JP2005183414A - 薄膜デバイスの製造方法、薄膜デバイス、液晶表示装置およびエレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents
薄膜デバイスの製造方法、薄膜デバイス、液晶表示装置およびエレクトロルミネッセンス表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】薄膜デバイス層の支持基板に低い線膨張係数を有するプラスチック基板もしくは金属基板を使用することで、耐熱温度の向上を図る。
【解決手段】第１基板上に薄膜デバイス層１２１を形成した後に薄膜デバイス層１２１上に第１接着層（図示せず）を介して第２基板（図示せず）を接着する工程と、第１基板を完全に分離または除去する工程と、薄膜デバイス層１２１の第１基板が形成されていた側を、第２接着層１２６を介して第３基板１２７に接着する工程と、第２基板を分離または除去する工程とを備えた薄膜デバイスの製造方法において、第３基板１２７の支持体１２９の線膨張係数を２０ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、耐熱温度の向上を図る。
【選択図】図１
【解決手段】第１基板上に薄膜デバイス層１２１を形成した後に薄膜デバイス層１２１上に第１接着層（図示せず）を介して第２基板（図示せず）を接着する工程と、第１基板を完全に分離または除去する工程と、薄膜デバイス層１２１の第１基板が形成されていた側を、第２接着層１２６を介して第３基板１２７に接着する工程と、第２基板を分離または除去する工程とを備えた薄膜デバイスの製造方法において、第３基板１２７の支持体１２９の線膨張係数を２０ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、耐熱温度の向上を図る。
【選択図】図１
Description
本発明は、耐熱性の高い製造基板上に作製した後に実使用基板上に転写することが容易な薄膜デバイスの製造方法、薄膜デバイス、およびその薄膜デバイスを用いた液晶表示装置およびエレクトロルミネッセンス表示装置に関するものである。
近年、薄膜デバイスは、使用機器の小型化の影響を受けて、薄型化、軽量化、堅牢化に対する要求を受けている。しかしながら、薄膜デバイスは、高温、真空という環境で作製されるために、製造に使われる基板に制限がある。例えば、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置では、１０００℃の温度に耐える石英基板、５００℃の温度に耐えるガラス基板が使われている。これらの基板の薄型化も検討されているが、石英基板、ガラス基板を用いる限り、基板の剛性が低下することを考慮して基板サイズを縮小せざるを得ず、それによって生産性が低下する。また、基板が薄くなれば堅牢さも急激に低下するため、実用上の問題点となる。このように、製造基板に要求されている性能と実際に使用する際に求められている性能とが異なる。また、薄型、軽量、堅牢化が可能なプラスチック基板上に直接、薄膜トランジスタを作製しようという試みもあるが、耐熱温度の点から困難さが高い。
そこで、耐熱温度の高い製造基板上に形成した薄膜デバイスを実使用基板に転写する技術が検討されている。転写する方法としては、剥離層を設けてデバイス作製後に剥離層から剥離する方法（例えば、特許文献１参照。）や、エッチングによりガラス基板を除去してしまう方法（例えば、特許文献２参照。）などが検討されている。
膨張係数の高い通常のプラスチック基板に転写を行うと、薄膜層もしくは部分的に残っているガラスと、プラスチック基板の膨張係数が違うため、転写後に加熱すると、反ってしまうという問題がある。また、反った状態でさらに温度を上げると、薄膜層もしくは部分的に残っているガラスにクラックが入って破壊してしまうこともある。膨張係数の低いプラスチックには、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートのように、延伸させて前後膨張係数を下げているものがあるが、その場合複屈折を持っている。液晶表示装置に使用する場合、偏光板により偏光された光が複屈折を持つ基板を通ると、直線偏光が楕円偏光または円偏光となり、液晶表示装置として正しく機能しなくなる。そのため、膨張係数が小さくても複屈折を持つプラスチック基板は、液晶表示装置には使用できないという問題点がある。
本発明の薄膜デバイスの製造方法は、第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、前記第２基板を分離または除去する工程とを備えた薄膜デバイスの製造方法において、前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを最も主要な特徴とする。
本発明の薄膜デバイスは、第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、前記第２基板を分離または除去する工程とにより製造される薄膜デバイスにおいて、前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを最も主要な特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、前記第２基板を分離または除去する工程とにより製造される薄膜デバイスを用いた液晶表示装置において、前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを最も主要な特徴とする。
本発明のエレクトロルミネッセンス表示装置は、第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、前記第２基板を分離または除去する工程とにより製造される薄膜デバイスを用いたエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを最も主要な特徴とする。
本発明の薄膜デバイスの製造方法は、第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であるため、転写後の耐熱性をあげることができる。また、複屈折を持つ基板であっても、偏光子を薄膜デバイス側に設けることによって、液晶表示装置にも使用できるようになる。よって、安価な複屈折を持つ基板を用いることができるようになるため、製造コストの低減が可能となるという利点がある。
本発明の薄膜デバイスは、本発明の薄膜デバイスの製造方法により製造された薄膜デバイスであるため、安価な複屈折を持つ基板を用いることができるようになるため、製造コストの低減が可能となるという利点がある。
本発明の液晶表示装置およびエレクトロルミネッセンス表示装置は、本発明の薄膜デバイスを用いるため、上記薄膜デバイスの作用効果を得ることができるという利点がある。
安価な複屈折を持つ基板を用いることができるようにして、製造コストの低減を可能にするという目的を、線膨張係数が低い第３基板を用いることで実現した。
すなわち、図１に示すように、第１基板（図示せず）上に薄膜デバイス層１２１を形成した後に薄膜デバイス層１２１上に第１接着層（図示せず）を介して第２基板（図示せず）を接着する。その後、第１基板を分離または除去した後、薄膜デバイス層１２１の第１基板が形成されていた側を、第２接着層１２６を介して第３基板１２７に接着し、第２基板を分離または除去する。このような薄膜デバイスの製造工程において、薄膜デバイス層１２１が転写される第３基板１２７の構成体である支持体１２９として、線膨張係数の低い、例えば線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であるプラスチック基板（もしくは金属基板）を使用する。そして、複屈折を持つようなプラスチック基板を液晶表示装置に使用する場合には、図示したように、第３基板１２７に偏光子１２８と複屈折を持つプラスチックからなる支持体１２９とを一体化させたものを使用し、偏光子１２８を薄膜デバイス層１２１側に貼り付ける。このことによって、複屈折を持つ支持体１２９は、偏光子１２８よりも外側にあるため、光が偏光子１２８を通過した後には影響を与えない。
本発明の薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイスおよび液晶表示装置に係る第１実施例を、図２〜図５の製造工程断面図によって説明する。本実施例では、プラスチック基板を用いた液晶用のアクティブ基板を作製した。
まず、薄膜デバイス層の形成方法を図２によって説明する。図２に示すように、第１基板１０１上に、後に行うフッ酸によるエッチングにおける第１基板１０１の保護層１０２を形成する。上記第１基板１０１には、例えば厚さ０．４ｍｍ〜１．１ｍｍ程度、例えば０．７ｍｍ厚のガラス基板を用いる。このガラス基板のかわりに石英基板を用いてもよい。上記保護層１０２は、フッ酸に耐えられる材料を用いて形成するもので、例えばモリブデン（Ｍｏ）層を用い、例えば５００ｎｍの厚さに形成した。今回、モリブデン層の膜厚を５００ｎｍとしたが、フッ酸に耐えられるならば、厚さを適宜変更しても問題ない。この保護層１０２は、例えばスパッタリング法によって成膜することができる。その後、絶縁層１０３を形成する。この絶縁層１０３は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）膜を５００ｎｍの厚さに成膜して形成する。この絶縁層１０３は、例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜することができる。
その後は、一般的な低温ポリシリコン技術、例えば「２００３ ＦＰＤテクノロジー大全」（電子ジャーナル２００３年３月２５日発行、ｐ．１６６−１８３およびｐ．１９８−２０１）、「'９９最新液晶プロセス技術」（プレスジャーナル１９９８年発行、ｐ．５３−５９）、「フラットパネル・ディスプレイ１９９９」（日経ＢＰ社、１９９８年発行、ｐ．１３２−１３９）等に記載されているような低温ポリシリコンボトムゲート型薄膜トランジスタ（以下薄膜トランジスタをＴＦＴと記す）プロセスでＴＦＴを含む薄膜デバイス層を形成した。薄膜デバイス層の形成方法の一例を以下に説明する。
まず、第１基板１０１上に保護層１０２を介して形成された絶縁層１０３上にゲート電極１０４を形成するための導電膜を形成した。この導電膜には例えば厚さが１００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を用いた。モリブデン膜の形成方法としては例えばスパッタリング法を用いた。そして上記導電膜をゲート電極１０４に形成した。このゲート電極１０４は、一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングして形成した。次いで、ゲート電極１０４上を被覆するようにゲート絶縁膜１０５を形成した。ゲート絶縁膜１０５は、例えばプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2）層と窒化珪素（ＳｉＮx）層との積層体で形成した。さらに連続的に非晶質シリコン層(厚さ３０ｎｍ〜１００ｎｍ)を形成した。
この非晶質シリコン層に波長３０８ｎｍのＸｅＣlエキシマレーザパルスを照射し熔融再結晶化し結晶シリコン層（ポリシリコン層）を作製した。このポリシリコン層を用いて、チャネル形成領域となるポリシリコン層１０６を形成し、その両側にｎ-型ドープ領域からなるポリシリコン層１０７、ｎ+型ドープ領域からなるポリシリコン層１０８を形成した。このように、アクティブ領域は高いオン電流と低いオフ電流を両立するためのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造とした。またポリシリコン層１０６上にはｎ-型のリンイオン打込み時にチャネルを保護するためのストッパー層１０９を形成した。このストッパー層１０９は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）層で形成した。
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2）層と窒化珪素（ＳｉＮx）層との積層体からなるパッシベーション膜１１０を形成した。このパッシベーション膜１１０上に、各ポリシリコン層１０８に接続するソース電極１１１およびドレイン電極１１２を形成した。各ソース電極１１１およびドレイン電極１１２は例えばアルミニウム、アルミニウム合金、高融点金属等の導電性材料で形成した。
各ソース電極１１１およびドレイン電極１１２形成した後、カラーフィルター１１３を形成した。カラーフィルター１１３は、カラーレジストを全面に塗布した後、リソグラフィー技術でパターニングを行って形成した。カラーフィルター１１３には、ソース電極１１１と後に形成する液晶駆動用電極が接続されるようにコンタクトホール１１３Ｃを形成した。このカラーフィルターの形成工程を３回行って、ＲＧＢの３色（赤、緑、青）を形成した。次に、平坦化を行うために保護膜１１４を形成した。保護膜１１４は例えばポリメチルメタクリル酸樹脂系の樹脂により形成した。また保護膜１１４には、ソース電極１１１と液晶駆動用電極とが接続されるようにコンタクトホール１１４Ｃを形成した。その後、ソース電極１１１に接続する画素電極１１５を形成した。この画素電極１１５は、例えば、透明電極で形成される。透明電極としては、例えばインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）により形成され、その形成方法としてはスパッタリング法が用いられる。
以上の工程により、第１基板１０１上に透過型のアクティブマトリックス基板が作製できた。また、今回は、ボトムゲート型ポリシリコンＴＦＴを作製したが、トップゲート型ポリシリコンＴＦＴやアモルファスＴＦＴでも同じように実施できる。
次に、第１基板１０１上の薄膜デバイス層１２１をプラスチック基板上に移載する工程を説明する。
図３（１）に示すように、第１基板１０１上に保護層１０２、絶縁層１０３、薄膜デバイス層１２１を形成したものをホットプレート１２２で８０℃〜１４０℃に加熱しながら、第１接着剤１２３を厚さ１ｍｍ程度に塗布し、第２基板１２４を上に載せ、加圧しながら、室温まで冷却した。第２基板１２４には、例えば厚さ１ｍｍのモリブデン基板を用いた。または、第２基板１２４にガラス基板を用いてもよい。または、第２基板１２４上に第１接着剤１２３を塗布して、その上に保護層１０２から薄膜デバイス層１２１が形成された第１基板１０１の薄膜デバイス層１２１側を載せてもよい。上記第１接着剤１２３には、例えばホットメルト接着剤を用いた。
次に、図３（２）に示すように、第２基板１２４を貼り付けた第１基板１０１をフッ酸（ＨＦ）１２５に浸漬して、第１基板１０１のエッチングを行った。このエッチングは、保護層１０２である酸化アルミニウム層がフッ酸１２５にエッチングされないため、このエッチングは保護層１０２で自動的に停止する。ここで用いたフッ酸１２５は、一例として、重量濃度が５０％のもので、このエッチング時間は３．５時間とした。フッ酸１２５の濃度とエッチング時間は、第１基板１０１のガラスを完全にエッチングすることができるならば、変更しても問題はない。
上記フッ化水素酸１２５によるエッチングの結果、図４（３）に示すように、第１基板１０１〔前記図３（２）参照〕が完全にエッチングされ、保護層１０２が露出される。
次に、混酸〔例えば、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）７２wt％と硝酸（ＨＮＯ3）３wt％と酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）１０wt％〕により、保護層１０２〔前記図４（３）参照〕であるモリブデン層（厚さ：５００ｎｍ）をエッチングした。これは、透過型の液晶パネルを作製するために、不透明なモリブデン層があると問題となるためである。上記混酸で５００ｎｍの厚さのモリブデン層をエッチングするのに必要な時間は約１分である。このエッチングの結果、図４（４）に示すように、この混酸は第１絶縁層１０３である酸化珪素をエッチングしないため、第１絶縁層１０３で自動的にエッチングが停止する。
次に、図４（５）に示すように、上記エッチング後に、薄膜デバイス層１２１の裏面側、すなわち絶縁層１０３表面に、第２接着層１２６を形成した。第２接着層１２６には例えば紫外線硬化型接着剤を用いた。
続けて、上記第２接着層１２６に第３基板１２７となる偏光板を貼り付けた。上記偏光板は、ヨウ素をＰＶＡ（ポリビニアルアルコール）フィルム（例えば、厚さが１５μｍ）に吸収させた後、このフィルムを一軸延伸させ偏光子１２８とし、偏光子１２８の片側に支持体１２９が張り合わされている。この支持体１２９は、例えば２軸延伸ポリエチレンナフレート（ＰＥＮ）フィルム１２８（例えば、厚さが０．２ｍｍ）を使用した。このＰＥＮフィルムの線膨張係数は１３ｐｐｍ／Ｋである。このように、第３基板１２７は、薄膜デバイス層１２１側に設けられた偏光子１２８と、薄膜デバイス層１２１の外側に偏光子１２８を介して外側に設けられた支持体１２９とからなる。
次に、上記基板をアルコール（図示せず）中に浸漬し、ホットメルト接着剤からなる第１接着層１２３〔前記図３（１）参照〕を溶かして第２基板１２４〔前記図３（１）参照〕を外した。その結果、図５（６）に示すように、支持体１２９と偏光子１２８とからなる第３基板１２７上に第２接着層１２６、絶縁層１０３を介して薄膜デバイス層１２１が載った薄膜デバイス（アクティブ基板）１００を得た。
次に、対向基板の製造例を、図６の概略構成断面図によって説明する。
図６に示すように、対向基板１３０として、上記第３基板１２７（偏光板）と同様なる構造の偏光板を用いた。すなわち、対向基板１３０は、０．２ｍｍ厚の２軸延伸ＰＥＮフィルムからなる支持体１３２上に偏光子１３３を貼り合わせた偏光板を用いるもので、さらに上記偏光子１３３側の全面に透明電極１３４を形成したものである。この透明電極１３４には、例えばＩＴＯ（インジウムスズオキサイド）を用いた。このＩＴＯ膜は、例えばスパッタ法により成膜した。
次に、図示はしないが、上記対向基板１３０とアクティブ基板１００とに配向膜（例えばポリイミド膜）を塗布し、ラビング処理を行う配向処理を行った。
次に、図７に示すように、アクティブ基板１００にはシール剤（図示せず）を塗布し、対向基板１３０には多数のスペーサー１３５を散布した。
そして、アクティブ基板１００と対向基板１３０とを張り合わせた後、例えば１ｋｇ／ｃｍ2で加圧しながら紫外線を照射してシール剤を硬化させた。次に、レーザー加工によりパネルの大きさに切断した後、注入口から液晶を注入して、注入口をモールド樹脂で覆い、モールド樹脂を硬化させ、液晶表示パネルを作製した。
上記工程により作製した液晶表示パネルは、基板となる支持体１２９、１３２の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下と低いため、温度を上げてもクラック等は発生しない。比較のため、異なる線膨張係数のプラスチック基板に転写した薄膜デバイスの耐熱性を図８に示す。図８は、縦軸に耐熱温度を示し、横軸に線膨張係数を示す。また、耐熱温度は、基板を反らないように固定したまま昇温した場合に、クラックの入らない温度の上限を示している。
図８から分かるように、液晶用基板としては、通常耐熱温度として１００℃以上が必要であるため、基板の線膨張係数としては２０ｐｐｍ／Ｋが必要となることがわかる。また、２軸延伸させたＰＥＮフィルムは複屈折を持っているが、偏光子１２８、１３３がＰＥＮフィルムからなる支持体１２９、１３２よりも内部側にあるため、複屈折を漏っていることは問題とならない。なお、上記構造を第３基板１２７上に直接形成しようとした場合には、偏光子の耐熱温度が低いため、ＴＦＴを形成することは難しい。
上記第１実施例では、第３基板１２７を構成する支持体１２９の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であるため、薄膜デバイス層１２１をプラスチック基板である第３基板１２７に転写した後の耐熱性を高めることができる。また、複屈折を持つプラスチックの第３基板１２７（実質は支持体１２９）であっても、偏光子１２８を薄膜デバイス層１２１側に設けることによって、液晶表示装置にも使用できるようになる。よって、安価な複屈折を持つ基板を用いることができるようになるため、製造コストの低減が可能となるという利点がある。
本発明の薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイスおよび液晶表示装置に係る第２実施例を、図９〜図１３の製造工程断面図によって説明する。第２実施例では、金属基板上に反射型液晶用のアクティブ基板を作製した。
まず、薄膜デバイス層の形成方法を図９によって説明する。図９に示すように、第１基板２０１上に、第１基板２０１のアモルファスシリコン層２０２を形成する。上記第１基板１０１には、例えば厚さ０．４ｍｍ〜１．１ｍｍ程度、例えば０．７ｍｍ厚のガラス基板を用いる。このガラス基板のかわりに石英基板を用いてもよい。また上記アモルファスシリコン層２０２の膜厚は、例えば１００ｎｍとした。この膜厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍが望ましい。アモルファスシリコン層２０２の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法を用いた。プラズマＣＶＤ法では、アモルファスシリコン層２０２中に、水素を多く含むように、また製造途中で薄膜デバイス層が剥がれない限りの低温が望ましい。今回は１５０℃にて成膜を行った。また、低圧ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、ＥＣＲ法、スパッタ法によりアモルファスシリコン層２０２を成膜しても問題はない。
次いで、上記アモルファスシリコン層２０２上に保護絶縁層２０３を成膜する。この保護絶縁層２０３は、例えば１００ｎｍの厚さに形成した。この保護絶縁層２０３は、例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜することができる。
その後は、一般的な低温ポリシリコン技術、例えば「２００３ ＦＰＤテクノロジー大全」（電子ジャーナル２００３年３月２５日発行、ｐ．１６６−１８３およびｐ．１９８−２０１）、「'９９最新液晶プロセス技術」（プレスジャーナル１９９８年発行、ｐ．５３−５９）、「フラットパネル・ディスプレイ１９９９」（日経ＢＰ社、１９９８年発行、ｐ．１３２−１３９）等に記載されているような低温ポリシリコンボトムゲート型薄膜トランジスタ（以下薄膜トランジスタをＴＦＴと記す）プロセスでＴＦＴを含む薄膜デバイス層を形成した。薄膜デバイス層の形成方法の一例を以下に説明する。
まず、第１基板２０１上にアモルファスシリコン層２０２を介して形成された保護絶縁層２０３上にゲート電極２０４を形成するための導電膜を形成した。この導電膜には例えば厚さが１００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を用いた。モリブデン膜の形成方法としては例えばスパッタリング法を用いた。そして上記導電膜をゲート電極２０４に形成した。このゲート電極２０４は、一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングして形成した。次いで、ゲート電極２０４上を被覆するようにゲート絶縁膜２０５を形成した。ゲート絶縁膜２０５は、例えばプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2）層と窒化珪素（ＳｉＮx）層との積層体で形成した。さらに連続的に非晶質シリコン層(厚さ３０ｎｍ〜１００ｎｍ)を形成した。
この非晶質シリコン層に波長３０８ｎｍのＸｅＣlエキシマレーザパルスを照射し熔融再結晶化し結晶シリコン層（ポリシリコン層）を作製した。このポリシリコン層を用いて、チャネル形成領域となるポリシリコン層２０６を形成し、その両側にｎ-型ドープ領域からなるポリシリコン層２０７、ｎ+型ドープ領域からなるポリシリコン層２０８を形成した。このように、アクティブ領域は高いオン電流と低いオフ電流を両立するためのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造とした。またポリシリコン層２０６上にはｎ-型のリンイオン打込み時にチャネルを保護するためのストッパー層２０９を形成した。このストッパー層２０９は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）層で形成した。
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2）層と窒化珪素（ＳｉＮx）層との積層体からなるパッシベーション膜２１０を形成した。このパッシベーション膜２１０上に、各ポリシリコン層２０８に接続するソース電極２１１およびドレイン電極２１２を形成した。各ソース電極２１１およびドレイン電極２１２は例えばアルミニウム、アルミニウム合金、高融点金属等の導電性材料で形成した。
ソース電極２１１およびドレイン電極２１２形成した後、素子を保護するためと平坦化を行うために保護層２１３を形成した。保護層２１３は、例えばポリメチルメタクリル樹脂系の材料で形成される。そして、保護層２１３は、次工程で保護層２１３上に形成される反射層表面に凹凸が形成されるように、上記保護層２１３表面が凹凸となるように形成される。次いで、通常のコンタクトホールの形成技術によって、保護膜２１３に、ソース電極２１１と後に形成される液晶駆動用電極とが接続されるようにコンタクトホール２１３Ｃを形成した。その後、上記保護層２１３表面およびコンタクトホール２１３Ｃ内面に、反射層２１４を形成した。この反射層２１４は、例えばスパッタリングによって銀（Ａｇ）を堆積して形成した。
上記反射層２１４を形成後、カラーフィルター２１５を形成した。これは、カラーレジストを全面に塗布した後、リソグラフィー技術でパターニングを行って形成した。次いで、カラーフィルター２１５に、ソース電極２１１と後に形成される液晶駆動用電極が接続されるようにコンタクトホール２１５Ｃを形成した。このカラーフィルターの形成工程を３回行って、ＲＧＢの３色（赤、緑、青）を形成した。
その後、上記カラーフィルター２１５表面およびコンタクトホール２１５Ｃ内面に画素電極２１６を形成した。この画素電極２１６は、例えばインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）を、例えばスパッタリングによって堆積して形成した。したがって、画素電極２１６はソース電極２１１に接続して形成される。
以上の工程により、ガラス基板からなる第１基板２０１上にアクティブマトリックス基板が作製できた。また、今回は、ボトムゲート型ポリシリコンＴＦＴを作製したが、トップゲート型ポリシリコンＴＦＴやアモルファスＴＦＴでも同じように実施できる。
次に、第１基板２０１上の薄膜デバイス層をプラスチック基板上に移載する工程を説明する。
図１０（１）に示すように、第１基板２０１上にアモルファスシリコン層２０２、保護絶縁層２０３、薄膜デバイス層２２１を形成したものをホットプレート（図示せず）で８０℃〜１４０℃に加熱しながら、第１接着剤２２２を塗布し、第２基板２２３を上に載せ、加圧しながら、室温まで冷却した。第２基板２２３には、例えば厚さ１ｍｍのモリブデン基板を用いた。または、第２基板２２３にガラス基板を用いてもよい。または、第２基板２２３上に第１接着剤２２２を塗布して、その上にアモルファスシリコン層２０２から薄膜デバイス層２２１までが形成された第１基板２０１の薄膜デバイス層２２１側を載せてもよい。上記第１接着剤２２２には、例えばホットメルト接着剤を用いた。
次に、ガラス基板からなる第１基板２０１側から紫外線レーザー光を照射した。ガラスは紫外線レーザーを透過させるため、レーザー光は、アモルファスシリコン層２０２で吸収される。アモルファスシリコン層２０２に紫外線が吸収されると水素が発生し、アモルファスシリコン層２０２を境として薄膜デバイス層２２１と第１基板２０１との分離が起きる。この技術の詳細は、特開平１０−１２５９３０号公報に開示されている。その結果、図１０（２）に示すように、保護絶縁層２０３が露出された。
次に、図１０（３）に示すように、保護絶縁層２０３に第２接着層２２４を形成した。この第２接着層２２４は、例えばエポキシ系の２液硬化型接着を塗布により形成される。塗布方法は、スプレーコーティング、ディップコーティングもしくはスピンコーティングを用いることができる。
続けて図１１（４）に示すように、上記第２接着層２２４に第３基板２２５を貼り付けた。この第３基板２２５は、例えば厚さが０．２ｍｍのステンレス基板からなる。ステンレス基板は線膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋである。本第２実施例の液晶表示装置は、反射型であるため、第３基板２２５が不透明であってもよい。第３基板２２５を貼りつけた後、０．５ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えて保持し、上記第２接着層２２４を硬化させた。
次に、上記基板をアルコール（図示せず）中に浸漬し、ホットメルト接着剤からなる第１接着層２２２〔前記図１０（１）参照〕を溶かして第２基板２２３〔前記図１０（１）参照〕を外した。その結果、図１１（５）に示すように、薄膜デバイス層２２１が露出され、第３基板２２５上に第２接着層２２４、保護絶縁層２０３を介して薄膜デバイス層２２１が載った薄膜デバイス（アクティブ基板）２００を得た。
次に、対向基板の製造例を、図１２の概略構成断面図によって説明する。
図１２に示すように、対向基板２３０として、０．２ｍｍ厚の２軸延伸ＰＥＮフィルムからなる支持体２３１上に偏光子２３２とλ/４板２３３とを張り合わせたものを使用した。さらに上記λ/４板２３３側の全面に透明電極２３４を形成したものである。この透明電極２３４には、例えばＩＴＯ（インジウムスズオキサイド）を用いた。このＩＴＯ膜は、例えばスパッタ法により成膜した。
次に、図示はしないが、上記対向基板２３０とアクティブ基板２００とに配向膜（例えばポリイミド膜）を塗布し、ラビング処理を行う配向処理を行った。
次に、図１３に示すように、アクティブ基板２００にはシール剤（図示せず）を塗布し、対向基板２３０には多数のスペーサー２３５を散布した。
そして、アクティブ基板２００と対向基板２３０とを張り合わせた後、例えば１ｋｇ／ｃｍ2で加圧しながら紫外線を照射してシール剤を硬化させた。次にレーザー加工によりパネルの大きさに切断した後、注入口から液晶を注入して、注入口をモールド樹脂で覆い、モールド樹脂を硬化させ、液晶表示パネルを作製した。
上記工程により作製した液晶表示パネルは、第３基板２２５の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下と低いため、温度を上げてもクラック等は発生しない。
上記第２実施例では、第３基板２２５の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であるため、薄膜デバイス層２２１を金属基板である第３基板２２５に転写した後の耐熱性を高めることができる。よって、安価な金属基板を用いることができるようになるため、製造コストの低減が可能となるという利点がある。
本発明の薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイスおよびエレクトロルミネッセンス表示装置に係る一実施例を、図１４〜図１７の製造工程断面図によって説明する。この実施例では、転写方式によりプラスチック基板にアクティブマトリックス基板を作製しアクティブマトリックス型有機エレクトロルミネッセンス（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと略記する）ディスプレイを作製した。
図１４（１）に示すように、製造基板となる第１基板３０１に厚さ０．４〜１．１ｍｍ程度のガラス基板もしくは石英基板を用いる。そして、例えばスパッタリング法により、第１基板（例えば厚さが０．７ｍｍのガラス基板）３０１上に薄膜デバイス層を形成する。
すなわち、薄膜デバイス層として、一般的な低温ポリシリコン技術、例えば「２００３ ＦＰＤテクノロジー大全」（電子ジャーナル２００３年３月２５日発行、ｐ．１６６−１８３およびｐ．１９８−２０１）、「'９９最新液晶プロセス技術」（プレスジャーナル１９９８年発行、ｐ．５３−５９）、「フラットパネル・ディスプレイ１９９９」（日経ＢＰ社、１９９８年発行、ｐ．１３２−１３９）等に記載されているような低温ポリシリコンボトムゲート型薄膜トランジスタ（以下薄膜トランジスタをＴＦＴと記す）プロセスでＴＦＴを含む薄膜デバイス層を形成した。薄膜デバイス層の形成方法の一例を以下に説明する。
まず、第１基板３０１上にゲート電極３０４を形成するための導電膜を形成した。この導電膜には例えば厚さが１００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を用いた。モリブデン膜の形成方法としては例えばスパッタリング法を用いた。そして上記導電膜を加工してゲート電極３０４を形成した。このゲート電極３０４は、一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングして形成した。次いで、ゲート電極３０４上を被覆するようにゲート絶縁膜３０５を形成した。ゲート絶縁膜３０５は、例えばプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2 ）層と窒化珪素（ＳｉＮx ）層との積層体で形成した。さらに連続的に非晶質シリコン層(厚さ３０ｎｍ〜１００ｎｍ)を形成した。
この非晶質シリコン層に波長３０８ｎｍのＸｅＣlエキシマレーザパルスを照射し熔融再結晶化し結晶シリコン層を作製した。このポリシリコン層を用いて、チャネル形成領域となるポリシリコン層３０６を形成し、その両側にｎ- 型ドープ領域からなるポリシリコン層３０７、ｎ+ 型ドープ領域からなるポリシリコン層３０８を形成した。このように、アクティブ領域は高いオン電流と低いオフ電流を両立するためのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造とした。またポリシリコン層３０６上にはｎ-型のリンイオン打込み時にチャネルを保護するためのストッパー層３０９を形成した。このストッパー層３０９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）層で形成した。
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）層、または酸化珪素（ＳｉＯ2 ）層と窒化珪素（ＳｉＮx ）層との積層体からなるパッシベーション膜３１０を形成した。このパッシベーション膜３１０上に、各ポリシリコン層３０８に接続するソース電極３１１およびドレイン電極３１２を形成した。各ソース電極３１１およびドレイン電極３１２は例えばアルミニウムで形成した。
このようにして、低温ポリシリコンボトムゲート型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）プロセスで薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成した。
次に、例えばスピンコート法によって、ソース電極３１１、ドレイン電極３１２等を覆うように、パッシベーション膜３１０上に保護絶縁層３１３を例えばメタクリル酸メチル樹脂系樹脂で形成した後、一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、ソース電極３１１と後に形成する有機ＥＬ素子のアノード電極とを接続できるように、その部分の保護絶縁層３１３を取り除いた。
次に、保護絶縁層３１３上に、有機ＥＬ素子を形成した。有機ＥＬ素子は、アノード電極３１４と有機層とカソード電極３１７とで構成されている。アノード電極３１４は、例えばスパッタリング法でクロム（Ｃｒ）を堆積して形成し、各ＴＦＴのソース電極３１１に接続され、個別に電流を流せるようになっている。
有機層は、有機正孔輸送層３１５と有機発光層３１６を積層させた構造とした。有機正孔輸送層３１５としては、例えば銅フタロシアニンを蒸着により３０ｎｍの厚さに形成した。有機発光層３１６は、緑色として、Ａｌｑ３[tris(8-quinolinolato)aluminium(III)]を５０ｎｍの厚さに、青色として、バソクプロイン（Bathocuproine：2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10phenanthroline）を１４ｎｍの厚さに、赤色としてＢＳＢ−ＢＣＮ[2,5-bis{4-(N-methoxyphenyl-N-phenylamino)styryl}benzene-1,4-dicarbonitrile]を３０ｎｍの厚さにそれぞれ蒸着した。
カソード電極３１７としては、酸化インジウム錫（Ｉｎ2 Ｏ3 ＋ＳｎＯ2 ：ＩＴＯ）を使用した。
今回は、有機ＥＬ素子として、上記構造を用いたが、電極に、電子輸送層、正孔輸送層、電子注入層、正孔注入層、電子阻止層、正孔阻止層、発光層を組み合わせた公知の構造を用いてもよい。
さらに、カソード電極３１７を覆う形で、パッシベーション膜３１８を形成した。今回、パッシベーション膜３１８は、スパッタリング法により窒化シリコン（ＳｉＮx）膜を例えば２００ｎｍの厚さに形成した。このパッシベーション膜３１８は、その他、ＣＶＤ法、蒸着法などで形成してもよい。
以下、ＴＦＴ層から有機ＥＬ層までを薄膜デバイス層と呼ぶこととする。次に、第１基板３０１上の薄膜デバイス層をプラスチック基板上に移載する工程を示す。
図１５（１）に示すように第１基板３０１上に薄膜デバイス層３２１を形成したものをホットプレート３２２で８０℃〜１４０℃に加熱しながら、第１接着層３２３を、例えばホットメルト接着剤を例えば１ｍｍ程度の厚さに塗布して形成した。次に、上記第１接着層３２３上に第２基板３２４を載せ、第２基板３２４を第１基板３０１方向に加圧しながら、室温まで冷却した。上記第２基板３２４には、例えば厚さが１ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）基板を用いた。または、第２基板３２４上にホットメルト接着剤を塗布して、その上に薄膜デバイス層３２１が形成された第１基板３０１の薄膜デバイス層３２１側を載せてもよい。
次に、図１５（２）に示すように、第２基板３２４を貼り付けた基板をフッ化水素酸３２５に浸漬して、第１基板３０１のエッチングを行った。このエッチングでは、第１基板３０１を、例えばおよそ３０μｍの厚さになるように残すように行うため、エッチング終点は例えばエッチング時間により制御する。一例として、ここで用いたフッ化水素酸３２５は重量濃度１５％〜２５％のもので、このエッチング時間はエアーブローによるバブリングによって弗化水素酸溶液を攪拌しながら室温で約３時間とした。フッ化水素酸３２５の濃度とエッチング時間は、適宜変更しても問題はない。上記エッチングの代わりに、例えば機械的な研磨、化学的機械研磨等の研磨によって、第１基板３０１を薄くしても良い。
上記フッ化水素酸３２５によるエッチングの結果、図１６（３）に示すように、第１基板３０１上に薄膜デバイス層３２１が形成され、さらに薄膜デバイス層３２１上に第１接着層３２３を介して第２基板３２４が形成されたものが得られる。
その後、図１６（４）に示すように、上記第１基板３０１の上記薄膜デバイス層３２１が形成されている面とは反対側の面に第２接着層３２６を形成する。上記第２接着層３２６は、一例として、回転塗布技術により例えばアクリル系の紫外線硬化接着剤を塗布して形成した。回転塗布技術による膜形成では、膜厚を約１０μｍとした。
続けて、図１７（５）に示すように、上記第２接着層３２６に第３基板（プラスチック基板）３２７を貼り付けた。第３基板（プラスチック基板）３２７にはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムを用い、このＰＥＴフィルムには例えば０．２ｍｍの厚さのものを用いた。このＰＥＴフィルムの線膨張係数は１６ｐｐｍ／Ｋである。
次に、上記基板をアルコール（図示せず）中に浸漬し、ホットメルト接着剤からなる第１接着層３２２〔前記図１５（１）参照〕を溶かして第２基板３２３〔前記図１５（１）参照〕を外し、図１７（６）に示すように、第３基板３２７上に第２接着層３２６、第１基板３０１を介して薄膜デバイス層３２１が載った薄膜デバイス（アクティブ基板）３００を得た。
その後の工程は、一般的に行われている有機ＥＬの組立工程を行えばよい。
上記工程により作製した薄膜デバイスは、ＴＦＴ基板の線膨張係数が低いため、温度を上げてもクラック等は発生しない。
上記工程により作製した薄膜デバイスは、ＴＦＴ基板の線膨張係数が低いため、温度を上げてもクラック等は発生しない。
この後は、図示はしないが、一般的に行われている有機エレクトロルミネッセンス表示装置の組立工程で行えばよい。
上記実施例では、第３基板３２７の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であるため、転写後の耐熱性を上げることができる。よって、安価なプラスチック基板を用いることができるようになるため、製造コストの低減が可能となるという利点がある。
本発明の薄膜デバイスの製造方法、薄膜デバイス、液晶表示装置およびエレクトロルミネッセンス表示装置は、各種表示装置の用途に適用できる。
１２１…薄膜デバイス層、１２３…第１接着層、１２４…第２基板、１２６…第２接着層、１２７…第３基板
Claims (6)
- 第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、
化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、
前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、
前記第２基板を分離または除去する工程と
を備えた薄膜デバイスの製造方法において、
前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下である
ことを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。 - 前記第３基板は、
偏光子と、
前記偏光子を支える支持体と
から構成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 前記第３基板の支持体は複屈折を有し、
前記偏光子は前記薄膜デバイス層側に設けられ、
前記薄膜デバイス層の外側に前記偏光子を介して前記支持体が貼り付けられている
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、
化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、
前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、
前記第２基板を分離または除去する工程と
により製造される薄膜デバイスにおいて、
前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下である
ことを特徴とする薄膜デバイス。 - 第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、
化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、
前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、
前記第２基板を分離または除去する工程と
により製造される薄膜デバイスを用いた液晶表示装置において、
前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下である
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 第１基板上に薄膜デバイス層を形成した後に前記薄膜デバイス層上に第１接着層を介してもしくは被覆層と第１接着層とを介して第２基板を接着する工程と、
化学処理および機械的研磨処理および紫外線照射処理の少なくとも一つの処理を含む工程により前記第１基板を完全または部分的に分離または除去する工程と、
前記薄膜デバイス層の第１基板が形成されていた側または部分的に残した第１基板を、第２接着層を介して第３基板に接着する工程と、
前記第２基板を分離または除去する工程と
により製造される薄膜デバイスを用いたエレクトロルミネッセンス表示装置において、
前記第３基板の線膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以下である
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
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