JP4019305B2

JP4019305B2 - 薄膜装置の製造方法

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Publication number: JP4019305B2
Application number: JP2001213332A
Authority: JP
Inventors: 純夫宇都宮
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: JP2003031778A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄膜素子の基板間転写技術を使用した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示器（ＬＣＤ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示器のような半導体応用装置では、変形や落下による壊れ防止、コスト引き下げ等の理由などにより下地基板にプラスチック基板を使用することが望ましい場合がある。
【０００３】
しかし、パネル型の表示器に使用される薄膜トランジスタの製造では高温プロセスを使用するが、プラスチック基板や、ＥＬ素子等の回路素子には高温に耐えられないものがある。
【０００４】
そこで、出願人は高温プロセスを含む従来の半導体製造技術によって薄膜半導体装置を耐熱の基礎基板上に製造した後、該基板から薄膜半導体装置が形成されている素子形成膜（層）を剥離し、これをプラスチック基板に貼り付けることによって半導体応用装置を製造する転写技術を提案している。例えば、特開平１０−１２５２９号、特開平１０−１２５３０号、特開平１０−１２５３１号に「剥離方法」等として詳細に説明されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記剥離転写技術を使用して製造した薄膜装置は、１回転写の状態では、基礎基板から転写基板に素子形成層が相対的に上下反転して転写されるために、素子形成層の元の上面が転写基板に密着し、そのままでは素子形成層に外部配線を接続することができない。
【０００６】
このため、１回目の転写を基礎基板から仮転写基板に行い、更に、２回目の転写を仮転写基板から目的とする転写基板（プラスチック基板など）に行うことによって、基礎基板に形成されたときと同様の向きとなるように転写基板に素子形成層を転写する。すなわち、素子形成層の上面で配線接続や他の素子の形成を行うために、２回転写を必要としている。
【０００７】
また、薄膜装置の多層積層化に伴い、プロセスが複雑化しているので、転写回数が１回で済むことが望ましい。
【０００８】
よって、本発明は、２回転写による工程の複雑化、長時間化を軽減することを可能とする薄膜装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、薄膜装置の基板片面への積層度を軽減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため参考例の薄膜装置の製造方法は、基礎基板に形成した薄膜素子を転写基板に転写する薄膜装置の製造方法において、上記基礎基板上に、所要のエネルギ付与によって剥離する特性を持つ分離層を形成する工程と、上記分離層上に薄膜素子を含む被転写層を形成する工程と、上記被転写層の一面に接着層を介して転写基板を接合する工程と、上記分離層に上記エネルギを付与して剥離を生ぜしめ、上記被転写層を上記転写基板に転写する工程と、上記転写基板に転写されて露出した上記被転写層の他面に、上記薄膜素子と接続するための露出穴を開口する工程と、上記被転写層の他面側に上記露出穴を介して上記薄膜素子に接続される新たな薄膜素子を形成する工程と、を含む。
【００１１】
かかる構成とすることによって、薄膜素子を含む被転写層の裏面をも薄膜装置の形成に利用することが可能となり、１回の転写で済む。
【００１２】
また、参考例の薄膜装置の製造方法は、基礎基板に形成した薄膜素子を転写基板に転写する薄膜装置の製造方法において、上記基礎基板上に、所要のエネルギ付与によって剥離する特性を持つ分離層を形成する工程と、上記分離層上に下地層を形成し、この下地層の一面に薄膜素子を含む被転写層を形成する工程と、上記被転写層上に接着層を介して転写基板を接合する工程と、上記分離層に上記エネルギを付与して剥離を生ぜしめ、上記被転写層を上記転写基板に転写する工程と、上記転写基板に転写されて露出した上記被転写層の下地基板の他面に、上記薄膜素子と接続するための露出穴を開口する工程と、上記下地基板の他面側に上記露出穴を介して上記薄膜素子に接続される新たな薄膜素子を形成する工程と、を含む。
【００１３】
かかる構成とすることによって、剥離転写される被転写層の下地基板の両面に素子や配線等を形成することが可能となり、１回の転写で済む。
【００１４】
また、本発明の薄膜装置の製造方法は、突起部を有する基礎基板上に分離層を形成する工程と、上記分離層上に素子形成の下地となる下地層を形成する工程と、上記下地層をエッチバックして当該下地層の一面側から上記突起部上の分離層を露出させる工程と、上記下地層上に薄膜素子を含む被転写層を形成する工程と、上記被転写層の一面に接着層を介して転写基板を接合する工程と、上記分離層に剥離を生ぜしめ、上記被転写層を上記基礎基板から上記転写基板に転写すると共に上記下地層の他面側から上記被転写層の一部を露出させる工程と、上記下地層の他面側に新たな薄膜素子を形成する工程と、を含む。
好ましくは、上記下地層から上記被転写層の一部が露出した部分において上記被転写層と上記新たな薄膜素子とが電気的に接続される。
【００１５】
かかる構成とすることによって、後に基板への孔あけを必要とすることなく、被転写層の他面側の新たな薄膜素子を被転写層内の薄膜素子に接続することが可能となる。
【００１６】
好ましくは、上記新たな薄膜素子は、配線層、電極層、薄膜トランジスタを含む。それにより、１回転写によって基板に対して反転して位置する素子形成層の下地層の平坦な裏面に、配線層、電極層、薄膜トランジスタなどを形成することを可能とする。
【００１７】
好ましくは、上記分離層は、レーザ光線などの光の照射によって原子間又は分子間の結合力が消失又は減少するアブレーションを生ずるように材質を選定する。
【００１８】
好ましくは、上記分離層はアモルファスシリコン膜やその上に形成された金属膜等を含む多層膜からなる。それにより、分離層内での剥離、分離層と隣接する層との境界での剥離を生じやすくする。
【００１９】
好ましくは、上記分離層は、アモルファスシリコン又は窒化シリコンを含み、アモルファスシリコンは水素を含む。それにより、光線が照射されると水素が分離（ガス化）して、分子同士の結合力が弱くなる。また、窒化シリコンは窒素を含み、光線が照射されると窒素が分離して分子同士の結合力が弱くなる。
【００２０】
好ましくは、上記転写基板と被転写層との接合層は永久接着剤である。
【００２１】
上述のようにして製造される薄膜装置は、例えば、薄膜半導体装置や電気光学装置である。電気光学装置には、液晶表示装置、ＥＬ装置、電気泳動装置などが含まれ、それらのプラスチック基板を使用したアクティブマトリクス基板に適用すると好都合である。なお、本発明は、転写基板はプラスチック基板に限定されるものではなく、ガラスやセラミックなど種種の基板が使用可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜装置の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１（ａ）乃至同図（ｅ）は、本発明の参考例に係る薄膜装置の製造過程（工程）を示している。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば、１０００℃程度に耐える石英ガラスなどの透光性耐熱基板を素子形成基板１とする。素子形成基板１には、石英ガラスの他、ソーダガラス、コーニング７０５９、日本電気ガラスＯＡ―２等の耐熱性ガラス等を使用可能である。素子形成基板１の厚さには、大きな制限要素はないが、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであることがより好ましい。素子形成基板１の厚さが薄すぎると強度の低下を招き、逆に厚すぎると、素子形成基板１の透過率が低い場合に照射光の減衰を招く。ただし、素子形成基板１の照射光の透過率が高い場合には、上記上限値を越えてその厚みを厚くすることができる。この素子形成基板１上に分離層２が形成される。
【００２５】
分離層２は、レーザ光等の照射光により当該層内や界面において剥離（「層内剥離」または「界面剥離」ともいう）を生ずる。すなわち、一定の強度の光を照射することにより、分離層２を構成する材料の原子または分子における原子間または分子間の結合力が消失しまたは減少し、アブレーション(ablation)等を生じ、剥離を起こすものである。また、照射光の照射により、分離層２から気体が放出され、分離に至る場合もある。分離層２に含有されていた成分が気体となって放出され分離に至る場合と、分離層２が光を吸収して気体になり、その蒸気が放出されて分離に至る場合とがある。
【００２６】
分離層２の組成としては、例えば、非晶質シリコン(ａ−Ｓｉ)を使用することができる。この非晶質シリコン中には、水素（Ｈ）が含有されていてもよい。水素の含有量は、２ａｔ％程度以上であることが好ましく、２〜２０ａｔ％であることがさらに好ましい。水素が含有されていると、光の照射により水素が放出されることにより分離層２に内圧が発生し、これが剥離を促進する。水素の含有量は、成膜条件、例えば、ＣＶＤ法を用いる場合には、そのガス組成、ガス圧力、ガス雰囲気、ガス流量、ガス温度、基板温度、投入する光のパワー等の条件を適宜設定することによって調整する。この他の分離層材料としては、酸化ケイ素若しくはケイ酸化合物、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス、有機高分子材料（光の照射によりこれらの原子間結合が切断されるもの）、金属、例えば、Ａｌ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｇｄ若しくはＳｍ、またはこれらのうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。
【００２７】
分離層２の厚さとしては、１ｎｍ〜２０μｍ程度であるのが好ましく、１０ｎｍ〜２μｍ程度であるのがより好ましく、４０ｎｍ〜１μｍ程度であるのがさらに好ましい。分離層２の厚みが薄すぎると、形成された膜厚の均一性が失われて剥離にむらが生ずるからであり、分離層２の厚みが厚すぎると、剥離に必要とされる照射光のパワー（光量）を大きくする必要があったり、また、剥離後に残された分離層２の残渣を除去するのに時間を要したりする。
【００２８】
分離層２の形成方法は、均一な厚みで分離層２を形成可能な方法であればよく、分離層２の組成や厚み等の諸条件に応じて適宜選択することが可能である。例えば、ＣＶＤ（ＭＯＣＣＶＤ、低圧ＣＶＤ、ＥＣＲ―ＣＶＤ含む）法、蒸着、分子線蒸着（ＭＢ）、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＰＶＤ法等の各種気相成膜法、電気メッキ、浸漬メッキ（ディッピング）、無電解メッキ法等の各種メッキ法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、スピンコート、スプレーコート法、ロールコート法等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法等に適用できる。これらのうち２種以上の方法を組み合わせてもよい。
【００２９】
特に、分離層２の組成が非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）の場合には、ＣＶＤ、特に低圧ＣＶＤやプラズマＣＶＤにより成膜するのが好ましい。また、分離層２をゾルーゲル(sol-gel)法によりセラミックを用いて成膜する場合や有機高分子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコートにより成膜するのが好ましい。
【００３０】
なお、好ましくは、分離層２と後述の素子形成層３との間に中間層を形成する、あるいは分離層３を中間層等を含めて複数層化するのが良い。この中間層は、例えば製造時または使用時において被転写層を物理的または化学的に保護する保護層、絶縁層、被転写層へのまたは被転写層からの成分の移行（マイグレーション）を阻止するバリア層、反射層としての機能のうち少なくとも一つを発揮するものである。
【００３１】
この中間層の組成は、その目的に応じて適宜選択されえる。例えば、非晶質シリコンで構成された分離層と被転写層との間に形成される中間層の場合には、ＳｉＯ２等の酸化珪素が挙げられる。また、他の中間層の組成としては、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉまたはこれらを主成分とする合金のような金属が挙げられる。
【００３２】
中間層の厚みは、その形成目的に応じて適宜決定される。通常は、１０ｎｍ〜５μｍ程度であるのが好ましく、４０ｎｍ〜１μｍ程度であるのがより好ましい。
【００３３】
中間層の形成方法としては、分離層２で説明した各種の方法が適用可能である。中間層は、一層で形成する他、同一または異なる組成を有する複数の材料を用いて二層以上形成することもできる。
【００３４】
この分離層２の上に、薄膜トランジスタなどの電気素子が形成される素子形成層３を形成する。素子形成層３は、素子形成の下地層となるシリコン酸化膜等の絶縁層３１、不純物がドープされたされたソース・ドレイン領域を含むシリコン層、ゲート絶縁膜３３、ゲート配線膜３４、層間絶縁膜３５、ソース・ドレインの配線膜３６等によって構成されている。
【００３５】
例えば、ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を堆積することによって絶縁層３１を形成し、更にシリコン層３２を形成する。次に、シリコン層３２をパターニングしてトランジスタ領域をする。シリコン膜を酸化してゲート酸化膜３３を形成する。トランジスタ領域にゲート領域用のイオン注入を行う。次に、ＣＶＤ法によって不純物を高濃度拡散したポリシリコンを堆積し、パターニングを行ってゲート配線膜３４を形成する。ゲート配線を利用してソース・ドレイン領域上に高濃度不純物注入を行い、ソース・ドレインを形成する。不純物活性化の熱処理を行い、次に、ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を堆積し、層間絶縁膜３５を形成する。ソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜３５にコンタクトホールを開口する。不純物を高濃度で注入したポリシリコンをＣＶＤ法で、あるいは金属膜をスバッタ法で堆積し、これをパターニングして配線膜３６を形成する。
【００３６】
このようにして、素子形成層３が構成される。この他、素子形成層３に含まれる薄膜素子としては、画素電極、接続パッド、抵抗、キャパシタ、等か形成可能である。薄膜トランジスタなどの形成法は、例えば、特公平２−５０６３０号などに記載の方法に従って行うことが可能である。
【００３７】
なお、上記の場合には、素子形成層３が被転写層であるが、被転写層は薄膜に限定されず、塗布膜やシートのような厚膜であっても良い。
【００３８】
次に、図１（ｂ）に示すように、素子形成層３の上に接着剤をスピンコートなどによって塗布し、接着膜４を形成する。この上に転写用基板５を載置し、接合する。
【００３９】
接着剤としては、例えば、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤が使用可能である。組成としては、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系、等適宜に選択される。
【００４０】
転写基板５としては、例えば、後の工程に高温プロセスがなければ、耐熱性、耐食性等の特性が劣るものであっても良い。可撓性、弾性を有するものであっても良い。このような材料として、各種合成樹脂、各種ガラス剤が挙げられる。合成樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱効果性樹脂のいずれでも良く、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等、その他のものが適用可能である。ガラス材としては、例えば、石英ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、その他のものが使用可能である。
【００４１】
なお、転写基板５としては、例えば、液晶セルのように、それ自体独立したデバイスを構成するものや、例えば、カラーフィルタ、電極層、誘電体層、絶縁層、半導体素子のように、デバイスの一部を構成するものであっても良い。
【００４２】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の基板側１から、例えば、レーザ(laser)光を全面に照射し、分離層２の原子や分子の結合を弱める。また、分離層２内の水素を分子化して結晶の結合から分離させ、基礎基板側１と素子形成層３とを剥離する。これにより、被転写層としての素子形成層３は転写基板５に転写される。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示すように、素子形成層３のソース・ドレイン領域に相当する非常に平坦な下地絶縁膜３１をパターニングして２０〜３０μｍ程度の径のコンタクトホールを開口する。パターニングは、フォトリソグラフィやインクジェット法によるエッチング液の滴下、レーザエッチングなどを適用可能である。
【００４４】
次に、図１（ｅ）に示すように、例えば、透明電極のＩＴＯ３８を下地層３１に積層してパターニングして画素電極や、端子電極などを形成する。このような基板は、液晶表示器やＥＬ表示器の画素基板として使用される。
【００４５】
なお、参考例では、薄膜素子として透明電極を形成しているが、これに限られない。例えば、画素電極、接続端子、配線、薄膜トランジスタ、誘電体、ＥＬ発光体など、種々のものが形成可能である。
【００４６】
図２（ａ）乃至同図（ｅ）は、本発明の実施例を示している。同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００４７】
この実施例においては、下地基板３１に後の工程において、開口３７を形成する代わりに（図１（ｄ）参照）、基礎基板１に開口３７に相当する部分に突起１ａの形成された基板を使用している。基礎基板１に分離膜２を形成した後、下地層としてのシリコン酸化膜３１を所定の膜厚に堆積する。このシリコン酸化膜３１を分離膜２までエッチバックして平坦化する。エッチバックは、機械的研磨とエッチングを使用可能である。以後、第１の実施例と同様の処理を行って素子形成層３が構成される（図２（ａ））。その後、転写基板５を接着し（図２（ｂ））、基礎基板１を剥離する（図２（ｃ））。基礎基板１の突起部１ａによって下地層３１には、素子形成層に接続可能な開口３７が形成される（図２（ｄ））。この開口３７を使用して、下地層３１の裏面側に形成された薄膜素子３８と表面側に形成が素子形成層３の素子とが電気的に接続される（図２（ｅ））。このようなパネルは、液晶表示器やＥＬ表示器の画素基板として使用される。薄膜素子３８は、画素電極、接続端子、配線、薄膜トランジスタ、誘電体、ＥＬ発光体など、種々のものを形成可能である。
【００４８】
突起１ａが形成された基礎基板１は繰り返し使用可能であるので、比較的に高価な基礎基板を効率よく使用でき好都合である。
【００４９】
このように、上述した実施例によれば、仮転写基板を使用する工程を経ることなく、プラスチック等の転写基板５に素子形成層３が転写形成される。転写工程が１度で済むため、製造工程が簡略化される。また、通常は利用されていない、薄膜素子下地基板裏面が利用される。この面は平坦な面であるので、後工程での利用が容易である。
【００５０】
また、上記工程は、通常の薄膜トランジスタ製造設備に使用でき具合がよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては素子形成膜の下地の裏面側に配線を引き出す構成としているので、１回転写による製造工程によっても素子形成膜と外部との配線、電極、薄膜素子などの接続を容易に確保可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の参考例を説明する工程図である。
【図２】図２は、本発明の実施例を説明する工程図である。
【符号の説明】
１基板
２分離層
３素子形成層
４接着層
５転写基板

Claims

突起部を有する基礎基板上に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に素子形成の下地となる下地層を形成する工程と、
前記下地層をエッチバックして当該下地層の一面側から前記突起部上の分離層を露出させる工程と、
前記下地層上に薄膜素子を含む被転写層を形成する工程と、
前記被転写層の一面に接着層を介して転写基板を接合する工程と、
前記分離層に剥離を生ぜしめ、前記被転写層を前記基礎基板から前記転写基板に転写すると共に前記下地層の他面側から前記被転写層の一部を露出させる工程と、
前記下地層の他面側に新たな薄膜素子を形成する工程と、
を含む薄膜装置の製造方法。
前記下地層から前記被転写層の一部が露出した部分において前記被転写層と前記新たな薄膜素子とが電気的に接続される、請求項１に記載の薄膜装置の製造方法。
前記新たな薄膜素子は、配線膜、電極、端子、薄膜トランジスタを含む、請求項１又は２に記載の薄膜装置の製造方法。
前記分離層は、光の照射によって原子間又は分子間の結合力が消失又は減少する、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜装置の製造方法。
前記分離層は複数の膜からなる、請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜装置の製造方法。
前記分離層は、アモルファスシリコン又は窒化シリコンを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜装置の製造方法。
前記複数の膜は、アモルファスシリコン膜とその上に形成された金属膜を含む、請求項５に記載の薄膜装置の製造方法。
前記アモルファスシリコンは水素を含む、請求項６又は７に記載の薄膜装置の製造方法。
前記接着層は永久接着剤である、請求項１乃至８のいずれかに記載の薄膜装置の製造方法。
前記薄膜装置は半導体装置である、請求項１乃至９のいずれかに記載の薄膜装置の製造方法。