JP2010003908A - 薄膜デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被転写体を良好に転写することが可能な製造技術を提供すること。
【解決手段】（ａ）剥離層(11)を第１基板(10)上に形成すること、（ｂ）絶縁膜、配線膜及び薄膜素子を含む被転写体(12)を剥離層上に形成すること、（ｃ）接着層(34)を介して被転写体と第２基板(40)とを接合すること、（ｄ）波長λのレーザー光を剥離層に照射することによって当該剥離層に剥離を生じさせること、（ｅ）被転写体から第１基板を分離することによって当該被転写体を第２基板上へ転写すること、を含み、（ｂ）において、絶縁膜のうちの剥離層と配線膜(22)との間に設けられた部分の厚さをＬ、当該部分の屈折率をｎ、任意の整数をｍ、とすると、Ｌ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たすように当該絶縁膜が形成される、薄膜デバイスの製造方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、素子転写法を利用して薄膜素子（例えば薄膜トランジスタ）を含む薄膜デバイスを製造する技術に関する。

素子転写法を利用した薄膜デバイスの製造技術の従来例は、例えば特開２００３−３１７７８号公報（特許文献１）に開示されている。従来の素子転写法においては、まず製造元基板上に剥離層を設け、この剥離層の上側に薄膜デバイスが形成される。次に、接着剤を用いて薄膜デバイスを転写先基板と接着する。次に、製造元基板を介して剥離層にレーザー光を照射すること等によって剥離層を加熱し、剥離層の密着力を低下させ、製造元基板を取り去る。これにより、薄膜デバイスが製造元基板から転写先基板上へ転写される。かかる素子転写法によれば、耐熱性が低い等、薄膜素子の形成に適しない基板上（例えば、プラスチック基板上）に薄膜素子を容易に製造することが可能となる。

しかしながら、上述した素子転写法を用いる場合において、剥離層に対するレーザー光の照射強度が強すぎると薄膜デバイスを損傷するおそれがある。一方で、剥離層に対するレーザー光の照射強度が弱いと剥離層に十分なエネルギーが与えられないことから剥離層の密着力が必要十分に低下せず、転写不良が発生するおそれがある。

特開２００３−３１７７８号公報

本発明に係る具体的態様は、被転写体を良好に転写することが可能な製造技術を提供することを一つの目的とする。

本発明に係る一態様の薄膜デバイスの製造方法は、転写法を用いた薄膜デバイスの製造方法であって、（ａ）剥離層を第１基板上に形成すること、（ｂ）絶縁膜、配線膜及び薄膜素子を含む被転写体を前記剥離層上に形成すること、（ｃ）接着層を介して前記被転写体と第２基板とを接合すること、（ｄ）波長λのレーザー光を前記剥離層に照射することによって当該剥離層に剥離を生じさせること、（ｅ）前記被転写体から前記第１基板を分離することによって当該被転写体を前記第２基板上へ転写すること、を含み、前記（ｂ）において、前記絶縁膜のうちの前記剥離層と前記配線膜との間に設けられた部分の厚さをＬ、当該部分の屈折率をｎ、任意の整数をｍ、とすると、Ｌ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たすように当該絶縁膜が形成される、薄膜デバイスの製造方法である。ここで、前記薄膜素子とは例えば薄膜トランジスタであり、前記配線膜とは例えばソースドレイン配線膜である。

上述した製造方法では、被転写体に含まれる絶縁膜のうち、剥離層と配線膜との間に設けられた部分の厚さに関して上記した所定の条件を満たすことにより光学的なマッチングを図っている。それにより、第１基板側から入射したレーザー光（ここでは「入射光」という。）と、この入射光が被転写体内の配線膜によって反射して発生した反射光とが剥離層に対して同位相で加わるので入射光と反射光との干渉が抑えられ、剥離層に効率良くエネルギーが与えられる。従って、剥離層の密着力をより効率良く低下させることが可能となるため、良好な転写が実現される。

好ましくは、前記被転写体は、平面視において前記被転写体の周縁に設けられた反射膜（例えば、金属膜などの導電膜）を更に含む。

第１基板側から入射したレーザー光（入射光）と、この入射光が反射膜によって反射して発生した反射光とが剥離層に対して同位相で加わるので入射光と反射光との干渉が抑えられ、剥離層の被転写体周縁に対応した部位においても効率良くエネルギーが与えられる。それにより、剥離層の被転写体周縁に対応する部位においても当該剥離層の密着力をより効率よく低下させることが可能となるため、良好な転写が実現される。特に、被転写体周縁での密着力の低下により被転写体の周囲から剥離ないしは亀裂が生じるので転写が更に容易になり、転写不良をより低減する効果が得られる。

上述した反射膜は、断面視において前記配線膜と同層に形成されることが好ましい。また、この反射膜は、例えば上記した配線膜と同一材料からなることも好ましい。

それにより、製造工程の簡素化が図られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る薄膜デバイスの構成について概略的に示す模式平面図である。図１（Ａ）は、第１基板（薄膜チップ製造基板）１０上に複数の薄膜チップ（被転写体）１２が形成された様子を示す図である。なお、図中では代表例としていくつかの薄膜チップ１２にのみ符号を付している。このように第１基板１０上に形成された薄膜チップ１２が転写先基板としての第２基板上へ転写されることによって、本実施形態に係る薄膜デバイスが製造される。製造工程の詳細については後述する。

図１（Ｂ）に示すように、各薄膜チップ１２はそれぞれ裏面に複数のパッド部１４を有する。また、各薄膜チップ１２は、平面視においてそれぞれの薄膜チップ１２の周縁に沿って設けられた反射膜１５を更に含む。図示の例では、この反射膜１５は閉じた環状に設けられているが、反射膜１５の形状はこれに限定されない。また、図１（Ｃ）に示すように、各薄膜チップ１２はそれぞれ複数の薄膜トランジスタ（薄膜素子）１６を含む。図中ではそのうちの一部として３つの薄膜トランジスタ１６が示されている。各薄膜トランジスタ１６は、それぞれ上記した複数のパッド部１４のいずれか１つと電気的に接続されている。

図２は、薄膜チップに含まれる薄膜トランジスタ等の構成を示す模式図である。詳細には、図２（Ａ）は薄膜トランジスタ等の模式平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に対応する模式断面図である。図２（Ｂ）に示すように、薄膜トランジスタ１６は、基板１０上に剥離層１１を介して形成されている。図２（Ａ）又は図２（Ｂ）に示すように、薄膜トランジスタ１６は、半導体膜１８と、この半導体膜１８の上層に配置されたゲート絶縁膜１７と、ゲート絶縁膜１７の上層であって半導体膜１８上に配置されたゲート配線膜２０と、を含んで構成されている。ゲート配線膜２０の上層には層間絶縁膜１９が配置されている。層間絶縁膜１９の上層にはソースドレイン配線膜２２、２４、２６が配置されている。層間絶縁膜１９の上層には、例えばアクリル等の樹脂膜からなるパッシベーション膜２１が設けられている。

ソースドレイン配線膜２２は、層間絶縁膜１９に設けられた開口（コンタクトホール）２２ａを介して半導体膜１８の一端側と接続されている。同様に、ソースドレイン配線２４は、層間絶縁膜１９に設けられた開口２４ａを介して半導体膜１８の他端側と接続されている。ソースドレイン配線２６は、一端側が層間絶縁膜１９に設けられた開口２６ａを介して半導体膜１８の略中央部と接続されており、他端側が層間絶縁膜１９に設けられた開口２６ｂを介して配線膜２８と接続されている。また、図２（Ｂ）に示すように、断面視において各ソースドレイン配線膜２２等と同層にパッド部１４及び反射膜１５が形成されている。なお、反射膜１５を各ソースドレイン配線膜２２等とは別層に設けても良い。

配線膜２８は、ソースドレイン配線２６とパッド部１４とを電気的に接続するためのものであり、上述したゲート配線膜２０と同一の材料を用いて同層に設けられている。ゲート配線膜２０は、図示のように２つの電極枝を有し、一方の電極枝がソースドレイン配線２２とソースドレイン配線２６の間に配置され、他方の電極枝がソースドレイン配線２４とソースドレイン配線２６の間に配置されている。

ここで、各層の構成の一例について説明する。第１基板１０は、薄膜トランジスタ１６の製造プロセス温度に対応する耐熱性を有することが必要であり、石英ガラス、ソーダガラス等が用いられる。第１基板１０の板厚は例えば０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度である。剥離層１１は、レーザー光の照射によってエネルギーが付与された際に層内や界面において剥離を生じるものであることが必要であり、例えば膜厚が１００ｎｍ程度の非晶質硅素膜（ａ−Ｓｉ）が用いられる。水素をある程度含有した非晶質硅素膜であることも好ましい。下地絶縁膜１３は、例えば膜厚が数百ｎｍ程度の酸化硅素膜（ＳｉＯ₂）である。ゲート絶縁膜１７は、例えば膜厚が数十ｎｍ程度の酸化硅素膜（ＳｉＯ₂）である。層間絶縁膜１９は、例えば膜厚が数百ｎｍ程度の酸化硅素膜（ＳｉＯ₂）である。これらの非晶質硅素膜、酸化硅素膜は、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によって形成することが可能である。また、ゲート配線膜２０は、例えば膜厚が５００ｎｍ程度のタンタル膜（Ｔａ）である。各ソースドレイン配線膜２２、２４、２６は、例えば膜厚が９００ｎｍ程度のアルミニウム膜（Ａｌ）である。また、本実施形態においては、パッド部１４及び反射膜１５も各ソースドレイン配線膜２２、２４、２６と同層に形成されており、例えば膜厚が９００ｎｍ程度のアルミニウム膜である。これらのパッド部１４、反射膜１５、ゲート配線膜２０、ソースドレイン配線膜２２、２４、２６は、それぞれ、例えばスパッタ法や蒸着法などの物理気相堆積法によって金属膜を成膜した後に当該金属膜をパターニングすることによって形成することが可能である。

図３及び図４は、薄膜デバイスの製造方法について示す模式断面図である。まず、第１基板１０上に設けられた剥離層１１上に、薄膜素子としての薄膜トランジスタ１６を含む薄膜チップ１２を形成する（図３（Ａ））。薄膜チップ１２については公知技術を用いて形成可能である。また、薄膜チップ１２の詳細構成については上述した図２に示した通りである。

このとき、下地絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１７及び層間絶縁膜１９からなる絶縁層については、剥離層１１と各ソースドレイン配線膜２２、２４、２６との間に設けられた部分の厚さをＬ（図３（Ａ）参照）とし、この部分の屈折率がｎであり、任意の整数をｍ、とすると、Ｌ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たすように形成される。ただし、λは、後述する工程において剥離層１１に照射されるレーザー光の波長である。例えば、本実施形態では下地絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１７及び層間絶縁膜１９はともに酸化硅素膜であるので、屈折率はｎ＝１．４９であるとする。また、レーザー光の波長を、例えばλ＝３０８ｎｍとする。これらの条件下において、任意の整数をｍ＝８と設定すると、上述した絶縁膜の厚さＬは、８２７ｎｍと導かれる。よって、この厚さの条件を満たすように下地絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１７及び層間絶縁膜１９が形成される。一例を示せば、下地絶縁膜１３の膜厚を２００ｎｍ、ゲート絶縁膜１７の膜厚を８０ｎｍ、層間絶縁膜１９を５４７ｎｍとすれば、Ｌ＝８２７ｎｍの条件が実現される。

次に、パッシベーション膜２１の一部を除去することにより、パッド部１４を部分的に露出させる開口２１ａを形成する（図３（Ｂ））。具体的には、開口２１ａを形成すべき箇所に孔３１ａを有するエッチングマスク３１をパッシベーション膜２１上に形成する（図３（Ａ）参照）。このようなエッチングマスク３１は、例えば、レジスト膜を成膜し、当該レジスト膜を露光及び現像することにより得られる。その後、このエッチングマスク３１を介して、ＣＦ₄ガス等を用いた反応性イオンエッチングを行うことにより、パッシベーション膜２１の一部（エッチングマスク３１の孔３１ａに対応する箇所）が除去される。それにより、パッド部１４の一部を露出させる開口２１ａが得られる。その後、エッチングマスク３１が除去される。そして、開口２１ａを介してパッド部１４と接するバンプ３２が形成される。バンプ３２は、例えば無電解めっき法等によってＮｉ／Ａｕを選択成長することによって形成し得る。

次に、接着層３４を介して薄膜チップ１２と第２基板４０とを接合する（図３（Ｃ））。接着層３４としては、例えば熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤などが用いられる。スクリーン印刷技術等を用いて接着層３４を塗布することにより、第１基板１０上に形成された複数の薄膜チップ１２のうち所望のものを選択的に第２基板４０と接合させることができる。第２基板４０としては、ガラス基板、プラスチック基板など種々のものを採用し得る。接着層３４としては、例えば、８０℃、３０分間の加熱処理によって硬化する熱硬化性接着剤が好適に用いられる。本実施形態における接着層３４としては、多数の微小な導電粒子を含む導電異方性接着剤が用いられており、図示のように接着層３４に含まれる導電粒子を介して第２基板４０側の配線膜４１と第１基板１０側のバンプ３２とが電気的に接続される。

次に、剥離層１１に対してエネルギーを付与することによって当該剥離層１１に剥離を生じさせる。本実施形態では、エネルギーの付与は、第１基板１０を介して剥離層１１にレーザー光を照射することによって行われる。このため、第１基板１０としては、本工程で使用されるレーザー光を透過するものであることが必要となる。レーザー光としては、例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザー装置を用いて発生させた波長λ＝３０８ｎｍのレーザー光が好適に用いられる。このレーザー光照射により、非晶質硅素膜からなる剥離層１１にアブレーションが生じ、剥離層１１の密着力が低下する。それにより、薄膜チップ１２が第１基板１０から分離し、第２基板４０上へ転写される。図４（Ａ）に示した工程を経ることにより、薄膜チップ１２はいわゆるフェイスダウンの形で第２基板４０上に転写される（図４（Ｂ））。以上のようにして、第１基板１０上に形成された薄膜チップ１２が第２基板４０上に転写される。

ここで、上述したように、下地絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１７及び層間絶縁膜１９は、剥離層１１と各ソースドレイン配線膜２２、２４、２６との間に設けられた部分の厚さＬが、Ｌ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たすように形成されている（ただし、ｎ；当該部分の屈折率、λ；レーザー光の波長、ｍ；任意の整数）。このため、第１基板１０側から入射したレーザー光（ここでは「入射光」という。）と、この入射光が各ソースドレイン配線膜２２等の配線膜によって反射して発生した反射光とが剥離層１１に対して同位相で加わる。すなわち、入射光と反射光との干渉を抑えることができるので、剥離層１１に効率良くエネルギーが与えられる。従って、剥離層１１の密着力をより効率良く低下させることが可能となるため、良好な転写が実現される。

また、反射膜１５が各ソースドレイン配線膜２２等と同層に形成されているので、下地絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１７及び層間絶縁膜１９のうちの剥離層１１と反射膜１５との間に設けられた部分の厚さＬも上記のＬ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たす。このため、第１基板１０側から入射したレーザー光（入射光）と、この入射光が反射膜１５によって反射して発生した反射光とが剥離層１１に対して同位相で加わるので、剥離層１１の薄膜チップ１２周縁に対応した部位においても効率良くエネルギーが与えられる。それにより、剥離層１１の薄膜チップ１２周縁に対応する部位においても当該剥離層１１の密着力をより効率よく低下させることが可能となるため、良好な転写が実現される。特に、薄膜チップ１２周縁での密着力を低下させるにより、薄膜チップ１２の周囲から剥離ないしは亀裂が生じるようにすることができるので転写が一層容易になり、転写不良をより低減する効果が得られる。

以上のように本実施形態では、各絶縁膜のうちの剥離層と配線膜との間に設けられた部分の厚さに関して所定の条件を満たすことにより光学的なマッチングを図っている。それにより、良好な転写性が確保される。

また、剥離層と反射膜との間に設けられた部分の厚さに関しても所定の条件を満たすことにより光学的なマッチングを図っているため、一層良好な転写性が確保される。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においては、薄膜素子の一例として薄膜トランジスタを挙げていたが、薄膜素子はこれに限定されるものではない。他の薄膜素子としては、例えば抵抗素子や容量素子等の受動素子も挙げられる。

また、上述した実施形態においてはいわゆるトップゲート型の構造を有する薄膜トランジスタを例示していたが、採用し得る構造はこれに限定されない。例えば、ボトムゲート型の構造を有する薄膜トランジスタであっても本発明を適用可能である。

また、上述した実施形態における各要素の構成材料、膜厚、成膜法など諸条件は一例であり、上記内容に限定されるものではない。

また、上述した実施形態においては１回の転写を伴う薄膜デバイスの製造方法について説明したが、２回の転写を伴った薄膜デバイスの製造方法についても本発明を適用可能である。

薄膜デバイスの構成について概略的に示す模式平面図である。 薄膜チップに含まれる薄膜トランジスタ等の構成を示す模式図である。 薄膜デバイスの製造方法について示す模式断面図である。 薄膜デバイスの製造方法について示す模式断面図である。

符号の説明

１０…第１基板、１１…剥離層、１２…薄膜チップ、１３…下地絶縁膜、１４…パッド部、１５…反射膜、１６…薄膜トランジスタ、１７…ゲート絶縁膜、１９…層間絶縁膜、２２、２４、２６…ソースドレイン配線膜、３４…接着層、４０…第２基板、４１…配線膜

Claims (5)

1. 転写法を用いた薄膜デバイスの製造方法であって、
   （ａ）剥離層を第１基板上に形成すること、
   （ｂ）絶縁膜、配線膜及び薄膜素子を含む被転写体を前記剥離層上に形成すること、
   （ｃ）接着層を介して前記被転写体と第２基板とを接合すること、
   （ｄ）波長λのレーザー光を前記剥離層に照射することによって当該剥離層に剥離を生じさせること、
   （ｅ）前記被転写体から前記第１基板を分離することによって当該被転写体を前記第２基板上へ転写すること、
   を含み、前記（ｂ）において、前記絶縁膜のうちの前記剥離層と前記配線膜との間に設けられた部分の厚さをＬ、当該部分の屈折率をｎ、任意の整数をｍ、とすると、Ｌ＝ｍ×λ／（２ｎ）の関係を満たすように当該絶縁膜が形成される、
   薄膜デバイスの製造方法。
2. 前記被転写体は、平面視において前記被転写体の周縁に設けられた反射膜を更に含む、請求項１に記載の薄膜デバイスの製造方法。
3. 前記反射膜は、断面視において前記配線膜と同層に形成される、請求項２に記載の薄膜デバイスの製造方法。
4. 前記配線膜と前記反射膜とが同一材料からなる、請求項２又は３に記載の薄膜デバイスの製造方法。
5. 前記薄膜素子が薄膜トランジスタであり、前記配線膜がソースドレイン配線膜である、請求項１乃至４の何れか１項に記載の薄膜デバイスの製造方法。

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