DE19842419B4 - Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Bilden eines Halbleiterelements, mit den Schritten:
Bilden einer Trennschicht (20) auf einem Trägersubstrat (10);
Bilden einer Filmstruktur (30), die aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten besteht, oberhalb der Trennschicht; und
Trennen der Filmstruktur (30) vom Trägersubstrat (10) durch Entfernen der Trennschicht (20);
dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht den Schritt des Bildens von Luftlücken (635) in mindestens einem Teil der Trennschicht (600) umfaßt.
Bilden einer Trennschicht (20) auf einem Trägersubstrat (10);
Bilden einer Filmstruktur (30), die aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten besteht, oberhalb der Trennschicht; und
Trennen der Filmstruktur (30) vom Trägersubstrat (10) durch Entfernen der Trennschicht (20);
dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht den Schritt des Bildens von Luftlücken (635) in mindestens einem Teil der Trennschicht (600) umfaßt.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus
US 5 665 607 . - Bipolartransistoren und MOS-Transistoren, die auf einkristallinen Siliziumoberflächen ausgebildet sind, zeigen sehr gute elektrische Eigenschaften und werden somit zum Bilden verschiedener Arten von elektronischen Einrichtungen verwendet. Ferner ist jüngst eine SOI-Technik zum Ausbilden eines Transistors auf einem dünnen Siliziumfilm entwickelt worden, wobei der Film auf einem Siliziumsubstrat mit einem dazwischen angeordneten isolierenden Film ausgebildet ist, um z. B. einem Verlangen zur Reduzierung der Elementgröße Rechnung zu tragen. Bei dieser Technik werden thermische Oxidation, thermische Diffusion usw. verwendet, um Halbleiterelemente auszubilden. Diese Wärmebehandlungen werden gewöhnlicherweise bei ungefähr 1000°C durchgeführt.
- Andererseits sind bereits Halbleiterschichten bei einer relativ niedrigen Temperatur durch Plasma-CVD, Laserkristallisation usw. ausgebildet worden, wobei auf den Schichten polykristalline Silizium-Dünnfilmtransistoren oder amorphe Silizium-Dünnfilmtransistoren ausgebildet sind.
- Gegenwärtig gibt es eine Nachfrage für Anwendungen der Dünnfilmtransistoren für eine Ansteuerschaltung, die in einer direkten Sichtanzeige mit breitem Bildschirm enthalten ist. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, ist es notwendig, eine großtechnische Substratbehandlungstechnik zu schaffen.
- Die zuvor erwähnte Prozeßtechnik zum Ausbilden von Siliziumtransistoren basiert auf einer Wärmebehandlungstechnik, die eine hohe Temperatur von ungefähr 1000°C verwendet. Somit kann beispielsweise ein Transistor mit sehr guten elektrischen Eigenschaften nicht auf einem Halbleiterdünnfilm ausgebildet werden, der auf einem Substrat mit geringer Wärmebeständigkeit vorgesehen ist.
- Obwohl eine Reduzierung der Prozeßtemperatur durch neue Techniken, wie beispielsweise Plasma-CVD, Laserkristallisation usw. realisiert worden ist, ist es weiterhin nötig, sogar beim Verwenden der neuen Techniken, die Prozeßtemperatur auf 300°C oder mehr einzustellen, um ein Element mit sehr guten elektrischen Eigenschaften auszubilden. Somit ist es schwierig, eine Transistorschaltung auf einem nicht-wärmebeständigen Substrat, das beispielsweise aus Plastik geformt ist, auszubilden. Zusätzlich, ist beim direkten Ausbilden von Transistorschaltungen auf einem Substrat mit großen Abmessungen eine große Prozeßvorrichtung notwendig, die Genauigkeit der Prozeßvorrichtung kann dadurch abnehmen und produzierte Transistorschaltungen werden teuer sein.
- Bei dem aus
US 5 665 607 bekannten Verfahren wird eine Trennschicht auf einem Substrat gebildet, und auf der Trennschicht wird eine Filmstruktur gebildet. Dann wird die Filmstruktur vom Trägersubstrat durch Entfernen der Trennschicht getrennt. Um die Trennschicht zu entfernen, werden Löcher in der darauf aufgebrachten Filmstruktur gebildet, oder die Trennschicht wird auf einem Substrat gebildet, welches bereits vor der Bildung der Trennschicht Löcher aufweist. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelementes der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Trennschicht einfacher entfernt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
- Die vorliegende Erfindung erlaubt es, eine Einrichtung mit großen Abmessungen zu realisieren.
- Falls nötig wird die Filmstruktur an ein anderes Substrat mit geringer Wärmebeständigkeit angebracht. Hierzu verwendet die Erfindung die Trennschicht, die zwischen der Filmstruktur und dem sie tragenden Substrat angeordnet ist.
- In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuvor eine Trennschicht zwischen dem Substrat und der Filmstruktur angeordnet. Nachdem z. B. eine Transistorschaltung in der Filmstruktur bei einer Hochtemperaturbehandlung ausgebildet ist, wird die Trennschicht durch Ätzen entfernt, um die Filmstruktur von dem Trägersubstrat zu trennen. Dabei wird das Entfernen der Trennschicht dadurch erleichtert, dass Luftlücken in mindestens einem Bereich der Schicht gebildet werden.
- Zusätzlich kann in der Erfindung der Schritt des Trennens der Filmstruktur von dem Trägersubstrat durch Entfernen der Trennschicht während oder nach der Ausbildung einer gewünschten Halbleitereinrichtung in der Filmstruktur durchgeführt werden.
- Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Halbleitereinrichtungs-Schaltung ist z. B. eine Schaltung, welche aus einem oder mehreren Dünnfilmtransistoren besteht, einem oder mehreren MOSFETs, oder einem oder mehreren Bipolartransistoren, einer Schaltung, die eine Solarbatterie verwendet, oder einer integrierte Schaltung, die aus einer Vielzahl solcher aktiven Elemente besteht. Jedoch ist die Schaltung einer Halbleitereinrichtung nicht auf die obigen begrenzt.
- Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung hervorgehen oder können durch eine Verwendung der Erfindung erhalten werden.
-
1A –1C zeigen ein Verfahren zum Trennen einer Filmstruktur, die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, von einem Substrat -
2A –2C zeigen ein Verfahren bei dem eine Filmstruktur, die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, von einem Substrat getrennt wird und ein weiteres Substrat zum Tragen der Filmstruktur verwendet wird, -
3A –3C zeigen ein Verfahren bei dem ein Metalloxidhalbleiter (MOS)-Feldeffekttransistor (FET) auf ein weiteres Substrat übertragen wird; -
4A –4C sind Ansichten zur Erläuterung von Prozeßschritten bei der Ausbildung einer Gateelektrode, eines isolierenden Films, eines Siliziumfilms, einer dotierten Schicht und eines Zwischenschicht-Isolierfilms, und dann zum Durchführen einer Übertragung, und zum Ausbilden von Metallisierungsebenen, um eine Halbleitereinrichtungs-Schaltung zu schaffen; -
5A –5C zeigt ein Verfahren zur Ausbildung einer amorphen Silizium-TFT-Schaltung und des Übertragens der Schaltung; -
6A –6C zeigt ein Verfahren zur Ausbildung eines Solarbatterieelements und einer Übertragung des Elements; -
7 ist eine Ansicht, welche die Ausbildung einer Verdrahtung zwischen TFTs nach dem Übertragen zeigt; -
8 zeigt den Übertrag einer Transistorschaltung, die auf einem kleinen Substrat ausgebildet ist, auf ein großes Substrat; -
9 zeigt den Übertrag einer Transistorschaltung, die auf einem großen Substrat ausgebildet ist, auf ein kleineres Substrat; -
10A –10F zeigt ein Verfahren zur Ausbildung einer Trennschicht mit darin definierten Lücken; -
11 zeigt das Entfernen eines organischen Materials unter Verwendung eines Lösungsmittels; -
12 stellt das Einführen einer Probe in einen Vakuumbehälter dar, wobei Luftlücken in der Probe unter Verwendung des Vakuums entleert werden, und die resultierende Probe durch ein Ätzlösungsmittel geätzt wird; und -
13 zeigt das Entfernen eines Teils einer Filmstruktur, die auf einer Trennschicht mit Luftlücken vorgesehen ist, darstellt. - Die Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen beschrieben.
- Wie in
1A –1C gezeigt, ist eine Trennschicht20 auf einem Substrat10 ausgebildet, das aus einem Material, wie beispielsweise Silizium, Siliziumnitrid, Quarz oder Keramik, oder aus wärmebeständigem isolierendem Material besteht. Dann wird eine Filmstruktur30 auf der Trennschicht20 ausgebildet. Diese Filmstruktur30 besteht aus einer einzelnen oder mehreren Schichten, welche eine Halbleiterschicht umfaßt, die zum Ausbilden einer vorbestimmten Schaltung nötig ist, und aus Silizium oder aus einer Halbleiterverbindung der II-VI-Gruppe oder III-V-Gruppe hergestellt ist. - Vorzugsweise besteht die Trennschicht aus einem Material, welches bei einer Wärmebehandlungstemperatur zum Bilden eines Halbleiterelements in der Halbleiterschicht stabil ist, vorzugsweise bei 1000–1100°C, und welches nicht umgekehrt die Halbleiterschicht oder das Halbleiterelement, das darin ausgebildet ist, selbst bei dieser Temperatur beeinflußt. Insbesondere besteht die Trennschicht aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Chrom, Nickel, Tantal, Wolfram usw. oder aus einem isolierendem Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid usw. oder aus InZnO besteht.
- Es ist notwendig, die Dicke der Trennschicht auf mindestens 200 nm oder mehr einzustellen, hinsichtlich eines Ätzens der Trennschicht. Im Hinblick auf die Notwendigkeit, die thermische Belastung zwischen dem Substratmaterial
10 und dem Filmstrukturmaterial30 zu reduzieren, oder im Hinblick auf die Zeit, die zum Ausbilden der Trennschicht nötig ist, wird die Dicke der Trennschicht vorzugsweise auf 20000 nm oder weniger eingestellt, und vorzugsweise auf ungefähr 1000–10000 nm. - Die Trennschicht wird durch Vakuumdeposition, die in einem gewöhnlichen Halbleiterherstellungsverfahren verwendet wird, Dampfphasenepitaxie, Sputtering usw. ausgebildet.
- Danach wird ein Halbleiterelement, wie beispielsweise eine Solarbatterie, eine Diode, ein Transistor usw. in der Halbleiterschicht der Filmstruktur 30 in bekannter Weise ausgebildet, Halbleiterelements können mehrere Halbleiterelemente, die miteinander durch Metallverdrahtungen verbunden sind, als integrierte Schaltung ausgebildet werden.
- Danach wird die Trennschicht z. B. durch Ätzen, wie in
1B gezeigt, entfernt, um dadurch die Filmstruktur30 , die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, von dem Substrat10 zu trennen. Die Trennschicht wird unter Verwendung einer Ätzlösung, die Phosphorsäure als Hauptkomponente enthält, geätzt, wenn die Trennschicht aus Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid usw. besteht, unter Verwendung einer Ätzlösung, die Fluorsäure enthält, wenn sie aus Siliziumdioxid besteht, und unter Verwendung von Salzsäure, wenn sie aus InZnO besteht. - Wenn die Filmstruktur
30 , die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, eine ausreichende mechanische Festigkeit hat und keine weitere körperliche Unterstützung braucht, kann sie nach einer Trennung als separates Halbleiterelement oder Schalteinrichtung mit Halbleiterelementen verwendet werden. - Des weiteren kann das Substrat
10 , das nach der Trennung der Filmstruktur30 erhalten wird, wieder als ein Trägersubstrat verwendet werden, durch Ausbilden darauf einer einzelnen oder mehreren Schichten, die zum Ausbilden eines Halbleiterelements oder einer Schaltung nötig sind, wie in1C gezeigt. -
2A –2C zeigen eine weitere Ausführungsform, wobei ein Trägersubstrat40 verwendet wird, welches sich von dem Substrat10 unterscheidet. Wie in2A gezeigt, wird die Trennschicht20 zuerst auf dem Substrat10 ausgebildet, und dann wird eine Filmstruktur30 , die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, die zum Bilden einer vorbestimmten Halbleiterschaltung nötig sind, auf der Trennschicht20 ausgebildet. - Nach dem Ausbilden der vorbestimmten Halbleiterschaltung wird ein weiteres Substrat
40 an der Filmstruktur30 angebracht, durch ein geeignetes Klebemittel. Anders als das Substrat10 , benötigt das Substrat40 keine Festigkeit bei einer hohen Temperatur. Dementsprechend kann das Substrat40 aus einem billigem organischen Material, wie beispielsweise Plastik, hergestellt werden. - Bezugnehmend auf
2C wird die Trennschicht20 z. B. durch Ätzen entfernt, um dadurch die Filmstruktur30 , die aus einer einzelnen oder mehreren Schichten besteht, von dem Substrat10 zu trennen. Somit ist der Schritt eines Übertragens der Filmstruktur auf das Substrat40 vollständig. -
3A –3C sind Ansichten, die zum Erklären eines speziellen Beispiels eines Übertragens nützlich sind, bei dem ein Transistorelement und eine integrierte Schaltung, die das Transistorelement verwendet, übertragen werden. Insbesondere zeigen diese Abbildungen ein Übertragebeispiel, mit dem ein Metalloxidhalbleiter (MOS)-Feldeffekttransistor (FET) übertragen wird. - Zuerst wird eine Trennschicht
20 auf einem Substrat10 ausgebildet. In dem nächsten (MOSFET)-Ausbildeschritt wird ein kristalliner Siliziumfilm50 ausgebildet. Ein gateisolierender Film60 wird auf dem Film50 ausgebildet. Danach wird eine Maske mit einer bestimmten Struktur bzw. Muster ausgebildet, wodurch Source- und Drainregionen70 und72 ausgebildet werden. - Dann werden Zwischenschicht-Isolierfilme
90 und92 ausgebildet, und Kontaktlöcher werden darin ausgebildet, wodurch Source, Gate und Drainelektroden80 ,82 und84 ausgebildet werden. Des weiteren ist ein Oxidfilm94 für Passivierungswecke vorgesehen. Vorzugsweise weist der kristalline Siliziumfilm50 eine Dicke von 1000–5000 nm auf. Das Elektrodenmetall hat eine Dicke von 10–2000 nm, vorzugsweise 100–1000 nm. - Wenn nötig, können Metallisierungslagen
100 und102 vorgesehen werden, welche die Transistoren verbinden, die in der integrierten Schaltung enthalten sind, oder die die integrierte Schaltung mit einer externen Schaltung verbinden.3A zeigt schematisch den Querschnitt des Substrats, der nachdem die Trennschicht20 und der kristalline Siliziumfilm50 auf dem Substrat10 ausgebildet sind erhalten wird. - Hochtemperaturbehandlungen von 1000°C werden verwendet, um den kristallinen Siliziumfilm 50 zum Bilden eines MOSFETs auszubilden, um einen gateisolierenden Film auszubilden, und um eine Dotierung zum Ausbilden einer dotierten Siliziumregion zu aktivieren. Diese Hochtemperaturbehandlungen können durchgeführt werden, durch Ausbilden des Substrates
10 aus einem Material, wie beispielsweise Quarz, das 1000°C oder mehr aushalten kann. - Des weiteren kann in dem oben beschriebenen MOSFET-Herstellungsverfahren die Eigenschaft der kristallinen Silziumschicht
50 verbessert werden, unter Verwendung einer Laserkristallisation, einer Laseraktivierung usw., und die Zeit, die für die Herstellung des MOSFETs benötigt wird, kann reduziert werden, im Vergleich zu der Hochtemperaturbehandlung, unter Verwendung einer Technik zur Durchführung einer Behandlung bei einer relativ niedrigen Temperatur, wie beispielsweise Plasma-CVD. - Dann, wie in
3B gezeigt, wird das Substrat40 an dem Substrat, in welchem die Transistorschaltung ausgebildet. ist, angebracht. Danach wird die Trennschicht20 entfernt und die Transistorschaltung ist an das Substrat40 übertragen, wie in3C gezeigt. - Das Substrat
40 wird nur zum Tragen der Transistorschaltung verwendet, die in dem obigen Schritt ausgebildet wird, und somit ist es nicht nötig, den Einfluß auf sie durch die Hochtemperaturbehandlung, die während der Herstellung der Transistorschaltung durchgeführt wird, zu berücksichtigen. Dementsprechend, obwohl ein Verfahren mit hoher Temperaturbelastung zur Herstellung des Transistors verwendet wird kann das Substrat40 aus einem billigem Material mit niedriger Wärmebeständigkeit ausgebildet sein, z. B. ein Plastikmaterial wie beispielsweise Epoxyharz, Polimid, Polykarbonat, usw. - Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ausbildung eines Halbleiterelements mit sehr guten Eigenschaften und seiner Schaltung auf einem Substrat, das aus einem billigem Material mit einer relativ niedrigen Wärmebeständigkeit ausgebildet ist. Das Element und seine Schaltung werden durch einen Hochtemperaturprozeß erzeugt.
-
4A –4C zeigen eine weitere Ausführungsform. Nachdem eine Trennschicht20 und eine Siliziumschicht50 auf einem Substrat10 ausgebildet sind, werden ein Gateisolierfilm60 , dotierte Schichten70 und72 , eine Gateelektrode82 und ein isolierender Film ausgebildet, wie in4A gezeigt. Anschließend wird ein weiteres Substrat40 an der Filmstruktur angebracht, wie in4B gezeigt, wodurch eine Übertragung durchgeführt wird. Danach kann ein Isolierfilm und Metallisierungslagen80 ,84 ,100 und 102 ausgebildet werden, wie in4C . In diesem Fall sind die Seitenwände der Kontaktlöcher zur Verbindung mit den Elektroden isoliert, wenn dies notwendig ist. Auch in dem Fall eines Verwendens eines von dem MOSFET verschiedenen Elements, kann das erfindungsgemäße Übertrageverfahren verwendet werden. -
5A –5C zeigen eine Ausführungsform, in welcher eine amorphe Silizium-TFT-Schaltung erzeugt und übertragen wird. Eine Metallschicht ist z. B. durch Sputtering auf einer Trennschicht210 , die auf einem Substrat200 vorgesehen ist, ausgebildet, und ist in eine Gatelelektrode220 strukturiert, z. B. durch Ätzen. Die Metallelektrode weist eine Dicke von 10–2000 nm auf, insbesondere 100–1000 nm. Anschließend werden ein Siliziumnitridfilm230 und ein amorpher Siliziumfilm240 , welche als Gateisolierfilm dienen, z. B. durch Plasma-CVD ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm weist eine Dicke von 50–2000 nm auf, insbesondere 100–1000 nm. Der amorphe Siliziumfilm weist eine Dicke von 10–1000 nm auf, insbesondere 20–5000 nm. Nach der Ausbildung des amorphen Siliziumfilms240 wird ein dotierter amorpher Siliziumfilm250 mit einer Dicke von 50–200 nm z. B. durch Plasma-CVD ausgebildet. Danach wird der Bereich der dotierten Schicht, welcher einem Kanal entspricht, durch Ätzen entfernt, um dadurch Source- und Drainregionen zu bilden. - Danach werden Source- und Drainelektroden
260 und270 bereitgestellt, Zwischenschichtisolierfilme280 und290 , ein Passivierungsfilm291 und Metallisierungslagen292 und293 zum Verbinden der Transistoren untereinander oder zum Verbinden der Transistoren mit einer externen Schaltung.5A zeigt einen Zustand, bei dem alle oben beschriebenen Stufen beendet sind, und die amorphe Silizium-TFT-Schaltung auf dem Substrat200 vollständig ist. - Wie in
5B und5C gezeigt, werden die amorphen TFTs und ihre Schaltung auf ein neues Substrat294 durch Entfernen der Trennschicht übertragen. Das Trägersubstrat200 , das zum Erzeugen einer Filmstruktur, welche das zu trennende Halbleiterelement umfaßt, verwendet wird, kann wieder als nächstes Substrat verwendet werden. -
6A –6C zeigen eine weitere Ausführungsform, in welcher ein Solarbatterielelement auf einer Trennschicht310 , die auf einem Substrat300 vorgesehen ist, ausgebildet ist. Hierzu wird eine untere Elektrode320 z. B. durch Sputtering ausgebildet, wobei eine geeignete Elektrodenschutzschicht315 auf der Trennschicht310 vorgesehen ist, und dann werden eine hochdotierte Halbleiter-P-Typ-Schicht330 , eine nicht dotierte Halbleiterschicht340 und eine Halbleiter-N-Typ-Schicht350 in dieser Reihenfolge z. B. durch Plasma-CVD ausgebildet. Bevorzugt weisen die hochdotierte P-Typ-Schicht, die nicht dotierte Halbleiterschicht und die N-Typ-Schicht-Dicken von 10 bis 1000 nm, 100–5000 nm bzw. 10–100 nm auf. - Danach wird eine obere Elektrode
360 ausgebildet und ein photosensitiver Bereich wird durch Entfernen, beispielsweise durch Ätzen, eines äußeren Bereichs der Halbleiterschicht des Solarbatterieelements definiert. Des weiteren werden eine Passivierungsschicht370 und Metallisierungslagen380 , die mit einer externen Schaltung oder anderen Schaltelementen (nicht dargestellt) zu verbinden sind, ausgebildet, um dadurch eine Schaltung zu bilden. Somit wird ein amorphes Siliziumsolarbatterieelement bereitgestellt. Andererseits, wenn eine kristalline Siliziumsolarbatterie durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgebildet ist, ist eine Dreischichtstruktur-Solarbatterie vorgesehen, die z. B. eine hochdotierte P-Typ-Schicht, eine P-Typ-Schicht und eine N-Typ-Schicht an Stelle der amorphen Schichten330 ,340 und350 verwendet. Jeder Halbleiterfilm ist z. B. durch Plasma-CVD ausgebildet, und wird dann einer notwendigen Kristallisationsbehandlung unterworfen. Die hochdotierte P-Typ-Schicht wird durch Feststoff-Phasenkristallisation oder Schmelzhärtung eines Halbleiterfilms ausgebildet. Die N-Typ Schicht wird durch Ionenimplantation in einen Halbleiterfilm oder durch thermisches Diffundieren von Dotierstoffen in den Film ausgebildet. Bevorzugt weisen die hochkonzentrierte P-Typ-Schicht, die P-Typ-Schicht, und die N-Typ Schicht Dicken von 10–100 nm, 1000–50000 nm bzw. 10–100 nm auf. - Die Solarbatterie und ihre Schaltung werden wie in
6B und6C gezeigt, durch Entfernen der Trennschicht, auf ein neues Substrat390 übertragen. - Da die Struktur des Elements und ihre auf ein neues Substrat übertragene Schaltung bezogen auf das Original umgekehrt ist, muß das Original unter Berücksichtigung des Umgekehrten entworfen werden. Wenn z. B. in dem Fall eines Übertragens der in
3A –3C gezeigten MOSFETs ein oberes Gate-TFT zuerst ausgebildet ist, wird es zu einer unteren Gate-TFT nach der Übertragung. In dieser Hinsicht, wenn eine obere Gate-TFT nach dem Übertragen benötigt wird, wird eine untere Gate-TFT, wie in5A –5C gezeigt, zuerst hergestellt und dann übertragen. - Um TFTs nach der Übertragung zu verbinden, ist ein Kontaktbereich
400 zur Verdrahtung vorgesehen, wie in7 gezeigt, wodurch zuerst ein Kontaktloch ausgebildet wird, und dann die Verdrahtung. - Eine weitere Ausführungsform ist in
8 dargestellt. Eine Filmstruktur510 , welche eine Halbleiterschicht umfaßt, die mit einer Transistorschaltung versehen ist, wird zuvor auf einem Substrat505 ausgebildet, wobei eine Trennschicht504 dazwischen angeordnet ist. Die Filmstruktur510 wird auf eine größeres Substrat520 übertragen. Dieser Prozeß ermöglicht ein Eliminieren der herkömmlichen Schwierigkeit beim sehr feinen Strukturieren auf einem großen Substrat. Folglich kann ein feines Halbleiterelement mit sehr guten Eigenschaften und seine Schaltung auf einem sehr großen Substrat520 ausgebildet werden. - Ferner, wie in
9 gezeigt, ermöglicht die Erfindung ein simultanes Ausbilden von feinen Halbleiterelementen oder Schaltungen mit sehr guten Eigenschaften auf mehreren feinen Substraten540 durch Übertragen von Schichten530 einschl. Transistorschaltungen die auf einem Substrat531 mit einer Trennschicht532 , die dazwischen gebildet sind, auf die feinen Substrate540 . - Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden von Halbleiterelementen ist nicht auf die in
1A –9 dargestellten Ausführungsformen begrenzt, kann aber ohne vom technischen Umfang der Erfindung abzuweichen modifiziert werden. - Obwohl in der in
3A –3C gezeigten Ausführungsform das Halbleiterelement und seine Schaltung z. B. insbesondere ein MOSFET und seine Schaltung sind, kann der Halbleiter eine in5A –5C gezeigte amorphe Silizium-TFT sein, ein in6A –6C gezeigtes Solarbatterieelement, ein Bipolarelement, ein amorpher Bildsensor usw. - Obwohl bei den in
3A –7 dargestellten Ausführungsformen ein Übertragen nach der Vollendung mindestens des Transistorelements durchgeführt wird, kann es sogar während der Herstellung des Elements durchgeführt werden. -
1 stellt ein Verfahren zum Entfernen der Trennschicht mittels Ätzen dar. In diesem Fall wird eine Filmstruktur30 , die aus einer einzelnen Schicht oder aus mehreren Schichten besteht, von einem Substrat10 getrennt, durch Zersetzen der Trennschicht unter Verwendung einer Lösung oder eines Gases zum Auflösen der Trennschicht. -
10A –10F illustrieren ein Verfahren zum Bilden einer Trennschicht mit Luftlücken635 , unter Verwendung einer Lithographietechnik. Wie in10A gezeigt, wird zuerst ein Film600 , der die Trennschicht bildet, auf einem Substrat610 ausgebildet. Der Film600 ist in dieser Ausführungsform aus Chrom ausgebildet, ist aber darauf nicht beschränkt. Er kann aus einem anderem Material hergestellt werden, das zum Durchführen der Erfindung geeignet ist, d. h. einem metallischen Material wie beispielsweise Nickel, Tantal, Wolfram usw., aus einem isolierendem Material wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid usw. oder aus InZnO. Die Trennschicht600 kann durch CVD, Sputtern oder andere geeignete Verfahren ausgebildet werden. - Als nächstes werden Bereiche des Films
600 durch Lithographie oder Ätzen entfernt, wie in10B gezeigt. - Dann wird die verbleibende Struktur mit einem Material
620 bedeckt, welches in einer organischen Lösung gut löslich ist, wie beispielsweise ein Hochpolymermaterial, wie in10C und10D gezeigt. - Danach, wie in
10E gezeigt, wird ein Film630 zum Schützen der geglätteten Oberfläche ausgebildet, durch eine Behandlung mit einer niedrigen Temperatur, wie beispielsweise ECR-Plasma-CVD, Sputtering usw. Der Film630 ist in dieser Ausführungsform aus Siliziumoxid ausgebildet, ist aber nicht darauf beschränkt. Er kann aus einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. - Nach der Ausbildung des Films
630 wird das Material620 unter Verwendung eines Lösungsmittels entfernt, wodurch eine Trennschichtstruktur640 mit Luftlücken635 ausgebildet wird, wie in10F gezeigt.11 zeigt eine Weise des Entfernens. Um das Material620 unter Verwendung des Lösungsmittels zu entfernen, ist ein Eintauchen der Probe in eine Lösungsmittelslösung650 ein einfaches Verfahren. Das Material620 kann effektiver durch Erwärmen der Lösungsmittellösung, um ihre Lösungsfähigkeit zu erhöhen, oder durch Verdampfen des Lösungsmittels in einem hochreaktivem Dampf entfernt werden. - Um die Trennschicht
600 zu entfernen, kann ein Ätzlösungsmittel, das die Schicht600 auflöst aber nicht den Film630 , verwendet werden. Da die Trennschicht600 die Luftlücken aufweist, kann das Ätzlösungsmittel einfach in die Schicht600 eindringen um sie zu entfernen. - Um zu bewirken, daß die Lösung effektiv in die Trennschicht eindringt, um so eine Filmstruktur
690 zu trennen, wird die Probe in einen Vakuumbehälter660 eingeschlossen. Dann wird die Luft in den Luftlücken der Trennschicht durch die Vakuumsaugung670 evakuiert, und ein Ätzlösungsmittel680 wird in den Behälter650 eingeführt, wie in12 dargestellt. Da der Druck in den Luftlücken reduziert ist, tritt das Ätzlösungsmittel schnell in die Luftlücken, löst die Trennschicht600 auf und trennt die Filmstruktur, die aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten besteht, vom Substrat610 . - Um die Trennschicht effektiver zu entfernen, kann die Filmstruktur
690 mit Luftlücken auf der Trennschicht teilweise entfernt werden, so daß kein Halbleiterelement oder Schaltung durch das Entfernen beeinflußt wird, wodurch die Funktion des Ätzlösungsmittels zum Entfernen der Trennschicht beschleunigt wird. - Eine Technik zum Ausbilden eines Filmes mit Luftlücken mittels Sputtering ist z. B. aus J. Electrochem. Soc., 131(1984), Seiten 2105–2109, von T. Serikawa und T. Yachi bekannt. Gemäß dieser Veröffentlichung kann ein SiO2-Film mit Luftlücken durch Sputtering in einer Ar-Gas-Atmosphäre ausgebildet werden. Da dieser Film bei einer sehr hohen Geschwindigkeit geätzt werden kann, kann er als Trennschicht, die in dieser Erfindung verwendet wird, verwendet werden.
- Des weiteren, ermöglicht eine plasmachemische Phasenreaktion oder ein Aufdampfen die Ausbildung eines Filmes mit Luftlücken
635 durch Anlegen eines hohen Gasdruckes an mindestens einen Abschnitt eines Films während seiner Ausbildung, um eine chemische Phasenreaktion zu verstärken, und enthält kleine Teilchen in dem Film. Der verbleibende Film kann bei einer sehr hohen Geschwindigkeit geätzt werden, und kann somit als erfindungsgemäße Trennschicht verwendet werden. - Das Verfahren des Bildens eines Halbleiterelements gemäß der Erfindung kann auf einfache Weise eine Einrichtung mit großer Fläche erzeugen, welche Halbleiterelemente mit sehr guten Eigenschaften und ihre Schaltungen enthält. Zusätzlich ermöglicht das Verfahren das Bilden eines Halbleiterelements mit sehr guten Eigenschaften und seiner Schaltung auf einem Substrat, das aus einem Material mit niedriger Wärmebeständigkeit hergestellt ist, wie beispielsweise Glas, Plastik usw.
Claims (11)
- Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements, mit den Schritten: Bilden einer Trennschicht (
20 ) auf einem Trägersubstrat (10 ); Bilden einer Filmstruktur (30 ), die aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten besteht, oberhalb der Trennschicht; und Trennen der Filmstruktur (30 ) vom Trägersubstrat (10 ) durch Entfernen der Trennschicht (20 ); dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht den Schritt des Bildens von Luftlücken (635 ) in mindestens einem Teil der Trennschicht (600 ) umfaßt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Trennens der Filmstruktur (
30 ) von dem Trägersubstrat (10 ) den Schritt des Entfernens der Trennschicht (20 ) durch Ätzen enthält. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Filmstruktur (
30 ) den Schritt des Bildens eines Transistors (60 ,70 ,72 ,80 ,82 ,84 ) in einem Bereich der Filmstruktur umfaßt, die aus der einzelnen Schicht oder den mehreren Schichten besteht. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Filmstruktur (
30 ) den Schritt des Bildens einer integrierten Schaltung, welche mehrere Transistoren und interne Verdrahtungen umfasst, in der Filmstruktur umfasst. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Filmstruktur den Schritt des Bildens einer Solarbatterie (
320 ,330 ,340 ,350 ,360 ) in einem Bereich der Filmstruktur umfaßt, die aus der einzelnen Schicht oder den mehreren Schichten besteht. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlücken (
635 ) durch Lithographie und Ätzen gebildet werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht (
600 ) ein Sputteringverfahren verwendet. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht (
600 ) eine plasmachemische Phasenreaktion verwendet. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Trennschicht (
600 ) ein Aufdampfverfahren verwendet. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem die Filmstruktur (
30 ), die aus der einzelnen Schicht oder den mehreren Schichten besteht, von dem Trägersubstrat (10 ) getrennt ist, das Trägersubstrat (10 ) wiederverwendet wird, um eine andere Filmstruktur, die aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten besteht, zu tragen. - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch Anbringen eines zweiten Substrats (
40 ) an der Filmstruktur (30 ).
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