DE4315731A1

DE4315731A1 - Halbleiteranordnung mit Makrokorn-Substrat

Info

Publication number: DE4315731A1
Application number: DE4315731A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2013-05-12
Also published as: US5438240A; DE4315731B4; JPH0660795A; US5329207A; JP2740444B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat für die Erzeugung von integrierten Schaltungen, z. B. in Form einer Elektronen emittierenden Anordnung, und Verfahren zu deren Herstellung.

Flache plattenförmige Anzeigevorrichtungen bekommen zunehmende Wichtigkeit bei Geräten, die leichtgewichtige tragbare Bildschirme erfor dern. Derzeitig verwendet man für solche Bildschirme Elektrolumine szenz-, Plasma- oder Flüssigkristall-Technologien. Eine vielversprechen de Technologie ist die Verwendung einer matrixförmigen adressierbaren Anordnung von Kaltkathodenemissionsvorrichtungen zum Anregen eines Leuchtstoffs auf einem Bildschirm.

Bei der Technologie der Feldemissionsanzeige (FED von Field Emission Display) sind Glassubstrate mit aufgedampften Molybdänspitzen erzeugt worden entsprechend dem "Spindt"-Verfahren, das in den US-Patenten 3,665,241, 3,755,704, 3,812,559 und 5,064,396 beschrieben worden ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die als Treiber fungierenden integrierten Schaltungen nicht auf dem selben Substrat wie die Spitzen angeordnet werden können.

Ein Verfahren zur Herstellung von Emitterspitzen aus Silizium ist in der US-Patentanmeldung Nr. 837,833 mit dem Titel "Verfahren zur Erzeu gung scharfer Oberflächenunebenheiten und anderer Merkmale auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates" der Inhaberin auch der vorliegen den Anmeldung beschrieben. Diese Lösung hat zwar den Vorteil, daß sie die Erzeugung integrierter Schaltungen ermöglicht, was die Kosten der Treiber sowie deren Komplexität verringert. Allerdings entstehen für die derzeit verfügbaren Substrate relativ hohe Kosten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein relativ dickes Substrat aus makrokörnigem polykristallinen Silizium verwendet. Dies führt zu einer guten Lösung hinsichtlich niedriger Kosten und Integrierbarkeit der Treiber.

Die Erfindung schafft makrokörnige Polysilizium-Substrate, die sowohl für eine kostengünstige Herstellung von Feldemissionsstrukturen als auch für integrierte Schaltungsvorrichtungen verwendbar sind.

Groß- oder makrokörniges Polysilizium läßt sich relativ leicht herstellen. Man läßt einfach geschmolzenes Silizium abkühlen. Die Größe der Körner hängt von der Abkühlgeschwindigkeit ab. Je schneller das Silizi um abkühlt, um so kleiner sind die Körner. Der Herstellungsprozeß ist weniger empfindlich und weniger zeitaufwendig als die Herstellung monokristalliner Scheiben oder Wafer. Als Ergebnis sind größere Wafer bei geringeren Kosten erhältlich. Tatsächlich ist makrokörniges Polysili zium sogar billiger als die Verwendung einiger Glassubstrate. Dies liegt daran, daß Hochtemperaturglas das bevorzugte Glas für die Herstellung von Flachtafel-Anzeigevorrichtungen ist. Solches Glas kostet mehr als makrokörniges Polysilizium.

Es ist erheblicher Forschungsaufwand getrieben worden im Bereich von amorphen Siliziumschichten auf Glassubstraten, die relativ dünn sind (z. B. dünner als 1 µm), und zwar zur Verwendung für Flüssigkristallan zeigevorrichtungen (LCDs). Das amorphe Silizium weist keine definierte Anordnung der Siliziumatome auf. In manchen Fällen wird kleinkörnig aufgebrachtes Polysilizium verwendet. In diesen Fällen läge eine repräsentative Korngröße im Bereich von 50 nm, obwohl die bei solchen Forschungsvorhaben verwendeten Korngrößen beträchtlich variieren.

Im Gegensatz dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ma krokörnige Polysiliziumsubstrate, die relativ dick sind, d. h. mehr als 300 µm. In einem solchen Fall sind die Atome in Einheitszellen ange ordnet. Die Einheitszellen befinden sich jedoch nicht in einer regel mäßigen Anordnung zueinander, und die Zellen haben sehr große Korn grenzen. Als makrokörnig wird ein Substrat definiert, in dem weniger als 1% der Kristallkörner kleiner als 0,5 mm sind.

Die Korngrenzen stellen im wesentlichen Defekte in dem Substrat dar und die vorliegende Erfindung schafft Mittel zum Überwinden dieser Substratdefekte und zur wirksamen Verwendung des Substrates in einer Flachplattenanzeigeeinheit. Die Korngrenzen definieren die Grenzen zwischen zwei oder mehr kristallinen Zonen in dem Substrat. Halbleiter wafer aus hochgradigem Silizium haben eine Einkristall-(oder monokri stalline) Orientierung und sind das gewünschte Substrat für die Herstel lung integrierter Schaltungen.

Eines der Probleme, das aus dem Vorhandensein von Korngrenzen resultiert, ist die Nichtvoraussagbarkeit bei Ätzschritten. Wenn das Ätzmaterial eine Korngrenze trifft, kann sich die Ätzrate oder Ätzge schwindigkeit gegenüber der innerhalb der Korngrenzen befindlichen Halbleitermasse ändern, und das Ergebnis des Ätzschrittes ist dann oft eine fehlerhafte Vorrichtung. Auf einem Wafer, der viele integrierte Halbleitervorrichtungen enthält, mag der Verlust eines einzelnen Chips keinen bedeutsamen wirtschaftlichen Verlust darstellen. Bei der Her stellung von Flachplatten-Anzeigevorrichtungen kann jedoch ein einziger Defekt zu dem Verlust des gesamten Wafers führen, da der Wafer ins gesamt gewöhnlich für die Anzeigeeinheit verwendet wird. Ein Fehler in der Vorrichtung erscheint als schwarzer Fleck oder als eine sich über den Bildschirm ziehende schwarze Linie und macht somit die gesamte Einheit unverkäuflich.

Ein Vorteil von makrokörnigen Polysiliziumsubstraten ist deren Verfüg barkeit in relativ großen Abmessungen bei vergleichsweise niedrigen Kosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Makrokorn-Substrate für die Verarbeitung bei hohen Temperaturen einsetzbar sind. Ein weiterer Vorteil von Makrokorn-Polysiliziumsubstraten besteht darin, daß solche Substrate einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der darauf hergestellten aktiven Siliziumvorrichtungen paßt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die Verwendung einer redundanten Schaltungsanordnung auf einem makrokörnigen Substrat in Richtung einer Verbesserung der Ausbeute geht, da eine solche redundante Schaltungsanordnung einen Ausgleich für die Möglichkeit darstellt, daß eine Vorrichtung unabsichtlich auf einer Hauptkorngrenze plaziert ist.

Eine zur Verwendung in einer Flachplatten-Anzeigevorrichtung gedachte Basisplatte oder Teile davon kann bzw. können geformt werden aus einem relativ dicken Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat ein makrokörniges polykristallines Material aufweist und auf dem Substrat eine redundante Schaltungsanordnung hergestellt wird, um die Produkt ausbeute weiter zu erhöhen.

Das Verfahren zur Herstellung von Emitterspitzen auf einem makrokörnigen polykristallinen Substrat umfaßt das Reformieren des Substrates durch eine Rekristallisation oder das Amorphmachen des Substrates durch eine Ionenimplantation, wodurch das Substrat in einem solchen Grad beschädigt wird, daß die Korngrenzen verschwinden, das Inmusterbringen des Substrates durch einen Maskierungsschritt und das Ätzen des Substrates, um die Emitterspitzen zu bilden, wonach die Emitterspitzen geschärft werden können, wenn das erwünscht ist.

Eine Basisplatte oder Teile davon, die auf einem relativ dicken ma krokörnigen Substrat gebildet ist bzw. sind, und eine darauf befindliche redundante Schaltungsanordnung sind möglich, wenn das makrokörnige Polysiliziumsubstrat durch Rekristallisation oder Amorphmachen durch Ionenimplantation einmal zusammengewachsen ist.

Mit der Erfindung wird verfügbar gemacht:

Eine elektronenemittierende Anordnung, die in Anzeigevorrichtungen und anderen Vorrichtungen mit integrierten Schaltungen verwendbar ist, umfaßt ein relativ dickes Halbleitersubstrat, bei dem es sich um ein makrokörniges Substrat handelt, das mittels Ionenimplatation amorph gemacht oder durch Rekristallisation reformiert oder durch Hydrieren passiviert wird, um Korngrenzen verschwinden zu lassen. Danach kann eine redundante Schaltungsanordnung auf dem Substrat hergestellt werden, um die Produktausbeute weiter zu erhöhen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Pixels (Bildpunktes) einer Flachplatten-Anzeigevorrichtung, die auf einem makrokörnigen Polysiliziumsubstrat gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;

Fig. 2A eine schematische Querschnittsansicht eines erfin dungsgemäßen makrokörnigen polykristallinen Sub strates, das zur Herstellung der Flachplatten-Anzeige vorrichtung der Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 2B eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 2A, nachdem die oberen Schichten des Substrates amorph gemacht und mit einem Muster versehen worden sind;

Fig. 2C eine schematische Querschnittsdarstellung des ma krokörnigen polykristallinen Substrates der Fig. 2B, nachdem das Substrat geätzt worden ist, um die in Fig. 1 zu sehenden Emitterspitzen zu definieren;

Fig. 2D eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates mit Emitterspitzen gemäß Fig. 2C, nachdem das Muster entfernt worden ist;

Fig. 3A eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der vorliegenden Erfin dung, das für die Flachplatten-Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird, wobei auf dem Substrat eine isolierende Schicht und eine Schicht aus amor phem Silizium oder polykristallinem Silizium nieder geschlagen ist;

Fig. 3B eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 3A nach einem Mustergebungsschritt zur Festlegung der Stellen der Emitterspitzen, wie sie in Fig. 1 zu sehen sind;

Fig. 3B′ eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 3B nach einem Ätzschritt zum Freilegen der Emitterspitzen gemäß Fig. 1;

Fig. 3C eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates nach Fig. 3A, das diffundiert worden ist, um P/N-Übergänge an den Stellen der Emitterspitzen gemäß Fig. 1 zu bilden;

Fig. 3D eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 3A, wobei zusätzlich eine Rekristallisation mit einem Strah lenbündel hoher Energie dargestellt ist;

Fig. 3E eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 3D nach einem Mustergebungsschritt zum Definieren der Stellen der in Fig. 1 zu sehenden Emitterspitzen;

Fig. 3F eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 3D, das zur Bildung von P/N-Übergängen diffundiert worden ist, nachdem die Stellen der in Fig. 1 zu sehenden Emit terspitzen geätzt worden sind;

Fig. 4A eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der vorliegenden Erfin dung, das bei der Herstellung einer Flachplatten-An zeigevorrichtung der Fig. 1 verwendet wird, nachdem das Substrat rekristallisiert worden ist;

Fig. 4B eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der Fig. 4A, das in Musterform gebracht worden ist, um die Stellen der Emitterspitzen zu definieren;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht des makrokörni gen polykristallinen Substrates der vorliegenden Erfin dung, das für die Herstellung der Flachplatten-Anzei gevorrichtung der Fig. 1 verwendet wird, wobei die Emitterspitzen direkt darauf erzeugt worden sind;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Anodengates und der Emitterspitze, hergestellt auf dem makrokörnigen polykristallinen Substrat, und die redundante Schal tungsanordnung, die zum Aktivieren der Spitze ver wendet wird.

Es sei hier ausdrücklich vermerkt, daß die vorliegenden Zeichnungen nicht maßstabsgerecht sind sondern lediglich schematische Darstellun gen zeigen und nicht die spezifischen Parameter oder die Strukturdetails der Flachplatten-Anzeigevorrichtung darstellen sollen, die als solche wohlbekannt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Kaltkathodenanzeigevorrichtung. Die bevorzugte Ausführungsform ist jedoch lediglich ein Ausführungsbeispiel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter anderen Umständen verwendbar, bei denen eine integrierte Schaltungsanordnung auf einem makrokörnigen polykristallinen Substrat angeordnet werden kann, das in einer Flach platten-Anzeigevorrichtung verwendet wird, oder für eine andere elek trische Vorrichtung, die eine integrierte Schaltungsanordnung mit niedri gen Kosten oder mit einer großen Fläche erfordert, wie beispielsweise eine Basisplatte für eine elektrolumineszente Anzeigevorrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist speziell verwendbar bei Anzeige vorrichtungen und Druckvorrichtungen, bei denen es wichtig ist, eine kompakte Größe aufrechtzuerhalten. Und das erfindungsgemäße Ver fahren ist in Fällen nützlich, in denen Produkte Substrate mit relativ großen Abmessungen bei niedrigen Kosten mit einer integrierten Schal tungsanordnung erfordern.

Das makrokörnige polykristalline Substrat der vorliegenden Erfindung wird hier mit Bezug auf Feldemitteranzeigevorrichtungen beschrieben. Für den Fachmann ist es aber leicht ersichtlich, daß es gleichermaßen anwendbar ist für jegliche andere Flachplatten-Anzeigevorrichtung, die ein Substrat verwendet, auf dem eine adressierbare Anordnung für dessen Betreiben verwendet wird. Nichtabschließende Beispiele hierfür sind: elektrochrome Anzeigevorrichtungen, reflektierende, aktive matrixförmige Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, reflektierende Flüs sigkristallanzeigevorrichtungen, elektrolumineszente Anzeigevorrichtun gen, Plasmaanzeigevorrichtungen usw., oder jegliche andere elektrische Vorrichtung, insbesondere bei welcher der thermische Ausdeh nungskoeffizient des Substrates oder die Eignung des Substrates zur Aufnahme integrierter Schaltungen oder die Eignung, während der Halb leiterverarbeitung manipuliert zu werden, ausgenützt wird.

Die breite Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung resultiert von der Eignung, die Adressierungsschaltungsanordnung und/oder den Emitter aus einem Substrat zu bilden, das mit großen Flächen bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann, und aus dem ferner sowohl unter Vakuum arbeitende elektronische Vorrichtungen als auch elektronische Festkörpervorrichtungen hergestellt werden können.

Fig. 1 zeigt eine Feldemissionsanzeigevorrichtung, die einen Bildpunkt oder ein Pixel 22 verwendet. Bei der bevorzugten Ausführungsform dient eine relativ dicke makrokörnige polykristalline Siliziumschicht als ein Substrat 11, auf dem eine Schicht 12 aus einem leitenden Material, wie dotiertem polykristallinen Silizium, aufgebracht sein kann, oder eine Schicht, in welcher die Schicht von dem Substrat 11 gebildet wird. An einer Feldemissionsstelle ist eine Mikrokathode 13 auf der Oberseite des Substrates 11 erzeugt worden. Alternativ kann die Kathode oder der Vorsprung 13 aus dem Substrat 11 selbst gebildet sein.

Die Mikrokathode 13 ist eine vorstehendes Teil, das eine Vielzahl von Formen haben kann, wie pyramidenförmig, konisch oder eine andere geometrische Gestalt, die eine feine Mikrospitze für die Emission von Elektronen aufweist.

Die Mikrokathode 13 wird von einem Extraktionsgitter oder einer Gate struktur 15 umgeben. Wenn über eine Quelle 20 eine Potentialdifferenz zwischen der Kathode 13 und dem Gate 15 angelegt wird, wird ein Strom von Elektronen 17 in Richtung zu einem mit Leuchtstoff be schichteten Bildschirm 16 hin emittiert. Der Bildschirm 16 bildet eine Anode. Die Elektronenemissionspitze 13 ist mit dem makrokörnigen Halbleitersubstrat 11 einstückig ausbildet und dient als Kathodenleiter. Das Gate 15 dient als eine Extraktionsgitterstruktur für die jeweilige Kathode 13. Eine dielektrische isolierende Schicht 14 ist auf der leiten den Kathodenschicht 12 aufgebracht. Der Isolator 14 weist eine Öffnung am Platz der Feldemissionsstelle auf.

Zwischen der Frontplatte 16 und der Basisplatte 21 sind abstandshalten de Trägerstrukturen 18 angeordnet, die dazu dienen, dem atmosphäri schen Druck standzuhalten, der an der Elektrodenfrontplatte 16 als Ergebnis des Vakuums auftritt, das zwischen der Basisplatte 21 und der Frontplatte 16 für das richtige Funktionieren der Emitterspitzen 13 erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Basisplatte 21 weist auf: eine matrixartige adres sierbare Anordnung von Kaltkathodenemissionsstrukturen 13, das Sub strat 11, auf dem die Emissionsstrukturen 13 erzeugt worden sind, die Schicht 12 aus leitendem Material, die isolierende Schicht 14 und das Anodengitter 15. Zusätzlich weist die Basisplatte auch die Treiberschal tungsanordnung und eine aktive Schalt-Schaltungsanordnung an dem Ort eines jeden Pixels 22 auf, eine Stromregulierschaltungsanordnung und anwendungsspezifische Schaltungen.

Um eine Elektrodenbasisplatte 21 herzustellen, welche das Kathodenfeld 13 auf einem makrokörnigen polykristallinen Substrat 11 enthält, sollten die Korngrenzen 1 in dem Substrat 11 wesentlich minimiert oder elimi niert werden. Die Korngrenzen 1 können verschiedene Formen in dem Substrat 11 bilden und können in jeglichen Orientierungen vorliegen. Die Korngrenzen 1 des bevorzugten Substrates 11 sind "säulenförmig", d. h., sie sind in etwa normal zu der Oberfläche des Substrates 11 orien tiert. Überdies sind die Korn grenzen von ausreichend geringer Dichte, so daß eine Redundanz angewendet werden kann, und/oder die Korn grenzen 11 verleihen sich selbst eine Passivierung, so daß ein Lecken von Knoten zu Knoten wesentlich minimiert und die Kontinuität des selben Knotens konserviert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das makrokörnige Substrat 11 amorph gemacht (d. h. passiviert), um die Korngrenzen 1 verschwinden zu lassen. Eine Ionenimplantation oder ein Bombardement, beispiels weise unter Verwendung von Argon- oder Fluorionen, ist die bevorzugte Methode zum Amorphmachen oder Beschädigen des Substrates 11, wie es in Fig. 2A dargestellt ist.

Das Substrat 11 wird dann maskiert mittels einer geeigneten, bekannten Mustergebungstechnik, wie es in Fig. 2B zu sehen ist. Das Muster 23 definiert die Stellen der Emitterspitzen 13. Gleichermaßen kann unter Verwendung von in der Halbleitertechnik derzeit bekannten Methoden auch die redundante integrierte Schaltungsanordnung nach Fig. 6 herge stellt werden, und zwar auf dem selben Substrat 11 wie die Emitter spitzen 13, welche die aktive Schaltungsanordnung betreiben, wodurch externe elektronische Anordnungen und Schnittstellen minimal gemacht werden. Die Möglichkeit der Herstellung von Transistoren auf dem selben Substrat 11, auf dem sich auch die Kathoden 13 befinden, stellt einen der Vorteile der Verwendung des makrokörnigen polykristallinen Substrates 11 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dar.

Alternativ kann die Schaltungsordnung zum Steuern der Emitter 13 auf einem anderen Substrat hergestellt werden, wenn dies erwünscht ist. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform wird die Schaltungsanord nung auf dem selben Substrat 11 hergestellt, jedoch nicht in redundanter Form.

Fig. 2C gibt eine weitere Darstellung der Herstellung der Emitterspitzen 13 auf dem makrokörnigen Substrat 11. Die Emitterspitzen 13 werden durch ein Ätzen oder einen anderen geeigneten Herstellungsschnitt er zeugt. Wie zuvor erwähnt, sind es die Ätzschritte, die kritisch sind, wenn man Strukturen auf Substraten 11 mit Korngrenzen 1 herstellt. Wenn die Korngrenzen 1 durch den Ionenimplantationsprozeß genügend beschädigt worden sind, kann man eine vernünftige Ausbeute erwarten.

Wenn der Ätzschritt zu Ende gebracht worden ist, kann die Maske 21 entfernt werden, und dadurch werden die Emitterspitzen 13 freigelegt, wie es in Fig. 2D zu sehen ist. Zu diesem Zeitpunkt können die anderen Strukturen der Flachplatten-Anzeigevorrichtung (beispielsweise ein Gitter 15, Isolierschichten 14 usw.) auf die übliche Weise hergestellt werden. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise hingewiesen auf: US-PS 3,875,442, in der ein Anzeigepanel beschrieben wird; US-PSen 3,665,241, 3,755,704 und 3,812,559, in denen Feldemissionskathoden strukturen beschrieben werden; und US-PS 4,923,421, in der eine Methode zur Erzeugung von Polyimid-Abstandselementen in einer Feld emissions-Plattenanzeigevorrichtung diskutiert werden.

Die bevorzugte Ausführungsform wird hergestellt mittels Methoden, die beschrieben sind in: der US-Patentanmeldung Nr. 837,833 mit dem Titel "Verfahren zur Erzeugung von Oberflächenunebenheiten und anderen Merkmalen auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates"; der US-PS 5,205,770 mit dem Titel "Verfahren zum Erzeugen von Tragelementen (Abstandselementen) mit einem hohen Formverhältnis für Feldemissions anzeigevorrichtungen unter Verwendung einer Mikrosägetechnik"; US- PS 5,186,670 mit dem Titel "Verfahren zum Bilden selbstausgerichteter Gate-Strukturen und Fokusringe"; und US-Patentanmeldung Nr. 837,453 mit dem Titel "Verfahren zum Bilden von selbstausgerichteten Gate- Strukturen um Kaltkathodenemitterspitzen herum unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens", die alle der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung gehören.

Alternative Methoden zur Überwindung der Probleme, die den Korn grenzen 1 des makrokörnigen Substrates 11 innewohnen, sind in den Fig. 3A bis 5 dargestellt.

Die erste Gruppe von Alternativen, die in Fig. 3A dargestellt ist, umfaßt einen Herstellungsprozeß, bei dem eine isolierende Schicht 7 auf dem makrokörnigen polykristallinen Substrat 11 aufgebracht oder gezüchtet wird. Das isolierende Material 7 kann irgendein geeignetes Material sein. Vorzugsweise besteht es aus Siliziumdioxid (SiO₂). Über dem isolierenden Material 7 kann eine Schicht 8 aus amorphem Silizium oder Polysilizium aufgebracht werden.

An dieser Stelle besteht eine Option, wie sie in Fig. 3B dargestellt ist, darin, das makrokörnige Substrat 11 zum Erzeugen von in ein Muster gebrachtem Silizium zu verwenden. In diesem Fall können die Emitter spitzen 13 und die Dünnschichttransistoren (2 und 4 in Fig. 6) durch einen Ätzschritt hergestellt werden, wie es in Fig. 3B′ gezeigt ist. In einem solchen Fall können die Korngrenzen 1 hydriert (d. h., passiviert) werden, um die Beweglichkeit der Elektronen innerhalb des Substrates 11 zu verbessern und ein Lecken zu verhindern.

Eine andere Option, wie sie in Fig. 3C gezeigt ist, besteht darin, eine Methode Silizium 8 auf Isolator 7 (abgekürzt SOI von Silicon On Insulator) anzuwenden und die Emitterspitzen 13 und die Dünnschicht transistoren (2 und 4 in Fig. 6) herzustellen unter Verwendung von diffundierten P/N-Übergängen, wobei die P/N-Übergänge mittels be kannter Verfahren in Musterform gebracht oder die P/N-Übergänge mittels ebenfalls bekannter Methoden selbst ausgerichtet werden können. In solchen Fällen können die Korngrenzen 1 hydriert werden, um die Beweglichkeit der Elektronen innerhalb des Substrates 11 zu verbessern und Lecken in der Schaltungsanordnung zu verhindern.

Wie in Fig. 3D gezeigt ist, besteht eine andere Option darin, die amor phe Schicht oder Polysiliziumschicht 8 zu rekristallisieren oder reformie ren, um ein Substrat 11 mit größeren Körnern zu bilden, das Eigen schaften mehr denen von einkristallinem Silizium aufweist. Nach dem Rekristallisationsschritt wird die Siliziumschicht in Musterform 23 ge bracht, wie es in Fig. 3E gezeigt ist. Es wird dann ein Ätzschritt durch geführt, wodurch die Emitterspitzen 13 definiert werden.

Eine weitere Option ist die Methode Silizium auf Isolator (SOI), die auch nach einem Rekristallisationsschritt angewendet werden kann, wie es in Fig. 3F zu sehen ist. Die Emitterspitzen 13 und die Dünnschicht transistoren (2 und 4 in Fig. 6) können hergestellt werden unter Ver wendung von diffudierten P/N-Übergängen, wobei die P/N-Übergänge in Musterform gebracht werden können mittels bekannter Methoden oder mittels ebenfalls bekannter Methoden selbst ausgerichtet werden können.

Eine andere Alternative, wie sie in Fig. 4A gezeigt ist, besteht darin, das makrokörnige Substrat 11 zusammenwachsen zu lassen oder zu reformieren mittels einer Rekristallisation, um ein Substrat 11 mit grö ßeren Körnern zu bilden, das Eigenschaften mehr denen von einkristalli nem Silizium aufweist, und das makrokörnige Polysilizium 11 einfach direkt (d. h., ohne die Isolierschicht 7 und eine amorphe Schichte oder Polysiliziumschicht 8) für die Halbleiterherstellung zu verwenden und Feldemissionsvorrichtungen 13 durch Mustergebung 23 gemäß Darstel lung in Fig. 4 und durch Ätzen herzustellen oder mittels einer anderen geeigneten Methode.

In den oben erwähnten Fällen kann die Rekristallisation durchgeführt werden, indem in dem Substrat 11 eine Keimbildung mit einem Kristall durchgeführt und dann eine Abtastung und Erwärmung des Substrates unter Verwendung einer intensiven Lichtquelle oder eines Lasers durch geführt wird, wodurch ein Substrat mit einer Einkristallorientierung gezüchtet wird.

Bedeutsame jüngere Arbeiten umfaßten die Verwendung einer Laser strahlenrekristallisation zum Umwandeln von polykristallinen oder amor phen Siliziumbereichen in eine monokristalline Form, indem ein Schmelzen des polykristallinen Siliziums oder amorphen Siliziums an einem Keimbildungspunkt auf einem monokristallinen Substrat eingeleitet und dann diese Keimbildung auf einen dielektrischen Bereich ausgedehnt wurde.

Die Grundsätze dieses Konzeptes sind in der US-PS 4,323,417 beschrie ben. Die Effekte des Variierens der Form der anfänglichen polykristalli nen oder amorphen Siliziumstrukturen und der Strahlenbündel sind in der US-PS 4,330,363 betrachtet, und zwar in einem Zusammenhang, in dem keine Keimbildung während der Umwandlung in eine monokristalli ne Form verwendet wird. Weitere Verfeinerungen in der Rekristallisa tion von Keimbereichen monokristallinen Siliziums sind beschrieben in den US-PSen 4,592,799 und 4,599,133. Erstere betrifft die Orientierung von Keimbildungsstellen bezüglich der Abtastrichtung des Laserstrah lenbündels sowie die Form des Strahlenbündels, wobei eine zentrale Lehre darin besteht, daß die Richtung der Bewegung eines Strah lenbündels quer zur Richtung der längeren Ausdehnung des Strah lenbündels und zum Keimzonenmuster verläuft. Das letzterwähnte Patent erstreckt diese Konzepte auf eine Mehrzahl von Silizium schichten, die durch das Vorhandensein von dielektrischen Schichten in Zonen ohne Keim einzeln getrennt sind. Hingewiesen sei auch auf US-PS 4,997,780, die ein Verfahren zur Herstellung von integrierten CMOS-Vorrichtungen in Inseln mit Keimbildung beschreibt.

Eine weitere, in Fig. 5 gezeigte, Alternative besteht darin, das ma krokörnige polykristalline Substrat 11 einfach so zu verwenden, wie es ist, und Emitter 13 und Transistoren (wie 2 und 4 in Fig. 6) einfach darauf zu erzeugen. Dabei können Transistoren 2 und 4 mittels P/N- Übergängen getrennt werden, wobei die P/N-Übergänge mittels bekann ter Methoden in Musterform gebracht werden oder die P/N-Übergänge mittels ebenfalls bekannter Methoden selbst ausgerichtet werden können. In solchen Fällen können die Korngrenzen 1 passiviert werden, wobei eine Passivierungsmethode darin besteht, die Korngrenzen 1 zu hydrie ren, um die Beweglichkeit der Elektronen innerhalb des Substrates 11 zu verbessern und um Lecken in der Schaltungsanordnung zu verhindern. Bei dieser Ausführungsform hat ein Substrat 11 bevorzugtermaßen säulenförmige Korngrenzen 11 bezüglich der Oberfläche und geringe Kristalldefekte, freie Bindungen und eine Kontamination, so daß die Erfordernisse für eine Passivierung reduziert oder eliminiert sind.

Fig. 6 zeigt die redundante integrierte Steuer- und aktive Treiberschal tungsanordnung, die auf dem makrokörnigen Substrat 11 gebildet werden kann, um die Emitterspitzen 13 und das Anodengitter 15 zu betreiben.

Die integrierte Schaltungsanordnung wird vorzugsweise parallel herge stellt und es handelt sich vorzugsweise um eine einfache Verdopplung der erforderlichen Transistoren 2 und 4, Kondensatoren usw., die zum Aktivieren der gewünschten Emitterspitzen 13 und der zugehörigen Gitter 15 verwendet werden. Im tatsächlichen praktischen Einsatz wird der Grad der mittels Fig. 6 erläuterten Redundanz nicht verwendet.

Bei der bevorzugten Methode kann das Anodengitter 15 zu allen Zeiten, in denen die Anzeigevorrichtung in Benutzung ist in die EIN-Position gebracht werden (und bedarf daher nicht der Redundanz auf dem Gitter niveau 15, wie es in Fig. 6 gezeigt ist), und die redundante Schaltungs anordnung wird verwendet, um die Spitzen 13 durch Reihen- und Spal ten-Adressierung zu aktivieren.

Eine andere Alternative wäre die, die Spitzen zu im wesentlichen allen Zeiten, zu denen die Anzeigevorrichtung in Benutzung ist, EIN zu schal ten und eine redundante Schaltungsanordnung nur für das Gate 15 vor zusehen. Eine solche Alternative ist nicht sehr praktisch, da es schwieri ger ist, eine Schaltungsanordnung auf der Gitterschicht 15 herzustellen.

Es ist möglich, die Steuer- und Treiber-Schaltungsanordnung in größeren Vielfachen zu vervielfältigen, falls dies gewünscht ist, und zwar für entweder das Gitter 15 oder die Spitzen 13 (d. h., die Transistoren 2 ⁿ und 4 ⁿ in Fig. 6). Die Herstellung der Schaltungsanordnung auf dem Substrat 11 kann dazu verwendet werden, eine Vielfalt von integrierten Schaltungsfunktionen zu verwirklichen.

Wenn der Schaltungskonstrukteur die Wahl trifft, eine größere Vielzahl von Transistoren, Kondensatoren, Widerständen usw. zu verwirklichen, können solche Vorrichtungen unter Winkeln anders als 180° voneinander angeordnet werden, um die Möglichkeit weiter zu verringern, daß eine Vorrichtung auf einer Korngrenze 1 sitzt. Als Ergebnis wird eine erhöh te Ausbeute noch weiter sichergestellt, und dadurch wird die Möglich keit von nicht-funktionierenden Pixeln 22 minimiert.

Es kann irgendeine der bekannten Methoden verwendet werden, um Sicherungen 3, 3′, usw. oder 5, 5′ usw. in der überschüssigen Schal tungsanordnung zu unterbrechen. Einige Beispiele des Unterbrechens von Sicherungen umfassen: Aufbringen von Laserenergie, hoher interner Strom oder ein Mechanismus zum automatischen Zerstören von Siche rungen. Siehe beispielsweise US-PS 5,038,368 mit dem Titel "Redun danzsteuerschaltung zur Verwendung bei verschiedenen digitalen Logik systemen einschließlich Schieberegistern".

Wegen Zwischenverbindungsproblemen stellen Siliziumsubstrate mit einer NMOS- oder einer CMOS-Treiberschaltungsanordnung, die auf dem selben Substrat wie die Emitterspitzen 13 hergestellt ist, einen enormen Vorteil dar. Da Siliziumwafer mit enorm großen Körnern hergestellt werden können, ist es möglich, redundante Sicherungen 3 und eine auswählbare MOS-Treiberschaltungsanordnung so herzustellen, daß in den Fällen, in denen Transistoren 2 oder 4 so hergestellt werden, daß eine Korngrenze 1 einen P/N-Übergang kreuzt (ein potentieller Leckde fekt), die Transistoren 2 oder 4 durch Unterbrechen von Sicherungen aus der Schaltung herausgenommen (oder auf andere Weise herausselek tiert) oder in Reihenschaltung gebracht werden mit mehr als einer Zu griffsvorrichtung an verschiedenen Stellen, wobei die Gates von allen parallel geschaltet sind.

Die Offenbarungen aller hier genannter US-Patente und -Patentanmel dungen werden hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme auf diese in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung mit einbezogen.

Das besondere makrokörnige polykristalline Substrat zur Verwendung in Flachplatten-Anzeigevorrichtungen, wie es hier beschrieben worden ist, stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Wenn z. B. die bevorzugte Ausführungsform auch im Hinblick auf Feldemitteranzeige vorrichtungen beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Flachplatten-Technologien angewendet werden, die Transistoren oder eine andere "bordeigene" Schaltungsanordnung erfor dern, wie es zum Betreiben der Anzeigevorrichtung erforderlich sein mag, und nicht nur Kaltkathodenemitter. Ferner existiert ein weiter Spielraum hinsichtlich strukturellen Elementen, die in der Basisplatte der Anzeigevorrichtung verwendet werden können.

Claims

1. Substrat (11) zur Erzeugung integrierter Schaltungen, gekennzeich net durch:

- Makrokörner (1); und
- über den Makrokörnern (1) angeordnete Schaltungen mit wenig stens einer passiven Schaltungsanordnung (3, 5, 6, 7) und/oder einer aktiven Schaltungsanordnung (2, 4).

2. Elektronenemittierende Anordnung, gekennzeichnet durch:

- ein Halbleitersubstrat (11) in Form eines relativ dicken ma krokörnigen Substrates (11);
- wenigstens eine über dem Substrat (11) angeordnete Isolier schicht (14), die eine Vielzahl von darin angeordneten Zwischenräumen aufweist;
- ein über der Isolierschicht (14) angeordnetes Extraktionsgitter (15) mit einer Vielzahl darin angeordneter Hohlräume einer vorbestimmten Form, wobei das Extraktionsgitter (15) auf der Isolierschicht (14) so angeordnet ist, daß die Zwischenräume der Isolierschicht (14) den Hohlräumen in dem Extraktionsgitter (15) benachbart sind; und
- eine Vielzahl von mit dem Substrat (11) integrierten Emittern (13), die sich durch die Zwischenräume in der Isolierschicht (14) zu einem Punkt in den Hohlräumen des Extraktionsgitters (15) erstrecken, derart, daß eine Potentialdifferenz zwischen dem Extraktionsgitter (15) und einem der Emitter (13) bewirkt, daß Elektronen (17) von den Emittern (13) emittiert werden.

3. Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Anord nung mit einem makrokörnigen Substrat (11), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Herstellen des makrokörnigen Substrates (11), wobei das Sub strat (11) Korngrenzen (1) aufweist; und
- Erzeugen wenigstens eines Emitters (13) auf dem Substrat (11).

4. Verfahren zur Herstellung einer Emitteranordnung mit einem makrokörnigen Substrat (11), gekennzeichnet durch folgende Schrit te:

- Aufbringen eines Isolatormaterials (7) über dem makrokörnigen Substrat (11);
- Aufbringen einer Schicht (8) über dem Isolatormaterial (7);
- Mustergebung der Schicht (8), wodurch eine Stelle für wenig stens einen Emitter (13) definiert wird; und
- Ätzen des Substrates (11), wodurch der Emitter (13) an der Stelle erzeugt wird.

5. Anordnung oder Verfahren nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Substrat (11) Schaltungen zur selektiven Aktivierung der Emitter (13) an geordnet sind bzw. werden.

6. Substrat oder Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 5, dadurch gekennzeichnet daß die Schaltungen wenigstens zwei Transistoren (2, 2 ⁿ, 4, 4 ⁿ) aufweisen, die aus wenigstens einer der Gruppen PMOS, NMOS und CMOS aus gewählt sind.

7. Substrat oder Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Transistoren (2, 2 ⁿ, 4, 4 ⁿ) parallel miteinander verbunden sind, um jegliches Lecken in einem der wenigstens zwei Transistoren (2, 2 ⁿ, 4, 4 ⁿ) zu kompensieren, wobei einer der wenigstens beiden Transistoren (2, 2 ⁿ, 4, 4 ⁿ) mittels eines hochenergetischen Strah lenbündels wegselektiert ist.

8. Substrat, Anordnung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) durch wenigstens eine der Methoden Passivieren, Rekristallisieren und Ionenimplantieren reformiert ist bzw. wird, wobei die Ionen implantation wenigstens ein Material der Gruppe Argonionen und Fluorionen verwendet, um dadurch die Körner (1) verschwinden zu lassen.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Isolatorma terial (7) vor der Mustergebung diffundierte P/N-Übergänge gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) wenigstens eines der Materialien amorphes Silizium und Polysilizi um aufweist, wobei die Siliziumschicht vor der Mustergebung rekri stallisiert wird.