100nm的作为保护膜32的氧化硅膜。此 外，使用倾斜汽相沉积设备，在该表面上形成厚度大约为100nm的用 于给液晶定向的氧化硅膜，作为倾斜汽相沉积(对准)膜44。
同样，使用倾斜汽相沉积设备，也在玻璃衬底46的透光电极47 上形成厚度大约为100nm的氧化硅膜，作为倾斜汽相沉积(对准)膜 43，且随后层叠p型衬底70和玻璃衬底46。通过将垂直取向的液晶 插入在层叠的衬底之间，并通过引线结合引出电极，制作了反射型液 晶显示设备。当使用三个反射型液晶显示设备制作时，可以获得具有 高亮度和高可靠性的液晶投影仪系统。
实施例8
现在，基于图12A和12B详细地描述本发明的实施例8。 在图12A和12B中，示出了用于根据本发明的实施例8的反射 型液晶显示设备的像素部分。图12A是像素部分的平面图，而图12B 是像素部分的剖面图。这里，与实施例3和7中相似的组件用与实施 例3和7中相同的附图标记表示，将省去其中的详细的描述。
在实施例8中，除了实施例7中的组件以外，在漏极区34和扩 散区36之间形成了 p型区50。 p型区50有势垒的功能，使得在p阱 72内部产生的电子、光载流子几乎不能到达漏极区34。如图12B所 示，p型区域50优选位于从表面到p阱72的内部深处。但是，本发 明并没有具体限制于此，且即使p型区50只位于表面上或者只在p阱72的内部深处，势垒效果也仍然存在，例如，通过离子注入，通过 以多个步骤注入离子，可以形成势垒层。此外，在实施例8中，如实 施例7的情况，扩散区36具有电子的吸收端的功能。在实施例8中， 通过形成尺寸比实施例7的漏极区34的尺寸小的漏极区34，并通过 使用在漏极区34上面形成的下层51遮蔽漏极区34不受光照射，抑制 了来自在漏极区34正上方一侧的光入射。由用作势垒的p型区50抑 制由漏极区34外部进入的光产生的光载流子在漏极区34中的扩散。 因此，进一步抑制了由于光入射导致的显示特性的降低。在这个实施 例中，与在实施例7中一样调整扩散区36的电压。但是，在这个实施 例中，可以不提供扩散区36，而且即使只提供了用作势垒的p型区50， 也可以抑制光载流子向漏极区34内的扩散。换言之，在图12B中， 虽然p阱72中的^^素区包括漏极区34、源极区35、扩散区36和p 型区50，也可以用包括漏极区34、源极区35和p型区50的区域作为 像素区。但是，对于包括扩散区36的像素，其电压被与实施例7中的 像素类似地调整，与没有扩散区36的像素相比，可以进一步抑制光载 流子向漏极区34的扩散。
现在，将描述这个实施例的反射型液晶显示设备的制造方法。基 本步骤与在实施例7中的步骤相同。例如，可以通过形成栅极氧化物 膜，图案化该膜，以及随后在下面的三个加速电压条件下对该膜进行 硼离子注入30KeV、 70KeV和140KeV， j吏得膜的杂质浓度变成 5xl0卩cm^量级，来形成p型区50。随后，在图案化该膜之后，通过 对该膜进行剂量为1015cm-2量级的磷离子注入，形成了杂质浓度为 10"cm-s量级的扩散区36。其它步骤与在实施例7中的步骤相同。另 外，在这个实施例中，描述了具有P阱的n型硅衬底的例子，且用 n-MOS晶体管作为像素开关，但是，使用具有n阱的p型硅衬底并用 p-MOS晶体管作为像素开关也没有问题。那时，因为光载流子是空穴， 所以将成为势垒的区域50是n型区。
之后，类似地，使用倾斜汽相沉积设备，还在玻璃衬底46的透 光电极47上形成厚度大约为100nm的氧化硅膜，作为倾斜汽相沉积(对准)膜43;且随后，层叠n型硅衬底71和玻璃村底46。通过在 层叠的衬底之间注入垂直取向液晶，并通过引线结合方式引出电极， 制作了反射型液晶显示设备。当使用三个反射型液晶显示设备制作时， 可以获得具有高亮度和高可靠性的液晶投影仪系统。
实施例9
现在，将基于图13详细地描述本发明的实施例9。 图13是用于本发明的实施例9的反射型液晶显示设备的像素部 分的剖面图。在这个实施例中，在漏极区34下面的部分形成具有势垒 功能的p型区52。在这个实施例中，如实施例7和8的情况一样，还 提供了扩散区36作为电子的吸收端。在实施例9中，如实施例3的情 况一样，通过形成尺寸比实施例7的漏极区34的尺寸小的漏极区34， 并通过使用在漏极区34上面形成的下层51遮蔽漏极区34不受光照 射，还抑制了来自漏极区34正上方一侧的光入射。可以由用作势垒的 p型区52抑制由通过倾斜入射或散射而在深处进入漏极区34下面的 区域的光产生的光栽流子向漏极区34中的扩散。因此，很大程度上抑 制了由于光入射导致的显示特性的降低。虽然，优选p型区52的深度 接近漏极并且浅，从而改善光载流子抑制特性，并从而增大电容，但 是深度可以考虑到诸如耐压问题的设计细节而随意设置。
而且，在这个实施例中，与实施例7的情况一样地调整扩散区36 的电压。但是，在这个实施例中，可以不提供扩散区36，而且即使只 提供p型区52，也可以抑制光载流子向漏极区34内的扩散。换言之， 在图13中，虽然n型硅村底的p阱72中的像素区包括漏极区34、源 极区35、扩散区36，和p型区52,也可以用包括漏极区34、源极区 35和p型区52的区域作为像素区。但是，对于包括扩散区36的像素 而言，其电压被与实施例7的像素类似地调整，与没有扩散区36的像 素相比，可以进一步抑制光栽流子向漏极区34的扩散。而且，如图 14所例示，当通过结合在实施例8中的p型区50形成p型区53时， 虽然过程的步骤数目增加，但考虑到抑制光载流子，它当然是优选的。 当使用三个反射型液晶显示设备制作时，可以获得具有高亮度和高可靠性的液晶投影仪系统。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是可以理解的是，
本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求将被赋予最宽 泛的解释从而涵盖所有这种修改和等同的结构和功能。
权利要求
1、一种反射型液晶显示设备，包括具有透光电极的透光衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在所述透光衬底和第一导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第一导电型半导体衬底具有以矩阵方式布置的多个像素电极；其中，所述第一导电型半导体衬底具有第一半导体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电型；和第二半导体区，其提供在第一半导体区的外围的至少一部分，并具有第一导电型。
2、 根据权利要求1所述的反射型液晶显示设备，其中所述第一 半导体区的外围的至少一部分包括从所述第一导电型半导体衬底的衬 底平面一侧观察的第一半导体区的周围的一部分、和/或第一半导体区 下面的区域的至少一部分。
3、 一种反射型液晶显示设备，包括 具有透光电极的透光衬底；以及第二导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在所述透 光衬底和第二导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第二导电型半导 体衬底具有第一导电型阱，其中以矩阵方式布置了多个像素电极；其中，所述第一导电型阱具有第一半导体区，其用作电连接到所述像 素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电 型；和第二半导体区，其提供在第一半导体区的外围的至少一部分， 并具有第一导电型。
4、 根据权利要求3所述的反射型液晶显示设备，其中所述第一 半导体区的外围的至少一部分包括从所述第二导电型半导体衬底的衬 底平面一侧观察的第一半导体区的周围的一部分、和/或第一半导体区 下面的区域的至少一部分。
5、 根据权利要求1或3所述的反射型液晶显示设备，其中，当 第二导电型多数载流子的单位电荷确定为Q时，关于第二导电型多数 载流子，包括第三半导体区，其电压与Q的乘积比第一半导体区中的 电压的基准值与Q的乘积小并具有第二导电型，而且第二半导体区至 少存在于第一半导体区和第三半导体区之间。
6、 根据权利要求1或3所述的反射型液晶显示设备，其中，在 第一半导体区上，通过相应的绝缘层依次提供第一导电层、第二导电层和所述像素电极，且当从所述液晶一侧观察时，第一和第二导电层 被布置为使得第一导电层放置在第二导电层的开口下面。
7、 一种使用根据权利要求1或3所述的反射型液晶显示设备的 液晶投影仪系统。
全文摘要
本发明公开一种反射型液晶显示设备以及液晶投影仪系统。所述反射型液晶显示设备包括具有透光电极的透光衬底；以及第一导电型半导体衬底，布置为与所述透光衬底相对，在所述透光衬底和第一导电型半导体衬底之间夹着液晶，所述第一导电型半导体衬底具有以矩阵方式布置的多个像素电极。其中，所述第一导电型半导体衬底具有第一半导体区，其用作电连接到所述像素电极的开关元件的主电极区，并具有与第一导电型相反的第二导电型；和第二半导体区，其提供在第一半导体区的外围的至少一部分，并具有第一导电型。
文档编号G02F1/133GK101614899SQ20091016049
公开日2009年12月30日 申请日期2007年4月18日 优先权日2006年4月18日
发明者市川武史 申请人:佳能株式会社