JP2010010451A - 薄膜デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜デバイスと外部配線等との間の電気的接続をより確実に確保すること。
【解決手段】（ａ）配線膜(14)及び薄膜素子を有する被転写体を第１基板(10)上に形成すること、（ｂ）被転写体上にパッシベーション膜(21)を形成すること、（ｃ）配線膜の表面に位置する部分の少なくとも一部と重畳するとともにパッシベーション膜の外縁部まで延びる開口部(21a)と、一端が当該開口部と連通するとともに他端がパッシベーション膜の外縁部に位置する溝(21b)と、をパッシベーション膜に形成すること、（ｄ）被転写体及びパッシベーション膜と第２基板とを接合すること、（ｅ）被転写体及びパッシベーション膜から第１基板を分離することによって被転写体及びパッシベーション膜を第２基板上へ転写すること、（ｆ）開口部に流動体を導入して当該流動体を固化することにより、配線膜と接続された導電体を形成すること、を含む薄膜デバイスの製造方法である。
【選択図】図７

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。

上述した素子転写法を用いて転写先基板上に設けられた薄膜デバイスと外部配線等（例えば転写先基板上の配線など）とを電気的に接続したい場合がある。このような場合に採用し得る方法の一つとして、液体金属などの流動性を有する材料（流動体）を用いる方法が考えられる。具体的には、薄膜デバイスの所定位置（例えば、接続用配線）と外部配線等との間に流動性を有する材料を導入し、その後に当該材料を焼成する等によって固化させることにより、両者間の電気的接続が確保される。しかしながら、薄膜デバイスと外部配線等との隙間に前述の流動体を導入する際に気泡が入り込んでしまうことにより、流動体を必要十分に導入できない場合があった。

特開２００３−３１７７８号公報

本発明に係る具体的態様は、薄膜デバイスと外部配線等との間の電気的接続をより確実に確保することが可能な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）少なくとも一部が表面に位置する配線膜と、当該配線膜と接続された薄膜素子と、を有する被転写体を第１基板上に形成すること、（ｂ）前記被転写体上にパッシベーション膜を形成すること、（ｃ）前記配線膜の表面に位置する部分の少なくとも一部と重畳するとともに前記パッシベーション膜の外縁部まで延びる開口部と、一端が当該開口部と連通するとともに他端が前記パッシベーション膜の外縁部に位置する溝と、を前記パッシベーション膜に形成すること、（ｄ）接着層を介して前記被転写体及び前記パッシベーション膜と第２基板とを接合すること、（ｅ）前記被転写体及び前記パッシベーション膜から前記第１基板を分離することによって前記被転写体及び前記パッシベーション膜を前記第２基板上へ転写すること、（ｆ）前記開口部に流動体を導入して当該流動体を固化することにより、前記配線膜と接続された導電体を形成すること、を含む薄膜デバイスの製造方法である。

本発明に係る製造方法によれば、流動体を開口部に導入する際に気泡が発生したとしても、その気泡は溝を通じて外部へ排出可能であるので、開口部に必要十分に流動体を導入することが可能となる。従って、薄膜デバイスと外部配線等との間の電気的接続をより確実に確保することが可能となる。

好ましくは、前記（ｂ）においては、前記パッシベーション膜が感光性膜を用いて形成され、前記（ｃ）においては、前記感光性膜が露光および現像されることによって前記開口部及び前記溝が形成される。

これにより、開口部及び溝の形成に要する工程が簡素化される。

また、前記（ｃ）の後であって前記（ｄ）より先に、前記被転写体の外縁部を部分的に除去することにより、前記開口部と重畳する凹部を前記被転写体に形成すること、を更に含んでもよい。

開口部を重畳する凹部を設けることにより、前記（ｆ）において開口部へ導入されるべき流動体が当該凹部の領域に留まるので、開口部以外の領域へ流動体が拡がってしまうことを回避しやすくなる

更に好ましくは、前記（ｃ）においては、前記溝と前記開口部との接続箇所の幅が前記開口部の幅よりも狭く形成される。

溝の開口部との接続箇所の幅を開口部の幅よりも狭くしているので、前記（ｆ）において流動体が溝まで流入することを抑制できる。

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（配線膜）１４を有する。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および下地絶縁膜１３を介して形成されている。この薄膜トランジスタ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。図示のように、パッド部１４は、その大部分が薄膜チップ１２の表面に位置する。

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。

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。同様に、パッド部１４も、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、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導電膜を成膜した後に当該導電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。また、薄膜チップ１２上（層間絶縁膜１９上）に、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が形成される。感光性膜（感光性アクリル等）を用いてパッシベーション膜２１を形成すると更に好ましい。その理由は後述する。

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部２１ａを形成する（図３（Ｂ））。このとき、併せてこの開口部２１ａと連通する溝２１ｂも形成する。

これら開口部２１ａ及び溝２１ｂの形状を図５に基づいて説明する。図５は、開口部２１ａ及び溝２１ｂが設けられたパッシベーション膜２１を薄膜チップ１２の上側から見た模式平面図である。図５に示すように、開口部２１ａは、パッド部１４の一部と重畳するとともにパッシベーション膜２１の外縁部まで延びた形状に形成されている。なお、開口部２１ａは、パッド部１４の全体と重畳していてもよい。溝２１ｂは、一端が開口部２１ａと連通し、他端がパッシベーション膜２１の外縁部に位置するように形成されている。本実施形態における溝２１ｂは略Ｌ字状に形成されており、その一端が接続箇所２１ｃにおいて開口部２１ａと連通しており、他端がパッシベーション膜２１の外縁部に位置する。なお、溝２１ｂの形状はこれにのみ限定されるものではない。また、溝２１ｂは、接続箇所２１ｃの幅が開口部２１ａの幅よりも狭くなるように形成されている。

上述したような開口部２１ａ及び溝２１ｂの形成方法について説明する。感光性膜を用いてパッシベーション膜２１を成膜した場合には、ステッパ・アライナ等の露光装置（例えば光源が水銀ランプのｉ線。波長３６５ｎｍ）を用いてパッシベーション膜２１を露光・現像するという簡素な工程によって開口部２１ａ及び溝２１ｂを形成可能である。なお、感光性を有しない膜を用いてパッシベーション膜２１を成膜した場合であっても、例えば、パッシベーション膜２１上に、開口２１ａ及び溝２１ｂのそれぞれを形成すべき箇所に孔を有するエッチングマスクを設け、このエッチングマスクを介して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、開口部２１ａ及び溝２１ｂを形成することが可能である。

次に、薄膜チップ１２の外縁部を部分的に除去することにより、開口部２１ａと重畳する凹部２３を薄膜チップ１２に形成する（図３（Ｃ））。図６は、凹部２３が設けられた薄膜チップ１２を当該薄膜チップ１２の上側から見た模式平面図である。また、図７は、凹部２３が形成された薄膜チップ１２の部分的な斜視図である。図６および図７に示すように、凹部２３は、薄膜チップ１２の外縁部を切り欠くように除去することによって形成されている。そして、この凹部２３は、パッシベーション膜２１に設けられた開口部２１ａの一部と重畳している。

ここで、本実施形態では、第１基板１０上に形成された複数の薄膜チップ１２（図１参照）を相互に分離するために各薄膜チップ１２の境界部分を除去する工程が必要となる。このため、本実施形態では当該工程（チップ分離工程）と、凹部２３の形成工程とを同時に行っている。具体的には、薄膜チップ１２上に感光性樹脂膜等を用いて所定形状のエッチングマスク３３を設け、このエッチングマスク３３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、各薄膜チップ１２の境界部分を除去するとともに、各薄膜チップ１２に凹部２３を形成することができる（図３（Ｃ））。

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４（Ａ））。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。また、第２基板４０には、開口部２１ａや凹部２３と対向する位置に予め自己組織化膜４１が設けられていることも好ましい。その理由については後述する。自己組織化膜４１は、例えば１００℃のＦＡＳ気相雰囲気中でＦＡＳ膜を形成し、次いで自己組織化膜４１として残留させたい部分に紫外光を照射してＦＡＳを無効化する（親液化する）ことによって形成可能である。

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（図４（Ｂ））。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（Ｂ）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（Ｃ））。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。第２基板４０上に転写された薄膜チップ１２の部分的な斜視図を図８に示す。

次に、開口部２１ａにインクジェット法等によって流動体を導入し、当該流動体を固化することにより、パッド部１４と接続された導電体４２を形成する（図４（Ｄ））。導電体４２を形成するための流動体としては、例えば導電性微粒子を含有する液状材料が挙げられる。導電性微粒子とは、例えば、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル等の金属微粒子、導電性ポリマーや超伝導体の微粒子などである。このような導電性微粒子を適宜に選択した分散媒に分散させることにより、本実施形態に好適な流動体が得られる。このような流動体に加熱処理等を行うことによって分散媒を除去することにより、流動体を固化させて導電体４２を得ることができる。なお、流動体としてハンダを利用して導電体４２を形成してもよい。

以上のような本実施形態では、流動体を開口部２１ａに導入する際に気泡が発生したとしても、その気泡は溝２１ｂを通じて外部へ排出可能であるので、開口部２１ａに必要十分に流動体を導入することが可能となる（図５〜図７参照）。従って、薄膜チップ１２と外部配線等との間の電気的接続をより確実に確保することが可能となる。

また、凹部２３を設けていることによれば、開口部２１ａへ導入されるべき流動体が当該凹部２３の領域に留まるので、開口部２１ａ以外の領域へ流動体が拡がってしまうことを回避しやすくなる（図６〜図８参照）。

また、溝２１ｂの開口部との接続箇所２１ｃの幅を開口部２１ａの幅よりも狭くしているので、流動体が溝２１ｂまで流入することを抑制できる（図５〜図７参照）。

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。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。同様に、上述した実施形態においては、第１基板上に複数の被転写体を形成しておき、各被転写体を個別に転写するプロセスを前提に説明していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。

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。 開口部及び溝が設けられたパッシベーション膜の模式平面図である。 凹部が設けられた薄膜チップの模式平面図である。 凹部が形成された薄膜チップの部分的な斜視図である。 第２基板上に転写された薄膜チップの部分的な斜視図である。

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、１６…薄膜トランジスタ、１７…ゲート絶縁膜、１９…層間絶縁膜、２１…パッシベーション膜（保護膜）、２１ａ…開口部、２１ｂ…溝、２１ｃ…接続箇所、２２、２４、２６…ソースドレイン配線膜、２３…凹部、３３…エッチングマスク、３４…接着層、４０…第２基板、４１…自己組織化膜

Claims (4)

1. 転写法を用いた薄膜デバイスの製造方法であって、
   （ａ）少なくとも一部が表面に位置する配線膜と、当該配線膜と接続された薄膜素子と、を有する被転写体を第１基板上に形成すること、
   （ｂ）前記被転写体上にパッシベーション膜を形成すること、
   （ｃ）前記配線膜の表面に位置する部分の少なくとも一部と重畳するとともに前記パッシベーション膜の外縁部まで延びる開口部と、一端が当該開口部と連通するとともに他端が前記パッシベーション膜の外縁部に位置する溝と、を前記パッシベーション膜に形成すること、
   （ｄ）接着層を介して前記被転写体及び前記パッシベーション膜と第２基板とを接合すること、
   （ｅ）前記被転写体及び前記パッシベーション膜から前記第１基板を分離することによって前記被転写体及び前記パッシベーション膜を前記第２基板上へ転写すること、
   （ｆ）前記開口部に流動体を導入して当該流動体を固化することにより、前記配線膜と接続された導電体を形成すること、
   を含む、薄膜デバイスの製造方法。
2. 前記（ｂ）においては、前記パッシベーション膜が感光性膜を用いて形成され、
   前記（ｃ）においては、前記感光性膜が露光および現像されることによって前記開口部及び前記溝が形成される、請求項１に記載の薄膜デバイスの製造方法。
3. （ｇ）前記（ｃ）の後であって前記（ｄ）より先に、前記被転写体の外縁部を部分的に除去することにより、前記開口部と重畳する凹部を前記被転写体に形成すること、を更に含む、請求項１又は２に記載の薄膜デバイスの製造方法。
4. 前記（ｃ）においては、前記溝と前記開口部との接続箇所の幅が前記開口部の幅よりも狭く形成される、請求項１乃至３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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