JP2005136214A - 薄膜デバイス基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 基板表面への溝加工が不要で、光を通さない材料からなる基板も使用でき、かつ短時間で基板を剥離できる、薄膜デバイス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 まず、ガラス基板101上に、剥離膜102、酸化シリコン膜103及び非晶質シリコン膜104を順次形成し、非晶質シリコン膜104の上方からエキシマレーザのレーザ光105を照射して多結晶シリコン膜104’を得る。続いて、多結晶シリコン膜104’を活性層に用いてTFT106を形成し、TFT106上にプラスチック基板を貼り合わせ、最後に剥離膜102を介してガラス基板101を剥離することによって、TFT106の転写が完成する。剥離膜102は、空隙を有するので、エッチングレートが大きい。したがって、ガラス基板101表面に、エッチャント導入用の溝を形成する必要がない。
【選択図】 図1
【解決手段】 まず、ガラス基板101上に、剥離膜102、酸化シリコン膜103及び非晶質シリコン膜104を順次形成し、非晶質シリコン膜104の上方からエキシマレーザのレーザ光105を照射して多結晶シリコン膜104’を得る。続いて、多結晶シリコン膜104’を活性層に用いてTFT106を形成し、TFT106上にプラスチック基板を貼り合わせ、最後に剥離膜102を介してガラス基板101を剥離することによって、TFT106の転写が完成する。剥離膜102は、空隙を有するので、エッチングレートが大きい。したがって、ガラス基板101表面に、エッチャント導入用の溝を形成する必要がない。
【選択図】 図1
Description
本発明は、基板上に形成した薄膜デバイスを他の基板上に転写する工程を備えた、薄膜デバイス基板の製造方法に関する。
液晶表示装置の画素部スイッチング素子として、ガラス基板上に形成された薄膜トランジスタ(以下「TFT」という。)が利用されている。近年、高精細の液晶表示装置の実現に加え、システム・オン・グラス(以下「SOG」という。)の実現のために、TFTの動作速度の要求が高まっていて、高品質な多結晶シリコンTFT形成技術が注目を浴びている。なお、SOGとは、液晶駆動用のTFTとともに、駆動回路、メモリ、CPUなどの周辺回路のTFTをガラス基板上に同時に組み込む技術のことである。
例えばTFTを利用した液晶表示装置を製造する場合、一般的にガラス基板が用いられる。しかし、必ずしもガラス基板が最も優良な材料とは限らない。ガラス基板は、重い、割れやすい、曲げることができないといった欠点がある。一方、ガラス基板よりも軽く、割れにくく、フレキシブルな基板として、プラスチック基板が挙げられる。しかし、プラスチック基板上に形成したTFTは、プロセス温度が150℃程度に制限されることから、ガラス基板上に形成したTFTよりも性能が劣るという欠点がある。そこで、ガラス基板上に形成したTFTにプラスチック基板を貼り付け、その後にガラス基板を剥離することによってTFTをプラスチック基板に転写する方法がいくつか提案されている。以下にそれらを示す。
特許文献1に記載された技術では、ガラス基板に多数の溝を形成し、そのガラス基板上にスピンコートで酸化シリコン膜を形成することによって溝に隙間を形成し、TFT形成後にこの隙間内にエッチング溶液を浸潤させることでガラス基板を剥離する。特許文献2に記載された技術では、レーザ光が透過可能なガラス基板上に非晶質シリコン等の分離層を設けておき、その上にTFTを形成し、このTFTの上に他基板を接着させた後、裏面からレーザ光を照射することにより、分離層の結合力を弱めてガラス基板を分離する。特許文献3に記載された技術では、ガラス基板を化学研磨によって除去することが特徴となっている。
しかしながら、従来技術では、次のような問題があった。特許文献1の方法では溝をガラス基板に形成する工程があり、ガラス基板表面が粗くなるため、ガラス基板上に形成する薄膜デバイスのパターン精度が落ちる。特許文献2の方法では、レーザで剥離を行うため、レーザ光の透過率が低いガラスやレーザ光が全く透過しないシリコン等を基板に用いることができない。特許文献3の方法では、研磨法を用いるため、工程時間が長くなる。
そこで、本発明の目的は、基板表面への溝加工が不要で、光を通さない材料からなる基板も使用でき、かつ短時間で基板を剥離できる、薄膜デバイス基板の製造方法を提供することにある。
請求項1記載の薄膜デバイス基板の製造方法(以下単に「製造方法」という。)は、空隙を有する膜からなる剥離膜を第一の基板上に形成する工程と、前記剥離膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜に薄膜デバイスを形成する工程と、前記薄膜デバイス上に第二の基板を接合する工程と、前記第一の基板から前記第二の基板までの積層体から前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程と、を備えたものである。
「薄膜デバイス基板」とは、薄膜デバイスが形成された基板をいう。第一の基板と剥離膜との間、剥離膜と半導体膜との間、半導体膜と第二の基板との間には、それぞれ一層以上の他の膜を介挿させてもよい。
第一の基板上に剥離膜を形成し、剥離膜上に半導体膜を形成し、半導体膜に薄膜デバイスを形成し、薄膜デバイス上に第二の基板を接合し、これらの積層体から第一の基板及び剥離膜を剥離する。空隙を有する膜は、空隙の無い膜に比べて、空隙にエッチャントが浸透しやすいのでエッチングレートが大きい、脆いので破断しやすい、という性質を有する。そのため、エッチングや破断によって容易に基板を剥離できる。したがって、基板の剥離にレーザ光を用いないので、レーザ光の透過率が低いガラスやレーザ光が全く透過しないシリコン等でも基板として使用できる。また、基板の剥離に研磨を用いないので、基板剥離に要する時間が短縮される。更に、空隙を介してエッチャントが浸透するので、エッチャントを浸透させるため溝を第一の基板の表面に形成する必要もない。したがって、第一の基板表面への溝加工が不要であるので、第一の基板上の薄膜デバイスのパターン精度が良好である。
請求項2記載の製造方法は、空隙を有する膜からなる剥離膜を第一の基板上に形成する工程と、前記剥離膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上に第二の基板を接合する工程と、前記第一の基板から前記第二の基板までの積層体から前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程と、前記第一の基板及び前記剥離膜が剥離された後の前記半導体膜に薄膜デバイスを形成する工程と、を備えたものである。請求項1では半導体膜形成後に直ちに薄膜デバイスを形成するのに対して、本請求項では基板剥離後に薄膜デバイスを形成する。本請求項の作用は請求項1と同じである。
請求項3記載の製造方法は、請求項1又は2記載の製造方法において、前記空隙を有する膜が多孔質膜である、というものである。多孔質膜も、微細な多数の空隙を有しているので、請求項1又は2と同様の作用を奏する。
請求項4記載の製造方法は、請求項1又は2記載の製造方法において、前記空隙がエッチングによって形成されたものである、というものである。エッチングによれば、比較的大きな空隙が容易に得られる。
請求項5記載の製造方法は、請求項4記載の製造方法において、前記剥離膜を第一の基板上に形成する工程は、後工程で前記空隙が形成される一次膜を前記第一の基板上に設ける工程と、前記一次膜上に形成された膜に当該一次膜に達する多数の貫通孔を形成する工程と、これらの貫通孔からエッチャントを導入して前記一次膜に前記空隙を形成する工程とを有する、というものである。ここでいう「エッチャント」とは、エッチング液、エッチングガス等の総称である。第一の基板上に一次膜を形成し、一次膜上に例えば半導体膜を形成する。続いて、半導体膜に一次膜に達する多数の貫通孔を形成し、この貫通孔からエッチャントを導入すると、一次膜が等方的にエッチングされて半導体膜の下にも空隙が形成される。これにより、一次膜は剥離膜となる。
請求項6記載の製造方法は、請求項5記載の製造方法において、前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程は、前記空隙に前記エッチャントを導入して前記剥離膜を除去する工程を有する、というものである。薄膜デバイス上に第二の基板を接合した後に剥離膜を除去する。このとき、前工程で形成した空隙にエッチャントを導入することにより、剥離膜を除去する。この剥離膜には既に多数の空隙が形成されているので、エッチャントに接する剥離膜の表面積が極めて大きくなっており、これにより剥離膜の除去が容易になる。
請求項7記載の製造方法は、請求項1〜6記載の製造方法において、前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程は、前記剥離膜を機械的に破断する工程を有する、というものである。破断方法としては、剥離膜に楔のようなものを打ち込んで積層体から第一の基板及び剥離膜を引き剥がしたり、剥離膜を回転面として第一の基板と第二の基板とを互いに逆に回転させたりする方法がある。また、剥離膜を途中までエッチングした後に、このエッチングで残った剥離膜を破断するようにしてもよい。その逆に、剥離膜を途中まで破断した後に、この破断で残った剥離膜をエッチングするようにしてもよい。
請求項8記載の製造方法は、請求項1〜7記載の製造方法において、前記剥離膜が酸化シリコンからなる、というものである。酸化シリコンは、スピンコート法や陽極化成法によって多孔質化が容易である。しかも、酸化シリコンは、耐熱性に優れているので、レーザアニールにも十分に耐え得る。
請求項9記載の製造方法は、請求項1〜8記載の製造方法において、前記剥離膜を第一の剥離膜としたとき、この第一の剥離膜上に後工程で剥離される第二の剥離膜を形成する工程を更に備え、前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第二の剥離膜を除去する工程を有する、というものである。第一の剥離膜と第二の剥離膜との間には、一層以上の他の膜を介挿させてもよい。予め第一の剥離膜上に第二の剥離膜を形成しておき、薄膜デバイス上に第二の基板を接合した後に、この第二の剥離膜を除去する。すると、第二の剥離膜とともに第一の基板及び第一の剥離膜も除去される。
請求項10記載の製造方法は、請求項1〜8記載の製造方法において、前記剥離膜を第一の剥離膜としたとき、この第一の剥離膜下に後工程で剥離される第二の剥離膜を形成する工程を更に備え、前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第二の剥離膜を除去する工程と前記第一の剥離膜を除去する工程とを有する、というものである。第二の剥離膜と第一の剥離膜との間には、一層以上の他の膜を介挿させてもよい。予め第一の剥離膜下に第二の剥離膜を形成しておき、薄膜デバイス上に第二の基板を接合した後に、この第二の剥離膜を除去する。すると、第二の剥離膜とともに第一の基板も除去される。残った第一の剥離膜は別途除去する。また、第二の剥離膜を除去する工程と第一の剥離膜を除去する工程とを同一工程として、第一及び第二の剥離膜を同時に除去するようにしてもよい。
請求項11記載の製造方法は、請求項9又は10記載の製造方法において、前記第二の剥離膜を除去する工程は、前記第一の剥離膜の前記空隙を介してエッチャントを浸透させて当該第二の剥離膜をエッチングする工程からなる、というものである。エッチャントは、第一の剥離膜の空隙を介して速やかに浸透し、第一の剥離膜の上又は下の第二の剥離膜を除去する。そのため、第一の基板の剥離に要する時間が短くなる。
請求項12記載の製造方法は、請求項11記載の製造方法において、前記第二の剥離膜がクロムからなり、前記第一の剥離膜が多孔質酸化シリコンからなる、というものである。クロム及び酸化シリコンは、耐熱性に優れているので、レーザアニールにも十分に耐え得る。しかも、クロムのエッチャントは、多孔質酸化シリコンの微細な空隙を介して速やかに浸透し、多孔質酸化シリコン膜の上又は下のクロム膜を除去する。そのため、第一の基板の剥離に要する時間が短い。
請求項13記載の製造方法は、請求項9〜12記載の製造方法において、前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第一の剥離膜及び前記第二の剥離膜の少なくとも一方を機械的に破断する工程を有する、というものである。具体的な破断方法は、前述した方法に準ずる。
請求項14記載の製造方法は、請求項1〜13記載の製造方法において、前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、当該剥離前に前記積層体を複数に分割する工程を有する、というものである。エッチング等により化学的に剥離する場合、剥離に要する時間は、上から見て積層体の周囲から中心付近にまでエッチャントが浸透する時間に依存する。また、破断等により機械的に剥離する場合、剥離に要する時間は、上から見て積層体の周囲から中心付近にまでクラックが進行する時間に依存する。したがって、積層体を複数に分割すると、積層体一個当たりの周辺から中心までの距離が短くなるので、剥離に要する時間が短縮される。なお、破断には、例えば隙間に楔を打ち込むなどの方法がある。また、途中までエッチングにより剥離し、最後に破断により完全に剥離するというように、これらの剥離方法を組み合わせてもよい。
請求項15記載の製造方法は、請求項1〜14記載の製造方法において、前記半導体膜がシリコンからなる、というものである。シリコンは、TFT、光センサ、太陽電池等の薄膜デバイスに好適な半導体である。
請求項16記載の製造方法は、請求項1〜15記載の製造方法において、前記薄膜デバイスがTFTである、というものである。半導体膜はレーザアニールによって大粒径の多結晶になる。このとき、キャリア移動度が大きくなるので、TFTは高速で動作するようになる。
換言すると、本発明は、空隙を有する構造例えば多孔質酸化シリコン膜を基板上に形成し、当該基板上にTFTを形成し、当該基板上に他の基板を接合した後、エッチング液を浸透させることによって、又は機械的に破断することによって、空隙を有する構造又は当該空隙を有する構造の上層若しくは下層を剥離するものである。この構成によって、前述した従来の問題点が解決される。
本発明に係る製造方法によれば、空隙を有する剥離膜を第一の基板上に形成し、剥離膜上に半導体膜を形成し、半導体膜に必要に応じ薄膜デバイスを形成し、半導体膜上に第二の基板を接合した後に、これらの積層体から第一の基板及び剥離膜を剥離することにより、エッチングや破断によって容易に基板を剥離できる。なぜなら、空隙を有する膜は、エッチングレートが大きい、破断しやすい、という性質を有するからである。したがって、基板の剥離にレーザ光を用いなくてもよいので、レーザ光の透過率が低いガラスやレーザ光が全く透過しないシリコン等でも基板として使用できる。また、基板の剥離に研磨を用いなくてもよいので、基板の剥離に要する時間を短縮できる。更に、空隙を介してエッチャントが浸透することにより、第一の基板表面への溝加工が不要であるので、第一の基板上の薄膜デバイスのパターン精度を向上できる。
また、基板上に一次膜を形成し、一次膜上に例えば半導体膜を形成し、半導体膜に一次膜に達する多数の貫通孔を形成し、この貫通孔からエッチャントを導入することにより、多数の貫通孔を起点にエッチングが同時に進行するので、極めて大きな多数の空隙を短時間で形成できる。この場合、第一の基板を剥離する工程において空隙にエッチャントを導入して剥離膜を除去するときは、エッチャントに接する剥離膜の表面積が極めて大きいので、第一の基板及び剥離膜を極めて容易に剥離できる。
また、第一の剥離膜の上又は下に第二の剥離膜を形成し、この第二の剥離膜を除去することにより第一の基板を剥離する場合は、第一の剥離膜の空隙を介してエッチャントが速やかに浸透することにより、第二の剥離膜の除去に要する時間を短縮できる。
また、第一の基板を剥離する前に、第一の基板から第二の基板までの積層体を複数に分割することにより、上から見て積層体一個当たりの周辺から中心までの距離が短くなるので、剥離に要する時間を短縮できる。
図1乃至図3は、本発明の一実施形態を示す概略断面図である。図1[1]→図1[2]→図1[3]→図3[1]→図3[2]の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。なお、特許請求の範囲における「第一の基板」、「半導体膜」、「薄膜デバイス」及び「第二の基板」は、それぞれ「ガラス基板」、「非晶質シリコン膜」、「TFT」及び「プラスチック基板」と具体化して置き換える。
まず、図1[1]に示すように、平坦な表面を有するガラス基板101上に、剥離膜102、酸化シリコン膜103及び非晶質シリコン膜104を順次形成する。剥離膜102は、空隙を有する膜である。空隙を有する膜は、例えばスピンコート法によって形成した多孔質酸化シリコン膜でもよいし、選択エッチングによって空隙を形成したシリコン膜でもよい。
続いて、図1[2]に示すように、非晶質シリコン膜104の上方からエキシマレーザのレーザ光105を照射する。すると、非晶質シリコン膜104は溶融した後に再結晶化して多結晶シリコン膜104’となる。このとき、溶融した非晶質シリコン膜104からガラス基板101への熱拡散を剥離膜102の空隙が妨げるので、剥離膜102の無い場合と比較して、非晶質シリコン膜104の溶融時間が長くなる。この結果、多結晶シリコン膜104’の結晶粒径が拡大する。なお、このレーザアニール工程は省略してもよい。
続いて、図1[3]に示すように、得られた大粒径の多結晶シリコン膜104’を活性層に用いてTFT106を形成する。このとき、図2に詳細に示すように、まず大粒径の多結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜111を形成し、チャネル領域109にチャネルドープをした後、ゲート絶縁膜111上にゲート電極113を形成する。続いて、ソース領域108及びドレイン領域110に不純物をドーピングした後、ゲート電極113とゲート絶縁膜111を覆うように第1層間絶縁膜114を形成し、第1層間絶縁膜114及びゲート絶縁膜111を貫通するコンタクトホール107s,107dを形成する。続いて、コンタクトホール107s,107dを介してソース領域108及びドレイン領域110に接続するソース電極112及びドレイン電極115を、第1層間絶縁膜114の上にそれぞれ形成する。続いて、ソース電極112上及びドレイン電極115上を覆うように第2層間絶縁膜116を形成することにより、TFT106が完成する。
続いて、図3[1]に示すように、TFT106上に接着層117を介してプラスチック基板118を貼り合わせる。最後に、図3[2]に示すように、剥離膜102を除去してガラス基板101を剥離することによって、TFT106の転写が完成する。
なお、最後に剥離される基板(以下「剥離基板」という。)は必ずしもガラス基板101を用いる必要はなく、プラスチック基板、金属基板、石英基板又はこれら2層以上の積層基板であってもよい。使用するレーザはエキシマレーザである必要はなく、YAGレーザ、YLFレーザなどの固体レーザや炭酸ガスレーザ、アルゴンガスレーザなどのガスレーザであってもよい。TFT106が転写される基板(以下「転写基板」という。)は、プラスチック基板118である必要はなく、ガラス基板、金属基板、又はこれら2層以上の積層基板であってもよい。転写基板の熱伝導率は、TFT106の動作を考慮して、酸化シリコンの熱伝導率と同程度又はそれ以上であることが望ましい。空隙を有する膜によって剥離膜102が実現されているので、エッチャントを空隙に浸潤させてプラスチック基板118を剥離する、又は機械的な破断によってプラスチック基板118を剥離するという方法が可能となる。浸潤させるエッチャントは、空隙を有する膜自身をエッチングしてもよいし、空隙を有する膜に接する他の膜をエッチングしてもよい。空隙を有する膜は、必ずしも、TFT106の作製前に形成する必要はなく、TFT106の作製途中又は作製後に形成してもよい。また、必ずしもTFT106の形成後に転写する必要はなく、レーザアニール直後に多結晶シリコン膜104’を転写し、その後にTFT106を形成してもよい。
以上のように、本実施形態では、ガラス基板101上に剥離膜102を形成し、剥離膜上102に酸化シリコン膜103を介して非晶質シリコン膜104を形成し、非晶質シリコン膜104を多結晶シリコン膜104’に変えてTFT106を形成し、TFT106上に接着層117を介してプラスチック基板118を接合し、これらの積層体からガラス基板101及び剥離膜102を剥離する。剥離膜102は、空隙を有する膜からなることにより、空隙の無い膜に比べて、空隙にエッチャントが浸透しやすいのでエッチングレートが大きい、脆いので破断しやすい、という性質を有する。そのため、エッチングや破断によって容易にガラス基板101を剥離できる。したがって、ガラス基板101の剥離にレーザ光を用いないので、レーザ光の透過率が低いガラスやレーザ光が全く透過しないシリコン等でも基板として使用できる。また、ガラス基板101の剥離に研磨を用いないので、剥離に要する時間が短縮される。更に、空隙を介してエッチャントが浸透するので、エッチャントを浸透させるため溝をガラス基板101の表面に形成する必要もない。したがって、ガラス基板101表面への溝加工が不要であるので、ガラス基板101上に形成されるTFT106のパターン精度が良好である。
また、本実施形態は、TFT106の製造方法に限られるものではなく、太陽電池等の他の薄膜デバイスにも応用できる。
次に、本実施形態を更に具体化した実施例について説明する。
図4及び図5は、本発明の実施例1を示す概略断面図である。図4[1]→図4[2]→図4[3]→図4[4]→図5[1]→図5[2]→図5[3]の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。
まず、図4[1]に示すように、ガラス基板301上にスピンコート法により剥離膜としての多孔質酸化シリコン膜302を形成し、多孔質酸化シリコン膜302上に酸化シリコン膜303を形成し、更に非晶質シリコン膜304をLPCVD法により形成する。このスピンコート法で使用する液体は、例えばシラノール系のモノマー又はオリゴマー等をアルコール、ケトン等の有機溶媒に溶解させたものや、酸化シリコンの微粉末を有機溶媒に分散させたものである。この液体をガラス基板301上に滴下し、更にスピンナーで均一に塗布し、例えば200℃〜300℃に加熱することにより、多孔質酸化シリコン膜302を形成できる。
続いて、図4[2]に示すように、非晶質シリコン膜304の上方からエキシマレーザのレーザ光305を照射することにより、大粒径の多結晶シリコン膜304’を得る。このレーザアニール工程は省略してもよい。続いて、図4[3]に示すように、多結晶シリコン膜304’を活性層としてTFT306を形成する。TFT306の形成方法は、従来のガラス基板上で形成する低温プロセスを用いればよい。TFT306の構造は、図2のものと同じである。続いて、図4[4]に示すように、TFT306の上方に接着層307を介してプラスチック基板308を貼り合わせる。
続いて、図5[1]に示すように、ガラス基板301からプラスチック基板308までの積層体を、フッ酸309に浸す。そして、上から見てガラス基板301の中心上の多孔質酸化シリコン膜302にまでフッ酸309が浸潤すると、エッチングレートは多孔質酸化シリコンの方が酸化シリコンよりも大きいという理由から、選択的に多孔質酸化シリコン膜302をエッチングすることができる。この結果、図5[2]に示すように、ガラス基板301が剥離される。以上で、図5[3]に示すように、TFT306の転写が終了する。
なお、転写基板は、プラスチック基板308である必要はなく、ガラス基板、金属基板、又はこれら2層以上の積層基板であってもよい。転写基板の熱伝導率は酸化シリコンの熱伝導率以上であることが望ましい。
図6及び図7は、本発明の実施例2を示す概略断面図である。図6[1]→図6[2]→図6[3]→図6[4]→図7[1]→図7[2]→図7[3]の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。
まず、図6[1]に示すように、ガラス基板401上に例えばスパッタ法により第二の剥離膜としてのクロム膜401’を形成し、クロム膜401’上にスピンコート法により第一の剥離膜としての多孔質酸化シリコン膜402を形成し、多孔質酸化シリコン膜402上にプラズマCVD法により酸化シリコン膜403を形成し、更に非晶質シリコン膜404を熱CVD法により形成する。続いて、図6[2]に示すように、非晶質シリコン膜404の上方からエキシマレーザのレーザ光405を照射することにより、多結晶シリコン膜404’を得る。このとき、レーザアニールによって温度上昇する非晶質シリコン膜404の熱伝導が多孔質酸化シリコン膜402によって妨げられるため、多孔質酸化シリコン膜402の無い従来技術に比べて、再結晶化時間が長くなり、これにより大粒径のシリコン結晶を得ることができる。なお、このレーザアニール工程は省略してもよい。
続いて、図6[3]に示すように、この大粒径の多結晶シリコン膜404’を活性層としてTFT406を形成する。TFT406の形成方法は、従来のガラス基板上で形成する低温プロセスを用いればよい。TFT406の構造は、図2のものと同じである。続いて、図6[4]に示すように、TFT406の上に接着層407を介してプラスチック基板408を貼り合わせる。
続いて、図7[1]に示すように、ガラス基板401からプラスチック基板408までの積層体を、クロムエッチャント409に浸す。ここで、上から見てガラス基板401の中心上の多孔質酸化シリコン膜402にまでクロムエッチャント409が浸潤すると、多孔質酸化シリコン膜402とクロム膜401’との界面全体にクロムエッチャント409が浸潤することになる。この結果、図7[2]に示すように、クロム膜401’を介してガラス基板401が剥離される。最後に、多孔質酸化シリコン膜402をエッチング等により除去すると、図7[3]に示すように、TFT406の転写が終了する。
ここで、クロム膜401’のような第二の剥離膜となり得る材料は、他の金属、半導体、絶縁体で代用することが可能であるが、大粒径の多結晶シリコン膜を得るために、低熱伝導率のものを用いるほうが望ましい。また、クロム膜401’は、多孔質酸化シリコン膜402の上でも下でもどちらに形成してもよい。
図8乃至図17は、本発明の実施例3を示す概略平面図及び概略断面図である。図8→図9→図10→図11→図12→図13→図14→図15→図16→図17の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。
まず、図8に示すように、ガラス基板501上に、酸化シリコン膜502、窒化シリコン膜503及び非晶質シリコン膜504をこの順に形成する。ここで、窒化シリコン膜503はPECVDで形成する。このとき、CVDチャンバ内に水素を原料として流すことにより、水素を多く含む窒化シリコンを形成する。これにより、窒化シリコンのフッ酸によるエッチングレートを、酸化シリコンと比較して極端に小さくすることが可能である。
続いて、図9に示すように、多数の長孔からなるパターンを有するフォトレジスト膜(図示せず)をフォトリソグラフィによって形成し、酸化シリコン膜502、窒化シリコン膜503及び非晶質シリコン膜504をドライエッチングによってガラス基板501に到達するまでエッチングすることにより、多数のエッチャント導入孔520を形成する。
続いて、図10に示すように、エッチャント導入孔520が形成されたガラス基板501を、フッ酸505に浸す。すると、窒化シリコン膜503のエッチングレートが酸化シリコン膜502及びガラス基板501よりも小さいため、酸化シリコン膜502のエッチング領域がエッチャント導入孔520を中心にして楕円状に広がって空隙506が形成される。この結果、柱状に残った酸化シリコン膜502上に、平坦な窒化シリコン膜503及び非晶質シリコン膜504が形成された構造となる。
続いて、図11に示すように、非晶質シリコン膜504の上方からエキシマレーザのレーザ光507を照射することにより、非晶質シリコン膜504を溶融する。空隙506の上方に位置する非晶質シリコン膜504では、柱状の酸化シリコン膜502の上方に位置する非晶質シリコン膜504と比較して、縦方向(板厚方向)の熱拡散速度が小さい。このため、溶融状態の非晶質シリコン膜504において熱勾配が生じる結果、柱状の酸化シリコン膜502の輪郭上に位置する非晶質シリコン膜504に結晶核が発生し、この結晶核を種にして横方向(板面方向)に結晶が成長することにより、図12に示すようにグレイン508が選択的に形成される。グレイン508以外の非晶質シリコンは微結晶509となる。なお、このレーザアニール工程は省略してもよい。
続いて、図13に示すように、グレイン508を活性層にしてTFT511を形成する。TFT511の構造は図2のものと同じである。続いて、図14に示すように、TFT511の上方に接着層512を介してプラスチック基板513を接着する。
続いて、図15に示すように、ガラス基板501からプラスチック基板513までの積層体を、フッ酸514に浸す。すると、ガラス基板501の横方向から空隙506を通ってフッ酸514が浸潤することにより、柱状に残っている酸化シリコン膜502の全体にフッ酸514が拡がる。これにより、フッ酸514が柱状の酸化シリコン膜502をエッチングするので、図16に示すようにガラス基板501を剥離することができる。以上で、図17に示すように、TFT511の転写が終了する。
なお、酸化シリコン膜502の代用として、他の絶縁体、半導体、金属等が可能であるが、大粒径の多結晶シリコン膜を得るために、低熱伝達率の材料が望ましい。
図18乃至図25は、本発明の実施例4を示す概略平面図及び概略断面図である。図18→図19→図20→図21→図22→図23→図24→図25の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。
まず、図18に示すように、ガラス基板601上に酸化シリコン膜602及び窒化シリコン膜603を順次形成し、通常のTFT(図示せず)を形成するとともに層間絶縁膜604に被覆された配線605を形成する。酸化シリコン膜602は剥離膜(空隙を有する膜)となる。窒化シリコン膜603はプラズマCVDで形成する。このとき、CVDチャンバに水素を原料として流すことにより、水素を多く含む窒化シリコン膜603を形成する。これにより、窒化シリコン膜603のフッ酸におけるエッチングレートは、酸化シリコン膜602と比較して、小さくすることが可能である。
続いて、図19に示すように、多数の長孔からなるパターンを有するフォトレジスト膜(図示せず)をフォトリソグラフィによって形成し、窒化シリコン膜603及び層間絶縁膜604をドライエッチングによって酸化シリコン膜602に到達するまでエッチングすることにより、多数のエッチャント導入孔620を形成する。
続いて、図20に示すように、エッチャント導入孔620が形成されたガラス基板601を、フッ酸606に浸す。すると、窒化シリコン膜603のエッチングレートが酸化シリコン膜602よりも小さいため、酸化シリコン膜602のエッチング領域がエッチャント導入孔620を中心にして楕円状に広がって空隙608が形成される。この結果、柱状に残った酸化シリコン膜602上に、平坦な窒化シリコン膜603等が形成された構造となる。このときのエッチングは等方性のウェットエッチングであるから、空隙608はTFT及び配線605の下にも拡がっている。
続いて、図21に示すように、層間絶縁膜604上及び空隙608上に、窒化シリコン膜607を形成する。続いて、図22に示すように、窒化シリコン膜607上に接着層609を介してプラスチック基板610を貼り合わせる。
続いて、図23に示すように、ガラス基板601からプラスチック基板610までの積層体を、フッ酸611に浸す。このとき、配線605が存在する領域でも空隙608は酸化シリコン膜602全体に繋がっているので、フッ酸611は空隙608を通って酸化シリコン膜602全体に拡がる。したがって、図24に示すように、酸化シリコン膜603を介してガラス基板601を剥離することができる。以上で、図25に示すように、TFT及び配線605の転写は終了する。
実施例1〜4におけるTFT基板の端子接続方法(端子出し)について説明する。まず、図26[1]に示すように、実施例1〜4で述べた方法によって、TFT701上に接着層702を介して1次転写基板703を貼り付ける。このとき、接着層702は水溶性の材料を用いる。続いて、図26[2]に示すように、TFT701下に、非水溶性の接着層705を介して2次転写基板704としてプラスチック基板を貼り付ける。続いて、図26[3]に示すように、接着層702を水で溶かすことにより、1次転写基板703を剥離する。その後、図26[4]に示す状態で、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等によって端子出しが可能となる。
ここで、1次転写基板703の接着層702と2次転写基板704の接着層705とに溶融温度に違いがある材料を用いて、熱処理を行うことにより、1次転写基板703のみを剥離する方法を用いてもよい。なお、1次転写基板703及び2次転写基板704は、プラスチック基板である必要はなく、ガラス基板、金属基板、又はこれら2層以上の積層基板であってもよい。転写基板の熱伝導率は、酸化シリコンの熱伝導率と同程度又はそれ以上であることが望ましい
実施例1〜4において、図27[1]に示すように、ガラス基板からプラスチック基板までの積層体801が大面積になるほど、空隙を有する構造の奥にまでエッチング液802が浸潤する時間は長くなる。そこで、プラスチック基板を貼り合わせた後、図27[2]に示すように、積層体801を所望の大きさに切断して、多数の小さな積層体803とする。これにより、基板剥離工程において、エッチング液802の浸潤する距離が短くなるので、より短時間で工程を終了することができる。
101,301,401,501,601 ガラス基板(第一の基板)
102 剥離膜
103,303,403 酸化シリコン膜
104,304,404,504 非晶質シリコン膜(半導体膜)
104’,304’,404’,504’ 多結晶シリコン膜
105,305,405,507 レーザ光
106,306,406,511,701 TFT(薄膜デバイス)
107s,107d コンタクトホール
108 ソース領域
109 チャネル領域
110 ドレイン領域
111 ゲート絶縁膜
112 ソース電極
113 ゲート電極
114 第1層間絶縁膜
115 ドレイン電極
116 第2層間絶縁膜
117,205,307,407,512,609,702,705 接着層
118,206,308,408,513,610 プラッスチック基板(第二の基板)
302 多孔質酸化シリコン膜(剥離膜)
309,505,514,606,611 フッ酸(エッチャント)
401’ クロム膜(第二の剥離膜)
402 多孔質酸化シリコン膜(第一の剥離膜)
409 クロムエッチャント
502,602 酸化シリコン膜(剥離膜)
503,603,607 窒化シリコン膜
506,608 空隙
508 グレイン
509 微結晶
520,620 エッチャント導入孔(貫通孔)
604 層間絶縁膜
605 配線
703 1次転写基板
705 2次転写基板
802 エッチング液
801,803 積層体
102 剥離膜
103,303,403 酸化シリコン膜
104,304,404,504 非晶質シリコン膜(半導体膜)
104’,304’,404’,504’ 多結晶シリコン膜
105,305,405,507 レーザ光
106,306,406,511,701 TFT(薄膜デバイス)
107s,107d コンタクトホール
108 ソース領域
109 チャネル領域
110 ドレイン領域
111 ゲート絶縁膜
112 ソース電極
113 ゲート電極
114 第1層間絶縁膜
115 ドレイン電極
116 第2層間絶縁膜
117,205,307,407,512,609,702,705 接着層
118,206,308,408,513,610 プラッスチック基板(第二の基板)
302 多孔質酸化シリコン膜(剥離膜)
309,505,514,606,611 フッ酸(エッチャント)
401’ クロム膜(第二の剥離膜)
402 多孔質酸化シリコン膜(第一の剥離膜)
409 クロムエッチャント
502,602 酸化シリコン膜(剥離膜)
503,603,607 窒化シリコン膜
506,608 空隙
508 グレイン
509 微結晶
520,620 エッチャント導入孔(貫通孔)
604 層間絶縁膜
605 配線
703 1次転写基板
705 2次転写基板
802 エッチング液
801,803 積層体
Claims (16)
- 空隙を有する膜からなる剥離膜を第一の基板上に形成する工程と、前記剥離膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜に薄膜デバイスを形成する工程と、前記薄膜デバイス上に第二の基板を接合する工程と、前記第一の基板から前記第二の基板までの積層体から前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程と、
を備えた薄膜デバイス基板の製造方法。 - 空隙を有する膜からなる剥離膜を第一の基板上に形成する工程と、前記剥離膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上に第二の基板を接合する工程と、前記第一の基板から前記第二の基板までの積層体から前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程と、前記第一の基板及び前記剥離膜が剥離された後の前記半導体膜に薄膜デバイスを形成する工程と、
を備えた薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記空隙を有する膜が多孔質膜である、
請求項1又は2記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記空隙がエッチングによって形成されたものである、
請求項1又は2記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記剥離膜を第一の基板上に形成する工程は、
後工程で前記空隙が形成される一次膜を前記第一の基板上に形成する工程と、前記一次膜上に形成された膜に当該一次膜に達する多数の貫通孔を形成する工程と、これらの貫通孔からエッチャントを導入して前記一次膜に前記空隙を形成する工程とを有する、
請求項4記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程は、前記空隙に前記エッチャントを導入して前記剥離膜を除去する工程を有する、
請求項5記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記第一の基板及び前記剥離膜を剥離する工程は、前記剥離膜を機械的に破断する工程を有する、
請求項1乃至6のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記剥離膜が酸化シリコンからなる、
請求項1乃至7のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。
- 前記剥離膜を第一の剥離膜としたとき、
この第一の剥離膜上に後工程で剥離される第二の剥離膜を形成する工程を更に備え、
前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第二の剥離膜を除去する工程を有する、
請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記剥離膜を第一の剥離膜としたとき、
この第一の剥離膜下に後工程で剥離される第二の剥離膜を形成する工程を更に備え、
前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第二の剥離膜を除去する工程と前記第一の剥離膜を除去する工程とを有する、
請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記第二の剥離膜を除去する工程は、前記第一の剥離膜の前記空隙を介してエッチャントを浸透させて当該第二の剥離膜をエッチングする工程からなる、
請求項9又は10記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記第二の剥離膜がクロムからなり、前記第一の剥離膜が多孔質酸化シリコンからなる
請求項11記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、前記第一の剥離膜及び前記第二の剥離膜の少なくとも一方を機械的に破断する工程を有する、
請求項9乃至12のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。
- 前記第一の基板及び前記第一の剥離膜を剥離する工程は、当該剥離前に前記積層体を複数に分割する工程を有する。
請求項1乃至13のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。
- 前記半導体膜がシリコンからなる、
請求項1乃至14のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。 - 前記薄膜デバイスが薄膜トランジスタである、
請求項1乃至15のいずれかに記載の薄膜デバイス基板の製造方法。
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