DE69133483T2 - Halbleitervorrichtung zur Verwendung in einem Lichtventil und deren Herstellungsmethode - Google Patents

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Nobuyoshi Mihama-ku Matsuyama
Tsuneo Mihama-ku Yamazaki
Yoshikazu Mihama-ku Kojima
Hitoshi Mihama-ku Niwa
Hiroaki Mihama-ku Takasu
Tomoyuki Mihama-ku Yoshino
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
  • In einer Vorrichtung mit aktiver Matrix nach dem Stand der Technik sind Dünnfilmtransistoren an der Oberfläche eines amorphen Siliziumdünnfilms oder eines polykristallinen Siliziumdünnfilms gebildet, der über einem Glassubstrat abgeschieden ist. Die Transistorelemente, die auf dem amorphen oder polykristallinen Siliziumdünnfilm gebildet sind, sind im Allgemeinen von einem Feldeffekt-isolierten Gate-Typ. Der amorphe Siliziumdünnfilm oder polykristalline Siliziumdünnfilm kann einfach über dem Glassubstrat durch chemisches Aufdampfen abgeschieden werden, so dass die Struktur zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit aktiver Matrix mit einem relativ großen Frame geeignet ist. Gegenwärtig hat eine kommerziell erzeugte Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit aktiver Matrix unter Verwendung des amorphen Siliziums eine Fläche von etwa 3'' (7,62 cm) zu 10'' (25,4 cm). Der amorphe Siliziumdünnfilm ist für ein Flüssigkristallpaneel mit einer großen Fläche geeignet, da er bei einer niederen Temperatur gleich oder kleiner 350° gebildet werden kann. Andererseits wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit aktiver Matrix unter Verwendung des polykristallinen Siliziumdünnfilms gegenwärtig kommerziell mit einem kleinen Flüssigkristallanzeigepaneel mit einer Breite von etwa 2'' (5,08 cm) erzeugt.
  • Während die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit aktiver Matrix nach dem Stand der Technik unter Verwendung des amorphen Siliziumdünnfilms oder polykristallinen Siliziumdünnfilms für eine Anzeigevorrichtung vom Direktsuchtyp geeignet ist, die einen relativ großen Frame und eine relativ große Bildebene benötigt, ist sie nicht immer für eine miniaturisierte Vorrichtung geeignet, in der die Dichte der Pixel erhöht ist. Die Anforderung nach einer Mikrominiatur-Anzeigevorrichtung oder einer Lichtventilvorrichtung mit einer feinen und hochdichten Anordnung von Pi xeln ist in den letzten Jahren gestiegen. Eine solche mikrominiaturisierte Lichtventilvorrichtung wird zum Beispiel in der primären Bilderzeugungsebene einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Projektionstyp verwendet, und kann bei einem Hochdefinitions-TV-System vom Projektionstyp angewendet werden. Die Feinhalbleiterherstellungstechnik kann zur Herstellung einer Mikrominiatur-Lichtventilvorrichtung verwendet werden, die eine Pixelgröße im Bereich von 10 μm und eine Gesamtgröße von etwa mehreren cm hat.
  • Manchmal jedoch, wenn der amorphe oder polykristalline Siliziumdünnfilm nach dem Stand der Technik verwendet wird, können Transistorelemente in der Größenordnung von Submikron nicht durch eine Feinhalbleiterbearbeitungstechnik hergestellt werden. Da der amorphe Siliziumdünnfilm zum Beispiel eine Mobilität von etwa 1 cm2/Vsec hat, kann keine Treiberschaltung, die einen Hochgeschwindigkeitsvorgang aufweisen muss, über einem gemeinsamen Substrat gebildet werden. Im Falle des polykristallinen Siliziumdünnfilms hat andererseits der Kristallpartikel eine Größe von etwa mehreren μm, wodurch notwendigerweise das Problem entsteht, dass die Miniaturisierung aktiver Elemente begrenzt ist.
  • Bei einer alternativen Halbleitervorrichtung, die allgemein verfügbar ist, sind Transistorelemente auf der Oberfläche eines Einzelkristallsubstrates gebildet. 2 ist eine Schnittansicht einer solchen Halbleitervorrichtung. Allgemein gesagt, die Halbleitervorrichtung umfasst ein Einzelkristall-Halbleitersubstrat 101, das aus Silizium besteht.
  • Insbesondere wird die Oberfläche des Einzelkristall-Halbleitersubstrates 101 integral und hochdicht mit Transistorelementen oder dergleichen durch Diffusion von Störstellen und einen Filmformungsprozess gebildet. In dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, sind auf dem Einzelkristall-Halbleitersubstrat 101 isolierte Gate-Feldeffekttransistoren gebildet. Jeder Elementbereich, der mit einem Transistor gebildet wird, ist von einem feldisolierten Film 102 umgeben. Der Elementbereich ist mit einem Source-Bereich 103 und einem Drain-Bereich 104 durch den Störstellendotierungsprozess gebildet. Zwischen dem Source-Bereich 103 und dem Drain-Bereich 104 ist ein Bereich 105 zur Bildung des Kanals des Transistors gebildet. Eine Gate-Elektrode 107 dieses Kanalbildungsbereichs 105 ist darüber über einen Gate-Oxidfilm 106 gebildet. Das Transistorelement, das aus der Gate-Elektrode 107, dem Source-Bereich 103, dem Drain-Bereich 104 und so weiter besteht, ist mit einem Zwischenschicht-Isolierfilm 108 bedeckt. Eine Source-Elektrode 109 und eine Drain-Elektrode 110 zum Verdrahten der einzelnen Transistoren erstrecken sich durch Kontaktlöcher, die in dem Zwischenschicht-Isolierfilm 108 gebildet sind.
  • Die Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik, die ein Substrat enthält, das aus dem Siliziumeinzelkristall besteht, wie zuvor beschrieben wurde, ist hinsichtlich der hohen Betriebsgeschwindigkeit und der hohen Dichte der Transistorelemente und so weiter besser als die obengenannten Halbleitervorrichtungen aus amorphem Siliziumdünnfilm und polykristallinem Siliziumdünnfilm.
  • Da jedoch das Silizium-Einzelkristallsubstrat lichtundurchlässig ist, kann es nicht als solches in einer Vorrichtung, wie einer Lichtventilvorrichtung, verwendet werden, die ein transparentes Substrat erfordert.
  • In den letzten Jahren wurde andererseits ein Bildprojektionssystem unter Verwendung einer Lichtventilvorrichtung zunehmend verwendet. Dieses Bildprojektionssystem sollte eine geringere Größe, ein geringeres Gewicht und ein feineres Projektionsbild haben. Daher muss eine integrierte Schaltung der Halbleitervorrichtung zur Verwendung in der Lichtventilvorrichtung eine weitaus höhere Dichte haben.
  • Übrigens wird die Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik mit den Transistorelementen gebildet, indem eine Fläche des Einzelkristall-Halbleitersubstrates 101 nach dem Störstellendotierungsprozess und dem Filmbildungsprozess gebildet wird. Diese Prozesse werden immer nur von einer Fläche ausgeführt, so dass die Filme der Reihe nach laminiert werden. Sobald die untere Schicht bearbeitet und mit einer oberen Schicht laminiert ist, kann sie daher keiner weiteren Behandlung mehr unterzogen werden, so dass das Problem entsteht, dass die Stufenkonstruktion in verschiedenen Punkten begrenzt ist.
  • Obwohl das Halbleitersubstrat 101 eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche hat, die einander gegenüberliegen, wird die Halbleitervorrichtung gebildet, indem nur die vordere Oberfläche des Halbleitersubstrates 101 genutzt wird. Somit konzentriert sich die Verdrahtung einer integrierten Schaltung nur auf die vordere Oberfläche, während die hintere Oberfläche ungenutzt bleibt. Daher wird der Verdrahtungsdichte eine Flächenbegrenzung auferlegt, die zu dem Problem führt, dass eine weitaus höhere Dichte der integrierten Schaltung nicht erwartet werden kann. Wenn die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrates als Verdrahtungsfläche genutzt werden könnte, könnte die Integrationsdichte effektiv verdoppelt werden. Dennoch ist diese zweiseitige Verdrahtung bei einer Struktur nach dem Stand der Technik unmöglich.
  • Zur Erhöhung der Integrationsdichte wurde auch vorgeschlagen, mehrere Schichten auf einer Fläche des Halbleitersubstrates zu verdrahten. Mit diesen Mehrfachverdrahtungsvorgängen jedoch wird die Flachheit der Halbleitersubstratoberfläche beeinträchtigt, wodurch das Problem entsteht, dass ein offener Defekt in Stufenabschnitten entsteht oder ein anderer Kurzschlussdefekt eintritt.
  • In der Struktur nach dem Stand der Technik sind die Transistorelemente direkt auf der vorderen Oberfläche des Einzelkristall-Halbleitersubstrates integriert. Infolgedessen ist dieses Einzelkristall-Halbleitersubstrat in einem integralen Verhältnis mit den Transistorelementen, die darüber gebildet sind. Mit anderen Worten, die integrierte Schaltung wird immer von dem Einzelkristall-Halbleitersubstrat gestützt. Abhängig von der beabsichtigten Anwendung der Halbleitervorrichtung jedoch, ist die Verwendung des Einzelkristall-Halbleitersubstrates als Trägersubstrat häufig unpassend. Da dieses Trägersubstrat nicht frei eingerichtet werden kann, hat die bestehende Struktur das Problem, dass keine Flexibilität in dem Anwendungsbereich der Halbleitervorrichtung vorhanden ist.
  • Gotou H., et al., "SOI-Device on bonded wafer", Fujitsu-Scientific and Technical Journal, Band 24, Nr. 4 & Index, Dez. 1988, S. 408–417 (XP-000112818) offenbart einen Prozess, der dem Oberbegriff des beiliegenden Anspruchs 1 entspricht.
  • Angesichts der Probleme der verschiedenen obengenannten Anordnungen nach dem Stand der Technik, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, in dem ein Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm an beiden Flächen bearbeitet werden kann, um eine doppelseitige Verdrahtung möglich zu machen.
  • Die Erfindung erreicht dies durch den Prozess gemäß dem beiliegenden Anspruch 1.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, von welchen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt einer Basisstruktur einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eins Beispiels der Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 3 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines ersten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der eine Anschlusselektrode auf der Fläche gebildet ist, die einem Verdrahtungsmuster gegenüberliegt;
  • 4(a) eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines zweiten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der Gate-Elektroden an den zwei Seiten eines Kanalbildungsbereichs angeordnet sind;
  • 4(b) eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines dritten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der eine Abschirmungsschicht auf einer Gate-Elektrode an der Seite eines Trägersubstrates gebildet ist;
  • 5 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines vierten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und ein Beispiel einer DRAM-Struktur zeigt;
  • 6 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines fünften Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der ein Verdrahtungsmuster einer integrierten Halbleiterschaltung in jene von zwei oberen und unteren Flächen geteilt ist;
  • 7 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines sechsten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der ein Trägersubstrat eine einlagige Struktur hat;
  • 8 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines siebenten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der ein Trägersubstrat mit Entgasungslöchern gebildet ist;
  • 9 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines achten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und eine MROM-Struktur zeigt;
  • 10 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Abschnitt eines neunten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung zeigt, die als Lichtventiltreibersubstrat verwendet wird;
  • 11 ein Prozessdiagramm zur Erklärung eines ersten Schritts eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 12 ein Prozessdiagramm zur Erklärung eines zweiten Schritts des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 13 ein Prozessdiagramm zur Erklärung eines dritten Schritts des Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 14 ein Prozessdiagramm zur Erklärung eines dritten und vierten Schritts des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 15(a) bis 15(c) Prozessdiagramme zur Erklärung eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung sind;
  • 16 ein zehntes Beispiel einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und die eine Draufsicht ist, die ein Lichtventilsubstrat zeigt;
  • 17 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 16 ist;
  • 18 eine Schnittansicht ist, die eine Lichtventilvorrichtung zeigt, die eine Halbleitervorrichtung mit einem Substrat verwendet;
  • 19(a) bis 19(g) Diagramme zur Erklärung der Herstellungsschritte eines Halbleitersubstrates für eine Lichtventilvorrichtung sind und eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 20 ein Diagramm zur Erklärung eines Anschlussauslaufabschnitts eines Halbleitersubstrates für die Lichtventilvorrichtung ist, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
  • 21(a) bis 21(d) ein elftes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zur Erklärung eines Prozesses zum Konstruieren einer Halbleitervorrichtung als Lichtventilvorrichtung; 21(a) ist eine Draufsicht, die eine Gestaltung eines Halbleitersubstrates zeigt; 21(b) ist eine Schnittansicht, die ein Verbundsubstrat unter Verwendung des Halbleitersubstrates zeigt; 21(c) ist eine vergrößerte erklärende Ansicht, die einen Teil eines Pixelbereichs zeigt; und 21(d) ist eine Schnittansicht, die die Lichtventilvorrichtung zeigt;
  • 22(a) und 22(b) eine vergrößerte Draufsicht von oben und eine Schnittansicht sind, die einen Pixelbereich zeigen, der eine Lichtventilvorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
  • 23(a) bis 23(e) ein zwölftes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und Prozessdiagramme sind, die Herstellungsschritte eines Pixelteils einer Lichtventilvorrichtung-Halbleitervorrichtung zeigen;
  • 24 ein dreizehntes Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und eine aufgelöste perspektivische Ansicht zur Erklärung einer Lichtventilvorrichtung ist;
  • 25(a) und 25(b) Schnittansichten sind, die ein vierzehntes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in dem die Halbleitervorrichtung als Lichtventilvorrichtung konstruiert ist;
  • 26(a) bis 26(e) ein fünfzehntes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und Prozessdiagramme sind, die ein Herstellungsverfahren einer Lichtventilvorrichtung zeigen;
  • 27 ein sechzehntes Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und eine in Einzelteile aufgelöste, perspektivische Ansicht zur Erklärung einer Lichtventilvorrichtung ist;
  • 28 ein siebzehntes Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und eine Schnittansicht zur Erklärung eines Bildprojektionssystems unter Verwendung einer Lichtventilvorrichtung ist.
  • 1 ist eine Schnittansicht, die einen Teil einer Basisstruktur einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Wie dargestellt ist, besteht die Halbleitervorrichtung aus einer laminierten Dünnfilmschicht 1, die integral mit Transistorelementen gebildet ist, und einer Trägerschicht 2 zum Stützen der laminierten Dünnfilmschicht 1. Diese laminierte Dünnfilmschicht 1 hat einen Oberflächenisolierfilm 3 mit einer flachen Fläche, der mit Elektroden gebildet wird. Unter diesem Oberflächenisolierfilm 3 ist ein Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 angeordnet. Dieser Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 ist nicht nur mit einem Kanalbildungsbereich 5 für jedes Transistorelement gebildet, sondern auch mit einem Source-Bereich 6 und einem Drain-Bereich 7, die in den Kanalbildungsbereich 5 übergehen. Unter dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 ist durch eine Gate-Oxidschicht 8 ein Zwischenelektrodenfilm angeordnet, der eine Gate-Elektrode 9 des Transistorelements bildet. Unter dem Zwischenelektrodenfilm ist ferner ein Rückenschichtfilm 10 angeordnet. Dieser Rückenschichtfilm 10 ist mit Kontaktlöchern gebildet, die zu dem Source-Bereich 6 und dem Drain-Bereich 7 reichen, so dass eine Source-Elektrode 11 und eine Drain-Elektrode 12 darin angeordnet sind. Die Source-Elektrode 12 und die Drain-Elektrode 12 sind alle über eine Fläche des Rückenschichtfilms 10 verdrahtet. Übrigens besteht dieser Rückenschichtfilm 10 aus einer Feldisolierschicht 13, die einen Elementbereich, der mit dem Transistorelement gebildet ist, und eine Isolierschicht, die die Gate-Elektrode 9 bedeckt, umgibt. Die bisher beschriebene laminierte Dünnfilmschicht 1 wird von der Trägerschicht 2 gestützt. Mit anderen Worten, diese Trägerschicht 2 ist in einem zugewandten Verhältnis fest an den Rückschichtfilm 10 angeklebt.
  • Vorzugsweise hat die Trägerschicht 2 eine zweilagige Struktur, die aus einem Haftfilm 14, der an dem Rückschichtfilm 10 angebracht wird, und einem Trägersubstrat 15 besteht, das fest in zugewandtem Verhältnis durch den Haftfilm 14 angeklebt ist. Als Alternative kann die Trägerschicht 2 eine einlagige Struktur haben, die aus einem Klebstoff geformt ist. Der Klebstoff, der für diese feste Flächenklebung verwendet wird, kann ein Fluidmaterial sein, das zum Beispiel vorwiegend aus Siliziumdioxid besteht. Das Trägersubstrat 15 kann im Voraus mit Durchgangslöchern gebildet werden, um das Gas freizusetzen, das während einer Wärmebehandlung des Klebstoffs erzeugt wird. Ferner kann das Material für das Trägersubstrat 15 frei aus einem optisch transparenten Material, wie Quarz, zusätzlich zu dem Halbleiter, wie Silizium, gewählt werden.
  • Bei jedem der Transistorelemente, das integral in der laminierten Dünnfilmschicht 1 gebildet ist, befindet sich der Source-Bereich 6 und der Drain-Bereich 7, die in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm gebildet sind, in Selbstausrichtung mit der Gate-Elektrode 9. Der Oberflächenisolierfilm 3, der über dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 positioniert und mit dem Kanalbildungsbereich 5, dem Source-Bereich 6 und dem Drain-Bereich 7 gebildet ist, hat eine flache Fläche, so dass er, falls notwendig, mit einer Reihe von Elektroden frei geformt werden kann. Zum Beispiel kann ein Kapazitätselement in dem Oberflächenisolierfilm 3 durch Bilden einer Gegenelektrode über dem Oberflächenisolierfilm 3 gebildet werden, so dass sie dem Drain-Bereich 7 gegenüberliegt. Dann kann eine Halbleitervorrichtung mit einer DRRM-Struktur hergestellt werden. Als Alternative kann eine transparente Elektrode so über dem Oberflächenisolierfilm 3 gebildet werden, dass sie elektrisch mit dem Drain-Bereich 7 zur Bildung eines Pixels verbunden ist. Die Halbleitervorrichtung mit einer solchen Struktur kann als Treibersubstrat für ein Lichtventil verwendet werden. Durch die Kontaktlöcher, die so gebildet sind, dass sie sich durch den Oberflächenisolierfilm 3 erstrecken, kann des Weiteren über dem Oberflächenisolierfilm 3 eine Verdrah tungselektrode gebildet werden, die mit dem Anschlussabschnitt jedes Transistorelements verbunden ist. Dann kann die Verdrahtung der integrierten Schaltung an den zwei Flächen der laminierten Dünnfilmschicht 1 gebildet werden, um die effektive Verdrahtungsdichte zu verbessern. Als Alternative kann ein Abschirmungsfilm zur Vermeidung eines optischen Streuverlusts über dem Oberflächenisolierfilm 3 gebildet werden, so dass er zumindest den Kanalbildungsbereich 5 jedes Transistorelements bedeckt, das in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 gebildet ist. Ferner kann eine zusätzliche Gate-Elektrode über dem Oberflächenisolierfilm 3 derart gebildet werden, dass sie mit dem Kanalbildungsbereich 5 jedes Transistorelements ausgerichtet ist, das in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 gebildet ist. Die Leistung des Transistors kann durch Steuern des Kanalbildungsbereichs 5 durch zwei gegenüberliegende Gate-Elektroden verbessert werden. Ferner kann eine Anschlusselektrode zur externen Verbindung über dem Oberflächenisolierfilm 3 gebildet werden. Da diese Anschlusselektrode eine relativ große Fläche hat, kann die Packungsdichte der integrierten Schaltung deutlich verbessert werden, wenn sie von der Verdrahtungsleitung der integrierten Schaltung an der Rückseite getrennt und auf der Oberfläche angeordnet wird.
  • Der Kanalbildungsbereich 5, der in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4 gebildet ist, kann von der Seite des Oberflächenisolierfilms 4 bearbeitet werden. Durch selektives Dotieren des Kanalbildungsbereichs 5 zum Beispiel mit einer Störstelle durch den Oberflächenisolierfilm 3, kann die Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs 5 individuell und selektiv eingestellt werden. Somit ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung mit einem MROM-Struktur bereitzustellen.
  • Anschließend wird ein Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 1 gezeigten Basisstruktur unter Bezugnahme auf 15(a) bis 15(c) beschrieben. Zunächst wird ein erster Schritt (wie in 15(a) dargestellt) zur Bildung eines SOI-Substrates 23 ausgeführt, das einen Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 22 hat, der über einem vorläufigen Substrat 20 durch einen Isolierfilm 21 laminiert ist. Anschließend wird ein zweiter Schritt zur Bildung einer integrierten Halbleiterschaltung in Bezug auf den Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 22 ausgeführt. Anschließend wird ein dritter Schritt ausgeführt (wie in 15(b) dargestellt), um ein Trägersubstrat durch eine Haftschicht 25 in einem zugewandten Verhältnis fest an der Oberfläche der gebildeten integrierten Schaltung an der Seite, die dem vorläufigen Substrat gegenüberliegt, zu befestigen. Ferner wird ein vierter Schritt ausgeführt (wie in 15(c) dargestellt), um das vorläufige Substrat 20 zu entfernen, um den flachen Isolierfilm 21 an der Außenseite freizulegen. Schließlich wird ein fünfter Schritt zur Bildung einer Elektrode zumindest an der freiliegenden flachen Oberfläche des Isolierfilms ausgeführt.
  • Vorzugsweise wird in dem ersten Schritt das Halbleitersubstrat, das aus Einzelkristallsilizium besteht, zunächst an das vorläufige Substrat aus Silizium durch den Isolierfilm aus Siliziumdioxid thermisch gebunden. Danach wird das Halbleitersubstrat poliert und ausgedünnt, um das SOI-Substrat zu bilden. Zur Bildung des Isolierfilms kann ein Siliziumnitridfilm zunächst als Oberflächenbehandlung auf dem vorläufigen Siliziumsubstrat abgeschieden werden, und dann kann die Siliziumdioxidschicht durch CVD abgeschieden werden. Diese CVD-Siliziumdioxidschicht hat eine ausgezeichnete Haftung an dem Halbleitersubstrat, so dass das Halbleitersubstrat thermisch fest gebunden werden kann. Die derart als Oberflächenbehandlung abgeschiedene Siliziumnitridschicht dient in einem späteren Schritt als Ätzstoppmittel. In dem obengenannten vierten Schritt kann das vorläufige Substrat unter Verwendung der Siliziumnitrid schicht als Ätzstoppmittel weggeätzt werden. Infolgedessen wird ein flacher Isolierfilm an der Außenseite freigelegt.
  • Der obengenannte dritte Schritt wird durch festes Anheften des Trägersubstrates in einem der Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung zugewandten Verhältnis unter Verwendung eines Fluidklebstoffs, der vorwiegend zum Beispiel aus Siliziumdioxid besteht, ausgeführt. Als Alternative kann viel Klebstoff der Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung zugeführt und zur Bildung des Trägersubstrates mit einer einlagigen Struktur verfestigt werden.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind Transistorelemente integral in der laminierten Dünnfilmschicht gebildet. An der Rückseite dieser laminierten Dünnfilmschicht ist ein Verdrahtungsmuster für die Transistorelemente gebildet und ihre Oberfläche ist abgeflacht und zu der Außenseite freigelegt. Dadurch können zahlreiche Elektroden passend und zusätzlich entsprechend den Konstruktionsspezifikationen auf der freiliegenden flachen Oberfläche gebildet werden. Die sogenannte "doppelseitige Verdrahtung" kann zur Verdichtung der Integration der Halbleitervorrichtung ausgeführt werden. Der Kanalbildungsbereich jedes Transistorelements ist in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm gebildet. Durch diesen Oberflächenisolierfilm können zusätzliche Prozesse an dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm ausgeführt werden. Die sogenannte "doppelseitige Behandlung" kann zur Erhöhung des Freiheitsmaßes für eine Stufenkonstruktion des Halbleiterherstellungsverfahrens durchgeführt werden. An der Rückseite der laminierten Dünnfilmschicht ist das Trägersubstrat fest in einem zugewandten Verhältnis durch den Haftfilm befestigt. Dadurch können das Material und die Form des Trägersubstrates frei in Übereinstimmung mit den Konstruktionsspezifikationen gewählt werden.
  • Die Halbleitervorrichtung mit vielen derartigen Vorteilen kann durch Nutzung des SOI-Substrates gebildet werden. Zunächst wird das übliche Halbleiterherstellungsverfahren bei dem SOI-Substrat angewendet, um eine Gruppe aus Dünnfilmtransistorelementen zu bilden. Das Trägersubstrat ist durch einen Klebstoff in einem zugewandten Verhältnis fest an die Oberfläche des SOI-Substrates angeklebt, das mit einer solchen Elementgruppe gebildet ist. Danach wird der vorläufige Substratabschnitt des SOI-Substrates entfernt, um die flache Isolierfilmseite zur Außenseite freizulegen. Somit können die gruppierten Dünnfilmtransistorelemente von dem SOI-Substrat auf das Trägersubstrat übertragen werden, um eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die leicht der doppelseitigen Behandlung und dem Verdrahtungsprozess unterzogen werden kann.
  • Durch Verwendung des SOI-Substrats, wie im Falle des Einzelkristall-Siliziumwafers nach dem Stand der Technik, kann die LSI-Herstellungstechnologie zur Bildung beachtenswert feiner Dünnfilmtransistorelemente verwendet werden. Das SOI-Substrat ist, wie in der Folge beschrieben, so konstruiert, dass der Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm, der aus Silizium besteht, auf das vorläufige Substrat durch den Isolierfilm laminiert ist. Dieser Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm ist hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften besser als der polykristalline Siliziumdünnfilm oder der amorphe Siliziumdünnfilm, so dass es für die LSI-Herstellung geeignet ist. Da der polykristalline Siliziumdünnfilm, wenn er verwendet wird, eine Kristallpartikelgröße von mehreren μm hat, schränkt er notwendigerweise die feine Struktur der Dünnfilmtransistorelemente ein. Zusätzlich hat der polykristalline Siliziumdünnfilm eine Filmbildungstemperatur von etwa 600°C und erschwert die Nutzung der Miniaturisierungstechnologie oder LSI-Herstellungstechnologie, die einen Hochtemperaturprozess von 1000°C oder mehr erfordern. Andererseits hat der amorphe Siliziumdünnfilm, falls er verwendet wird, eine Filmbildungstemperatur von etwa 300°C und macht die Verwendung einer Hochtemperaturbehandlung unmöglich, die für die LSI-Herstellungstechnologie erforderlich ist. Andererseits weist der Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm eine ausgezeichnete Kristallgleichförmigkeit auf und ist thermisch stabil, so dass er frei bei hoher Temperatur behandelt werden kann, um feine Einzelkristall-Dünnfilmtransistorelemente zu bilden. Da ferner der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm eine höhere Ladungsmobilität als der polykristalline Siliziumdünnfilm oder amorphe Siliziumdünnfilm hat, ist es möglich, Transistorelemente bereitzustellen, die ein ausgezeichnetes Hochgeschwindigkeits-Ansprechvermögen haben.
  • Anschließend wird ein erstes Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der Folge ausführlich besprochen. 3 zeigt das Beispiel, in dem eine integrierte Schaltungsverdrahtung und eine externe Verbindungsanschlusselektrode separat auf zwei Flächen, der oberen und unteren, gebildet sind. Wie dargestellt, ist die laminierte Dünnfilmschicht 1 jeweils mit einem isolierten Gate-Feldeffekttransistorelement gebildet. Bei diesem Transistorelement ist der Kanalbildungsbereich 5, der Source-Bereich 6 und der Drain-Bereich 7 in dem gemeinsamen Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 gebildet. Dieser Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 ist mit dem Oberflächenisolierfilm 3 mit flacher Fläche bedeckt. Unter dem Kanalbildungsbereich 5 ist durch den Gate-Oxidfilm 8 die Gate-Elektrode 9 angeordnet. Unter dieser Gate-Elektrode 9 ist der Rückenschichtfilm 10 gebildet. Dieser Rückenschichtfilm 10 besteht aus einem Zwischenschicht-Isolierfilm zum Bedecken und Schützen der Gate-Elektrode 9. Ferner ist der Feldisolierfilm 13 so gebildet, dass er das Transistorelement umgibt. Der Rückenschichtfilm 10 ist mit Kontaktlöchern gebildet, durch welche die Source-Elektrode 11, die an den Source-Bereich 6 angeschlossen ist, und die Drain-Elektrode 12, die an den Drain-Bereich 7 angeschlossen ist, gebildet sind. Die Source-Elektrode 11 und die Drain-Elektrode 12 sind in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Muster verdrahtet, so dass die einzelnen Transistorelemente entlang einer Fläche des Rückenschichtfilms 10 verbunden sind. An einer Fläche des Rückenschichtfilms 10 ist das Trägersubstrat 15, das die laminierte Dünnfilmschicht 1 stützt, durch den Haftfilm 14 fest in einem zugewandten Verhältnis befestigt.
  • Die laminierte Dünnfilmschicht 1 ist teilweise mit einem Durchgangsloch 16 ausgebildet. Dieses Durchgangsloch 16 kann durch selektives Ätzen des Feldisolierfilms 13 gebildet werden. Der Oberflächenisolierfilm 3 ist darüber mit einer Anschlusselektrode 17 für einen elektrischen Anschluss der Drain-Elektrode 12 durch das Durchgangsloch 16 gebildet. Die Anschlusselektrode 17 ist für eine elektrische Verbindung zwischen der Halbleitervorrichtung und einer externen Schaltung bereitgestellt und ist zum Beispiel drahtgebonded. Für diesen Zweck erhält die Anschlusselektrode eine Größe von etwa 100 μm im Quadrat, weitaus größer als jene des Transistorelements. Somit ist die Anschlusselektrode, die eine besonders große Fläche einnimmt, von der Rückseitenverdrahtung der integrierten Schaltung getrennt und auf der Oberfläche gebildet, so dass die Fläche der Rückseite effektiv genutzt werden kann. Ferner kann die Anschlusselektrode fest durch Vakuumaufdampfen des Metalls Aluminium über dem Oberflächenisolierfilm 3 gebildet werden, der eine ausgezeichnete Flachheit aufweist. Infolgedessen ist es möglich, ein äußerst zuverlässiges Drahtbonden durchzuführen.
  • 4(a) zeigt ein zweites Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Dieselben Komponenten, wie jene der in 3 dargestellten Ausführungsform, sind mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass sie leicht verständlich sind. In dem vorliegenden Beispiel ist eine zusätzliche Gate-Elektrode 18 zu der Gate-Elektrode 9 hinzugefügt, die zuvor gebildet wurde. Die zusätzliche Gate-Elektrode 18 ist über dem Oberflächenisolierfilm 3 in Ausrichtung mit dem Kanalbildungsbereich 5 strukturiert, der in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 gebildet ist. Infolgedessen wird die Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs 5 durch die zwei Gate-Elektroden 9 und 18 nach unten und nach oben reguliert. Mit dieser Struktur wird die Schwellenspannung des Transistorelements im Wesentlichen nur durch die Materialeigenschaften des Einzelkristall-Siliziumdünnfilms 4 bestimmt, aber kaum durch die Einflüsse anderer Größen- oder Formfaktoren, so dass die Streuung von Elektroeigenschaften verringert ist. Durch Steuern der Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs gleichzeitig nach oben und nach unten, können ferner die EIN/AUS-Eigenschaften des Transistorelements deutlich verbessert werden, um einen hohen Strom zu erzeugen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem die Gate-Elektrode nur an einer Seite gebildet ist, kann der rückseitige Kanal effektiv verhindert werden, um die Transistoreigenschaften zu verbessern. Daher kann die Kanallänge des Kanalbildungsbereichs im Vergleich zum Stand der Technik auf die Größenordnung von Submikron miniaturisiert werden.
  • In der vorliegenden Erfindung werden die Dünnfilmtransistorelemente nach ihrer Bildung unter Verwendung des SOI-Substrates auf das Trägersubstrat 15 übertragen, um die Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Infolge dieser Übertragung wird die Gate-Elektrode 9, anders als nach dem Stand der Technik, unter dem Kanalbildungsbereich 5 positioniert, dessen obere Seite für eine zusätzlich Bearbeitung geöffnet ist. Dank dieser Struktur kann die zusätzliche Gate-Elektrode 18 beachtenswert einfach gebildet werden.
  • Wie zuvor hierin beschrieben, verwendet die vorliegende Erfindung das SOI-Substrat zur Bildung der Transistorelemente für den Einzelkristall-Siliziumdünnfilm. Der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm ist hinsichtlich der Miniaturisierung und dem Hochgeschwindigkeits-Ansprechvermögen besser als der polykristalline Siliziumdünnfilm oder der amorphe Siliziumdünnfilm, ist aber dahingehend mangelhaft, dass ein höherer optischer Verluststrom in den Kanalbildungsbereich fließt. Dieser optische Verluststrom erhöht den Fehlerstrom der Transistorelemente, wodurch die EIN/AUS-Eigenschaften verschlechtert werden. Um eine Bildung dieses optischen Verluststroms zu verhindern, kann die zusätzliche Gate-Elektrode 18 vorzugsweise zum Beispiel durch einen Abschirmungsfilm dargestellt werden, der abschirmende Eigenschaften hat. Nachdem zum Beispiel das Metall Aluminium über der gesamten flachen Fläche des Oberflächenisolierfilms 3 abgeschieden wurde, wird eine vorbestimmte Strukturierung zur Bildung der zusätzlichen Gate-Elektrode 18 durchgeführt, so dass ein effektiver Abschirmungsfilm gebildet werden kann.
  • 4(b) zeigt ein drittes Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Dieselben Komponenten, wie jene der in 1 dargestellten Ausführungsform, sind mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass sie leicht verständlich sind. In dem vorliegenden Beispiel ist ein Trägersubstrat 15 transparent, im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform, die in 4(a) dargestellt ist, in der eine Lichtabschirmungsschicht auf einem Isolierfilm 3 mit einem lichtundurchlässigen Trägersubstrat 15 gebildet ist. In dem vorliegenden Beispiel kann Licht, das von der Oberfläche des Trägersubstrates 15 gestreut wird, die Gate-Elektrode 9 von der Unterseite her erreichen.
  • Für einen stabilen Betrieb eines Transistorelements auf einer Einzelkristall-Halbleiterschicht ist bevorzugt, dass eine Gate-Elektrode 9, die mit einer Gate-Oxidschicht 8 in Kontakt steht, aus einer polykristallinen Schicht gebildet ist. Eine polykristalline Dünnfilmschicht hat Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, so dass eine Lichtabschirmungsschicht 20 auf der Gate-Elektrode 9 gebildet werden muss, um ein Licht von der Unterseite der Gate-Elektrode 9 zu vermeiden. Die Materialien, die für die Lichtabschirmungsschicht 20 verwendet werden, können Cr, Ta, W und andere Metalle sein. Im Falle eines elektrisch leitenden Dünnfilms, der für die Lichtabschirmungsschicht 20 verwendet wird, hat die Lichtabschirmungsschicht dieselbe Funktion wie eine Gate-Elektrode. Die Materialien, die für die Lichtabschirmungsschicht 20 verwendet werden, können halbleitende oder isolierende Materialien sein, wie Siliziumgermanium, Nitrad oder andere.
  • 5 zeigt ein viertes Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Ebenso sind dieselben Komponenten wie jene der vorangehenden Ausführungsformen mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass die vorliegende Ausführungsform leicht verständlich ist. Die vorliegende Ausführungsform betrifft die Halbleitervorrichtung mit der sogenannten "DRAM-Struktur". Wie dargestellt, ist eine Gegenelektrode 19 über dem Oberflächenisolierfilm 3 strukturiert und derart gebildet, dass sie dem Drain-Bereich 7 jedes Transistorelements gegenüberliegt, das in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 gebildet ist. Zwischen dem Drain-Bereich 7 und der Gegenelektrode 19 befindet sich eine dielektrische Schicht, die aus dem Oberflächenisolierfilm 3 besteht, um ein Kapazitätselement zu bilden. Mit anderen Worten, die Datenspeicherkapazitätselemente sind an die einzelnen integrierten Transistorelemente zur Bildung eines DRAM gekoppelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieser DRAM leicht durch Strukturieren der Gegenelektroden einfach in Bezug auf die flache Fläche des Oberflächenisolierfilms 3 erzeugt werden. Nachdem eine Spannung an die Gate-Elektrode 9 angelegt wurde, um den Kanalbildungsbereich 5 leitend zu machen, wird eine Ladung von dem Source-Bereich 6 zu dem Drain-Bereich 7 geleitet, um den Kanalbildungsbereich 5 nichtleitend zu machen. Dadurch wird die zugeführte Ladung vorübergehend als gespeicherte Daten in den Kapazitätselementen gespeichert. Auf diese Weise werden die Daten geschrieben. Zum Auslesen der geschriebenen Daten kann der Kanalbildungsbereich 5 wieder leitend gemacht werden, so dass die einmal gespeicherte Ladung in den Source-Bereich 6 eingeführt werden kann, wo ihre Quantität erfasst wird.
  • 6 zeigt ein fünftes Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. In dem vorliegenden Beispiel ist die Anschlusselektrode des Transistorelements, d.h., eine von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode, nicht an der Rückseite, sondern an der Oberfläche gebildet. Somit kann die Verdrahtungsdichte auf jeder Fläche durch Teilen der Verdrahtung des Transistorelements vertikal zu der laminierten Dünnfilmschicht 1 verbessert werden. Falls nur eine Fläche mit der Souce-Elektrode und der Drain-Elektrode gebildet ist, wie nach dem Stand der Technik, wird die Miniaturisierung der Transistorelemente behindert. In dem vorliegenden Beispiel wird die Verdrahtungsleitung der Source-Elektrode 11 zu der Rückseite geführt, während eine Drain-Elektrode 31 auf der Oberfläche durch ein Kontaktloch 32 gebildet ist, das in dem Oberflächenisolierfilm 3 geöffnet ist. Wie zuvor beschrieben, wird eine Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, durch Übertragen des Dünnfilmtransistorelements von dem SOI-Substrat auf das Trägersubstrat gebildet, so dass der Drain-Bereich 7, der in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 gebildet ist, auf der Oberfläche durch den Oberflächenisolierfilm 3 positioniert ist. Infolgedessen kann der Elektrodenanschluss leicht durch den Oberflächenisolierfilm 3 hergestellt werden. Somit kann das doppelseitige Bonden der integrierten Schaltung ausgeführt werden, um die Kapazität über jene nach dem Stand der Technik zu erhöhen.
  • 7 zeigt ein sechstes Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Im Gegensatz zu den vorangehenden Beispielen verwendet das vorliegende Beispiel eine Trägerschicht 42 mit einer einlagigen Struktur. Diese Trägerschicht 42 kann durch Zuführen und Verfestigen von viel Klebstoff zu/an der Rückseite der laminierten Dünnfilmschicht 1 geformt werden, die mit der integrierten Halbleiterschaltung gebildet ist. Da das vorliegende Beispiel im Gegensatz zu dem vorangehenden Beispiel kein getrenntes Trägersubstrat verwenden muss, können die Produktionskosten gesenkt und die gesamte Dicke der Halbleitervorrichtung verringert werden. Da die Halbleitervorrichtung mit einer solchen Struktur zu einer Schicht gebildet wird, kann sie in zum Beispiel zweckdienlich in einer IC-Karte eingebaut werden.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines siebenten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. 8 ist im Vergleich zu den vorangehenden Figuren auf den Kopf gestellt, so dass das vorliegende Beispiel leicht verständlich ist. Ferner zeigt 8 den Zustand eines Halbproduktes, so dass die vorliegende Ausführungsform leicht verständlich ist. In dem Halbproduktzustand, wie dargestellt, verbleibt ein SOI-Substrat 51. Dieses SOI-Substrat 51 besteht aus der laminierten Dünnfilmschicht 1, die mit den gruppierten Transistorelementen und einem vorläufigen Substrat 52 gebildet ist, das die laminierte Dünnfilmschicht 1 vorübergehend durch den Isolierfilm 3 stützt. Auf dem vorläufigen Substrat 52 wird der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 durch den Isolierfilm 3 abgeschieden. Dieser Einzelkristall-Siliziumdünnfilm ist mit dem Kanalbildungsbereich 5, dem Source-Bereich 6 und dem Drain-Bereich 7 jedes Transistorelements gebildet. Auf dem SOI-Substrat 51, das integral mit den gruppierten Transistorelementen gebildet ist, ist in einem zugewandten Verhältnis das Trägersubstrat 15 durch die Haftschicht 14 fest befestigt. Dieses Trägersubstrat 15 wird im Voraus mit Durchgangslöchern 52 in einem vorbestimmten Abstand gebildet. Diese Durchgangslöcher 53 sind zum Freisetzen des Gases bereitgestellt, das während der Wärmebehandlung des Haftfilms 14 freigesetzt wird. Ohne solche Durchgangslöcher hätte das Gas, das im Laufe der thermischen Härtung des Haftfilms 14 erzeugt wird, keinen Austritt, so dass es schwierig wäre, das gleichförmige und starre Trägersubstrat 15 fest in dem zugewandten Verhältnis anzukleben. Wenn das erzeugte Gas in dem Haftfilm 14 zur Bildung von Blasen eingeschlossen ist, beeinträchtigt es die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung. Zur Behebung dieses Nachteils werden daher die Entgasungsdurchgangslöcher 15 im Voraus in dem Trägersubstrat 15 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Nachdem das Trägersubstrat fest in dem zugewandten Verhältnis unter Verwendung des Haftfilms 14 angeklebt wurde, wird das vorläufige Substrat 52, das das SOI-Substrat 51 bildet, poliert und weggeätzt, um den flachen Isolierfilm 3 an der Außenseite freizulegen.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines achten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das vorliegende Beispiel betrifft die sogenannte "MROM-Struktur". In diesem MROM, d.h., Masken-ROM, sind die Daten in die einzelnen Kanalbildungsbereiche der Transistorelemente geschrieben, die integral in einer Gruppenform gebildet sind. Die Daten werden durch selektives Einstellen der Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs geschrieben. Nachdem die Transistorelemente integral über dem SOI-Substrat gebildet wurden, wird die Halbleitervorrichtung auf das Trägersubstrat 15 übertragen. Im Gegensatz zu der Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik liegt daher die Gate-Elektrode 9 unter dem Kanalbildungsbereich 5, der in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 gebildet ist. Die obere Fläche des Kanalbildungsbereichs 5 ist offen. Mit einer solchen Struktur kann die Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs 5 selektiv eingestellt und von der Oberflächenseite gesteuert werden. Insbesondere wird ein Resistfilm 60 über dem Oberflächenisolierfilm 3 in Übereinstimmung mit dem zu spei chernden Datenmuster strukturiert. Infolgedessen sind die Elementbereiche der einzelnen Transistorelemente selektiv maskiert. Wenn die Oberfläche der Halbleitervorrichtung mit Ionen über ihre gesamte Oberfläche implantiert ist, werden nur die unmaskierten Elementbereiche selektiv mit den Störstellenionen dotiert, um die Leitfähigkeit des Kanalbildungsbereichs 5 zu erhöhen. Somit werden die Daten in die Transistorelementgruppe geschrieben. Zum Auslesen der Daten kann eine Potenzialdifferenz, die zwischen der Source-Elektrode 11 und der Drain-Elektrode 12 hergestellt wird, erfasst werden, indem eine vorbestimmte Spannung an die Gate-Elektrode 9 angelegt wird.
  • Der Datenschreibvorgang wird in der letzten Stufe des Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahrens ausgeführt. Dadurch wird es möglich, eine große Anzahl von Halbprodukten im Voraus zu erzeugen, bevor sie mit den Daten beschrieben werden. Eine beachtenswert effiziente Herstellungssteuerung kann ausgeführt werden, indem schließlich die Daten gemäß den erforderlichen Spezifikationen geschrieben werden.
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines neunten Beispiels einer Halbleitervorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das vorliegende Beispiel betrifft eine Halbleitervorrichtung, die als Lichtventilsubstrat verwendet wird. Ein Lichtventilsubstrat 71, das aus der Halbleitervorrichtung hergestellt wird, besteht, wie dargestellt, aus der laminierten Dünnfilmschicht 1, die integral mit den gruppierten Transistorelementen gebildet ist, dem transparenten Trägersubstrat 15 und dem Haftfilm 14 zum festen Ankleben der beiden in dem zugewandten Verhältnis. Jedes Transistorelement ist aus einem isolierenden Gate-Feldeffekttransistor hergestellt und besteht aus dem Kanalbildungsbereich 5, dem Source-Bereich 6, dem Drain-Bereich 7 und der Gate-Elektrode, die durch den Gate-Oxidfilm 8 unter dem Kanalbil dungsbereich 5 angeordnet ist. Der Oberflächenisolierfilm 3 ist so angeordnet, dass er den Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 bedeckt. Der Oberflächenisolierfilm 3 hat eine beachtenswert flache Oberfläche. In dieser flachen Oberfläche sind transparente Elektroden 72, die Pixel bilden, so angeordnet, dass sie den einzelnen Transistorelementen entsprechen. Jede transparente Elektrode 72 ist elektrisch mit dem Drain-Bereich des entsprechenden Transistorelements durch ein Kontaktloch 73 verbunden, das in dem Oberflächenisolierfilm 3 geöffnet ist. Das Transistorelement dient als Schalter für die transparente Elektrode 72, nicht nur um eine vorbestimmte Spannung an die Gate-Elektrode 9 anzulegen, um den Kanalbildungsbereich 5 leitend zu machen, sondern auch um eine vorbestimmte Antriebsspannung an die Source-Elektrode 11 anzulegen, um die transparente Elektrode 72 anzutreiben. Diese transparente Elektrode 72 ist über dem beachtenswert flachen Oberflächenisolierfilm 3 gebildet, so dass sie eine ausgezeichnete Glätte und Dimensionsgenauigkeit hat. Die transparente Elektrode 72 und die laminierte Dünnfilmschicht 1, die mit einem entsprechenden Transistorelement oder Schaltelement gebildet ist, werden von dem transparenten Trägersubstrat 15 durch den Haftfilm 14 gestützt. Wenn die Halbleitervorrichtung als Lichtventilvorrichtung verwendet wird, muss sie optisch transparent sein, so dass sie die Durchlässigkeit eines einfallenden Lichts steuern kann. In der vorliegenden Ausführungsform besteht daher das Trägersubstrat 15 aus einem transparenten Material, wie Glas, und der Haftfilm 14 besteht auch aus einem transparenten Material. Daher ist die gesamte laminierte Struktur, die aus der transparenten Elektrode 72, dem Haftfilm 14 und dem transparenten Trägersubstrat 15 besteht, transparent, so dass sie die Lichtventilfunktion für jedes Pixel erreichen kann.
  • Ein gegenüberliegendes Substrat 74 ist mit einem vorbestimmten Spalt und gegenüber dem Lichtventilsubstrat 71 mit einer solchen Struktur angeordnet. Das gegenüberliegende Substrat 74 besteht aus einem Glasmaterial und seine innere Oberfläche ist mit einer gemeinsamen Elektrode 75 gebildet. Der Spalt zwischen dem Lichtventilsubstrat 71 und dem gegenüberliegenden Substrat 74 ist mit einer elektrooptischen Substanz, wie einer Flüssigkristallschicht 76, gefüllt, um ein einfallendes Licht optisch für jedes Pixel zu modulieren. Insbesondere wird die Durchlässigkeit für das einfallende Licht variiert, um die Lichtventilfunktion in Übereinstimmung mit dem Pegel der Antriebsspannung zu erreichen, die zwischen der transparenten Elektrode 72, die das Pixel bildet, und der gemeinsamen Elektrode 75 angelegt wird. Wenn die Flüssigkristallschicht 76 als Schicht aus einer elektrooptischen Substanz verwendet wird, muss ihre Dicke auf eine beachtenswert gleichförmige Dicke reguliert werden, so dass eine gleichförmige Lichtventilfunktion erreicht werden kann. Da in diesem Fall der Oberflächenisolierfilm 3, der in dem obersten Abschnitt des Lichtventilsubstrates 71 positioniert ist, eine beachtenswert flache Fläche hat, ist es einfach, eine gleichförmige Dicke zu erreichen. Zusätzlich ist eine Orientierung erforderlich, wenn die Flüssigkristallschicht 76 verwendet wird. Diese Orientierung kann gleichförmig sein, da das Lichtventilsubstrat 71 eine ausgezeichnet glatte Oberfläche hat.
  • Anschließend wird das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Folge ausführlich unter Bezugnahme auf 11 bis 14 beschrieben. 11 ist ein Prozessdiagramm, das einen ersten Schritt des Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahrens zeigt. In diesem Schritt wird zunächst ein SOI-Substrat 81 hergestellt. Dieses SOI-Substrat 81 hat den Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 4, der auf ein vorläufiges Substrat 82 durch den Isolierfilm 3 laminiert ist.
  • Das SOI-Substrat 81 mit einer solchen Struktur kann durch Abscheiden eines polykristallinen Siliziumdünnfilms auf der Oberfläche des vorläufigen Substrates 82, das aus einer isolierenden oder Halbleitersubstanz besteht, durch das chemische Aufdampfen gebildet werden, und anschließend durch Erwärmen mit Laserbestrahlung, so dass der polykristalline Film zu einer Einzelkristallstruktur rekristallisiert werden kann. Allgemein gesagt jedoch, hat der Einzelkristall, der durch die Rekristallisierung eines Polykristalls erhalten wird, nicht immer eine gleichförmige Kristallorientierung, hat aber eine relativ hohe Gitterdefektdichte. Aus diesen Gründen ist die Anwendung der Miniaturisierungstechnologie der LSI-Herstellungstechnologie, wie bei dem Siliziumwafer an dem SOI-Substrat, das durch das Rekristallisierungsverfahren hergestellt wird, bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 mit einer gleichförmigen Kristallorientierung und einem Gitterdefekt geringer Dichte, wie jene des Siliziumwafers, der allgemein in dem Halbleiterherstellungsverfahren verwendet wird, über dem vorläufigen Substrat 82 gebildet. Dieses Verfahren wird in der Folge genau beschrieben.
  • Zunächst werden die Einzelkristallsiliziumplatte und das vorläufige Substrat 82 hergestellt. Dieses vorläufige Substrat 82 besteht zum Beispiel aus einem Siliziummaterial. Andererseits kann die Einzelkristallsiliziumplatte zum Beispiel ein Hochqualitätssiliziumwafer sein, der zum Beispiel in der LSI-Herstellung verwendet wird, und eine Kristallorientierung mit einer Gleichförmigkeit im Bereich von (100) 0,0 ± 1,0 hat, und eine Einzelkristallgitterdefektdichte von 500/cm2 oder weniger. Die Einzelkristallsiliziumplatte ist an ihrer Rückseite abgeflacht. Andererseits ist die Oberfläche des vorläufigen Substrates 82 mit dem Isolierfilm 3 gebildet. Dieser Isolierfilm 3 wird durch Abscheiden von Siliziumdioxid zum Beispiel durch chemischen Aufdampfen oder CVD gebildet. Übrigens kann eine Siliziumnitridschicht vorzugsweise als Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche des vorläufigen Substrates 82 abgeschieden werden, bevor die Siliziumdioxidschicht durch CVD abgeschieden wird. Der derart abgeschiedene Isolierfilm 3 hat auch eine flache Fläche.
  • Anschließend werden die Einzelkristallsiliziumplatte mit der flachen Fläche und das vorläufige Substrat 82 thermisch gebunden, indem sie übereinander gelegt und durch den Isolierfilm 3 erwärmt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden diese zwei Plattenelemente durch den ausgezeichnet klebenden Isolierfilm 3, der aus Siliziumdioxid besteht, thermisch gebunden, so dass sie fest aneinander gebunden sind.
  • Anschließend wird die Oberfläche der Einzelkristallsiliziumplatte poliert. Dadurch wird der Isolierfilm 3 gebildet, über dem der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 liegt, der auf eine gewünschte Dicke poliert ist. Somit wird, wie in 11 dargestellt ist, das SOI-Substrat 81 erhalten, das aus dem vorläufigen Substrat 82 aus Silizium und dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 besteht. Übrigens kann die Polierbehandlung zum Ausdünnen der Einzelkristallsiliziumplatte durch die Ätzbehandlung ersetzt werden. Da der derart erhaltene Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 die Qualität des Siliziumwafers im Prinzip unverändert aufrechterhält, ist es möglich, ein Halbleitersubstratmaterial zu erhalten, das extrem ausgezeichnet in der Gleichförmigkeit der Kristallorientierung und des Dichte des Gitterdefekts ist.
  • Anschließend wird ein zweiter Schritt des Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in der Folge unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. In diesem Schritt wird der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 mit der integrierten Halbleiterschaltung zur Bildung der laminierten Dünnfilmschicht 1 gebildet.
  • Insbesondere wird der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 zunächst selektiv thermisch oxidiert, so dass er zu der Feldisolierschicht 13 umgewandelt wird, während einzelne Elementbereiche verbleiben. Dadurch werden die Elementbereiche so geformt, dass sie von der Feldisolierschicht 13 umgeben sind. Anschließend wird die Elementbereichoberfläche thermisch oxidiert, um den Gate-Isolierfilm 8 zu bilden. Ein Zwischenelektrodenfilm wird auf dem Gate-Isolierfilm 8 abgeschieden und einer vorbestimmten Strukturierung zur Bildung der Gate-Elektrode 9 unterzogen.
  • Im Falle des dritten Beispiels, das in 4(b) dargestellt ist, hat der Zwischenelektrodenfilm eine gestapelte Struktur, die eine Gate-Elektrode und eine Lichtabschirmungsschicht umfasst. In diesem Fall wird der Zwischenelektrodenfilm, der sowohl einen Gate-Elektrodenfilm als auch einen Lichtabschirungsfilm aufweist, nach diesem Schritt als Gate-Elektrode 9 bearbeitet. Dann wird die Gate-Elektrode 9 als Maske zum Dotieren des Einzelkristall-Siliziumdünnfilms 4 mit einer Störstelle verwendet, um den Source-Bereich 6 und den Drain-Bereich 7 durch Ionenimplantation zu bilden. Dadurch werden der Source-Bereich 6 und der Drain-Bereich 7 in Selbstausrichtung mit der Gate-Elektrode 9 gebildet. Der Kanalbildungsbereich 5, der undotiert bleibt, wird zwischen dem dotierten Source-Bereich 6 und Drain-Bereich 7 gebildet. Nach dem Ende der Ionenimplantation werden die Elementbereiche alle über der Oberfläche mit dem Passivierungsfilm 10 bedeckt. Dann wird das Kontaktloch in dem Passivierungsfilm 10 geöffnet, um die Source-Elektrode zu bilden, die an den Source-Bereich 6 angeschlossen wird, sowie die Drain-Elektrode, die an den Drain-Bereich 7 angeschlossen wird. Dadurch werden die Oberflächen des Passivierungsfilms 10 und der Feldisolierschicht 13 mit der integrierten Schaltung verdrahtet, die aus den gruppierten Transistorelementen besteht. Gleichzeitig wird auch die Gate-Elektrode 9 verdrahtet.
  • Anschließend wird ein dritter Schritt des Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Er findung in der Folge unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. In diesem Schritt wird ein Trägersubstrat in einem zugewandten Verhältnis zu der gegenüberliegenden Seite des vorläufigen Substrates 82 fest angeklebt. Dazu wird ein Klebstoff zunächst auf die Oberfläche der laminierten Dünnfilmschicht 1, die mit der integrierten Halbleiterschaltung gebildet ist, aufgetragen, um die Haftschicht 14 zu bilden. Ein Material, das für den Klebstoff verwendet wird, ist zum Beispiel Polyimidharz oder ein Epoxidharz. Das Polyimidharz hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und einen geringen Gehalt an Unreinheiten. Andererseits hat das Epoxidharz eine ausgezeichnete Bearbeitungsfähigkeit und ein starkes Haftvermögen. Dennoch haben diese organischen Materialien andere lineare Ausdehnungskoeffizienten als das Siliziummaterial und können ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit abhängig von der beabsichtigten Verwendung der Halbleitervorrichtung bereiten. Ferner enthalten diese organischen Materialien notwendigerweise Alkali-Ionen und können nachteilige Wirkungen auf die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung haben. In der vorliegenden Ausführungsform hat daher der Klebstoff, der in dem anorganischen Fluidmaterial verwendet wird, eine Zusammensetzung, in der Siliziumdioxidpartikel in einem Lösemittel dispergiert sind. Ein solcher Siliziumdioxidklebstoff kann einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um einen dichteren Siliziumdioxidfilm zu bilden. Dieser Siliziumdioxidfilm ist nicht nur hinsichtlich der Zuverlässigkeit ausgezeichnet, da er weniger Alkali-Ionen enthält, sondern kann auch die Wärmebelastung verringern, da sein linearer Ausdehnungskoeffizient so hoch wie jener des Substratmaterials ist. Der Siliziumdioxidklebstoff kann auf die Oberfläche der integrierten Schaltung durch ein einfaches Verfahren, wie das Spinn-, Tauch- oder Sprühverfahren, aufgetragen werden. Dank der Fluidizität hat der Siliziumdioxidklebstoff eine ausgezeichnete Stufenglätte.
  • In einem Schritt, der in 14 dargestellt ist, wird ferner das Trägersubstrat 15 an die Oberfläche des aufgetragenen Haftfilms 14 geklebt. Das Material für das Trägersubstrat 15 kann in Übereinstimmung mit dem Verwendungszweck der Halbleitervorrichtung passend gewählt werden. Zum Beispiel wird Silizium oder Quarz als Material gewählt. Durch die Wärmebehandlung in diesem Zustand wird das Lösemittel, das in dem Haftfilm 14 enthalten ist, verdampft, und die Verschmelzung der Siliziumdioxidpartikel schreitet fort, bis das Trägersubstrat 15 und das SOI-Substrat 81 in dem zugewandten Verhältnis fest aneinander geklebt sind. Der derart erwärmte Haftfilm 14 bildet einen dichten Siliziumdioxidfilm mit einer Qualität, die im Wesentlichen mit jener eines thermisch oxidierten Films identisch ist. Übrigens ist das Lösemittel, das in dem Klebstoff enthalten ist, anorganisch oder organisch. Das organische Lösemittel ist für den Fall geeignet, in dem ein besonders dicker Haftfilm gebildet werden soll. Wenn diese Dicke auf ein beachtliches Ausmaß erhöht wird, kann das Trägersubstrat aus dem Haftfilm selbst konstruiert werden. In diesem Fall nimmt die fertige Halbleitervorrichtung eine Schichtform an und kann bei einer besonders dünnen Vorrichtung angewendet werden.
  • Sobald das Trägersubstrat und das SOI-Substrat 81 geklebt sind, wird schließlich das vorläufige Substrat 82 entfernt, um den Isolierfilm 3 mit der flachen Fläche an der Außenseite freizulegen. Diese Entfernung wird zum Beispiel durch Ätzen des vorläufigen Substrates 82 aus Silizium ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 3 und dem vorläufigen Substrat 82 als Oberflächenbehandlung mit einer Siliziumnitridschicht gebildet, so dass die Siliziumnitridschicht effektiv als Ätzstoppmittel dient. Insbesondere aufgrund des Unterschiedes in der Ätzrate zwischen dem Silizium und dem Siliziumnitrid endet die Ätzentfernung des vorläufigen Substrates 82 aus Silizium im Wesentlichen in dem Schritt, der den Siliziumnitridfilm erreicht. Somit kann schließlich die in 1 dargestellte Halbleitervorrichtung erhalten werden. Übrigens ist die in 14 dargestellte Anordnung im Vergleich zu jener in 1 auf den Kopf gestellt, so dass sie leicht verständlich ist. Der freiliegende Isolierfilm hat eine beachtenswert ausgezeichnete Flachheit und unter ihm ist der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 angeordnet. Dadurch kann dieser flache Oberflächenisolierfilm 3 leicht einer Vielzahl von zusätzlichen Behandlungen unterzogen werden, einschließlich zumindest der Bildung von Elektroden, und der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 4 kann auch, falls erwünscht, leicht einer zusätzlichen Behandlung unterzogen werden.
  • Wie zuvor hierin beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die integrierte Schaltung, die auf dem SOI-Substrat gebildet ist, auf das Trägersubstrat übertragen, und der vorläufige Substratabschnitt des SOI-Substrates wird dann entfernt, so dass die Halbleitervorrichtung eine Fläche hat, die im Voraus verdrahtet wird, und eine andere Fläche, die zu der Außenseite freigelegt ist. Diese freiliegende Fläche hat eine flache Oberfläche und unmittelbar unter ihr ist der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm angeordnet. Da die freiliegende Fläche einer zusätzlichen Behandlung zur Bildung einer Elektrode oder Verdrahtung unterzogen werden kann, kann der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die doppelseitige Verdrahtungsstruktur verliehen werden, um die Wirkung zu erreichen, dass ihre Packungsdichte gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert ist. Durch Teilen der Verdrahtungsleitungen der integrierten Schaltung in obere und untere Flächen kann die Verdrahtungsdichte im Wesentlichen verdoppelt werden, um die integrierte Schaltung zu miniaturisieren. Als Alternative wird die laminierte Dünnfilmschicht, die mit der integrierten Schaltung gebildet ist, an ihrer Rückseite mit einem Verdrahtungsmuster und an ihrer Oberfläche mit einer extern angeschlossenen Anschlusselektrode gebildet, wodurch die Wirkung erreicht wird, dass die Oberfläche und die Rückseite effektiv genutzt werden können. Ein anderer Effekt ist, dass die Halbleitervorrichtung, die verschiedene Anwendungen erfüllt, beachtenswert einfach durch Hinzufügen verschiedener Elektroden zu der freiliegenden Oberfläche der Halbleitervorrichtung gemäß den Konstruktionsspezifikationen hergestellt werden kann. Zum Beispiel wird das Halbleitervorrichtungssubstrat zum Antreiben des Lichtventils zum Beispiel durch Bilden einer transparenten Elektrode zur Definition des Pixels erhalten. Ferner kann der DRAM leicht durch Bilden einer Kapazitätselektrode hergestellt werden. Durch Bilden einer zusätzlichen Gate-Elektrode ist es ferner möglich, eine Halbleitervorrichtung herzustellen, die aus Transistorelementen mit einem ausgezeichneten EIN/AUS-Verhältnis besteht. Zusätzlich kann eine Halbleitervorrichtung, die aus Transistorelementen mit einem geringen Fehlerstrom besteht, hergestellt werden, indem die hinzugefügte Elektrode aus einem Abschirmungsmaterial gebildet wird.
  • In der Struktur der Halbleitervorrichtung, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, ist der Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm unmittelbar unter dem Oberflächenisolierfilm angeordnet. Infolgedessen kann eine zusätzliche Behandlung durch den Oberflächenisolierfilm ausgeführt werden, um die Wirkung zu erreichen, dass die sogenannte "doppelseitige Verarbeitung" ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann ein MROM beachtenswert einfach hergestellt werden, indem der Kanalbildungsbereich des Transistorelements selektiv durch den Oberflächenisolierfilm dotiert wird.
  • Die laminierte Dünnfilmschicht, die mit der integrierten Halbleiterschaltung gebildet ist, wird durch den Haftfilm vom Trägersubstrat gestützt. Dadurch herrscht kein integrales und unteilbares Verhältnis, im Gegensatz zum Stand der Technik, zwischen der laminierten Dünnfilmschicht und ihrem Trägersubstrat, wodurch die Wirkung erzielt wird, dass das Material für das Trägersubstrat in Übereinstimmung mit der Verwendung oder dergleichen der Halbleitervorrichtung passend gewählt werden kann. Wenn die Halbleitervorrichtung als Lichtventiltreibersubstrat verwendet wird, kann zum Beispiel ein transparentes Material, wie Quarz, als Material für das Trägersubstrat gewählt werden. Als Alternative kann bei Verwendung der Halbleitervorrichtung in einer IC-Karte oder dergleichen, die schichtförmige Halbleitervorrichtung leicht durch Erhöhen der Dicke des Haftfilms zur Bildung des Trägersubstrates hergestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung, die der doppelseitigen Verarbeitung und Verdrahtung unterzogen wird, durch Verwendung der Übertragungstechnologie hergestellt. Dadurch kann die Wirkung erzielt werden, dass eine Halbleitervorrichtung mit hoher Leistung und Dichte ohne komplizierte Bearbeitung erhalten werden kann. Insbesondere kann die Wirkung, dass die normale LSI-Herstellungstechnologie ausreichend genutzt werden kann, erzielt werden, indem die normale LSI-Herstellungstechnologie bei dem SOI-Substrat zur Bildung einer integrierten Schaltung angewendet wird und die integrierte Schaltung auf das Trägersubstrat übertragen wird. Durch thermisches Binden und Polieren eines Siliziumwafers zur Bildung des Einzelkristall-Halbleiterdünnfilms auf der Oberfläche des SOI-Substrates wird die Wirkung erzielt, dass die Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Substratmaterials hergestellt werden kann, das hinsichtlich der Gleichförmigkeit in der Kristallorientierung und der Dichte des Gitterdefekts ausgezeichnet ist.
  • 16 ist eine Draufsicht von oben, die eine Halbleitervorrichtung für eine Lichtventilvorrichtung gemäß einem zehnten Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das Bezugszeichen 111 bezeichnet einen isolierenden transparenten Dünnfilm, der auf seiner oberen Fläche mit einer Vielzahl von Pixelelektroden 113 in Matrixform versehen ist. Der isolierende transparente Dünnfilm wird des Weiteren an seinen Abschnitten mit Ausnahme der Pixelelektroden 113 mit einem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm gebildet, der mit Schaltelementen 114 neben den einzelnen Pixelelektroden 113 gebildet ist.
  • Andererseits sind die gruppierten Pixelelektroden 113 von einem X-Treiber 131, einem Y-Treiber 132, einem Anschlussauslassabschnitt 125 und eine Verdrahtungsmuster 120 zum Anschließen der vorangehenden Elemente umgeben. Das Schaltelement 114 ist ein Feldeffekttransistor, dessen Drain-Elektrode mit einer entsprechenden Pixelelektrode 113 verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit einer Abtastleitung 129 verbunden ist, dessen Source-Elektrode mit einer Signalleitung 130 verbunden ist. Ferner ist die Abtastleitung 129 mit dem Y-Treiber 132 verbunden und die Signalleitung 130 ist mit dem X-Treiber 131 verbunden. Diese einzelnen Treiber sind durch den Anschlussauslassabschnitt 125 mit einer nicht dargestellten externen Schaltung verbunden. Der Anschlussauslassabschnitt 125 erstreckt sich, wie unter Bezugnahme auf 17 beschrieben wird, zu der unteren Fläche des isolierenden transparenten Dünnfilms, zu dem seine Oberfläche frei liegt.
  • Am obersten Abschnitt des bisher beschriebenen Dünnfilmsubstrates ist eine Polarisierungsplatte angeordnet, die der einfachen Beschreibung wegen weggelassen wurde.
  • 17 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 16 und zeigt die Verhältnisse zwischen dem X-Treiber 131, dem Verdrahtungsmuster 120, dem Abschirmungsfilm und dem Anschlussauslassabschnitt 125. Dieser Anschlussauslassabschnitt 125 erstreckt sich, wie aus 17 hervorgeht, durch den isolierenden transparenten Dünnfilm 111 von der oberen zur unteren Fläche und weiter von dem unteren Abschnitt zur Außenseite unter Vermeidung des Pixelelektrodenabschnitts. Mit dem Anschlussauslassabschnitt 125 ist eine externe Signalleitung verbunden, durch die Signale zu den einzelnen Treibern 131 und 132 übertragen werden. Der x-Treiber 131 und das Verdrahtungsmuster 120 sind von einem elektrischen isolierenden Passivierungsfilm 119 umgeben, auf dem ein transparentes elektrisches isolierendes Substrat 123 durch einen Klebstoff befestigt ist. Eine Polarisierungsplatte 133 ist auf dem transparenten elektrischen isolierenden Substrat 123 angeordnet. Die Oberfläche des Anschlussauslassabschnitts 125 ist durch die untere Fläche des isolierenden transparenten Dünnfilms 111 zur Außenseite freigelegt, und ein Abschirmungsfilm 124 ist in einer Position gegenüber dem X-Treiber 131 angeordnet.
  • 18 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem eine Lichtventilvorrichtung aus der Halbleitervorrichtung von 17 hergestellt ist, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Ein gegenüberliegendes Substrat ist unter der unteren Fläche des isolierenden transparenten Dünnfilms von 18 und in einer Position gegenüber den gruppierten Pixelelektroden mit einem Spalt angeordnet. Dieser Spalt ist mit einem Flüssigkristall 127 gefüllt und seine Seiten sind mit einem Harz 135 versiegelt. Andererseits besteht das obengenannte gegenüberliegende Substrat aus einem Orientierungsfilm 126, einer Äquipotenzial-Elektrode 136 und einem Glassubstrat 128.
  • Diese Lichtventilvorrichtung wird entlang der Linie B-B' von 16 geschnitten, aber die Pixelelektrode 113 ist zur einfachen Beschreibung in einem verringerten, kleineren Maßstab im Vergleich zum Schaltelement 114 dargestellt.
  • Die Pixelelektroden werden durch Herstellen eines Substrates gebildet, in dem eine Einzelkristall-Dünnfilmhalbleiterschicht thermisch an die obere Fläche des isolierenden transparenten Dünnfilms 111 gebunden ist, indem ein Abschnitt der Einzelkristall-Dünnfilmhalbleiterschicht in eine vorbestimmte Form geätzt wird, um sie zu der Oberfläche des darunter liegenden isolierenden transparenten Dünnfilms 111 freizulegen, und indem die Pixelelektroden 113 in Matrixform auf der freiliegenden Oberfläche gebildet werden. Dieses Mittel kann ein allgemein verwendetes sein.
  • Das Schaltelement bildet auf einer Einzelkristall-Dünnfilmhalbleiterschicht 112 einen isolierten Gate-Feldeffekttransistor, der aus einer Gate-Elektrode 115 und einem Paar von mit Störstellen diffundierten Bereichen besteht, d.h., einer Source-Elektrode 116 und einer Drain-Elektrode 117. Die Drain-Elektrode 117 ist mit der entsprechenden Pixelelektrode 113 verbunden, und die Gate-Elektrode 115 ist über dem Kanalbildungsbereich des Schaltelements 114 durch einen Isolierfilm 118 angeordnet. Über den Schaltelementen 114 ist durch den Isolierfilm 119 das Verdrahtungsmuster 120 gebildet, das aus Aluminium besteht. Dieses Verdrahtungsmuster 120 ist elektrisch mit den Source-Elektroden 116 der Schaltelemente 114 durch Kontaktlöcher verbunden, die in dem Isolierfilm 119 gebildet sind, und ferner mit dem Anschlussauslassabschnitt 125, wie in 17 dargestellt ist. Das Verdrahtungsmuster 120 ist an seiner Oberfläche mit dem Passivierungsfilm 121 gebildet, auf dem das transparente, elektrisch isolierende Substrat 123 durch die Haftschicht angeordnet ist, so dass es vor einer Beschädigung durch eine mechanische Belastung geschützt werden kann. Die Polarisierungsplatte 133 wird auf dem isolierenden Substrat 123 angeordnet, wie unter Bezugnahme auf 17 beschrieben wurde.
  • Über dem isolierenden transparenten Dünnfilm 111 ist der Abschirmungsfilm 124 unter den Schaltelementen 114 und dem Y-Treiber 132 gebildet, um jede unerwünschte Betätigung durch Licht zu verhindern. Das externe Signal wird von dem nicht dargestellten Anschlussauslassabschnitt eingegeben, so dass das Flüssigkristallpaneel vollendet ist.
  • Insbesondere sind die Gate-Elektroden 115 der einzelnen Schaltelemente mit der Abtastleitung 120 verbunden (wie in 16 dargestellt ist), so dass sie mit Abtastleitungssignalen durch den Y-Treiber 132 versorgt werden können, um das EIN/AUS der einzelnen Schaltelemente in linearer Reihenfolge zu steuern. Insbesondere werden die Bildsignale, die von dem X-Treiber 131 ausgegeben werden, durch die Schaltelemente 114, deren leitende Zustände durch die Signalleitungen 130 gewählt werden, zu den Bildelektroden 113 geleitet. Infolgedessen werden die Ladungen entsprechend den Größen der Bildsignale zu den einzelnen Bildelektroden 113 geleitet und darin gespeichert. Die Flüssigkristallschicht 127 wird durch die gespeicherten Ladungen erregt, so dass ihre Durchlässigkeit geändert wird, um die Lichtventilfunktion auszuführen. Die Schaltelemente 114 sind nicht leitend, wenn sie nicht gewählt werden, so dass die Bildsignale, die zuvor geschrieben wurden, in den Bildelektroden 113 zwischengespeichert werden.
  • Da die Schaltelemente 114 durch den Abschirmungsfilm 124 abgeschirmt werden, wird kein optischer Verluststrom erzeugt, während die Schaltelemente 114 AUS sind, so dass die Ladungen, die in den Pixelelektroden 113 gespeichert sind, nicht austreten. Dadurch wird eine stabile Lichtventilfunktion erhalten.
  • Da ferner die Schaltelemente 114 in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 112 gebildet sind, der eine beachtenswert hohe Ladungsmobilität hat, ist es möglich, eine Lichtventilvorrichtung zu konstruieren, die ein Hochgeschwindigkeits-Signalansprechvermögen hat. Ferner kann die Schaltung mit dem X-Treiber 131 und dem Y-Treiber 132 auf dem gemeinsamen Siliziumdünnfilm gleichzeitig mit den Schaltelementen 114 gebildet werden, wodurch die Wirkung erzielt wird, dass das Herstellungsverfahren vereinfacht wird. Übrigens wurde das vorliegende Beispiel in Verbindung mit der Lichtventilvorrichtung beschrieben, die mit der Polarisierungsplatte 133 gebildet ist. Dennoch muss die Polarisierungsplatte nicht gebildet werden, wenn der verwendete Flüssigkristall zum Beispiel ein Polymer-dispergierter Flüssigkristall ist, in dem ein Flüssigkristall in einem hochmolekularen Material dispergiert ist.
  • 19(a) bis 19(g) zeigen eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung für eine Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird ein Substrat, wie in 19(a) dargestellt, hergestellt. Dieses Substrat wird durch Ankleben des Einzelkristall-Siliziumdünnfilms 112 an ein Siliziumsubstrat 151 durch die Siliziumdioxidschicht 111 gebildet, die aus dem isolierenden transparenten Dünnfilm besteht. Das Siliziumsubstrat 151 wird dazu verwendet, die mechanische Festigkeit aufrechtzuerhalten, wenn die Fläche des Einzelkristall-Dünnfilms 112 bearbeitet wird.
  • Anschließend wird der Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 112 durch das allgemein bekannte Verfahren an den Positionen entfernt, die den Pixelelektroden entsprechen. Dann wird der verbleibende Einzelkristall-Dünnfilm durch das allgemein bekannte Verfahren mit dem X-Treiber 131, dem Y-Treiber 132 und den Schaltelementen 114 gebildet und entfernt, um den freiliegenden Abschnitt der Siliziumdioxidschicht 111 mit der transparenten leitenden Schicht zu bedecken, um dadurch die Pixelelektroden 113 zu bilden (wie in 19(b) dargestellt). Der nicht dargestellte Passivierungsfilm und das Verdrahtungsmuster werden über den derart gebildeten Pixelelektroden 113 und den Treiberelementen 131, 132 und 114 gebildet. 19(b) zeigt den derart erreichten Zustand.
  • Wie in 19(c) dargestellt, wird ferner eine Haftschicht 122, die durch Siliziumdioxid dargestellt ist, auf diesen aufgetragen und darüber wird das Glassubstrat 123 mit der Polarisierungsplatte gelegt.
  • Anschließend wird diese Struktur umgedreht, so dass das Siliziumsubstrat 151 an der oberen Fläche zu liegen kommt, und dieses Siliziumsubstrat 151 wird vollständig weggeätzt, um die Siliziumdioxidschicht 111 zur Außenseite freizulegen. Dieser Zustand ist in 19(d) dargestellt. In diesem Zustand, wie in 19(e) dargestellt ist, werden (eine Vielzahl von) Durchgangslöcher(n) für den Anschlussauslassabschnitt 125 in vorbestimmten Positionen durch den Ätzprozess gebohrt. Bei offenen Durchgangslöchern wird ein Metall, wie Aluminium, über der gesamten Oberfläche in einer abschirmbaren Dicke abgeschieden. Dieser Zustand ist in 19(f) dargestellt.
  • Diese metallabgeschiedene Fläche 152 wird strukturiert, um die unerwünschten Abschnitte zu entfernen, die den Pixelelektroden entsprechen, um dadurch den Anschlussauslassabschnitt 125 und den Abschirmungsfilm 124 gleichzeitig zu bilden. Danach wird eine Orientierungsschicht in den Abschnitten gebildet, die den Pixelabschnitten entsprechen. Der fertige Zustand ist in 19(g) dargestellt.
  • 20 ist eine detaillierte Schnittansicht zur Erklärung des Verbindungsverhältnisses zwischen dem Anschlussauslassabschnitt 125 und dem Verdrahtungsmuster 120. Wie dargestellt, ist der Anschlussauslassabschnitt 125 durch die Siliziumdioxidschicht 111 von deren oberer zur unteren Fläche mit dem Verdrahtungsmuster 120 des Transistors verbunden, der den Treiber 131 (oder 132) bildet.
  • Wie zuvor hierin beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Orientierungsfilm zur Orientierung des Flüssigkristalls der Flüssigkristallschicht auf der flachen Oberfläche gebildet werden, da die Schaltelemente und die Pixelelektroden in der Haftschicht 122 eingegraben sind und nicht zu der Flüssigkristallschicht 127 frei liegen, selbst wenn die Pixelelektroden und die Schaltelemente verschiedene Dicken haben, so dass eine Wellenbildung nicht vermieden werden kann. Dadurch kann bei dem Anzeigebild der Lichtventilvorrichtung, wenn dieses gebildet wird, ein Mangel, wie ein unregelmäßiger Kontrast, vermieden werden.
  • Da ferner der Anschlussauslassabschnitt 125 zu dem isolierenden transparenten Dünnfilm an der Seite frei liegt, die mit dem Orientierungsfilm gebildet wird, muss kein neuer Raum für den Anschlussauslassabschnitt 125 bereitgestellt werden, wodurch die Vorteile entstehen, dass die Größe verringert werden kann und dass die Abschirmungsschicht und der Anschlussauslassabschnitt 125 gleichzeitig gebildet werden können.
  • Da ferner die Schaltelemente 114 in dem Einzelkristall-Siliziumdünnfilm 112 mit einer beachtenswert hohen Ladungsmobilität gebildet sind, kann die Wirkung erreicht werden, dass es möglich ist, eine Lichtventilvorrichtung mit einem Hochgeschwindigkeits-Signalansprechvermögen zu konstruieren.
  • 21(a) bis 21(d) sind erklärende Diagramme, die ein elftes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 21(a) ist eine Draufsicht von oben, die ein zu verwendendes Substrat 161 zeigt, und 21(b) ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Chips zeigt, der aus dem Substrat 161 hergestellt wird. Wie dargestellt, ist dieses Substrat 161 zum Beispiel zu einer Waferform mit einem Durchmesser von 152,4 mm (6 Inch) gebildet. Das Substrat 161 hat eine fünflagige Struktur, die aus einer Trägerschicht 162, die zum Beispiel aus Quarz besteht, einer Einzelkristall-Halbleiterschicht 163, die über der Trägerschicht 162 gebildet ist und zum Beispiel aus Silizium besteht, einer Haftschicht 164, die zwischen der Trägerschicht 162 und der Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 gebildet ist und aus einem organischen Klebstoff, einem Glas mit niederem Schmelzpunkt oder dergleichen besteht, einer Isolierschicht 165 über der Einzelkristall-Halbleiterschicht 163, und einer Lichtabschirmungsschicht 166, die über der Isolierschicht 165 gebildet ist, besteht. In dem Substrat 161 wird die miniaturisierte Halbleiterherstellungstechnologie an der Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 angewendet, so dass die Treiberschaltung und die Pixelelektrode eines Anzeigesystems mit aktiver Matrix zum Beispiel für jeden Chipabschnitt gebildet sind.
  • 21(c) ist eine vergrößerte Draufsicht von oben, die einen integrierten Schaltungschip zeigt, der von dem Substrat 161 erhalten wird. Wie dargestellt, weist eine Seite des integrierten Schaltungschips 167 zum Beispiel eine Länge von 1,5 cm auf, so dass er weitaus stärker miniaturisiert ist als jener eines Anzeigesystems mit aktiver Matrix nach dem Stand der Technik. Der integrierte Schaltungschip 167 besteht aus: einem Pixelbereich 168, der mit feinen Pixelelektroden gebildet ist, die in einer Matrixform angeordnet sind, und isolierten Gate-Feldeffekttransistoren, die den einzelnen Pixelelektroden entsprechen; einem X-Treiberbereich 169 für eine Treiberschaltung, d.h., dem X-Treiber zum Zuführen des Bildsignals zu jedem Transistor; und einer Abtastschaltung, d.h., einem Y-Treiberbereich 170 zum Abtasten der einzelnen Transistoren in linearer Reihenfolge. Da der Einzelkristall-Dünnfilm mit einer weitaus höheren Ladungsmobilität und weniger Kristalldefekten als der amorphe Dünnfilm oder der polykristalline Dünnfilm gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können die X- und Y-Treiber, die ein Hochgeschwindigkeits-Ansprechvermögen benötigen, auf einer Fläche gebildet werden, die sie mit dem Pixelbereich teilen.
  • 21(d) ist eine Schnittansicht, die eine Mikrominiatur- und hochdichte Lichtventilvorrichtung vom aktiven Matrixtyp zeigt, die unter Verwendung des obengenannten integrierten Schaltungschips 167 zusammengebaut wird. Wie dargestellt, besteht die Lichtventilvorrichtung aus einem gegenüberliegenden Substrat 171, das gegenüber dem integrierten Schaltungschip 167 mit einem vorbestimmten Spalt angeordnet ist, und einer Flüssigkristallschicht 172, die den Spalt füllt und aus einer elektrooptischen Substanzschicht gebildet ist. Übrigens ist die Oberfläche des integrierten Schaltungschips 167 mit einem Orientierungsfilm 173 bedeckt, um die Flüssigkristallmoleküle, die in der Flüssigkristallschicht 172 enthalten sind, zu orientieren. Die einzelnen Pixelelektroden, die in dem Pixelbereich 168 des integrierten Schaltungschips 167 gebildet sind, werden selektiv erregt, wenn die entsprechenden Transistorelemente eingeschaltet werden, um auf die optische Durchlässigkeit der Flüssigkristallschicht 172 zu wirken und diese zu steuern, so dass sie als Lichtventil dienen. Da die einzelnen Pixelelektroden eine Größe von etwa 10 μm haben, ist es möglich, eine beachtenswert hochfeine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung mit aktiver Matrix bereitzustellen.
  • 22(a) ist eine Draufsicht von oben, die einen A-Abschnitt des Pixelbereichs 168 von 21(c) in vergrößertem Maßstab zeigt, und ein Pixel darstellt. Wie dargestellt ist, besteht dieses Pixel 174 aus einer Pixelelektrode 175, einem Transistor 176 zum Erregen der Pixelelektrode als Reaktion auf ein Signal, einer Signalleitung 177 zum Zuleiten des Signals zu dem Transistor 176, und einer Abtastleitung 178 zum Abtasten des Transistors. Die Signalleitung 177 ist mit dem X-Treiber verbunden und die Abtastleitung 178 ist mit dem Y-Treiber verbunden.
  • 22(b) ist eine schematische Schnittansicht, die dasselbe Pixel 174 zeigt. Der Transistor 176 besteht aus einem Drain-Bereich und einem Source-Bereich, die in der Einzelkristall-Dünnfilmschicht 163 gebildet sind, und einer Gate-Elektrode 179, die über dem Kanalbereich durch einen Gate-Isolierfilm gebildet ist. Kurz gesagt, der Transistor 176 ist vom isolierten Gate-Feldeffekttyp. Die Gate-Elektrode 179 ist aus einem Abschnitt der Abtastleitung 178 gebildet, die Pixelelektrode 175 ist mit dem Drain-Bereich verbunden und eine Source-Elektrode 180 ist mit dem Source-Bereich verbunden. Diese Source-Elektrode 180 bildet Teil der Signalleitung 177. Der Abschirmungsfilm 166 schirmt einfallendes Licht von dem Transistor 176 ab, um einen optischen Verluststrom zu vermeiden, der zwischen dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich des Transistors 176 entstehen könnte. Da der Abschirmungsfilm 166 bei einem konstanten Potenzial gehalten wird, wird ferner ein Streupotenzial zwischen den Flüssigkristall-Steuerelektroden 175 der benachbarten Pixel blockiert. Da ferner der Abschirmungsfilm 166 und die Flüssigkristall-Steuerelektrode 175 planar überlappende Abschnitte durch den Isolierfilm 165 haben, kann eine Kapazität zum Halten der Spannung erzeugt werden, die in die Pixelelektroden 165 geschrieben wird.
  • 23(a) bis 23(e) zeigen ein zwölftes Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung, insbesondere ihres Pixelteils für die Lichtventilvorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Wie in 23(a) dargestellt ist, ist die Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 über einem Einzelkristall-Halbleitersubstrat 185 durch den Isolierfilm 165 gebildet. Insbesondere zum Beispiel können das Einzelkristall-Siliziumsubstrat und das Substratsilizium mit dem Siliziumoxid isoliert sein, während die Einzelkristall-Siliziumschicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates verbleibt, indem das Siliziumsubstrat mit Sauerstoff-Ionen dotiert und dann geglüht wird. Gemäß einem anderen Beispiel kann diese Isolierung durch Zusammenkleben des Einzelkristall-Silizi umsubstrates, das den Oxidfilm an seiner Oberfläche hat, mit dem Einzelkristall-Siliziumsubstrat und Entfernen des Siliziumsubstrates bis zu der Dicke der Dünnfilmschicht erhalten werden.
  • Anschließend, wie in 23(b) dargestellt ist, werden die Pixelelektroden 175, die Treiberschaltung, die Steuerschaltung und so weiter, in der Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 durch die normale Halbleiterminiaturisierung gebildet.
  • Wie in 23(c) dargestellt, werden ferner das Einzelkristall-Halbleitersubstrat 185 und die Trägerschicht 162 durch die Haftschicht 164 aneinander geklebt. Die Trägerschicht 162, besteht aus einem Isolator, wie Glas oder Quarz.
  • 23(d) ist ein Diagramm, das den Zustand zeigt, in dem das Halbleitersubstrat entfernt wird, während die Isolierschicht 165 und die Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 des Einzelkristall-Halbleitersubstrats 185 verbleiben. Das verwendete Entfernungsverfahren ist zum Beispiel die Polier- oder Ätzmethode. Zu diesem Zeitpunkt kann die Isolierschicht als Ätzstoppschicht oder zum Erfassen des Endpunktes des Poliervorganges verwendet werden.
  • Schließlich, wie in 23(e) dargestellt, wird das optisch empfindliche Elementteil, wie der Transistor, der in der Einzelkristall-Halbleiterschicht 163 gebildet ist, mit der Lichtabschirmungsschicht 166 bedeckt, die aus einem Metallfilm besteht.
  • 24 ist eine schematische, in Einzelteile aufgelöste, perspektivische Ansicht, die ein dreizehntes Beispiel einer Lichtventilvorrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Wie dargestellt, besteht die Lichtventilvorrichtung aus dem Treibersubstrat 161, dem gegenüber liegenden Substrat 172, das dem Treibersubstrat 161 gegenüberliegt, und der Flüssigkristallschicht 172 aus einer elektrooptischen Substanzschicht, die zwischen dem Treibersubstrat 161 und dem gegenüberliegenden Substrat 171 angeordnet ist.
  • Das Treibersubstrat 161 ist mit Pixelelektroden oder Steuerelektroden gebildet, um die Pixel 175 zu definieren, und einer Treiberschaltung zum Erregen der Steuerelektroden als Reaktion auf ein vorbestimmtes Signal. Das Treibersubstrat 161 erhält eine fünflagige Struktur, die aus der Trägerschicht 162, die aus Quarz besteht, der Einzelkristall-Siliziumhalbleiterfilmschicht 163, der Haftschicht 164, der Isolierschicht 165 und der Lichtabschirmungsschicht 166 besteht. Zusätzlich ist eine Polarisierungsplatte 181 an die Rückseite der Quarzträgerschicht 162 geklebt. Ferner besteht der Treiber aus einer integrierten Schaltung, die in der Einzelkristall-Siliziumhalbleiterfilmschicht 163 gebildet ist. Diese integrierte Schaltung enthält eine Vielzahl von isolierten Gate-Transistoren 176 vom Feldeffekttyp, die in einer Matrixform angeordnet sind. Die Drain-Elektrode des Transistors 176 ist mit der entsprechenden Pixelelektrode 175 verbunden, seine Gate-Elektrode ist mit der Abtastleitung 178 verbunden, und seine Source-Elektrode ist mit der Signalleitung 177 verbunden. Die integrierte Schaltung enthält des Weiteren den X-Treiber 169 und ist mit den gruppierten Signalleitungen 177 verbunden.
  • Die integrierten Schaltung enthält des Weiteren den Y-Treiber 170 und ist mit den gruppierten Abtastleitungen 178 verbunden. Der X-Treiber 169 und der Y-Treiber 170 sind mit einem Bildsignalprozessor 186 verbunden, der auch in der Einzelkristall-Siliziumhalbleiterfilmschicht 163 gebildet ist, so dass sie durch den Prozessor 186 als Reaktion auf die Bildsignale angetrieben werden, die von außen kommen. Andererseits besteht das gegenüberliegende Substrat 171 aus einem Glassubstrat 182, einer Polarisierungsplatte 183, die an der äußeren Fläche des Glassubstrats 182 gebildet ist, und einer Gegen- oder gemeinsamen Elektrode 184, die an der inneren Fläche des Glassubstrates 182 gebildet ist. Die Lichtabschirmungsschicht 166 bedeckt den Teil, wie den Transistor oder die PBN-Verbindung der Halbleiterfilmschicht 163, dessen Eigenschaften durch den Einfluss eines einfallenden Lichts geändert werden, durch die Isolierschicht 165.
  • Anschließend wird der Betrieb der obengenannten Ausführungsform ausführlich unter Bezugnahme auf 24 beschrieben. Bei den einzelnen Transistorelemente 176 sind deren Gate-Elektroden mit den Abtastleitungen 178 verbunden, so dass ihnen die Abtastsignale durch den Y-Treiber 170 zugeleitet werden, um ihren EIN/AUS-Zustand in linearer Reihenfolge zu steuern. Das Anzeigesignal, das von dem X-Treiber 169 ausgegeben wird, wird durch die Signalleitung 177 zu dem gewählten Transistor 176 im leitenden Zustand geleitet. Das derart zugeleitete Anzeigesignal wird zu der entsprechenden Pixelelektrode 175 so übertragen, dass es die Pixelelektrode erregt und auf die Flüssigkristallschicht 172 wirkt, um eine Durchlässigkeit von im Wesentlichen 100% zu erreichen.
  • Andererseits jedoch sind die Transistorelemente 176, wenn sie nicht gewählt sind, abgeschaltet, um die Anzeigesignale, die in die Pixelelektroden geschrieben sind, als Ladungen zu halten. Übrigens hat die Flüssigkristallschicht 172 einen hochspezifischen Widerstand und arbeitet normalerweise als Kapazität. Das EIN/AUS-Stromverhältnis wird zum Ausdrücken der Schaltleistungen dieser Treiberttransistorelemente 176 verwendet. Das Stromverhältnis, das für den Flüssigkristallbetrieb notwendig ist, wird leicht aus der Schreibzeit und der Zwischenspeicherzeit bestimmt. Wenn die Anzeigesignale TV-Signale sind, müssen zum Beispiel 90% oder mehr der Anzeigesignale für eine Abtastperiode von etwa 60 μsec geschrieben werden.
  • Andererseits müssen 90% oder mehr der Ladungen für eine Feldperiode von etwa 16 msec zwischengespeichert werden. Dadurch hat das erforderliche Stromverhältnis fünf Zahlen oder mehr. Da zu diesem Zeitpunkt die Antriebstransistorelemente über der Einzelkristall-Siliziumhalbleiterdünnfilmschicht 163 mit beachtenswert hoher Ladungsmobilität gebildet sind, können sechs oder mehr Zahlen des EIN/AUS-Verhältnisses erhalten werden. Somit ist es möglich, eine Lichtventilvorrichtung vom aktiven Matrixtyp mit einem beachtenswerten Hochgeschwindigkeits-Signalansprechvermögen bereitzustellen. Durch Nutzung der hohen Mobilität des Einzelkristall-Dünnfilms können ferner insbesondere die peripheren Schaltungen 169 und 170 über dem gemeinsamen Einzelkristall-Siliziumhalbleiterdünnfilm gebildet werden. Da ferner die Lichtabschirmungsschicht 166 gebildet ist, kann die Lichtventilvorrichtung arbeiten, ohne durch starkes einfallendes Licht beeinflusst zu werden.
  • Wie zuvor hier beschrieben wurde, wird die Lichtventilvorrichtung durch Verwendung des integrierten Schaltungschipsubstrates gebildet, das durch integriertes Bilden der Pixelelektroden und der Treiberschaltungen in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm erhalten wird, der über der Trägerschicht gebildet ist, wobei die Halbleiterminiaturisierungstechnologie genutzt wird. Infolgedessen kann die Wirkung erreicht werden, dass es möglich ist, eine Lichtventilvorrichtung mit einer beachtenswert hohen Pixeldichte bereitzustellen. Da die integrierte Schaltungstechnologie für die Einzelkristall-Dünnfilmschicht verwendet werden kann, kann die Wirkung erreicht werden, dass es möglich ist, leicht die Schaltung mit verschiedenen Funktionen hinzuzufügen, die jenen der LSI entsprechen. Eine weitere Wirkung ist, dass nicht nur die Schalttransistoren und die Treiberschaltungen gleichzeitig unter Verwendung des Ein zelkristalldünnfilms eingebaut werden können. Selbst bei einem starken einfallenden Licht kann ferner ein normaler Betrieb durch den Abschirmungsfilm erreicht werden. Ferner kann die beachtenswerte Wirkung erreicht werden, dass die Bildqualität der Lichtventilvorrichtung deutlich verbessert werden kann, um die Kreuzkopplung zwischen den Pixeln zu verhindern, indem eine Kapazität zwischen dem Abschirmungsfilm und den Pixelelektroden erzeugt, die Zwischenspeicherzeit der Signale, die in die Pixel geschrieben werden, verlängert, und das elektrische Feld zwischen den Pixeln abgeschirmt wird.
  • 25(a) und 25(b) zeigen ein vierzehntes Beispiel einer Lichtventilvorrichtung, die eine Halbleitervorrichtung verwendet, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und sind Diagramme zur Erklärung der Schnittstruktur der Lichtventilvorrichtung. In dem vorliegenden Beispiel wird der Halbleiterdünnfilm über dem dünnen Isolierfilm, von dem das Trägersubstrat der Halbleitervorrichtung, als ein Substrat der Lichtventilvorrichtung verwendet.
  • 25(a) ist eine Schnittansicht, die die Lichtventilvorrichtung zeigt. Ein Substrat 191 besteht aus einem Dünnfilm, der aus einem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 193, einem Isolierfilm 195, und einem Lichtabschirmungsfilm 196, der über dem Isolierfilm 195 gebildet ist, besteht. Zwischen dem Substrat 191 und einem Trägersubstrat 192, das mit einer transparenten Elektrode 197 gebildet ist, ist eine Schicht 194 aus einer elektrooptischen Substanz gebildet. Diese zu verwendende Schicht 194 aus einem elektrooptischen Material kann zum Beispiel ein Flüssigkristall oder ein Polymer-Flüssigkristall sein, in dem ein Flüssigkristall in einem Polymermaterial dispergiert ist. Der Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm 193 wird darüber für die einzelnen Abschnitte mit den Treiberschaltungen und den Pixelelektroden eines Anzeigesystems mit aktiver Matrix gebil det, indem die Miniatur-Halbleiterherstellungstechnologie angewendet wird.
  • 25(b) ist eine schematische Schnittansicht, die ein Pixel zeigt. Wie dargestellt, besteht ein Pixel 204 aus einer Pixelelektrode 205, einem Transistor 106 zum Erregen der Pixelelektrode als Reaktion auf ein Signal, einer Signalleitung zum Zuführen des Signals zu dem Transistor 206, und einer Abtastleitung zum Abtasten des Transistors, obwohl die zwei letztgenannten Komponenten nicht dargestellt sind. Andererseits ist die Signalleitung mit dem X-Treiber verbunden, und die Abtastleitung ist mit dem Y-Treiber verbunden. Der Transistor 206 besteht aus einem Source-Bereich 211 und einem Drain-Bereich 212, die in der Einzelkristall-Dünnfilmschicht 193 gebildet sind, und einer Gate-Elektrode 209, die über dem Kanalbereich durch den Gate-Isolierfilm gebildet ist. Kurz gesagt, der Transistor 206 ist vom isolierten Gate-Feldeffekttyp. Die Gate-Elektrode 209 ist aus einem Teil der Abtastleitung gebildet, und die Pixelelektrode 204 ist mit dem Drain-Bereich 212 verbunden, während eine Source-Elektrode 210 mit dem Source-Bereich 211 verbunden ist. Die Source-Elektrode 210 bildet Teil der Signalleitung. Der Lichtabschirmungsfilm 196 schirmt einfallendes Licht ab, das zu dem Transistor 206 kommt, um einen optischen Verluststrom zu verhindern, der zwischen dem Source-Bereich 211 und dem Drain-Bereich 212 des Transistors 206 entsteht. Ferner schirmt der Lichtabschirmungsfilm 196 ein Streulicht ab, das zwischen den Pixelelektroden übertragen wird. Ferner haben der Lichtabschirmungsfilm 196 und die Flüssigkristall-Steuerelektrode 205 planar überlappende Abschnitte durch den Isolierfilm 195, um eine Kapazität zu erzeugen, die die Spannung halten kann, die in die Pixelelektrode 204 geschrieben ist.
  • 26(a) bis 26(e) zeigen ein Herstellungsverfahren für die Lichtventilvorrichtung unter Verwendung der Halbleiter vorrichtung gemäß dem fünfzehnten Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Wie in 26(a) dargestellt, sind der Isolierfilm 195 und der Einzelkristalldünnfilm 193 über einem Einzelkristall-Halbleitersubstrat 215 gebildet. Insbesondere wird ein Einzelkristall-Siliziumsubstrat zum Beispiel geglüht, nachdem es mit Sauerstoff-Ionen dotiert wurde, so dass das Siliziumsubstrat mit dem Siliziumoxid isoliert werden kann, während die Einzelkristall-Siliziumschicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates verbleibt. Als Alternative kann ein Siliziumsubstrat entfernt werden, während die Dicke der Dünnfilmschicht bleibt, indem das Einzelkristall-Siliziumsubstrat, auf dessen Oberfläche ein Oxidfilm gebildet ist, mit dem Einzelkristall-Siliziumsubstrat zusammengeklebt wird.
  • 26(b) zeigt eine herkömmliche Halbleiterminiaturisierung, durch die die Pixelelektrode, die Treiberschaltung und die Steuerschaltung über der Einzelkristall-Halbleiterschicht 103 gebildet werden.
  • In 26(c) sind das Einzelkristall-Halbleitersubstrat 215 und das Trägersubstrat 192 durch die Flüssigkristallschicht 194 vom Polymer-Flüssigkristalltyp zusammengeklebt. Das Trägersubstrat 192 besteht aus einem Isolator, wie Glas oder Quarz.
  • In 26(d) wird das Einzelkristall-Halbleitersubstrat 215 entfernt, während seine Isolierschicht 195 und die Einzelkristall-Halbleiterschicht 193 verbleiben. Das zu verwendende Entfernungsverfahren ist zum Beispiel ein Polier- und Ätzverfahren. Zu diesem Zeitpunkt ist die Isolierschicht jene zum Stoppen des Ätzvorganges oder zum Erfassen des Endpunktes des Poliervorganges.
  • In 26(e) wird der Abschirmungsfilm 196 gebildet, um zumindest den Kanalbereich des Feldeffekttransistors über dem Isolierfilm 195 zu bilden.
  • Die Lichtventilvorrichtung kann durch die bisher beschriebenen Schritte erreicht werden.
  • 27 ist eine schematische, in Einzelteile aufgelöste perspektivische Ansicht eines sechzehnten Beispiels einer Lichtventilvorrichtung, die die Halbleitervorrichtung verwendet, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Wie dargestellt ist, besteht die Lichtventilvorrichtung aus der Halbleitersiliziumfilmschicht 193, dem Glasträgersubstrat 192, das der Halbleiterfilmschicht 193 gegenüberliegt, und der Flüssigkristallschicht 194 vom Polymer-Flüssigkristalltyp, die zwischen der Halbleiterfilmschicht 193 und dem Trägersubstrat 192 angeordnet ist. Die Halbleitersiliziumfilmschicht 193 ist mit der Pixelelektrode oder Steuerelektrode 205 gebildet, um ein Pixel zu definieren, und der Treiberschaltung, um die Steuerelektrode 205 abhängig von einem vorbestimmten Signal zu erregen. Das Trägersubstrat 192 ist an seiner Oberfläche mit der gemeinsamen Elektrode 197 gebildet, die aus einem transparenten leitenden Film besteht. Ferner besteht die Treiberschaltung aus einer integrierten Schaltung, die in der Einzelkristall-Halbleitersiliziumzilmschicht 193 gebildet ist. Die integrierte Schaltung enthält eine Vielzahl von isolierten Gate-Transistoren 206 vom Feldeffekttyp, die in einer Matrixform angeordnet sind. Jeder Transistor 206 hat seine Source-Elektrode mit der entsprechenden Elektrode 205 verbunden, seine Gate-Elektrode mit einer Abtastleitung 208 verbunden, und seine Drain-Elektrode mit einer Signalleitung 207 verbunden. Die integrierte Schaltung enthält des Weiteren einen X-Treiber 199, der mit den Spaltensignalleitungen 207 verbunden ist, und einen Y-Treiber 200, der mit den Reihenabtastleitungen 208 verbunden ist. Die Lichtabschirmungs schicht 196 bedeckt die Transistoren oder PN-Verbindungen der Halbleiterfilmschicht 193, deren Eigenschaften sich unter dem Einfluss eines einfallenden Lichts ändern, durch die Isolierschicht 195. Übringens ist das Antriebsverfahren der vorliegenden Lichtventilvorrichtung ähnlich jenem, das in der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde.
  • Wenn in der zuvor beschriebenen Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Farbfilter gebildet wird, so dass es jeder Pixelelektrode an der Seite des Substrates oder gegenüberliegenden Substrates entspricht, das mit der Halbleiterdünnfilmschicht gebildet ist, kann ein Farbbild natürlich angezeigt werden.
  • Wie zuvor hierin beschrieben wurde, wird das integrierte Schaltungschipsubstrat, das durch Bilden der Pixelelektroden und der Treiberschaltungen integral auf dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm, der über der Trägerschicht gebildet ist, durch Verwendung der Halbleiterminiaturisierungstechnologie erhalten wird, zur Bildung der Lichtventilvorrichtung verwendet. Dadurch entsteht die Wirkung, dass es möglich ist, eine Lichtventilvorrichtung mit einer beachtenswert hohen Pixeldichte bereitzustellen. Eine andere Wirkung ist die Bereitstellung einer beachtenswert kleinen Lichtventilvorrichtung, da sie so klein wie der integrierte Schaltungschip gebildet werden kann. Eine weitere Wirkung ist, dass eine Schaltung mit einer Reihe von Funktionen, die so hoch wie jene der LSI sind, leicht hinzugefügt werden kann, da die integrierte Schaltungstechnologie bei der Einzelkristall-Dünnfilmschicht angewendet werden kann. Eine weitere Wirkung ist, dass nicht nur die Schalttransistoren, sondern auch die Treiberschaltungen gleichzeitig unter Verwendung eines Einzelkristall-Dünnfilms eingebaut werden können. Der Lichtabschirmungsfilm garantiert den normalen Betrieb, selbst wenn das einfallende Licht stark ist. Ferner hat der Lichtabschirmungsfilm eine Kapazität zwischen ihm selbst und den Pixelelektroden, so dass die Haltezeit der Signale, die in die Pixel geschrieben sind, verlängert wird, und schirmt das elektrische Feld zwischen den Pixeln ab, um eine Kreuzkopplung zwischen den Pixeln zu verhindern, wodurch ein wichtiger Effekt erreicht wird, dass die Bildqualität der Lichtventilvorrichtung stark verbessert werden kann.
  • 28 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht, die einen Videoprojektor zeigt, der die Lichtventilvorrichtung gemäß einem siebzehnten Beispiel verwendet, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Der Videoprojektor 230 hat drei transparente Lichtventilvorrichtungen 231 bis 233 vom aktiven Matrixtyp, die darin eingebaut sind. Ein weißes Licht, das von einer weißen Lichtquellenlampe 234 ausgestrahlt wird, wird von einem Reflexionsspiegel M1 reflektiert und dann durch ein trichromatisches Auflösungsfilter 235 zu rotem, blauem und grünem Licht aufgelöst. Das rote Licht wird selektiv von einem dichroitischen Spiegel DM1 reflektiert und wird dann von einem Reflexionsspiegel M2 reflektiert. Danach wird das rote Licht von einer Kondensorlinse C1 konzentriert, bis es in die erste Lichtventilvorrichtung 231 geleitet wird. Das rote Licht wird durch die Lichtventilvorrichtung 231 in Übereinstimmung mit einem Videosignal moduliert und durch die dichroitischen Spiegel DM3 und DM4 durchgelassen. Danach wird das rote Licht vergrößert und zu der Vorderseite durch eine Vergrößerungslinse 236 projiziert. Ebenso wird das blaue Licht, das durch den dichroitischen Spiegel DM1 gegangen ist, selektiv von einem dichroitischen Spiegel DM2 reflektiert und von einer Kondensorlinse C2 konzentriert, bis es in die zweite Lichtventilvorrichtung 232 geleitet wird. Hier wird das blaue Licht in Übereinstimmung mit dem Videosignal moduliert und durch die dichroitischen Spiegel DM3 und DM4 in eine gemeinsame Vergrößerungslinse 236 geleitet. Ferner wird das grüne Licht durch die dichroitischen Spiegel DM1 und DM2 durchgelassen und durch eine Kondensorlinse C3 konzentriert, bis es in die dritte Lichtventilvorrichtung 233 geleitet wird. Hier wird das grüne Licht in Übereinstimmung mit dem Videosignal moduliert und zu der Vergrößerungslinse 236 durch einen Reflexionsspiegel DM3 und einen dichroitischen Spiegel DM4 reflektiert. Somit werden diese Primärfarben, die derart einzeln durch die drei Lichtventilvorrichtungen moduliert wurden, schließlich durch die Vergrößerungslinse 236 so synthetisiert, dass sie in einem vergrößerten zweidimensionalen Bild an der Vorderseite projiziert werden. Die verwendeten Lichtventilvorrichtungen haben eine Größe in einer Größenordnung von cm, so dass die verschiedenen optischen Teile und die weiße Lichtlampe entsprechend klein sein können. Dadurch kann die gesamte Form und Größe des Videoprojektors 230 weitaus kleiner gestaltet werden als jene nach dem Stand der Technik.

Claims (5)

  1. Methode zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, umfassend einen ersten Schritt zum Bilden eines SOI-Substrates mit einem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm (22), der auf ein vorläufiges Substrat (20) durch einen Isolierfilm (21) laminiert ist; einen zweiten Schritt zum Bilden einer integrierten Halbleiterschaltung in dem Einzelkristall-Halbleiterdünnfilm, wobei die Methode durch einen dritten Schritt zum festen Ankleben eines Trägersubstrates (29, 25) in einem der Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung, die der Seite des vorläufigen Substrates gegenüberliegt, zugewandten Verhältnis durch einen Klebstoff gekennzeichnet ist, sowie einen vierten Schritt zum Entfernen des vorläufigen Substrates zum Freilegen des Isolierfilms zur Außenseite; und einen fünften Schritt zum Unterziehen der freiliegenden Oberfläche des Isolierfilms einer Behandlung, die zumindest die Bildung einer Elektrode umfasst.
  2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt zum Bilden des SOI-Substrates ein thermisches Binden eines Halbleitersubstrates aus Einzelkristallsilizium an das vorläufige Substrat durch den Isolierfilm enthält, sowie das Polieren des Halbleitersubstrates zum Bilden des Einzelkristall-Halbleiterdünnfilms.
  3. Methode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt zum Bilden des SOI-Substrates das Abscheiden einer Siliziumnitridschicht als Oberflächenbehandlung auf dem vorläufigen Substrat enthält, sowie das Abscheiden einer Siliziumdioxidschicht durch chemisches Aufdampfen zum Bilden des Isolierfilms.
  4. Methode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schritt zum Ankleben des Trägersubstrates das Freisetzen von Gas, das von dem Klebstoff erzeugt wird, durch Durchgangslöcher enthält, die in dem Trägersubstrat bereitgestellt sind.
  5. Methode nach Anspruch 1, in der die Halbleitervorrichtung ein Lichtventil ist: wobei der erste Schritt den Schritt des Wählens eines transparenten Materials (111) für den Isolierfilm enthält; wobei die Bildung der integrierten Schaltung in dem zweiten Schritt die Bildung von Schaltelementen (114) und Treiberschaltungen (131, 132) zum Zuleiten von Signalen zu den Schaltelementen und zum Bilden von Pixelelektroden (113) in Abschnitten, von welchen der Halbleiterfilm (112) selektiv entfernt wird, enthält; wobei zwischen dem vierten und dem fünften Schritt Durchgangslöcher an vorbestimmten Stellen in dem freiliegenden Isolierfilm (111) gebildet werden; wobei der fünfte Schritt das Verbinden der Elektrode mit den Treiberschaltungen durch die Durchgangslöcher enthält; wobei anschließend an den fünften Schritt ein sechster Schritt ausgeführt wird, der die Entfernung eines Teils der Elektrode zum Bilden einer Lichtabschirmungsschicht umfasst, um zumindest einen Abschnitt der Treiberschaltungen zu bedecken; und anschließend an den sechsten Schritt ein siebenter Schritt durchgeführt wird, der das Laminieren und Zusammenkleben der Oberfläche, die mit der Lichtabschirmungsschicht gebildet ist, mit einem gegenüberliegenden Substrat umfasst, das mit einer transparenten Elektrode gebildet ist, so dass ein Spalt entsteht, sowie das Füllen des Spaltes mit einem elektrooptischen Material.
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