JP2006237542A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
フィルム基材上に半導体素子を形成する製造工程中で、フィルム基材の変形をなくしてフィルム基材の取り扱いを容易にすることで、フィルム基材上に半導体素子を容易に、且つ高精度に形成する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
支持体１１上に加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することにより剥離強度が低下する接着層もしくは粘着層からなる固定化層２１を形成し、ラミネーターにてフィルム基材３１を貼り合わせる。フィルム基材３１上にドライバ回路４１及び画素部ＴＦＴ回路４２を形成し、アクティブマトリックス積層体４０を作製する。アクティブマトリックス積層体４０と電気泳動表示部５０とを貼り合わせ、固定化層２１を加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することにより、支持体１１を剥離し、半導体装置１００を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、軽量薄型柔軟な半導体装置を得るための製造方法に関する。

なお、ここで言う半導体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、電気
光学装置、発光装置、半導体回路および、電子機器の全てを含む。

各種半導体装置のうち、液晶表示装置や、電界発光表示装置、電気泳動型表示装置等のアクティブマトリックス基板は絶縁表面を有する基板の表面にフォトリソグラフィーなどの方法を用いて薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）を形成する。

一般的にＴＦＴを作製する際の金属や半導体、絶縁体を成膜する工程は高温処理を伴うため、用いる基板には耐熱性の優れる材質が必要であり、石英ガラスや耐熱ガラスが用いられている。

また、これらの表示装置の応用例として携帯機器や大型壁掛テレビへの利用が注目されている。

現在、ＴＦＴの基板として用いられている石英ガラスや耐熱ガラスは耐熱性に優れるが重く割れやすい欠点があり、基板を軽量化、薄型化するためガラス基板などに代えてプラスチックシートを基板として用いた半導体装置の作製が試みられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２４３９４３号公報

通常、耐熱ガラス基板を用いたＴＦＴの作製工程では４００℃から５００℃程度の熱がかかる。一方、一般的なプラスチックフィルムのガラス転移温度Ｔｇは２００℃以下であ
り、フィルム基材上に直接ＴＦＴを作製することはできなかった。

フィルム基材上に熱をかけずにＴＦＴを形成する方法として、ガラス基板上にＴＦＴを形成した後に、ガラス基板からフィルム基材に半導体素子と回路を転写する方法が考案されているが、ガラスもしくはフィルム基材に直接ＴＦＴを作製する方法と比較して製造方法が複雑となりコストが高くなる欠点がある。

また、フィルム基材上に直接ＴＦＴを形成するため、工程温度を下げる試みがなされているが、良好な電気特性のＴＦＴを形成するためには少なくとも１２０℃から１８０℃の工程温度は必要と考えられる。

しかし、その工程温度条件においてもフィルム基材の熱寸法変化は大きく、電気特性上の問題となっている。

また、フィルム基材単体の搬送や位置合せなどの取り扱いをガラス基板と同じように行うのは変形などの問題があり、困難である。

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、フィルム基材上に半導体素子を作製する際の工程温度によるフィルム基材の熱寸法変化を抑制することと、フィルム基材の変形をなくしてフィルム基材の取り扱いを容易にすることで、フィルム基材上に半導体素子を容易に、且つ高精度に形成する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず、請求項１においては、フィルム基材上に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法であって、前記フィルム基材を支持体に固定する工程と、固定されたフィルム基材上に半導体素子を形成する工程と、前記フィルム基材を前記支持体から剥離する工程とを少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項２においては、前記フィルム基材が固定化層を介し前記支持体に固定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項３においては、前記固定化層は、加熱、冷却又は電離放射線照射により接着性又は粘着性が低下する接着層又は粘着層からなり、前記剥離工程で固定化層を加熱、冷却又は電離放射線照射することにより、接着性又は粘着性を低下させることで剥離強度を低下させ、前記フィルム基材と前記支持体を剥離することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項４においては、前記支持体の融点が５００℃以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項５においては、前記支持体の線膨張係数が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項６においては、前記支持体の厚さが０．４ｍｍ以上であることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項７においては、前記固定化層の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

また、請求項８においては、半導体が単元素半導体、酸化物半導体または、有機半導体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法としたものである。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、加熱、冷却又は電離放射線照射により接着性又は粘着性が低下する固定化層にて支持体上とフィルム基材とを固定することによって、フィルム基材の熱寸法変化と変形を抑制することができ、半導体素子の電気特性低下を抑制し、各製造工程における取り扱い性を向上させることができ、容易に且つ高精度に半導体装置をフィルム基材上に作製することができる。

また、プロセスが終了した時点で固定化層を加熱、冷却又は電離放射線照射することにより、支持体とフィルム基材とを容易に剥離することができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、支持体上にフィルム基材を固定した状態でフィルム基材上に半導体装置を作製し、その後に、フィルム基材を支持体から剥離することでフィルム基材上に半導体装置を作製するものである。

よって、本発明ではフィルム基材を支持体に固定した状態で取り扱うので、石英ガラスや、耐熱ガラスと同様の搬送装置や位置合わせ装置が使用でき、フィルム基材上に半導体装置を容易に且つ高精度に作製できる。

請求項１に係る支持体上にフィルム基材を固定する工程では、接着剤を支持体あるいはフィルム基材上にスピンコート法やダイコート、グラビアなどの印刷法で塗布するか、粘着テープ等を貼付することで固定化層を形成した後、ラミネーターで当該フィルム基材を支持体に固定する。

固定化層は加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することにより剥離強度が低下する接着剤もしくは粘着剤からなる接着層もしくは粘着層で構成されており、剥離工程で、固定化層を加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することにより剥離強度を低下させて、支持体から半導体装置が形成されたフィルム基材を容易に剥離できるようにしている。

フィルム基材の熱寸法変化と取り扱い性は支持体に依存するところが大きく、フィルム基材の熱寸法変化を抑制するには当該支持体の融点を５００℃以上、線膨張係数を１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、支持体の取り扱いの点から当該支持体の厚さは０．４ｍｍ以上であることが好ましい。

フィルム基材と支持体を固定するために設けられた固定化層はフィルム基材の熱寸法変化をフィルム基材と固定化層と支持体の積層体内のせん断応力によって抑制することを特徴とする。

固定化層の厚さは、下記の数１に示すＶｏｉｇｔとＭａｘｗｅｌｌの粘弾性の式（引用文献；『接着ハンドブック第３版』日本接着学会）より、熱寸法変化を抑制するせん断応力を与えるためには薄いことがよい。また、上記文献よりせん断強さは接着層が非常に薄くなると急速に低下する欠膠がおこるので、固定化層の厚さは１μｍから１００μｍが好ましい。

通常、フィルム基材として使用されているプラスチック材料は線膨張係数が大きく、加熱と冷却の工程において大きな熱寸法変化を生ずる。フィルム基材を支持体に固定して、加熱する際にはフィルム基材と支持体の線膨張係数が異なることから、フィルム基材と、支持体の間にはせん断応力（基材間のせん断応力）がかかる。

また、フィルム基材をガラス点移転温度程度まで加熱する際にはフィルム基材の熱収縮により、フィルム基材と支持体の間には基材間のせん断応力がかかる。これらの基材間のせん断応力より、接着剤や粘着材の破壊が始まるせん断強さの方が大きな場合には、基材間のせん断応力と接着剤もしくは粘着材がフィルム基材と支持体間に及ぼすせん断応力とが釣り合い、フィルム基材の寸法変化と変形を抑制することができる。

本発明の実施の形態として、電気泳動表示装置のアクティブマトリックスの製造に適用した例を説明する。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す模式構成断
面図である。

図２は、本発明の半導体装置の製造方法にて作製した半導体装置の一実施例を示す模式構
成断面図である。

まず、支持体１１上に加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することにより剥離強度が低下する接着層もしくは粘着層で固定化層２１を形成し、ラミネーターにてフィルム基材３１を貼り合わせる（図１（ａ）参照）。

このとき、フィルム基材３１の全面を支持体１１に固定することによって、部分的に固定したときと比較して応力ムラがなく、フィルム基材３１全面におよぶせん断応力によって熱寸法変化が抑制され、フィルム基材３１が変形することによる取り扱いの不便さを解消できる。

支持体１１としては、石英ガラスや耐熱ガラス、金属やセラミック等の融点が５００℃以上の材質を用いる。また、支持体１１の線膨張係数は１０ｐｐｍ以下で、機械強度や取り扱い性の点から支持体１１の板厚は０．４ｍｍ以上であればよい。

固定化層２１として用いる接着層としては、ユリア樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、酢酸ビニル樹脂系溶剤形接着剤、天然ゴム系溶剤形接着剤、酢酸ビニル樹脂系エマルジョン形接着剤、酢酸ビニル共重合樹脂系エマルジョン形接着剤、ＥＶＡ樹脂系エマルジョン形接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン形接着剤、イソシアネート系接着剤、合成ゴム系ラテックス型接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、ポリウレタン系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などを用いることができる。

固定化層２１として用いる粘着層としては、アクリル系粘着剤、シリコーン系、天然ゴム系粘着剤、合成ゴム系粘着剤などを用いることができる。

また、微小な吸盤が形成されている樹脂膜もしくは、平面の基材との密着性の高い軟質の
シリコーンゴムなどの樹脂膜のような吸着性もしくは付着性を有した材料を用いることが
できる。

フィルム基材３１としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などのプラスチックシートが使用できる。

次に、フィルム基材３１上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、データ線、ソース線、パッシベーション膜、コンタクトホール及び画素電極を順次形成してドライバ回路４１及び画素部ＴＦＴ回路４２を形成し、アクティブマトリックス積層体４０を作製する（図１（ｂ）参照）。

前記の電極材料としてはＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｍｎなどの金属や、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリピロールなどの導電性高分子などを用いる事ができる。

前記の半導体材料としては、ＳｉやＧｅなどの単元素半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＩｎＧａＺｎＯ系、ＩｎＧａＯ系、ＺｎＧａＯ系、ＩｎＺｎＯ系、ＺｎＯなどの酸化物半導体や、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ(P-フェニレンビニレン)類、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などの有機半導体を用いることができる。

ゲート絶縁膜やパッシベーションなどの絶縁材料はＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２などの無機材料やポリビニルフェノール、ポリパラキシレン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シアノエチルプルランなどの樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの有機材料を用いることができる。

電極や絶縁層、半導体層などの要素を形成する方法としては、スパッタやレーザーアブレーション、有機金属化学気相成長等などで成膜し、フォトリソなど公知の方法でパターン形成する方法を用いることができる。

また、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサなどの印刷的手法でパターンを形成する方法を用いることができる。

ドライバ回路４１と画素部ＴＦＴ回路４２は同一基板上に形成しても良く、別基板上に形成したドライバ回路を画素部ＴＦＴ回路に接合しても良い。

次に、アクティブマトリックス積層体４０とフィルム基材３２上に透明電極５１、保護層６１及び電気泳動分散層６２が形成された電気泳動表示部５０とをラミネートする（図１（ｃ）及び（ｄ）参照）。

次に、固定化層２１を加熱、冷却、紫外線照射、電子線照射及び放射線照射することによってアクティブマトリックス積層体４０と支持体１１とを剥離し、フィルム基材３１上にアクティブマトリックスと電気泳動表示部５０が形成された半導体装置１００を得る（図１（ｅ）参照）。

ここで、フィルム基材３１を支持体１１に固定した際の固定化層２１はフィルム基材３１または支持体１１に付着した状態でもよく、必要であれば除去する。

以下、支持体１１とフィルム基材３１との貼り合わせ、剥離を加熱、冷却及び紫外線照射によって粘着力が低下する粘着層からなる固定化層２１を用いた事例について説明する。

加熱によって粘着力が低下する粘着層からなる固定化層２１を用いた事例では、まず、加熱によって粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきの両面テープを支持体１１に貼りあわせて固定化層２１を形成した後、支持体１１とフィルム基材３１をラミネートし、フィルム基材３１を支持体１１に固定する。

次に、支持体１１とフィルム基材３１との剥離は、固定化層２１を加熱処理することにより、粘着力を低下させることにより行う。

ここで、加熱により粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきプラスチックシートとしては、例えば、ソマール株式会社製の「ソマタック」や、日東電工株式会社製の「リバアルファ」、ニッタ株式会社製の「インテリマーテープ ウォームオフタイプ」などがあり、粘着力低下は１８０℃以下で可能で、フィルム基材３１に損傷を与えずに容易に剥離することができる。

冷却によって粘着力が低下する粘着層からなる固定化層２１を用いた事例では、まず、冷却によって粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきの両面テープを支持体１１に貼りあわせて固定化層２１を形成した後、支持体１１とフィルム基材３１をラミネートし、フィルム基材３１を支持体１１に固定する。

次に、支持体１１とフィルム基材３１との剥離は、固定化層２１を冷却処理することにより、粘着力を低下させることにより行う。

ここで、冷却により粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきプラスチックシートとしては、例えば、ニッタ株式会社製の「インテリマーテープ クールオフタイプ」などがあり、粘着力低下は２０℃から６０℃の範囲に設定することが可能で、フィルム基材３１に損傷を与えずに容易に剥離することができる。

紫外線照射によって粘着力が低下する粘着層からなる固定化層２１を用いた事例では、まず、紫外線照射によって粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきの両面テープを支持体１１に貼りあわせて固定化層２１を形成した後、支持体１１とフィルム基材３１をラミネートし、フィルム基材３１を支持体１１に固定する。

次に、支持体１１とフィルム基材３１との剥離は、固定化層２１を紫外線照射処理することにより、粘着力を低下させることにより行う。

ここで、紫外線照射により粘着力の低下する粘着材を用いた粘着層つきプラスチックシートとしては、例えば、積水化学工業株式会社製の「セルファ」や、日東電工株式会社製の「エレップホルダー」、古河電気工業株式会社製の「ＳＰ−５７５Ｂ−１５０」などがあり、紫外線照射することにより、フィルム基材３１に損傷を与えずに容易に剥離することができる。

（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を工程順に示す模式構成断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を用いて作製した半導体装置の一実施例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１１……支持体
２１……固定化層
３１、３２……フィルム基材
４０……アクティブマトリックス積層体
４１……ドライバ回路
４２……画素部ＴＦＴ回路
５０……電気泳動表示部
５１……透明電極
６１……保護層
６２……電気泳動分散層
１００……半導体装置

Claims (8)

1. フィルム基材上に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法であって、前記フィルム基材を支持体に固定する工程と、固定されたフィルム基材上に半導体素子を形成する工程と、前記フィルム基材を前記支持体から剥離する工程とを少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記フィルム基材が固定化層を介し前記支持体に固定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記固定化層は、加熱、冷却又は電離放射線照射により、接着性又は粘着性が低下する接着層又は粘着層からなり、前記剥離工程で固定化層を加熱、冷却又は電離放射線照射することにより、接着性又は粘着性を低下させることで剥離強度を低下させ、前記フィルム基材と前記支持体を剥離することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記支持体の融点が５００℃以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記支持体の線膨張係数が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記支持体の厚さが０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記固定化層の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 上記半導体が、単元素半導体、酸化物半導体または、有機半導体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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