专利名称：硅基液晶显示芯片的像素单元存储电容器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种存储电容器，特别是用于集成电路中LCOS芯片像素单元的存储电容器，属于信息科学技术学科的微电子应用技术领域。
背景技术：
近年，液晶显示器在显示质量、大尺寸和高解析度方面都有了飞跃的发展，较热门的技术是硅基液晶显示器(Liquid Crystal on Silicon，简称LCOS，又称为CMOS-LCD)，这是一种新型的反射式微型LCD显示技术，它首先在单晶硅片上运用LVSI工艺制作驱动基板——LCOS芯片，然后镀上金属层当作反射镜形成CMOS基板，最后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再灌入液晶，封装成的液晶盒是一种“夹心结构”——单晶硅基底片和镀有ITO透明导电膜的玻璃片“夹”(封装)一层液晶材料。因此，LCOS设计成快速响应光阀，通过调制每个像素对入射光的反射程度实现(灰度)图像显示。(Chris Chinnock.“Microdisplays and Manufacturing Infrastructure Mature at SID2000”《Information Display》，2000年9，P18)。
LCoS芯片的电路结构可划分为行扫描驱动器，列数据驱动器，和显示象素矩阵(有源NMOS矩阵)。由于液晶材料本身也有电容(并沿分子的取向充电，当一定量的电荷积聚在像素上时，液晶将按所施加的电场取向。当改变了加在像素的电压，导致液晶电容的变化，液晶分子则再取向，这就实现了显示图像变化。为了保持每帧周期内液晶电容上的电荷泄漏小于5％(日本学术振兴会第142委员会编，黄锡珉，黄辉光，李之熔译，《液晶器件手册》，航空工业出版社，1992，P442)，需要用高密度存储电容。另一方面，由于液晶材料需要交流驱动，通常把公共电极作为参考电平，在固定的时间周期(如帧周期，行周期等)内，保持加到每个像素上的电压极性相对于公共电极电压极性相反，结果提供给液晶盒的电压在时间平均上接近零，尽量减少直流成分，可以防液晶老化变坏。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种硅基液晶显示芯片的像素单元存储电容器，克服电容上的电荷泄漏较大，防止储电容液晶老化变坏的问题，提供一种高密度的存储电容。
本实用新型的技术方案这种硅基液晶显示芯片的像素单元存储电容器，它是NMOS型结构，包括二氧化硅绝缘层、P型硅衬底层、A点、B点、单层多晶硅，第1层多晶硅、栅氧化层，其特点是它还包括n型反型层、n+接触区，省去了第1层多晶硅12；整平的二氧化硅绝缘层7在P型硅衬底层8上，开口杯形的A点9和B点10分开埋置在二氧化硅绝缘层中，B点下面连接着单层多晶硅11，单层多晶硅下面覆盖着栅氧化层13，栅氧化层一侧下面P型硅衬底层中是n+接触区15，在n+接触区下面是n型反型层14。
本实用新型的有益效果
该发明具有减少工艺工序从而降低生产成本的优势，在LCOS显示芯片的存贮电容设计中采用该方法，减少至少两块光刻版，简化制作工艺，有效减少了生产成本。本项发明用于天津市重大科技攻关项目“LCoS微型显示器件关键件及系统的研究”(项目编号013184111)中LCOS显示芯片驱动矩阵像素电路的设计中，使得单层硅栅CMOS工艺就能实现LCOS显示芯片的生产，下表为相关单层硅栅CMOS工艺流程及所需光刻掩膜版，工艺明显简洁
图1双层多晶硅电容器结构图2NMOS型电容器其中7、二氧化硅(SiO2)绝 13、栅氧化层缘层 14、n型反型层8、P型硅(Si)衬底层 15、n+接触区9、A点10、B点11、第2层多晶硅12、第1层多晶硅
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步具体的说明这种硅基液晶显示芯片的像素单元存储电容器，它是NMOS型结构，包括二氧化硅绝缘层、P型硅衬底层、A点、B点、单层多晶硅，第1层多晶硅、栅氧化层，其特点是它还包括n型反型层、n+接触区，省去了第1层多晶硅12；整平的二氧化硅绝缘层7在P型硅衬底层8上，开口杯形的A点9和B点10分开埋置在二氧化硅绝缘层中，B点下面连接着单层多晶硅11，单层多晶硅下面覆盖着栅氧化层13，栅氧化层一侧下面P型硅衬底层中是n+接触区15，在n+接触区下面是n型反型层14。
硅基液晶显示芯片的每个象素单元上有一个与液晶驱动电极并联的存贮电容，它的作用在于补充象素电容以延长电荷存贮时间。存贮电容的作用是增加液晶象素的介电弛豫时间，直至显著地长于1帧周期。这样做可以得到两个重要的好处。首先，从液晶层得到饱和亮度所需的外加寻址电压明显地降低。其次，亮度在整个1帧周期内保持基本不变，因此，其平均亮度比没有电容的要高。
在常规CMOS工艺中，广泛使用的电容器结构如图1所示，它的11、12形成两个导电极板，而7是用VCD方法沉积的中间电介质，这种电容器的非线性和精度都很好，电容密度也较大，但在LCOS芯片工艺实现上较复杂(1)需要制作双层多晶硅；(2)需要独立的电容光刻掩膜版；(3)需要增加特殊的刻蚀整平工艺，包括增加光刻掩膜版和刻蚀工艺来消除双层多晶硅额外产生的芯片表面起伏等。
本实用新型技术采用MOS电容技术制作存贮电容。一种可行的电容器件结构如图2所示，该电容由12，13构成。n+接触区15将金属连线与n型反型层14联到一起，由9向14提供电子。另外，8和15同时接地，消除了14与8之间出现耗尽层寄生电容的现象。在硅基液晶显示芯片的每个象素单元中，由于液晶材料的阈值电压VTLC大于MOS器件的阈值电压VTMOS，因此外驱电压总能保证电路中10的直流电位比9高。则这种电容的容量与电压无关，直接用13作MOS电容的介质层，电容密度与双层多晶硅电容一致。
在生产成本较低的单层硅栅自对准MOS工艺中，本实用新型采用MOS电容技术制作一种可行的存贮电容器件结构如图2所示，该电容由12，13构成。采用自对准工艺，用离子注入制作一个n+接触区15，既作为金属连线的欧姆接触，又当电压达到阈值电压VTMOS时出现n型反型层14时，15将金属连线与14联到一起，由9向14提供电子。另外，8和15同时接地，消除了14与8之间出现耗尽层寄生电容的现象。因此，如果在电路中10的直流电位总比9高，则这种电容的容量与电压无关，直接用13作MOS电容的介质层，电容密度与双层多晶硅电容一致。而在硅基液晶显示芯片的每个象素单元中，由于液晶材料的阈值电压VTLC大于MOS器件的阈值电压VTMOS，因此外驱电压总能保证电路中10的直流电位比9高。
相关存贮电容器件结构设计技术要点为1.显示芯片像素单元电路制作在8上；2.用N型MOS管作存贮电容器；3.每个像素单元中存贮电容器的8和15同时接地。
LCOS显示芯片制作工艺流程与标准单层多晶硅CMOS器件工艺一致。
显示芯片像素存贮电容制作与标准单层多晶硅CMOS器件工艺中制作NMOS的工艺要求一致。存贮电容部分是一个栅电极形状不规整的NMOS管，其源漏接触孔合并在一起，并同时接地。
后道工序与制作硅基液晶显示器件的工艺要求一致。
权利要求1.一种硅基液晶显示芯片的像素单元存储电容器，它是NMOS型结构，包括二氧化硅绝缘层、P型硅衬底层、A点、B点、单层多晶硅，第1层多晶硅、栅氧化层，其特征在于它还包括n型反型层、n+接触区，省去了第1层多晶硅(12)；整平的二氧化硅绝缘层(7)在P型硅衬底层(8)上，开口杯形的A点(9)和B点(10)分开埋置在二氧化硅绝缘层中，B点下面连接着单层多晶硅(11)，单层多晶硅下面覆盖着栅氧化层(13)，栅氧化层一侧下面P型硅衬底层中是n+接触区(15)，在n+接触区下面是n型反型层(14)。
专利摘要本实用新型涉及一种存储电容器，特别是用于集成电路中LCOS芯片像素单元的存储电容器，属于信息科学技术学科的微电子应用技术领域。它是NMOS型结构，包括二氧化硅绝缘层、P型硅衬底层、A点、B点、单层多晶硅，第1层多晶硅、栅氧化层，n型反型层、n+接触区等，省去了1层多晶硅；对每个单元像素中需要配置高密度存贮电容，利用栅氧化层具备较高单位电容值的优势，采用并接NMOS源漏电极到地，从而形成高密度存贮电容，如此可以采用标准单层多晶硅CMOS器件工艺实现LCOS芯片生产，这样不但可减少至少两块光刻掩膜版，而且也能减少多个步骤的制作过程，对增加产量及减少成本，具有明显的经济效益。
文档编号G02F1/13GK2802729SQ200420029969
公开日2006年8月2日 申请日期2004年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者代永平, 耿卫东, 刘艳艳, 王颖, 孙钟林 申请人:南开大学