JP2005216887A - 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】溶接により、素子形成基板と支持基板と接合されている状態で素子形成基板に薄膜デバイス層を形成した後、素子形成基板より支持基板を分離することで、既存の装置と既存のプロセスを使用し、かつ薄膜デバイス層を形成した後に大量の薬液を使わずに、基板を薄くした薄膜デバイスを得ることを可能とする。
【解決手段】支持基板１１に支えられた素子形成基板１２に薄膜デバイス層１３を形成する工程を備えた薄膜デバイス１０の製造方法であって、支持基板１１と素子形成基板１２とは一部が溶着接合されていて、素子形成基板１２上に薄膜デバイス層１３を形成した後に支持基板１１から素子形成基板１２を分離する。
【選択図】図１
【解決手段】支持基板１１に支えられた素子形成基板１２に薄膜デバイス層１３を形成する工程を備えた薄膜デバイス１０の製造方法であって、支持基板１１と素子形成基板１２とは一部が溶着接合されていて、素子形成基板１２上に薄膜デバイス層１３を形成した後に支持基板１１から素子形成基板１２を分離する。
【選択図】図１
Description
本発明は、基板の薄型化が容易な薄膜デバイスの製造方法、その製造方法で形成される薄膜デバイス、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。
現在、パッシブマトリックス用のガラス基板では０．４ｍｍ〜０．７ｍｍの厚みのものが用いられ、アクティブマトリックス用のガラス基板では、０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度の厚みの基板が使用されている。これらの基板の薄型化も検討されているが、基板が薄くなると、大型のガラス基板は自重で極度に撓み、割れやすくなる。そのため、従来の液晶表示素子の製造ラインにおいて、ガラス基板を洗浄後乾燥する際にエアナイフの圧力によって大きく撓み、完全に乾燥させることが難しくなる。また、成膜工程においては、膜の応力によってガラス基板に反りが発生し、ロボットによる搬出が困難となり、ガラス基板に割れが生じる。フォトリソグラフィー工程では、スピン回転によるレジストコート時に、応力緩和のために回転速度を、例えば１２００ｒｐｍから７００ｒｐｍまで下げる必要が生じるが、回転速度をこのように下げると所定の膜厚を得ることが難しくなる。
そこで、液晶表示素子の軽量薄型化を進めるため、軽くて変形にも強いプラスチック基板にトランジスタを形成する研究も盛んに行われている。しかしながら、プラスチック基板にトランジスタを形成する方法では、基板の耐熱性が低いために３００℃程度の化学的気相成長（ＣＶＤ）工程を行うことができず、２００℃以下のプロセスが求められるため、ゲート絶縁膜が粗悪となり、トランジスタ特性にヒステリシスが発生するなど、動作が不安定になるという信頼性の問題が生じている。また、プラスチック基板にトランジスタを形成する方法には、トランジスタの動作特性を向上させるための水素化アニールを行うことができないというプロセス課題がある。この他、基板が透湿性を持つため、水分が基板を通過し、薄膜デバイスや液晶、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）などに悪影響を与え、信頼性上問題となる。
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開示されている。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。しかしながら、特開平１０−１２５９３０号公報に開示された技術では、大面積を均一に剥離することが難しく、また特開２００３−６８９９５号公報に開示された技術では、基板をエッチングで除去するため大量の薬液が必要となり、コスト的、環境的な課題がある。
それらを解決する手段として、２枚のガラスを貼り合わせ１枚の基板とし、薄膜デバイスを製造後、２枚のガラスを分離し基板の薄型化を可能とする技術（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。
特開２００２−７２１７６号公報に開示された技術では、２枚のガラスを部分接合するのに紫外線接着剤を使用している。そのため、基板としての耐熱性が低くなる、部分接合したガラス基板の厚さにばらつきが生じるなどの問題がある。またガラス基板の厚さにバラツキが大きくなると、リソグラフィー技術を使用する際に、光の焦点が基板内で合わなくなるため問題となる。
本発明の薄膜デバイスの製造方法は、支持基板に支えられた素子形成基板に薄膜デバイス層を形成する工程を備えた薄膜デバイスの製造方法であって、前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されていて、前記薄膜デバイス層を形成した後に前記支持基板と前記素子形成基板とを分離することを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。
ことを最も主要な特徴とする。
ことを最も主要な特徴とする。
本発明の薄膜デバイスは、素子形成基板に薄膜デバイス層を形成してなる薄膜デバイスであって、前記素子形成基板は、前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板に前記薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してな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、素子形成基板に液晶を駆動する薄膜デバイス層が形成された薄膜デバイスと、前記薄膜デバイスの薄膜デバイス層側に間隔を置いて対向させた対向基板と、前記薄膜デバイスと前記対向基板との間に封止された液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記薄膜デバイスは、前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板における前記支持基板とは反対側の面に薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してな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、素子形成基板にエレクトロルミネッセンス発光を行う薄膜デバイス層が形成された薄膜デバイスを用いて形成されたエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記薄膜デバイスは、前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板における前記支持基板とは反対側の面に薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してな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、支持基板と素子形成基板とは、支持基板と素子形成基板とは一部が溶着接合されていて、薄膜デバイス層を形成した後に支持基板と素子形成基板とを分離するため、予め、素子形成基板を薄く形成しておくことができるので、薄い基板上に薄膜デバイス層を形成した薄膜デバイスを製造できるという利点がある。また、薄膜デバイスを形成する際には、既存の装置と既存のプロセスを使用することができ、なおかつ、大量の薬液を使わずに薄膜デバイス層を形成した後に基板を薄くすることができる。
本発明の薄膜デバイスは、支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、素子形成基板に薄膜デバイス層を形成した後、素子形成基板より支持基板が分離されてなるため、予め、素子形成基板を薄く形成しておくことができるので、薄い基板上に薄膜デバイス層を形成した薄膜デバイスとなるという利点がある。
本発明の液晶表示装置は、本発明の薄膜デバイスを用いたため、上記説明した薄膜デバイスと同様の作用効果を得ることができるという利点がある。
本発明の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たため、上記説明した薄膜デバイスと同様の作用効果を得ることができるという利点がある。
既存の装置と既存のプロセスを使用し、かつ薄膜デバイス層を形成した後に大量の薬液を使わずに基板を薄くした薄膜デバイスを得るという目的を、支持基板と素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、薄膜デバイス層を形成した後に支持基板と素子形成基板とを分離することで薄膜デバイスを得ることを実現した。
本発明の薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイスは以下の原理を利用している。すなわち、２枚の基板として、支持基板と素子形成基板とを用意し、それぞれの基板同士を接合するのに溶接を用いる。通常、ガラスに熱を加えると溶融するがガラス同士を密接させ熱を加えるとガラスの溶接現象が起こる。本発明では、基板に例えばガラス基板を用い、この現象を利用することによって、２枚の基板同士を貼り合わせ接合する。薄膜デバイス層を形成した後の分離工程の際、薄膜デバイス層の形成領域が溶接されないように不使用領域を接合することが望ましい。また、２枚の基板は、同じものを使用することが望ましい。これは、異種の基板材料を使用すると、過熱時に膨張係数差により剥離する恐れがあるためである。
ここで、本発明の薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイスの実施の形態を、図１の概略構成図によって説明する。
図１（１）に示すように、支持基板１１と薄い素子形成基板１２とを用意し、レーザ−溶接技術もしくはランプ加熱溶接技術によって、予め、支持基板１１と素子形成基板１２とをパネル形成領域を除く領域の一部を用いて溶接しておく。その結果、例えばレーザー光が照射されて支持基板１１と素子形成基板１２とが溶着された溶着接合部１５によって、支持基板１１と素子形成基板１２とが接合される。その詳細については、後述の実施例で説明する。そして、図１（２）に示すように、素子形成基板１１に薄膜デバイス層１３を形成する。その際、上記溶着接合部１５上にかからないように形成することが好ましい。その後、図１（３）に示すように、素子形成基板１２より支持基板１１を分離することにより、薄い素子形成基板１２に薄膜デバイス層１３が形成された薄膜デバイス（アクティブ基板）１０が完成する。上記分離の際には、支持基板１１側に溶着接合部１５が残るようになる。
上記薄膜デバイス層１３を形成した後に、貼り合わされている基板同士を分離する際には、薄膜デバイス層１３が形成された素子形成基板１２の支持基板１１と接合されていない領域を切り離すことが一番簡単なため、基板同士を全面貼り合わせるのではなく、部分的に接合することが必要となっている。
また、上記支持基板１１と薄い素子形成基板１２とを貼り合わせた基板に、スピンコーター等による強い外力がかかる場合であっても、基板同士の溶着による接合であるため、基板同士が剥がれることはない。また紫外線効果型接着剤のような接着剤による接合でもないため、薄膜デバイス層１３を形成する際に、高温処理を行うことが可能となる。
また、上記支持基板１１と上記素子形成基板１２とは、同一材質のものを使用することが望ましい。これは、異種の材料（例えばガラス）を使用すると、加熱熱時に膨張係数差により剥離する恐れがあるためである。
以上の手段を用いることによって、耐熱性やガラス厚のばらつきの問題はなくなり、既存の装置で既存のプロセスにより薄膜デバイス層を形成でき、薄膜デバイス層を形成した後の基板を容易に薄くすることが可能となる。
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１実施例を、図２〜図１５の製造工程図によって説明する。
図２に示すように、支持基板１０１を用意する。この支持基板１０１には、一例として、厚さ０．６７ｍｍのガラス基板を用いる。また、素子形成基板を用意する。この素子形成基板１０２には、一例として、厚さ０。０３ｍｍのガラス基板を用いる。これらの支持基板１０１と素子形成基板１０２とを重ね合わせる。
次に、図３に示すように、重ね合わせた上記支持基板１０１と素子形成基板１０２とをステージ４０１上に載置するとともにステージ４０１に設けられたもので基板をステージ４０１表面に吸着させる吸引口４０２を負圧力にすることで、ステージ４０１上に支持基板１０１を真空吸着で固定する。その後、ステージ４０１を移動させながら、図４に示すように、素子形成基板１０２の不使用領域１０２Ｎの一部に、レーザー光（図示せず）を照射して、例えば複数のパネル領域１０４を一括して囲むように連続的に、上記支持基板１０１〔前記図２参照〕と素子形成基板１０２とを溶接する。もしくは、断続的に溶接してもよく、または個々のパネル領域を囲むように連続的もしくは断続的に溶接してもよい。図面においてレーザー光照射領域１５１を太い実線で示す。上記レーザー光には、例えば波長が９．４μｍ、周波数８１ＭＨｚをパルス出力する炭酸ガスレーザー装置を使用した。この炭酸ガスレーザー装置は、平均出力は最大で２２５Ｗであり、上記溶接加工では、パルス周期とパルス幅を制御することにより最適な条件を見出すことができる。例えば、上記溶接時のレーザー加工条件としては、一例として、パルス周期を２００μｓ、パルス幅を４μｓに設定した。上記レーザー溶接に用いるレーザー溶接装置は、炭酸ガスレーザー加工装置に限定されず、ガラス基板同士の溶接が可能なものであればよい。
その結果、図５に示すように、支持基板１０１と素子形成基板１０２とがレーザー光（図示せず）が照射された溶着部１０３で接合され、貼り合わされた支持基板１０１と素子形成基板１０２との合計の厚さが０．７ｍｍの厚さの接合基板が完成した。
次に、上記接合基板の素子形成基板１０２上に薄膜デバイス層を形成する方法を、図６によって説明する。
図６に示すように、上記素子形成基板１０２上に、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、素子形成基板１０２上にゲート電極１０５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１０５に形成した。このゲート電極１０５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。上記スパッタリング時に基板１０４が真空下に置かれるが、上記支持基板１０１と素子形成基板１０２とが溶接されている（溶着部の図示は省略した。）ため、上記支持基板１０１と素子形成基板１０２とが剥離することはなかった。またフォトリソグラフィー技術を使用する際にレジストを回転塗布法により塗布したが、上記支持基板１０１と素子形成基板１０２とが剥離することはなかった。
次いで、ゲート電極１０５上を被覆するようにゲート絶縁膜１０６を形成した。ゲート絶縁膜１０６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１０７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１０８、ｎ+型ドープ領域からなるポリシリコン層１０９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１０７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１１０を形成した。このストッパー層１１０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１１１を形成した。このパッシベーション膜１１１上に、各ポリシリコン層１０９に接続するソース電極１１２およびドレイン電極１１３を形成した。各ソース電極１１２およびドレイン電極１１３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１１２およびドレイン電極１１３形成した後、カラーフィルター１１４を形成した。カラーフィルター１１４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１１４には、ソース電極１１２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１１４Ｃ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１１５を形成した。保護膜１１５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１１５には、ソース電極１１２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１１５Ｃを形成した。その後、ソース電極１１２に接続する画素電極１１６を形成した。この画素電極１１６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、支持基板１０１に支持された素子形成基板１０２上に薄膜デバイス層１１８が形成された薄膜デバイス１００（以下、アクティブ基板という）を作製することができた。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、対向基板の製造例を、図７の概略構成断面図によって説明する。
図７に示すように、対向基板として、支持基板１２１と電極形成基板１２２を貼り合わせたものを使用した。そして上記電極形成基板１２２に共通電極１２３を形成した。この共通電極１２３は、一例として、スパッタ法によってインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）を堆積して形成した。なお、上記支持基板１２１と電極形成基板１２２との貼り合わせは、前記支持基板１２１と前記電極形成基板１２２との溶着接合と同様に、例えばレーザー光照射により形成することができる。このようにして、支持基板１２１に電極形成基板１２２が支持された対抗基板１２０を形成することができた。その後、電極形成基板１２２を所望の大きさに切断する。切断方法は、例えば次に説明する支持基板１０１から素子形成基板１０２を切り離すレーザー切断加工技術を採用することができる。
次に、支持基板１０１から素子形成基板１０２を切り離す工程について説明する。この切り離し技術には、既存のレーザー光を照射して切断するレーザー切断加工技術を用いることができる。図８に示すように、破線で示す切断領域（レーザー光照射領域）１６１は、素子形成基板１０２の不使用領域１０２Ｎにおいて、溶着接合部１０３の内側でかつ複数のパネル領域１０４を囲むようにレーザー光を連続的に照射する。もしくは個々のパネル領域１０４を囲むように連続的に照射してもよい。上記レーザー光には、例えば波長が９．４μｍ、周波数８１ＭＨｚをパルス出力する炭酸ガスレーザー装置を使用した。この炭酸ガスレーザー装置は、平均出力は最大で２２５Ｗであり、上記切断加工では、パルス周期とパルス幅を制御することにより最適な条件を見出すことができる。例えば、上記切断時のレーザー加工条件としては、パルス周期を１０μｓ、パルス幅を２μｓに設定した。上記レーザー切断に用いるレーザー溶接装置は、炭酸ガスレーザー加工装置に限定されず、ガラス基板の切断が可能なものであればよい。
この結果、図９に示すように、レーザー照射した領域に切断領域１６２が形成される。その結果、素子形成基板１０２と支持基板１０１とを切り離すことができる。以上の工程により、薄膜デバイス層（図示せず）の形成された素子形成基板１０２が支持基板１０１から分離される。なお、素子形成基板１０２を支持基板１０１から分離する際に、部分的に切断面において支持基板１０１と素子形成基板１０２とが溶着を起こすことがあるが、その場合には機械的に溶着部分を剥がしとることにより素子形成基板１０２を支持基板１０１から分離できる。なお、上述したように、この分離方法は、対向基板１２０における支持基板１２１から電極形成基板１２２を分離する方法にも同様にして適用することができる。
次に、図１０に示すように、支持フィルム１２６に接着剤１２７を塗布し、素子形成基板１０２と支持フィルム１２６を重ね合わせる。上記支持フィルム１２６には、例えばプラスチックフィルムを用い、プラスチックフィルムとしては例えばポリカーボネートフィルムを用いる。また上記接着剤１２７には、例えば紫外線硬化接着剤を用いる。そして接着剤中の気泡をなくすために減圧脱泡し、続いて紫外線を照射し接着剤１２７を硬化させ支持フィルム１２６と素子形成基板１０２とが接着したアクティブ基板１００が完成した。
また、図１１に示すように、上記アクティブ基板１００と同様に、対向基板１２０についても、支持フィルム１２８に接着剤１２９を塗布し、電極形成基板１２２と支持フィルム１２８を重ね合わせる。上記支持フィルム１２６には、例えばプラスチックフィルムを用い、プラスチックフィルムとしては例えばポリカーボネートフィルムを用いる。また上記接着剤１２９には、例えば紫外線硬化接着剤を用いる。そして接着剤中の気泡をなくすために減圧脱泡し、続いて紫外線を照射し接着剤１２９を硬化させ支持フィルム１２８と電極形成基板１２２とが接着した対向基板１２０が完成した。
次に、図示はしないが、上記対向基板１２０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１２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１２０には多数のスペーサー１３１を散布した。
その後、真空中でアクティブ基板１００に液晶１３０を滴下し、対向基板１２０と重ね合わせた。続いて、上記アクティブ基板１００と対向基板１２０とを加圧しながら紫外線を照射してシール剤を硬化させて、上記液晶１３０をアクティブ基板１００と対向基板１２０とで挟持した液晶基板１４０を形成した。
次に、図示はしないが、前記図３によって説明したのと同様にして、上記液晶基板１４０をステージ４０１上に載置するとともに、ステージ４０１に設けられた吸引口４０２を負圧力にすることで、ステージ４０１上に上記液晶基板１４０を真空吸着で固定する。
次に、図１３に示すように、パネル領域１０４が確保されるように、上記液晶基板１４０を例えば図面の破線で示す切断線にそって切断した。切断方法は、レーザー切断加工法を用いた。
次に、図１４に示すように、アクティブ基板１００および対向基板１２０の各外側に偏光板等の光学フィルム１２５を貼り付け、液晶表示装置１を完成させた。
本実施例で作製した液晶デバイスでは、剛性のある支持基板１０１に接合した素子形成基板１０２上に薄膜を形成するため、既存の装置と既存のプロセスを使用することができ、なおかつフッ酸を使用せずに、ガラスを薄くすることが可能である。
上記薄膜デバイスの製造方法は、支持基板１０１と素子形成基板１０２とは、不使用領域において一部分が溶着接合されており、薄膜デバイス層１１８を形成した後に支持基板１０１と素子形成基板１０２とが分離されるため、予め、素子形成基板１０２を薄く形成しておくことができるので、薄い基板上に薄膜デバイス層１１８を形成した薄膜デバイス１００を製造できるという利点がある。また、薄膜デバイス１００を形成する際には、既存の装置と既存のプロセスを使用することができ、なおかつ、大量の薬液を使わずに薄膜デバイス層１１８を形成した後に基板を薄くすることができる。
次に、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１５〜図１８の製造工程図によって説明する。この第２実施例は、前記第１実施例において、支持基板と素子形成基板の接合方法が異なるのみで、その他の工程は、上記第１実施例と同様である。したがって、ここでは、支持基板と素子形成基板との接合方法のみを説明する。
図１５に示すように、支持基板２０１を用意する。この支持基板２０１には、一例として、厚さ０．６７ｍｍのガラス基板を用いる。また、素子形成基板を用意する。この素子形成基板２０２には、一例として、厚さ０。０３ｍｍのガラス基板を用いる。これらの支持基板２０１と素子形成基板２０２とを重ね合わせる。
次に、図１６に示すように、素子形成基板２０２上にランプアニール防止用の保護マスク２４１を載せる。そして素子形成基板２０２の不使用領域２０２Ｎの少なくとも一部が露出するように上記保護マスク２４１からはみ出した領域が素子形成基板２０２と支持基板２０１との接合領域となる。例えば、第１実施例と同様に、線状に溶着接合部を形成してもよい。
次に、図１７に示すように、次に素子形成基板２０２を重ね合わせた支持基板２０１をアニール装置のステージ（図示せず）に設置する。光源２５１から射出される直接光、もしくは光源２５１の背面側に反射板２５２を設置した場合には反射板２５２により反射される反射光も含めて集光レンズ２５３により集光して、上記ステージを動かしながら重ね合わせた支持基板２０１と素子形成基板２０２の不使用領域の一部に光照射する。この結果、図１８に示すように、支持基板２０１と素子形成基板２０２の光照射された領域が溶融し、溶接領域２０３が形成される。その際、素子形成基板２０２上に保護マスク２４１〔前記図１７参照〕が設置されているので、パネル領域にまで溶融領域２０３は及ばない。
上記光源２５３には、キセノンアークランプを用いた。また、キセノンアークランプの加熱に入る前に予熱工程、後に冷却工程を入れることにより急激な温度変化が無くなり、ガラス基板からなる支持基板２０１および素子形成基板２０２の割れや変形を抑えることができた。
このように、支持基板２０２と素子形成基板２０２との間に溶着部２０３を形成することで支持基板２０１と素子形成基板２０２とを溶着した後の工程は、前記第１実施例で説明した素子形成基板上に薄膜デバイス層を形成する工程以降と同様な工程を行えばよい。
次に、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１９の製造工程図によって説明する。この実施例は、支持基板と素子形成基板との接合方法は、前記第１、第２実施例の製造方法を用いることができる。したがって、ここでは、エレクトロルミネッセンス表示装置に用いる薄膜デバイス層の形成方法のみを説明する。
上記第１実施例もしくは第２実施例で説明した支持基板と素子形成基板との接合方法を用いて、支持基板３０１と素子形成基板３０２とを不使用領域において溶着によって接合した。ここでは、レーザー溶接技術により上記溶着を達成した。
次に、図１９に示すように、上記素子形成基板３０２上に、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、素子形成基板３０２上にゲート電極３０５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２０５に形成した。このゲート電極３０５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３０５上を被覆するようにゲート絶縁膜３０６を形成した。ゲート絶縁膜３０６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３０７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３０８、ｎ+型ドープ領域からなるポリシリコン層３０９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３０７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３１０を形成した。このストッパー層３１０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２１１を形成した。このパッシベーション膜３１１上に、各ポリシリコン層３０９に接続するソース電極３１２およびドレイン電極３１３を形成した。各ソース電極３１２およびドレイン電極３１３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。
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３１２、ドレイン電極３１３等を覆うように、パッシベーション膜３１１上に保護絶縁層３１４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３１２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３１４を取り除いた。
次に、保護絶縁層３１４上に、有機ＥＬ素子を形成した。有機ＥＬ素子は、アノード電極３１５と有機層とカソード電極３１８とで構成されている。アノード電極３１５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３１２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３１６と有機発光層３１７を積層させた構造とした。有機正孔輸送層３１６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３１７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３１８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３１８を覆う形で、パッシベーション膜３１９を形成した。今回、パッシベーション膜３１９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３１９は、その他、ＣＶＤ法、蒸着法などで形成してもよい。
以上の工程により、支持基板３０１に支持された素子形成基板３０２上に薄膜デバイス層３２０が形成された薄膜デバイス３００（以下、アクティブ基板という）を作製することができた。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、薄膜デバイス層３２０に保護フィルム（図示せず）を貼り付けた。この保護フィルムには例えば０．１ｍｍの厚さのポリカーボネートフィルムを用い、接着剤を用いて貼り付けた。
次に、図示はしないが、アクティブ基板３００を支持する支持基板３０１をパネルの大きさ、すなわちパネル形成領域が確保される大きさに切断した。切断には、レーザ切断加工装置を用いた。この結果、素子形成基板３０２上に薄膜デバイス層３２０を形成したアクティブ基板（薄膜デバイス）３００が得られる。
上記実施例で作製したエレクトロルミネッセンス表示装置では、剛性のある支持基板３０１に接合された素子形成基板３０２上に薄膜デバイス層３２０を形成するため、既存の装置と既存のプロセスを使用することができ、なおかつフッ酸によるガラスエッチングを使用せずに、ガラスからなる基板を薄くすることが可能である。
上記薄膜デバイスの製造方法は、支持基板３０１と素子形成基板３０２とは、溶着により接合されており、薄膜デバイス層３２０を形成した後に支持基板３０１と素子形成基板３０２とが分離されるため、予め、素子形成基板３０２を薄く形成しておくことができるので、薄い基板上に薄膜デバイス層３２０を形成した薄膜デバイス３００を製造できるという利点がある。また、薄膜デバイス３００を形成する際には、既存の装置と既存のプロセスを使用することができ、なおかつ、大量の薬液を使わずに薄膜デバイス層３２０を形成した後に基板を薄くすることができる。
上記支持基板と上記素子形成基板との接合はレーザー溶接、ランプ光照射による溶接の他に、例えばバーナーによる加熱による溶接技術を採用することもできる。すなわち、支持基板と素子形成基板とを不使用領域の一部において溶接できる手段であればよい。
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、薄いガラス基板を使用した液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置に適用するのに好適である。
１０…薄膜デバイス、１１…支持基板、１２…素子形成基板、１３…薄膜デバイス層、１５…溶着接合部
Claims (8)
- 支持基板に支えられた素子形成基板に薄膜デバイス層を形成する工程を備えた薄膜デバイスの製造方法であって、
前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されていて、
前記薄膜デバイス層を形成した後に前記支持基板と前記素子形成基板とを分離する
ことを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。 - 前記支持基板と前記素子形成基板とは不使用領域において部分的に接合されていて、
前記薄膜デバイス層を形成した後に分離する際、前記素子形成基板の非接合領域を切り離すことにより前記素子形成基板が前記支持基板から分離される
ことを特徴とする請求項１項記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 前記支持基板と前記素子形成基板との溶着接合は、
前記支持基板と素子形成基板との一部を加熱して溶接する
ことを特徴とする請求項１項記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 前記支持基板と前記素子形成基板との溶着接合は、
レーザー照射による溶接である
ことを特徴とする請求項１項記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 前記支持基板と前記素子形成基板との溶着接合は、
ランプ光照射による溶接である
ことを特徴とする請求項１項記載の薄膜デバイスの製造方法。 - 素子形成基板に薄膜デバイス層を形成してなる薄膜デバイスであって、
前記素子形成基板は、前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板に前記薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してなる
ことを特徴とする薄膜デバイス。 - 素子形成基板に液晶を駆動する薄膜デバイス層が形成された薄膜デバイスと、
前記薄膜デバイスの薄膜デバイス層側に間隔を置いて対向させた対向基板と、
前記薄膜デバイスと前記対向基板との間に封止された液晶層と
を備えた液晶表示装置において、
前記薄膜デバイスは、
前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板における前記支持基板とは反対側の面に薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してなる
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 素子形成基板にエレクトロルミネッセンス発光を行う薄膜デバイス層が形成された薄膜デバイスを用いて形成されたエレクトロルミネッセンス表示装置において、
前記薄膜デバイスは、
前記支持基板と前記素子形成基板とは一部が溶着接合されている状態で、前記素子形成基板における前記支持基板とは反対側の面に薄膜デバイス層を形成した後、前記素子形成基板を分離してなる
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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