JP2012195591A

JP2012195591A - 発光装置

Info

Publication number: JP2012195591A
Application number: JP2012093048A
Authority: JP
Inventors: Junya Maruyama; 純矢丸山; Toru Takayama; 徹高山; Yumiko Fukumoto; 由美子福本; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP5577373B2

Abstract

【課題】比較的大きな出力のレーザー光照射を必要とせず、被剥離層等に損傷を与えることなく、被剥離層を転写した発光装置。
【解決手段】バリア膜が設けられたプラスチック基板に被剥離層が転写された発光装置であって、プラスチック基板に選択的に金属酸化物が残存している。金属酸化物は、ガラス基板上の剥離層に加熱処理を行ってから剥離したときに残存したものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、機能性薄膜の剥離方法、特に様々な素子を有する膜や層の剥離方法に関する
。加えて本発明は、剥離した膜をフィルム基板に貼りつける転写方法、及び当該転写方法
を用いて形成された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）
を有する半導体装置およびその作製方法に関する。

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用
いてＴＦＴを構成する技術が注目されている。ＴＦＴはＩＣや電気光学装置のような電子
デバイスに広く応用され、特に表示装置のスイッチング素子やドライバ回路として開発が
行われている。

このような表示装置においてはガラス基板や石英基板が多く使用されているが、割れや
すく、重いという欠点がある。そのため大量生産を行う上で、ガラス基板や石英基板は大
型化が困難である。そこで、可撓性を有する基板、代表的にはフレキシブルなプラスチッ
クフィルムの上にＴＦＴ素子を形成することが試みられている。

しかしながら、ＴＦＴの活性層に高性能の多結晶シリコン膜を使用する場合、作製工程
において数百℃の高温プロセスが必要となってしまい、プラスチックフィルム上に直接形
成することができない。

そのため、基板上に分離層を介して存在する被剥離層を前記基板から剥離する方法が提
案されている。例えば、非晶質シリコン、半導体、窒化物セラミックス、又は有機高分子
からなる分離層を設け、基板を通過させてレーザー光を照射して、分離層に層内剥離等を
生じさせて、基板を分離させるというものである（特許文献１参照）。加えて、この技術
を用いて被剥離層（公報では被転写層と呼んでいる）をプラスチックフィルムに貼りつけ
て液晶表示装置を完成させるという記載もある（特許文献２参照）。またフレキシブルデ
ィスプレイに関する記事をみると、各社の技術が紹介されている（非特許文献１参照）。

特開平１０−１２５９２９号公報特開平１０−１２５９３０号公報

日経マイクロデバイス,日経ＢＰ社,２００２年７月１日,２００２年７月１日号, ｐ．７１−７２

しかしながら、上記公報に記載の方法では、透光性の高い基板を使用することが必須で
あり、基板を通過させ、さらに非晶質シリコンに含まれる水素を放出させるに十分なエネ
ルギーを与えるため、比較的大きなレーザー光の照射が必要とされ、被剥離層に損傷を与
えてしまうという問題がある。また上記公報には、被剥離層への損傷を防ぐため、遮光層
または反射層を設ける記載もあるが、その場合、透過型液晶表示装置や下側に発光する発
光装置を作製することが困難である。更に上記方法では、大きな面積を有する被剥離層を
剥離するのは困難である。

上記課題を鑑み本発明は、基板上に設けられた金属膜と、金属膜上に設けられた当該金
属を有する酸化膜及び珪素を含む膜とを有する被剥離層と、を有する状態で、基板と被剥
離層とを物理的手段、機械的手段により剥離することを特徴とする。詳しくは、金属膜上
に当該金属を有する酸化物層が形成され、加熱処理を行うことにより当該酸化物層を結晶
化させ、酸化物層の層内、又は当該酸化物層の両面の界面から剥離を行って得られたＴＦ
Ｔを形成することを特徴とする。

本発明により形成されたＴＦＴは、上面出射及び下面出射のいずれの発光装置、透過型
、反射型及び半透過型の液晶表示装置等のいずれにも採用することができる。

本発明の剥離方法を用いることより、全面に剥離できるため歩留まりよく、フレキシブ
ルなフィルム基板上にＴＦＴ等を形成することができる。また本発明はＴＦＴ等にレーザ
ー等による負荷をかけることがない。そして当該ＴＦＴ等を有する発光装置、液晶表示装
置その他の半導体装置は、薄くなり、落下しても割れにくく、軽量である。また曲面や異
形形状での表示が可能となる。

本発明により形成されるフィルム基板上のＴＦＴは、大量生産を行う上で表示装置の大
型化を達成することができる。また本発明では転写前にＴＦＴ等を形成する基板を再利用
することができ、且つ安価なフィルム基板を使用するため半導体装置の低コスト化を達成
することができる。

本発明の剥離工程を示す図。本発明における実験試料を示す図。本発明における実験試料ＡのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＢのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＣのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＤのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＥのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＡのＥＤＸスペクトル及び定量結果を示す図。本発明における実験試料ＢのＥＤＸスペクトル及び定量結果を示す図。本発明における実験試料ＣのＥＤＸスペクトル及び定量結果を示す図。本発明における実験試料を示す図。本発明における実験試料イのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ロのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ハのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ニのＴＥＭ写真を示す図。本発明における実験試料ＡからＣのＸＰＳを示す図。図１６に示すＸＰＳを規格化した図。本発明における実験試料ＡからＣのＥＰＳを示す図。本発明の剥離後の基板側のＴＥＭ写真を示す図。本発明の剥離後の半導体膜側のＴＥＭ写真を示す図。本発明における試料ＡのＳＩＭＳを示す図。本発明における試料ＢのＳＩＭＳを示す図。本発明における試料ＣのＳＩＭＳを示す図。本発明の剥離後のＸＰＳを示す図。図２４に示すＸＰＳを波形解析した図。本発明により形成される発光装置を示す図。本発明により形成される液晶表示装置を示す図。本発明により形成されるＣＰＵを示す図。本発明により形成される電子機器を示す図。本発明の実験結果を示す図。本発明の実験結果を示す図。本発明の実験結果を示す図。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
まず図１（Ａ）に示すように第１の基板１０上に、金属膜１１を形成する。なお、第１
の基板は後の剥離工程に耐えうる剛性を有していればよく、例えばガラス基板、石英基板
、セラミック基板、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板を用いることができる
。金属膜としては、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ
、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒから選ばれた元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化
合物材料からなる単層、或いはこれらの積層を用いることができる。金属膜の作製方法と
してスパッタリング法を用い、金属をターゲットして、第１の基板上に形成すればよい。
なお金属膜の膜厚は、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとする。

また金属膜の代わりに、窒化された金属膜（窒化金属膜）を用いても構わない。また更
に、金属膜に窒素や酸素を添加してもよい。例えば、金属膜に窒素や酸素をイオン注入し
たり、成膜室を窒素や酸素雰囲気とし、スパッタリング法により金属膜を形成したり、更
にターゲットとして窒化金属を用いてもよい。

このとき、金属膜に上記金属の合金（例えば、ＷとＭｏとの合金：Ｗ_xＭｏ_1-X）を用い
る場合、成膜室内に第１の金属（Ｗ）及び第２の金属（Ｍｏ）といった複数のターゲット
、又は第１の金属（Ｗ）と第２の金属（Ｍｏ）との合金のターゲットを配置してスパッタ
リング法により形成すればよい。

またスパッタリング法を用いて金属膜を形成する場合、基板の周縁部の膜厚が不均一に
なるときがある。そのため、ドライエッチングによって周縁部の膜を除去することが好ま
しいが、その際、第１の基板がエッチングされないために、第１の基板１０と金属膜１１
との間にＳｉＯＮ膜やＳｉＮＯ膜等の絶縁膜を１００ｎｍ程度形成してもよい。

このように、金属膜の形成を適宜設定することにより、剥離工程を制御することができ
、プロセスマージンが広がる。例えば、金属の合金を用いた場合、合金の各金属の組成比
を制御することにより、加熱処理の温度、更には加熱処理の要否を制御することができる
。

その後、金属膜１１上に被剥離層１２を形成する。この被剥離層は金属膜１１上に当該
金属を有する酸化物層を形成するための酸化膜と半導体膜とを有している。なお被剥離層
の半導体膜は、所望の作製工程によりＴＦＴ、有機ＴＦＴ、薄膜ダイオード、シリコンの
ＰＩＮ接合からなる光電変換素子、シリコン抵抗素子又はセンサ素子（代表的にはポリシ
リコンを用いた感圧式指紋センサ）等を形成した状態であってもよい。

酸化膜は、スパッタリング法やＣＶＤ法により酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を形
成すればよい。なお酸化膜の膜厚は、金属膜１１の約２倍以上であることが望ましい。こ
こでは、シリコンターゲットを用いたスパッタリング法により、酸化シリコン膜を１５０
ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚として形成する。

なお本発明において、酸化膜を形成するときに、金属膜上に当該金属を有する酸化物層
が形成される（図示せず）。酸化物層の膜厚は、０．１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは０．１
ｎｍ〜１００ｎｍ、更に好ましくは０．１ｎｍ〜５ｎｍとなるように形成すればよい。

また上記以外の酸化物層の作製方法は、硫酸、塩酸或いは硝酸を有する水溶液、硫酸、
塩酸或いは硝酸と過酸化水素水とを混同させた水溶液又はオゾン水で処理することにより
形成される薄い酸化膜を用いることができる。更に他の方法としては、酸素雰囲気中での
プラズマ処理や、酸素含有雰囲気中で紫外線照射することによりオゾンを発生させて酸化
処理を行ってもよく、クリーンオーブンを用い２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化
膜を形成してもよい。

被剥離層１２において、特に半導体膜の下面には、金属膜や基板からの不純物やゴミの
侵入を防ぐためＳｉＮ、ＳｉＯＮ、又は等の窒素を有する絶縁膜を下地膜として設けると
好ましい。

その後、４００℃より高い温度で加熱処理を行う。この加熱処理により、酸化物層は結
晶化し、また被剥離層１２が有する水素、特に半導体膜の水素が拡散する。加熱処理は、
半導体装置の作製と兼用させて工程数を低減させてもよい。例えば、非晶質半導体膜を形
成し、加熱炉やレーザー照射を用いて結晶性半導体膜を形成する場合、結晶化させるため
５００℃以上の加熱処理を行えば、結晶性半導体膜を形成すると同時に水素の拡散を行う
ことができる。

次いで、図１（Ｂ）に示すように被剥離層１２を固定する第２の基板１３を第１の接着
しうる材料（接着材）１４で貼りつける。なお、第２の基板１３は第１の基板１０よりも
剛性の高い基板を用いることが好ましい。第１の接着材１４としては剥離可能な接着剤、
例えば紫外線により剥離する紫外線剥離型粘着剤、熱による剥離する熱剥離型粘着剤、水
溶性接着剤や両面テープ等を使用するとよい。

次いで、金属膜１１が設けられている第１の基板１０を、物理的手段を用いて剥離する
（図１（Ｃ））。図面は模式図であるため記載していないが、このとき結晶化された酸化
物層の層内、又は酸化物層の両面の界面、すなわち酸化物層と金属膜との界面或いは酸化
物層と被剥離層との界面で剥がれる。こうして、被剥離層１２を第１の基板１０から剥離
することができる。

次いで図１（Ｄ）に示すように、剥離した被剥離層１２を、第２の接着材１５により転
写体となる第３の基板１６に貼り付ける。第２の接着材１５としては紫外線硬化樹脂、具
体的にはエポキシ樹脂系接着剤や樹脂添加剤等の接着材又は両面テープ等を用いればよい
。なお、第３の基板の表面に接着機能がある場合、第２の接着材は使用しなくてもよい。
また第３の基板で被剥離層１２の側面まで覆ってもよい。また第３の基板と１６しては、
ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチック基板、ポ
リテトラフルオロエチレン基板又はセラミック基板等の膜厚の薄い基板や可撓性のある（
フレキシブルな）基板（以下、このような基板をフィルム基板と表記する）を用いること
ができる。

次いで、第１の接着材１４を除去し、第２の基板１３を剥がす（図１（Ｅ））。具体的
には、第１の接着材を剥がすために紫外線照射を照射したり、加熱したり、水洗したりす
ればよい。また更に、アルゴンガス及び酸素ガスを用いたプラズマクリーニングやベルク
リン洗浄を行うと好ましい。

また転写体となる第３の基板へ、各用途に応じたＴＦＴが設けられた複数の被剥離層を
転写してもよい。例えば、画素部用のＴＦＴと、駆動回路用のＴＦＴとの被剥離層を形成
し、第３の基板の所定領域へ転写してもよい。

以上のようにして得られたフィルム基板上に形成されたＴＦＴ等を発光装置や液晶表示
装置の半導体素子として使用することができる。

例えば、発光装置は、被剥離層１２に発光素子を形成し、封止材となる保護膜を形成し
てなる。被剥離層１２に発光素子を形成するとき、ＴＦＴが形成されたフィルム基板はフ
レキシブルなため、ガラス基板に接着材、例えばテープで固定して、真空蒸着により各発
光層を形成すればよい。なお、大気に曝さずに発光層、電極及び保護膜等を連続して形成
すると好ましい。

また発光装置を作製する順序は、特に限定されず、被剥離層に発光素子を形成した後、
第２の基板を接着し、発光素子を有する被剥離層を剥離し、その後、第３の基板であるフ
ィルム基板に貼りつけてもよい。また発光素子を形成後、第３の基板であるフィルム基板
を大きく設計しておき、フィルム基板で装置全体をくるんでもよい。

液晶表示装置を作製する場合は、第２の基板を剥離後、対向基板をシール剤により接着
し、液晶材料を注入すればよい。また液晶表示装置を作製する順序は、特に限定されず、
第２の基板を対向基板として接着し、第３の基板を接着後、液晶を注入してもよい。

また液晶表示装置を作製するとき、基板間隔を保持するためにスペーサを形成したり、
散布したりしているが、フレキシブルな基板の間隔を保持するため、通常より３倍程度多
くスペーサを形成又は散布するとよい。またスペーサは、通常のガラス基板に使用する場
合より柔らかく作製するとよい。また更にフィルム基板は可撓性を有しているため、スペ
ーサが移動しないよう固定する必要がある。

このような剥離方法を用いることより、全面に剥離でき、歩留まりよく、フレキシブル
なフィルム基板上にＴＦＴ等を形成することができる。また本発明はＴＦＴ等にレーザー
等による負荷をかけることがない。そして当該ＴＦＴ等を有する発光装置、液晶表示装置
その他の表示装置は、薄くなり、落下しても割れにくく、軽量である。また曲面や異形形
状での表示が可能となる。また本発明により形成されるフィルム基板上のＴＦＴは、大量
生産を行う上で表示装置の大型化を達成することができる。また本発明では第１の基板等
を再利用することができ、更に安価なフィルム基板を使用するため表示装置の低コスト化
を達成することができる。

以下に、本発明の実験結果、及び本発明を用いて作製される発光装置、液晶表示装置及
びその他の電子機器を説明する。

本実施例では、剥離実験の結果及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察結果を説明す
る。

まず図２に示す試料において、基板２００にＡＮ１００ガラス基板（１２６×１２６ｍ
ｍ）、絶縁膜２０１にＣＶＤ法によりＳｉＯＮ膜、金属膜２０２にスパッタリング法によ
り形成したタングステン（Ｗ）膜、を積層して形成した。次いで、被剥離層を構成する保
護膜２０３にスパッタリング法により形成したＳｉＯ₂膜、下地膜２０４にＣＶＤ法によ
り形成したＳｉＯＮ膜、半導体膜２０５にＣＶＤ法により形成した非晶質珪素膜をそれぞ
れ用いた。

上記試料に対して、加熱処理を行わないものを試料Ａ、２２０℃／１時間加熱処理を行
ったものを試料Ｂ、５００℃／１時間後更に５５０℃／４時間加熱処理を行ったものを試
料Ｃとし、それぞれにおいてＴＥＭによる観察を行った。その結果を図３（Ａ）〜図５（
Ａ）に示し、それぞれＴＥＭ写真（ＴＥＭ像）に対応する模式図を図３（Ｂ）〜図５（Ｂ
）に示す。

図３〜図５をみると、金属膜２０２であるＷ膜と保護膜２０３との界面に、ある層が形
成されていることがわかる。なお、ある層は完全な層にならず、散在している場合もあっ
た。

そして、ある層の組成等を特定するため、ＥＤＸ測定を行った。図８〜図１０には、試
料Ａ〜ＣでのＥＤＸ測定のスペクトル及び定量結果を示す。なおＥＤＸスペクトルにおけ
る、Ａｌ、Ｍｏのピークは測定時の試料固定ホルダによるものである。図８〜図１０の結
果から、ある層はタングステンと、酸素とが存在していることがわかる（以下、ある層を
酸化物層と表記する）。

図３（Ａ）〜図５（Ａ）のＴＥＭ写真を比較すると、試料Ｃの酸化物層は、特定の方向
に配列された結晶格子を有していることがわかる。また試料Ａ及びＢの酸化物層の膜厚は
３ｎｍ程度であるのに対し、試料Ｃの酸化物層の膜厚は多少薄く（３ｎｍ以下）形成され
ていることがわかる。

このような試料Ａ〜Ｃにおける剥離実験の結果は、酸化物層が結晶格子を有している試
料Ｃのみ剥離することができた。

更に図６及び図７には、図２に示す試料に対して、４００℃／１時間加熱処理を行った
試料Ｄと、４３０℃／１時間加熱処理を行った試料ＥのＴＥＭの写真（Ａ）、及びそれぞ
れＴＥＭ写真に対応する模式図（Ｂ）を示す。なお、試料Ｄの加熱温度４００℃とは、結
晶化が行われうる境界温度と予測される温度、剥離しうる境界の温度である。

図６から、試料Ｄの酸化物層の一部には結晶格子が形成され、試料Ｅの酸化物層には全
体的に結晶格子が形成されていることがわかる。

上記試料Ｄ、Ｅの剥離実験の結果は、試料Ｅのみ剥離することができた。

以上の剥離実験及びＴＥＭ写真の結果から、金属膜と保護膜との界面には酸化物層が形
成されており、４００℃程度から酸化物層の結晶化が起こりはじめることがわかる。そし
て酸化物層が結晶性を有している場合、剥離しうる状態となると考えられる。すなわち、
剥離するためには金属膜上に酸化物層、具体的にはＷ膜上にＷを有する酸化物層が形成さ
れる必要があることがわかる。

すなわち酸化物層が結晶化されている試料において剥離することができるため、加熱処
理による酸化物層の結晶化時に、結晶歪みや格子欠陥（点欠陥、線欠陥、面欠陥（例えば
、酸素空孔が集まってできる結晶学的せん断面による面欠陥）
、拡張欠陥）が生じ、それらの界面から剥離すると考えられる。

次に、金属膜上の酸化物層の形成状況に関する情報を得るため、Ｗ膜上の保護膜の有無
や保護膜の作製条件を変えて剥離の実験を行った。

図１１に示すように、基板３００上にＣＶＤ法により形成されるＳｉＯＮ膜３０１、ス
パッタリング法により形成されるＷ膜３０２、とを順に積層して形成した試料イと、Ｗ膜
上に保護膜として、アルゴンガスを用いてスパッタリング法によりＳｉ膜３０３を形成し
た試料ロと、Ｓｉ膜に変えてアルゴンガスと酸素ガスとを用いてスパッタリング法により
ＳｉＯ₂膜３０４を形成した試料ハと、シランガスと窒素ガスとを用いてＣＶＤ法により
ＳｉＯ₂膜３０５を形成した試料ニとを用意した。

図１２（Ａ）〜図１５（Ａ）には、それぞれ試料イ〜ニの断面をＴＥＭで観察した写真
を示し、それぞれＴＥＭ写真に対応する模式図を図１２（Ｂ）〜図１５（Ｂ）に示す。

まず図１２（Ａ）〜図１４（Ａ）をみると、試料ハにはＷ膜上に酸化物層が形成されて
いるが、その他の試料には酸化物層が形成されていないことがわかる。
なお試料イのＷ膜上には自然酸化膜が形成されているが、膜厚が薄いため、ＴＥＭ写真に
ははっきりと見えてこなかった。

これは試料ハの形成時に使用される酸素ガスにより、Ｗ膜上に酸化物層が形成されたと
考えられる。一方、試料ロにおける保護膜の形成時は、アルゴンガスしか使用しておらず
、Ｗ膜上に酸化物層が形成されなかったと思われる。また膜厚からみると、試料ハに形成
された酸化物層は、試料イに形成された自然酸化膜とは異なっていると考えられる。また
保護膜を形成し始めるときに、酸化物層は形成されると考えられる。

また試料ニにおいては、Ｗ膜上には酸化物層が形成されうるＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜
を形成しているが、図１５（Ａ）からわかるようにＴＥＭ写真では酸化物層を確認するこ
とができなかった。

ここで酸化物層が形成された試料ハと、試料ニとについて考えると、試料ニのＳｉＯ₂
膜のＣＶＤ法に使用されるシランガスは、試料ハのＳｉＯ₂膜の作製工程に用いられる原
料ガスと比較すると、水素を有していることがわかる。つまり水素の存在により、試料ニ
では酸化物層が形成されなかったと予測される。すなわち試料ニでは、水素により、Ｗ膜
上に酸化物層が形成されたとしても状態が変化したと考えることができる。

以上の結果、金属膜上に保護膜を形成するときに、自然酸化膜とは異なる酸化物層が形
成されることが考えられる。なおＷ膜の場合、酸化物層の膜厚は３ｎｍ程度が好ましいと
考えられる。そして酸化物層を確実に形成するため、保護膜は水素を有さないように形成
することが好ましい。

以上の結果をみると、剥離を行うことができる条件は、金属層上に当該金属を有する酸
化物層（酸化金属層）を形成させることが必要と考えられる。

また特に、金属膜にＷを用いた場合、４００℃以上の加熱処理を行い、３ｎｍ程度の酸
化物層を結晶化させることが必要であることがわかる。また本実験の結果から、４３０℃
以上で加熱処理を行うと酸化物層の結晶化が全体に渡って行われ、好ましいことがわかる
。

そして更に、金属層上の当該酸化金属層は、保護膜の作製時に形成され、保護膜は水素
を含まない、または水素濃度の低い状態で形成するとよいことがわかる。具体的にＷ膜の
場合、酸素ガスを有する原料ガスを用いてスパッタリング法で保護膜を形成すると好まし
いことがわかる。

本実施例では、剥離後の基板側と、半導体膜側における酸化物層をTEMにより観察した
結果を示す。

ガラス基板上に、スパッタリング法でＷ膜を５０ｎｍ、次いで保護膜としてスパッタリ
ング法で酸化珪素膜を２００ｎｍ、続いて下地膜としてプラズマＣＶＤ法で酸化窒化珪素
膜を１００ｎｍ、同じく半導体膜としてプラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を５０ｎｍ積層
形成した。その後５００度１時間と５５０度４時間の熱処理を行い、ポリテトラフルオロ
エチレンテープなどの物理的手段により剥離した。このときの基板側のＷ膜と酸化物層の
ＴＥＭ写真が図１９、半導体膜側の酸化物層と酸化珪素膜のＴＥＭ写真が図２０である。

図１９では、金属膜に接して酸化物層が不均一に残存している。同様に、図２０でも、
酸化珪素膜に接して酸化物層が不均一に残存している。両ＴＥＭ写真から、剥離は酸化物
層の層内及び両界面で行われたことが実証され、また酸化物層は金属膜及び酸化珪素膜に
密着して不均一に残存することがわかる。

本実施例では、酸化物層の組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いて調べた結果を示
す。

図１６（Ａ）が試料Ａ、図１６（Ｂ）が試料Ｂ、図１６（Ｃ）が試料Ｃの結果である。
図１６（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸は深さ方向（イオンスパッタリングにより酸化物層
の内部を露出させ、タングステンが１（atomic％）検出されたときをｐｏｓ．１、タング
ステンが２（atomic％）検出されたときをｐｏｓ．２、タングステンが３（atomic％）検
出されたときをｐｏｓ．３とする）、縦軸は結合占有比（％）である。

図１６（Ａ）〜（Ｃ）を比較すると、試料Ａ、Ｂに比べて、試料Ｃは丸印で示すタング
ステン（Ｗ）の相対比が大きい。つまり、試料Ａ、Ｂに比べて、試料Ｃはタングステンの
比率が高く、タングステン酸化物の比率が低い。

続いて、図１６のデータを規格化した結果が図１７である。図１７（Ａ）（Ｄ）が試料
Ａ、図１７（Ｂ）（Ｅ）が試料Ｂ、図１７（Ｃ）（Ｆ）が試料Ｃの結果である。図１７（
Ａ）〜（Ｃ）がＷＯ₃を１としその他の組成物の結合占有比を規格化したグラフ、図１７
（Ｄ）〜（Ｆ）がＷＯ₂を１としその他の組成物の結合占有比を規格化したグラフである
。

まず、図１７（Ａ）〜（Ｃ）を比較すると、試料Ａ、Ｂに比べて、試料Ｃはバツ印で示
すＷＯ₂の相対比が大きい。つまり、試料Ａ、Ｂに比べて、試料ＣはＷＯ₂の比率が高く、
更にｐｏｓ．１からｐｏｓ．３へと深さが増すにつれＷＯ₂の比率が高くなっていく。ま
た、試料ＣはＷＯ_Xの比率が小さく、ｐｏｓ．１からｐｏｓ．３へと深さが増すにつれ、
ＷＯ_Xの比率が小さくなることが分かる。一方、図１７（Ｄ）〜（Ｆ）を比較すると、試
料Ａ、Ｂは三角印で示すＷＯ₃の含有比が２％以上であるのに対し、試料Ｃではその含有
比が２％以下である。これは、ＷＯ₃で規格化したグラフからも明らかなように、試料Ａ
、Ｂに比べて、試料ＣのＷＯ₂の比率が高いことによる。

図１８は、試料Ａ〜Ｃにおいて、イオンスパッタリングにより酸化物層の内部を露出さ
せ、タングステンが１（atomic％）検出されたとき（Ｐｏｓ．１）の結合エネルギーとス
ペクトルの波形解析図である。図１８（Ａ）はスパッタリング処理を４．２５分経た試料
Ａの結果、図１８（Ｂ）はスパッタリング処理を４分経た後の試料Ｂの結果、図１８（Ｃ
）はスパッタリング処理を５分経た後の試料Ｃの結果を示す。図１８（Ａ）〜（Ｃ）にお
いて、Ｗ１（タングステンＷ）、Ｗ２（酸化タングステンＷＯ_X、Ｘはほぼ２）、Ｗ３（
酸化タングステンＷＯ_X、２＜Ｘ＜３）、Ｗ４（酸化タングステンＷＯ₃等）の４つの各状
態の面積比（％）
が組成比に相当する。

図１８から得られた試料Ａ〜Ｃの各W1からＷ４の面積比が表１である。また表１には、
Ｗ４（ＷＯ₃）でＷ２及びＷ３を規格化した割合も示す。表１において、試料Ａ、ＢのＷ
１の割合は約１０％に対し、試料Ｃは３５％であり、その割合が高い。つまり、試料Ｃは
タングステンの比率が高く、タングステン酸化物の比率が低いことがわかる。また規格化
した値から、試料Ｃは試料Ａ、Ｂと比べて、タングステン酸化物のうちＷ２（ＷＯ₂）の
割合が高いことがわかる。

また試料Ｃでは、Ｗ２（ＷＯ₂）の組成比が多くなっており、加熱処理を行うことによ
り酸化物層の組成に変化が生じていることが考えられる。すなわちＷ４（ＷＯ₃）がＷ２
（ＷＯ₂）またはＷ３（ＷＯ_x）へと組成変化し、これらの結晶構造の違いから、異なる結
晶構造間で剥離されることが考えられる。

次に、剥離後の基板側、及び剥離後の半導体膜側の剥離面をＸＰＳにより測定した。そ
の結果スペクトル、及びスペクトルの波形解析を行ったものを図２４、図２５に示す。ま
た、酸化物層と自然酸化膜と比較するため、試料イをＸＰＳにより測定した結果及び波形
解析を合わせて示す。

まず、ＸＰＳにより測定した剥離面のスペクトルが図２４である。半導体膜側の剥離面
のスペクトルが図２４（Ａ）、基板側の剥離面のスペクトルが図２４（Ｂ）である。

そして図２４から得られた検出元素と定量結果が表２である。表２より、基板側には、
半導体膜側の約１０倍のオーダーでタングステンが残存していることがわかる。

続いて、半導体膜側のスペクトルの波形解析図が図２５（Ａ）、基板側のスペクトルの
波形解析図が図２５（Ｂ）である。図２５（Ａ）（Ｂ）において、Ｗ１（タングステンＷ
）、Ｗ２（酸化タングステンＷＯ_X、Ｘはほぼ２）、Ｗ３（酸化タングステンＷＯ_X、２＜
Ｘ＜３）、Ｗ４（酸化タングステンＷＯ₃等）の４つの各状態の面積比（％）が組成比に
相当する。

また自然酸化膜が形成されている試料イをXPSにより測定したスペクトルが図３１であ
り、スペクトルの波形解析図は、図３２に示し、得られた試料イの各状態の面積比、及び
各試料におけるＷ４でＷ２及びＷ３を規格化した強度比を表３に示す。また更に、剥離後
の半導体膜側表面及び基板側表面を測定した結果を合わせて表３に示す。

また図３０（Ａ）には、表１及び表３に基づいて、Ｗ１〜Ｗ４の成分の強度比を表した
グラフを示し、図３０（Ｂ）には、Ｗ４でＷ２及びＷ３を規格化した強度比を表したグラ
フを示す。

剥離後の半導体膜側では、Ｗ１とＷ２は０％、Ｗ３は１６％、Ｗ４は８４％であるのに
対し、基板側では、Ｗ１は４４％、Ｗ２は５％、Ｗ３は１０％、Ｗ４は４２％である。ま
た自然酸化膜のスペクトルは、Ｗ１は７０、Ｗ２は６、Ｗ３は１、Ｗ４は２３であること
がわかる。

また試料イでは、他の試料と比較してＷ１（タングステン）の比率が高いことがわかる
。そして、Ｗ２〜Ｗ４（酸化物）の比率が低く、Ｗ３の比率がかなり少ないことがわかる
。

更に、剥離後の半導体膜側と基板側とのＷＯ₂の総和は、試料ＣのＷＯ₂と比較して少な
くなっていることがわかる。これは剥離前の酸化物層との状態がエネルギー的に活性な（
不安定な）状態であって、剥離後には安定な状態になろうとし、自然酸化膜と同様にＷ４
（ＷＯ₃）が主な構成となると考えられる。

図３０から、剥離することのできる試料Ｃと、自然酸化膜が形成されている試料イとを
比べると、試料ＣはＷ２〜Ｗ４（酸化物）が多いことがわかる。

従って、剥離が酸化物層と金属膜との界面或いは酸化物層と酸化珪素膜との界面、又は
酸化物層の層内で行われた際、Ｗ１（金属Ｗ）及びＷ２（ＷＯ_X、Ｘはほぼ２）は全て基
板側に残存し、Ｗ４（ＷＯ₃等）は２/３が半導体膜側に残存し、１/３が基板側に残存し
たことが分かる。また酸化物層と自然酸化膜とは酸化物の組成比が異なっていることがわ
かる。すなわち酸化物層の層内、特にＷＯ₂と、ＷＯ_x又はＷＯ₃との境界から剥離されや
すいと考えられる。そのため本実験では半導体膜側にＷＯ₂がなく、基板側にＷＯ₂が付着
していたが、逆に半導体膜側にＷＯ₂が付着し、基板側にＷＯ₂はない場合も考えられうる
。

本実施例では、試料Ａ〜Ｃに対して二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を行った結果を
、図２１〜図２３を用いて説明する。

まず非晶質珪素膜中の水素のプロファイルに注目すると、試料Ａ、Ｂでは水素の濃度が
約１．０×１０²²（atoms/cm³）であるのに対し、試料Ｃでは水素の濃度が約２．０×１
０²¹（atoms/cm³）であり、約２倍となっている。また、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）及
び酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）中の水素のプロファイルを観察すると、試料Ａ、Ｂでは、深さ
が０．２μｍ付近で減少傾向を示しており、不均一な濃度分布である。一方、試料Ｃでは
、際だった減少傾向もなく、深さ方向に均一な濃度分布である。つまり試料Ｃでは、試料
Ａ、Ｂに比べて水素が多く存在することがわかる。この結果から、水素のイオン化効率が
異なることが考えられ、試料Ｃと、試料Ａ、Ｂとは表面の組成比が異なることが考えられ
る。

次に、酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）とW膜の界面における窒素の濃度に注目すると、試料Ａ、
Ｂでは窒素の濃度が約１．０×１０²¹（atoms/cm³）であるのに対し、試料Ｃでは約１．
０×１０²²（atoms/cm³）であり、約１桁異なっている。従って、試料Ｃは、試料Ａ、Ｂ
に比べて酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）とＷ膜の界面における酸化物層の組成が異なることが分
かる。

本実施例では、本発明の剥離方法によりフィルム基板上に作製されたＴＦＴを備えた発
光装置について、図２６を用いて説明する。

図２６（Ａ）は発光装置の上面図を示し、フィルム基板１２１０上に信号線駆動回路１
２０１、走査線駆動回路１２０３、画素部１２０２が示されている。

図２６（Ｂ）は発光装置のＡ−Ａ’の断面図を示し、フィルム基板１２１０上には接着
材１２４０を介して酸化物層１２５０が設けられている。なお酸化物層はフィルム基板の
裏面に層として存在するのではなく、点在していることもありうる。そして上記実施例の
ように金属膜としてＷ膜を用いた場合、酸化物層はタングステンを主成分とする酸化物、
具体的にはＷＯ₃となる。

そしてフィルム基板１２１０上に、ｎチャネル型ＴＦＴ１２２３とｐチャネル型ＴＦＴ
１２２４とを有するＣＭＯＳ回路を備えた信号線駆動回路１２０１が示されている。また
、信号線駆動回路や走査線駆動回路を形成するＴＦＴは、ＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路又
はＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また本実施例では、基板上に信号線駆動回路及び走査
線駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板の外部に
形成することもできる。

また、スイッチング用ＴＦＴ１２２１及び電流制御用ＴＦＴ１２１２を有し、スイッチ
ング用ＴＦＴ及び電流制御用ＴＦＴを覆い、所定の位置に開口部を有する絶縁膜１２１４
と、電流制御用ＴＦＴ１２１２の一方の配線と接続された第１の電極１２１３と、第１の
電極上に設けられた有機化合物を含む層１２１５と、対向して設けられた第２の電極１２
１６を有する発光素子１２１８と、水分や酸素等による発光素子の劣化を防止するために
設けられた保護層１２１７を有する画素部１２２０が示されている。

第１の電極１２１３が電流制御用ＴＦＴ１２１２のドレインと接している構成となって
いるため、第１の電極１２１３の少なくとも下面は、半導体膜のドレイン領域とオーミッ
クコンタクトのとれる材料とし、有機化合物を含む層と接する表面に仕事関数の大きい材
料を用いて形成することが望ましい。例えば、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とす
る膜と窒化チタン膜との３層構造とすると、配線としての抵抗も低く、且つ、良好なオー
ミックコンタクトがとれるよう機能させることができる。また、第１の電極１２１３は、
窒化チタン膜の単層としてもよいし、３層以上の積層を用いてもよい。また更に、第１の
電極１２１３として透明導電膜を用いれば両面発光型の発光装置を作製することができる
。

絶縁物１２１４は有機樹脂膜又は珪素を含む絶縁膜で形成すればよい。ここでは、絶縁
物１２１４として、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いて形成する。

後に形成する電極や有機化合物を含む発光層のカバレッジを良好なものとするため、絶
縁物１２１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにすることが好
ましい。例えば、絶縁物１２１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶
縁物１２１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせるこ
とが好ましい。また、絶縁物１２１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解
性となるネガ型、又は光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用する
ことができる。

また絶縁物１２１４を保護膜で覆ってもよい。この保護膜はスパッタリング法（ＤＣ方
式やＲＦ方式）やリモートプラズマを用いた成膜装置により得られる窒化アルミニウム膜
、窒化酸化アルミニウム膜、又は窒化珪素膜といった窒化珪素或いは窒化酸化珪素を主成
分とする絶縁膜、又は炭素を主成分とする薄膜である。また、保護膜に発光を透過させる
ため、保護膜の膜厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。

第１の電極１２１３上には、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
ってＲ、Ｇ、Ｂの発光が得られる有機化合物を含む層１２１５を選択的に形成する。さら
に、有機化合物を含む層１２１５上には第２の電極１２１６が形成される。

また発光素子１２１８を白色発光とする場合、着色層とＢＭからなるカラーフィルタを
設ける必要がある。

そして、第２の電極１２１６は、接続領域の絶縁膜１２１４に設けられた開口部（コン
タクト）を介して接続配線１２０８と接続され、接続配線１２０８は異方性導電樹脂（Ａ
ＣＦ）によりフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）１２０９に接続されている。そ
して、外部入力端子となるＦＰＣ１２０９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。こ
こではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取
り付けられていてもよい。

またＡＣＦを用いて加圧や加熱によりFPCを接続するときに、フィルム基板のフレキシ
ブル性や加熱による軟化のため、クラックが生じないように注意する。例えば、接着領域
に硬性の高い基板を補助として配置したりすればよい。

また基板の周縁部にはシール材１２０５が設けられ、第２のフィルム基板１２０４と張
り合わせられ、封止されている。シール材１２０５はエポキシ系樹脂を用いるのが好まし
い。

本実施例では第２のフィルム基板１２０４を構成する材料としてガラス基板や石英基板
の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、
マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができ
る。

図示していないが、フィルム基板から水や酸素が侵入しないように、ポリビニルアルコ
ール、エチレンビニルアルコール共重合体等の有機材料或いはポシリラザン、酸化アルミ
ニウム、酸化珪素、窒化珪素等の無機材料、又はそれらの積層でなるバリア膜で覆うとよ
い。

また作製工程における薬品から保護するために、フィルム基板に保護層を設けてもよい
。保護層としては、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができる。

以上のようにして、フィルム基板上に設けられたＴＦＴを備えた発光装置が完成される
。そして本発明のＴＦＴを備えた発光装置は、落下しても割れにくく、軽量である。また
フィルム基板は、大量生産を行う上で発光装置の大型化を達成することができる。

本実施例では、本発明の剥離方法によりフィルム基板上に作製されたＴＦＴを備えた液
晶表示装置について、図２７を用いて説明する。

図２７（Ａ）は液晶表示装置の上面図を示し、第１のフィルム基板１３１０上に信号線
駆動回路１３０１、走査線駆動回路１３０３、画素部１３０２が示されている。

図２７（Ｂ）は液晶表示装置のＡ−Ａ’の断面図を示し、フィルム基板１３１０上には
接着材１３４０を介して酸化物層１３５０が形成されている。なお酸化物層はフィルム基
板の裏面に層として存在するのではなく、点在していることもありうる。そして上記実施
例のように金属膜としてＷ膜を用いた場合、酸化物層はタングステンを主成分とする酸化
物、具体的にはＷＯ₃となる。

そしてフィルム基板１３１０上にｎチャネル型ＴＦＴ１３２３とｐチャネル型ＴＦＴ１
３２４とを有するＣＭＯＳ回路を備えた信号線駆動回路１３０１が設けられている。なお
信号線駆動回路や走査線駆動回路を形成するＴＦＴは、ＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路又は
ＮＭＯＳ回路で形成してもよい。また本実施例では、基板上に信号線駆動回路及び走査線
駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板の外部に形
成することもできる。

また、スイッチング用ＴＦＴ１３２１及び保持容量１３１２を有し、スイッチング用Ｔ
ＦＴ及び保持容量を覆い、所定の位置に開口部を有する層間絶縁膜１３１４と、有する画
素部１３２０が示されている。

層間絶縁膜１３１４上には配向膜１３１７が設けられ、ラビング処理が施されている。

対向基板として第２のフィルム基板１３０４を用意する。第２のフィルム基板１３０４
は樹脂等によりマトリックス上に区分けられた領域にＲＧＢのカラーフィルタ１３３０と
、対向電極１３１６と、ラビング処理が施された配向膜１３１７が設けられている。

また第１及び第２のフィルム基板には偏光板１３３１が設けられ、シール剤１３０５に
より接着されている。そして第１及び第２のフィルム基板に液晶材料１３１８が注入され
ている。なお図示はしないが、第１及び第２のフィルム基板間を保持するためスペーサが
適宜設けられている。

図示していないが、フィルム基板から水や酸素が侵入しないように、ポリビニルアルコ
ールやエチレンビニルアルコール共重合体等の有機材料或いはポシリラザンや酸化珪素等
の無機材料、又はそれらの積層でなるバリア膜で覆うとよい。

また作製工程において薬品から保護するために、保護層を設けてもよい。保護層として
は、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができる。

そして、図２６と同様に異方性導電樹脂（ＡＣＦ）により配線と、ＦＰＣとが接続され
、ビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ＡＣＦを用いて加圧や加熱による接続に
は、クラックが生じないよう注意が必要である。

このようにして、フィルム基板上に設けられたＴＦＴを備えた液晶表示装置が完成され
る。そして本発明のＴＦＴを備えた液晶表示装置は、落下しても割れにくく、軽量である
。またフィルム基板は、大量生産を行う上で液晶表示装置の大型化を達成することができ
る。

本発明の実施例について、図２８を用いて説明する。本実施例では、同一の絶縁表面上
に画素部と該画素部を制御する駆動回路、記憶回路、及び制御装置と演算装置を有するCP
Uを搭載したパネルについて説明する。

図２８はパネルの外観を示し、該パネルは、基板３００９上に複数の画素がマトリクス
状に配置された画素部３０００を有する。画素部３０００の周辺には、画素部３０００を
制御する走査線駆動回路３００１、信号線駆動回路３００２を有する。画素部３０００で
は、駆動回路から供給される信号に従って画像を表示する。

対向基板は、画素部３０００及び駆動回路３００１、３００２上のみに設けてもよいし
、全面に設けてもよい。但し、発熱する恐れがあるCPU３００８には、放熱板が接するよ
うに配置することが好ましい。

また前記パネルは、駆動回路３００１、３００２を制御するＶＲＡＭ３００３(video r
andom access memory、画面表示専用メモリー)、ＶＲＡＭ３００３の周辺には、ＶＲＡＭ
３００３を制御するデコーダ３００４、３００５を有する。またＲＡＭ３００６、ＲＡＭ
３００６の周辺には、ＲＡＭ３００６を制御するデコーダ３００７、さらにＣＰＵ３００
８を有する。

基板３００９上の回路を構成する全ての素子は、非晶質半導体に比べて電界効果移動度
が高く、オン電流が大きい多結晶半導体（ポリシリコン）により形成されており、それ故
に同一の絶縁表面上における複数の回路の一体形成を実現している。また、画素部３００
１及び駆動回路３００１、３００２、並びに他の回路はまず支持基板上に作製後、本発明
の剥離方法により剥離して貼り合わせることで、可撓性基板３００９上における一体形成
を実現している。なお画素部に配置された複数の画素の構成は限定されないが、複数の画
素の各々にＳＲＡＭを配置することで、ＶＲＡＭ３００３及びＲＡＭ３００６の配置を省
略してもよい。

本発明は様々な電子機器の表示部に適用することができる。電子機器としては、携帯情
報端末（携帯電話機、モバイルコンピュータ、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、ビデオ
カメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、表示ディスプレイ、ナビゲーション
システム等が挙げられる。これら電子機器の具体例を図２９に示す。

図２９（Ａ）はディスプレイであり、筐体４００１、音声出力部４００２、表示部４０
０３等を含む。本発明は表示部４００３に用いる。表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受
信用、広告表示用など全ての情報表示装置が含まれる。

図２９（Ｂ）はモバイルコンピュータであり、本体４１０１、スタイラス４１０２、表
示部４１０３、操作ボタン４１０４、外部インターフェイス４１０５等を含む。本発明の
表示装置は表示部４１０３に用いる。

図２９（Ｃ）はゲーム機であり、本体４２０１、表示部４２０２、操作ボタン４２０３
等を含む。本発明は表示部４２０２に用いる。図２９（Ｄ）は携帯電話機であり、本体４
３０１、音声出力部４３０２、音声入力部４３０３、表示部４３０４、操作スイッチ４３
０５、アンテナ４３０６等を含む。本発明の表示装置は表示部４３０４に用いる。

図２９（Ｅ）は電子ブックリーダーであり、表示部４４０１等を含む。本発明は表示部
４２０２に用いる。

以上のように、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いること
が可能である。特に、薄型や軽量が実現する本発明は、図２９（Ａ）〜（Ｅ）の電子機器
に大変有効である。

Claims

発光素子を有する発光装置であって、
前記発光装置は、プラスチック基板と、
前記プラスチック基板上のバリア膜と、を有し、
前記プラスチック基板に金属酸化物が残存していることを特徴とする発光装置。
発光素子を有する発光装置であって、
前記発光装置は、プラスチック基板と、
前記プラスチック基板上のバリア膜と、を有し、
前記プラスチック基板に選択的に金属酸化物が残存しており、
前記金属酸化物は、ガラス基板上の剥離層に加熱処理を行って、前記発光素子を有する被剥離層と、前記ガラス基板とを分離したときに、前記被剥離層側に残存した前記剥離層の一部であることを特徴とする発光装置。