JP2015084427A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、剥離した被剥離層を基材に貼りつけて転写させた薄膜トランジスタ（以下、
ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例え
ば、液晶モジュールに代表される電気光学装置やＥＬモジュールに代表される発光装置、
およびその様な装置を部品として搭載した電子機器に関する。
The present invention is a thin film transistor (hereinafter referred to as a thin film transistor) in which a peeled layer to be peeled is attached to a substrate and transferred.
The present invention relates to a semiconductor device having a circuit including a TFT and a manufacturing method thereof. For example, an electro-optical device typified by a liquid crystal module and a light-emitting device typified by an EL module,
The present invention also relates to an electronic device in which such a device is mounted as a part.
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
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は全て半導体装置で
ある。
Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a light-emitting device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.
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
いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
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、特に画像表示装置のスイッチ
ング素子として開発が急がれている。
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
いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
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、特に画像表示装置のスイッチ
ング素子として開発が急がれている。
In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching devices for image display devices is urgently required.
In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching devices for image display devices is urgently required.
このような画像表示装置を利用したアプリケーションは様々なものが期待されているが
、特に携帯機器への利用が注目されている。現在、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。また、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り、不向きである。そのため、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。
Various applications using such an image display device are expected, but the use for portable devices is attracting attention. Currently, many glass substrates and quartz substrates are used, but they have the disadvantage of being easily broken and heavy. Further, in mass production, it is difficult to increase the size of a glass substrate or a quartz substrate, which is not suitable. Therefore, attempts have been made to form TFT elements on a flexible substrate, typically a flexible plastic film.
しかしながら、プラスチックフィルムの耐熱性が低いためプロセスの最高温度を低くせ
ざるを得ず、結果的にガラス基板上に形成する時ほど良好な電気特性のＴＦＴを形成でき
ないのが現状である。そのため、プラスチックフィルムを用いた高性能な発光素子や液晶
表示装置は実現されていない。
However, since the heat resistance of the plastic film is low, the maximum temperature of the process has to be lowered, and as a result, TFTs having better electrical characteristics cannot be formed than when formed on a glass substrate. Therefore, a high-performance light-emitting element or liquid crystal display device using a plastic film has not been realized.
もし、プラスチックフィルム等の可撓性を有する基板の上に有機発光素子（ＯＬＥＤ：
Organic Light Emitting Device）が形成された発光装置や、液晶表示装置を作製するこ
とができれば、厚みが薄く軽量であるということに加えて、曲面を有するディスプレイや
、ショーウィンドウ等などにも用いることができる。
よって、その用途は携帯機器のみに限られず、応用範囲は非常に広い。
If a flexible substrate such as a plastic film is used, an organic light emitting device (OLED:
If a light emitting device or an organic light emitting device) can be manufactured, it can be used for displays with curved surfaces, show windows, etc. in addition to being thin and lightweight. it can.
Therefore, the application is not limited to portable devices, and the application range is very wide.
本発明は、曲面を有する基材に被剥離層を貼りつけた半導体装置およびその作製方法を
提供することを課題とする。特に、曲面を有するディスプレイ、具体的には曲面を有する
基材に貼りつけられたＯＬＥＤを有する発光装置、曲面を有する基材に貼りつけられた液
晶表示装置の提供を課題とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a layer to be peeled is attached to a substrate having a curved surface, and a method for manufacturing the semiconductor device. In particular, it is an object to provide a display having a curved surface, specifically, a light-emitting device having an OLED attached to a substrate having a curved surface, and a liquid crystal display device attached to a substrate having a curved surface.
また、本発明は、フレキシブルなフィルム（湾曲することが可能なフィルム）
にＴＦＴを代表とする様々な素子（薄膜ダイオード、シリコンのＰＩＮ接合からなる光電
変換素子やシリコン抵抗素子）を貼りつけた半導体装置およびその作製方法を提供するこ
とを課題とする。
The present invention also provides a flexible film (a film that can be bent).
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which various elements typified by TFTs (a thin film diode, a photoelectric conversion element including a silicon PIN junction and a silicon resistance element) are attached, and a manufacturing method thereof.
本発明は、基板上に素子を含む被剥離層を形成する際、素子のチャネルとして機能する
領域のチャネル長方向を全て同一方向に配置し、該チャネル長方向と同一方向に走査する
レーザー光の照射を行い、素子を完成させた後、さらに、前記チャネル長方向と異なって
いる方向、即ちチャネル幅方向に湾曲した曲面を有する基材に貼り付けて曲面を有するデ
ィスプレイを実現するものである。なお、被剥離層を曲面を有する基材に貼り合わせた場
合には、基材の曲面に沿って被剥離層も曲げられることとなる。本発明は、素子のチャネ
ル長方向が全て同一方向に配置されており、チャネル長方向と基材が湾曲している方向と
が異なっているため、素子を含む被剥離層が曲がったとしても素子特性への影響を最小限
に抑えることができる。即ち、ある方向（ここでは基材が湾曲している方向）への変形に
強い半導体装置を提供することも可能となる。
In the present invention, when a layer to be peeled including an element is formed on a substrate, the channel length direction of the region functioning as the channel of the element is all arranged in the same direction, and the laser beam scanned in the same direction as the channel length direction is used. After completing the device by irradiating, a display having a curved surface is realized by being attached to a substrate having a curved surface that is curved in a direction different from the channel length direction, that is, the channel width direction. In addition, when the layer to be peeled is bonded to a substrate having a curved surface, the layer to be peeled is also bent along the curved surface of the substrate. In the present invention, the channel length direction of the element is all arranged in the same direction, and the channel length direction and the direction in which the substrate is curved are different. Therefore, even if the layer to be peeled including the element is bent, the element The influence on the characteristics can be minimized. That is, it is possible to provide a semiconductor device that is resistant to deformation in a certain direction (here, the direction in which the base material is curved).
本明細書で開示する作製方法に関する発明の構成は、基板上に素子を含む被剥離層を形
成する工程と、前記素子を含む被剥離層に支持体を接着した後、該支持体を基板から物理
的手段により剥離する工程と、 前記素子を含む被剥離層に転写体を接着し、前記支持体
と前記転写体との間に前記素子を挟む工程とを有する半導体装置の作製方法であって、前
記素子は、絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なる半導体層をチャネルとする薄膜トラン
ジスタであり、前記半導体層を形成する工程は、前記チャネルのチャネル長方向と同一方
向で走査するレーザー光の照射を行う処理を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法である。
The structure of the invention relating to the manufacturing method disclosed in this specification includes a step of forming a layer to be peeled including an element over a substrate, a support attached to the layer to be peeled including the element, and the support from the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of peeling by physical means; and a step of adhering a transfer body to a layer to be peeled including the element and sandwiching the element between the support and the transfer body. The element is a thin film transistor having a semiconductor layer that overlaps with a gate electrode with an insulating film interposed therebetween as a channel, and the step of forming the semiconductor layer includes the step of scanning laser light in the same direction as the channel length direction of the channel. A method for manufacturing a semiconductor device is characterized by including a treatment for irradiation.
ただし、上記構成において、被剥離層の機械的強度が十分である場合には、被剥離層を
固定する転写体を貼り合わせなくともよい。
However, in the above structure, when the mechanical strength of the layer to be peeled is sufficient, the transfer body for fixing the layer to be peeled does not have to be bonded.
なお、上記構成において、前記薄膜トランジスタは複数設けられ、且つ、該複数の薄膜
トランジスタのチャネル長方向は全て同一方向に配置されていることを特徴としている。
Note that in the above structure, a plurality of the thin film transistors are provided, and the channel length directions of the plurality of thin film transistors are all arranged in the same direction.
また、上記構成において、前記支持体は、凸状または凹状に湾曲した曲面を有し、前記
支持体が湾曲している方向と前記チャネル長方向は異なっていることを特徴としている。
また、転写体を貼り付ける場合、支持体の曲面に沿って転写体も凸状または凹状に湾曲し
た曲面を有する。従って、上記構成において、前記転写体は、凸状または凹状に湾曲した
曲面を有し、前記支持体が湾曲している方向と前記チャネル長方向は異なっていることを
特徴としている。
Further, in the above configuration, the support has a curved surface curved in a convex shape or a concave shape, and a direction in which the support is curved is different from the channel length direction.
When the transfer body is pasted, the transfer body also has a curved surface curved in a convex or concave shape along the curved surface of the support. Accordingly, in the above configuration, the transfer body has a curved surface curved in a convex shape or a concave shape, and the direction in which the support body is curved is different from the channel length direction.
また、上記構成において、液晶表示装置を形成する場合、前記支持体は対向基板であっ
て、前記素子は画素電極を有しており、該画素電極と、前記対向基板との間には液晶材料
が充填されていることを特徴としている。
In the above structure, in the case of forming a liquid crystal display device, the support is a counter substrate, the element has a pixel electrode, and a liquid crystal material is provided between the pixel electrode and the counter substrate. It is characterized by being filled.
また、上記構成において、ＯＬＥＤを有する発光装置を形成する場合、前記支持体は封
止材であって、前記素子は発光素子であることを特徴としている。
In the above structure, when a light emitting device having an OLED is formed, the support is a sealing material, and the element is a light emitting element.
また、上記構成において、剥離方法としては、特に限定されず、被剥離層と基板との間
に分離層を設け、該分離層を薬液（エッチャント）で除去して被剥離層と基板とを分離す
る方法や、被剥離層と基板との間に非晶質シリコン（またはポリシリコン）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非晶質シリコンに含まれる水素を放出
させることにより、空隙を生じさせて被剥離層と基板を分離させる方法などを用いること
が可能である。なお、レーザー光を用いて剥離する場合においては、剥離前に水素が放出
しないように熱処理温度を４１０℃以下として被剥離層に含まれる素子を形成することが
望ましい。
In the above structure, the peeling method is not particularly limited, and a separation layer is provided between the layer to be peeled and the substrate, and the separation layer is removed with a chemical solution (etchant) to separate the layer to be peeled from the substrate. And a separation layer made of amorphous silicon (or polysilicon) is provided between the layer to be peeled and the substrate, and hydrogen contained in the amorphous silicon is released by irradiating the substrate with laser light. Thus, it is possible to use a method of generating a void to separate the layer to be peeled from the substrate. Note that in the case of peeling using laser light, it is preferable to form an element included in the layer to be peeled at a heat treatment temperature of 410 ° C. or lower so that hydrogen is not released before peeling.
また、他の剥離方法として、２層間の膜応力を利用して剥離を行う剥離方法を用いても
よい。この剥離方法は、基板上に設けた金属層、好ましくは窒化金属層を設け、さらに前
記窒化金属層に接して酸化層を設け、該酸化層の上に素子を形成し、成膜処理または５０
０℃以上の熱処理を行っても、膜剥がれ（ピーリング）が生じずに、物理的手段で容易に
酸化層の層内または界面において、きれいに分離できるものである。さらに剥離を助長さ
せるため、前記物理的手段により剥離する前に、加熱処理またはレーザー光の照射を行う
処理を行ってもよい。
Moreover, you may use the peeling method which peels using the film | membrane stress of two layers as another peeling method. In this peeling method, a metal layer provided on a substrate, preferably a metal nitride layer is provided, an oxide layer is provided in contact with the metal nitride layer, an element is formed on the oxide layer, and a film formation process or 50
Even if heat treatment at 0 ° C. or higher is performed, film separation (peeling) does not occur, and it can be easily separated cleanly in the layer or interface of the oxide layer by physical means. Further, in order to promote peeling, a heat treatment or a laser beam irradiation treatment may be performed before peeling by the physical means.
以上に示した本発明の作製方法により得られる半導体装置は様々な特徴を有している。 The semiconductor device obtained by the manufacturing method of the present invention described above has various characteristics.
本明細書で開示する発明の構成１は、凸状または凹状に湾曲した曲面を有する基材上に
、複数の薄膜トランジスタが設けられ、該複数の薄膜トランジスタのチャネル長方向は全
て同一方向に配置され、且つ、前記チャネル長方向は、前記基材の湾曲している方向とは
異なっていることを特徴とする半導体装置である。
In the
また、本発明は、画素部と駆動回路とにそれぞれ異なる薄膜トランジスタを形成した場
合においても適用することができ、他の発明の構成２は、凸状または凹状に湾曲した曲面
を有する基材上に、画素部と駆動回路部が設けられ、前記画素部に設けられた薄膜トラン
ジスタのチャネル長方向と、前記駆動回路部に設けられた薄膜トランジスタのチャネル長
方向は同一方向に配置され、且つ、前記チャネル長方向は、前記基材の湾曲している方向
とは異なっていることを特徴とする半導体装置である。なお、パターンのデザインルール
は５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴ
が基板上に作り込まれている。
The present invention can also be applied to the case where different thin film transistors are formed in the pixel portion and the driving circuit, and the
Is built on the substrate.
また、上記各構成において、前記チャネル長方向は、前記薄膜トランジスタの半導体層
に照射されたレーザー光の走査方向と同一方向であることを特徴としている。基板上にレ
ーザーアニールにより結晶化させた半導体膜で薄膜トランジスタのチャネルを形成する場
合、結晶の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることが
できる。即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度が実
質的に高くすることができる。連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射し
て結晶化させる場合には、固液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結
晶成長を行わせることが可能である。レーザー光としては、エキシマレーザー等の気体レ
ーザーや、ＹＡＧレーザーなどの固体レーザーや、半導体レーザーを用いればよい。また
、レーザー発振の形態は、連続発振、パルス発振のいずれでもよく、レーザービームの形
状も線状または矩形状でもよい。
In each of the above structures, the channel length direction is the same as the scanning direction of the laser light applied to the semiconductor layer of the thin film transistor. When a thin film transistor channel is formed using a semiconductor film crystallized by laser annealing on a substrate, high field-effect mobility can be obtained by aligning the crystal growth direction with the carrier movement direction. That is, the field effect mobility can be substantially increased by matching the crystal growth direction with the channel length direction. In the case where the non-single crystal semiconductor film is irradiated with a continuous oscillation laser beam to be crystallized, the solid-liquid interface is maintained, and continuous crystal growth can be performed in the scanning direction of the laser beam. As the laser light, a gas laser such as an excimer laser, a solid-state laser such as a YAG laser, or a semiconductor laser may be used. Further, the form of laser oscillation may be either continuous oscillation or pulse oscillation, and the shape of the laser beam may be linear or rectangular.
また、上記各構成において、前記湾曲している方向と前記チャネル長方向は直交してい
ることを特徴としている。即ち、チャネル長方向は直交する方向とはチャネル幅方向であ
り、他の発明の構成３は、 凸状または凹状に湾曲した曲面を有する基材上に、複数の薄
膜トランジスタが設けられ、該複数の薄膜トランジスタのチャネル幅方向は全て同一方向
に配置され、且つ、前記チャネル幅方向は、前記基材の湾曲している方向と同一方向であ
ることを特徴とする半導体装置である。
In each of the above structures, the curved direction and the channel length direction are orthogonal to each other. That is, the channel length direction is the channel width direction, and the configuration 3 of another invention is that a plurality of thin film transistors are provided on a substrate having a curved surface that is curved in a convex shape or a concave shape. The channel width directions of the thin film transistors are all arranged in the same direction, and the channel width direction is the same direction as the curved direction of the base material.
なお、上記構成３においては、前記チャネル幅方向は、前記薄膜トランジスタの半導体
層に照射されたレーザー光の走査方向と直交することになる。
Note that in the configuration 3, the channel width direction is orthogonal to the scanning direction of the laser light applied to the semiconductor layer of the thin film transistor.
また、曲面を有する基材は、凸状または凹状に湾曲しているが、ある一方向に湾曲して
いる場合、曲率を持つ方向と曲率を持たない方向とを有する曲面を有しているとも言える
。従って、他の発明の構成４は、曲率を持つ方向と曲率を持たない方向とを有する曲面を
備えた基材表面上に設けられた複数の薄膜トランジスタのチャネル長方向は全て同一方向
に配置され、且つ、前記チャネル長方向と曲率を持たない方向とが同一方向であることを
特徴とする半導体装置である。
In addition, the base material having a curved surface is curved in a convex shape or a concave shape, but when curved in a certain direction, the base material has a curved surface having a direction having a curvature and a direction having no curvature. I can say that. Therefore, in the configuration 4 of another invention, the channel length directions of the plurality of thin film transistors provided on the substrate surface having a curved surface having a direction having a curvature and a direction having no curvature are all arranged in the same direction, In the semiconductor device, the channel length direction and the direction having no curvature are the same direction.
なお、上記構成４において、前記チャネル長方向は、前記薄膜トランジスタの半導体層
に照射されたレーザー光の走査方向と同一方向であることを特徴としている。
Note that in the above-described structure 4, the channel length direction is the same as the scanning direction of the laser light applied to the semiconductor layer of the thin film transistor.
また、本発明は、フレキシブルなフィルム（湾曲することが可能なフィルム）
、好ましくは、一方向に湾曲するフィルムに被剥離層を貼り付ける場合にも適用できる。
なお、このフレキシブルフィルムは通常の状態では湾曲しておらず、なんらかの外部の力
によって、ある方向に曲げられるものとしている。他の発明の構成５は、 凸状または凹
状に湾曲することが可能な基材上に、複数の薄膜トランジスタが設けられ、該複数の薄膜
トランジスタのチャネル長方向は全て同一方向に配置され、且つ、前記基材が湾曲する方
向は、前記チャネル長方向と異なっていることを特徴とする半導体装置である。
The present invention also provides a flexible film (a film that can be bent).
Preferably, the present invention can also be applied to a case where a layer to be peeled is attached to a film that curves in one direction.
The flexible film is not bent in a normal state, and is bent in a certain direction by some external force. According to a fifth aspect of the invention, a plurality of thin film transistors are provided on a substrate that can be curved in a convex shape or a concave shape, and the channel length directions of the plurality of thin film transistors are all arranged in the same direction, and The semiconductor device is characterized in that the direction in which the substrate is curved is different from the channel length direction.
なお、上記構成５において、前記チャネル長方向は、前記薄膜トランジスタの半導体層
に照射されたレーザー光の走査方向と同一方向であることを特徴としている。また、上記
構成５において、前記湾曲する方向と前記チャネル長方向は直交している、即ち、前記湾
曲する方向とチャネル幅方向は同一方向である。
Note that the above-described configuration 5 is characterized in that the channel length direction is the same as the scanning direction of the laser light applied to the semiconductor layer of the thin film transistor. In the configuration 5, the bending direction and the channel length direction are orthogonal to each other, that is, the bending direction and the channel width direction are the same direction.
なお、本明細書中において、転写体とは、剥離された後、被剥離層と接着させるもので
あり、曲面を有していれば、特に限定されず、プラスチック、ガラス、金属、セラミック
ス等、いかなる組成の基材でもよい。また、本明細書中において、支持体とは、物理的手
段により剥離する際に被剥離層と接着するためのものであり、特に限定されず、プラスチ
ック、ガラス、金属、セラミックス等、いかなる組成の基材でもよい。また、転写体の形
状および支持体の形状も特に限定されず、平面を有するもの、曲面を有するもの、可曲性
を有するもの、フィルム状のものであってもよい。また、軽量化を最優先するのであれば
、フィルム状のプラスチック基板、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポ
リエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネー
ト（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳ
Ｆ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフ
タレート（ＰＢＴ）などのプラスチック基板が好ましい。
In the present specification, the transfer body is to be bonded to the layer to be peeled after being peeled, and is not particularly limited as long as it has a curved surface, such as plastic, glass, metal, ceramics, etc. A substrate of any composition may be used. Further, in the present specification, the support is for adhering to the layer to be peeled when peeling by physical means, and is not particularly limited, and any composition such as plastic, glass, metal, ceramics, etc. A substrate may be used. Further, the shape of the transfer body and the shape of the support are not particularly limited, and may be a flat surface, a curved surface, a bendable shape, or a film shape. If weight reduction is the top priority, a film-like plastic substrate such as polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), nylon, polyetherether Ketone (PEEK), Polysulfone (PS
Plastic substrates such as F), polyetherimide (PEI), polyarylate (PAR), and polybutylene terephthalate (PBT) are preferable.
本発明により、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する半導体領域の位置に合わ
せてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形
成することができ、しかもＴＦＴの特性を向上させるとともに、曲面を有するディスプレ
イを実現することができる。
According to the present invention, a crystal semiconductor film having a large grain size can be formed with high throughput by irradiating a laser beam on the entire surface of a large area substrate in accordance with the position of a semiconductor region where a TFT is formed, and crystallizing the TFT. In addition, it is possible to realize a display having a curved surface.
本発明の実施形態について、以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
以下に本発明を用いた代表的な作製手順を簡略に図１、図２を用いて示す。 A typical manufacturing procedure using the present invention will be briefly described below with reference to FIGS.
図１（Ａ）中、１０は基板、１１ａは被剥離層、１２は剥離層に設けられた画素部、１
３aは画素部に設けられた半導体層、１３ｂは半導体層１３ａのチャネル長方向、１４ａ
はレーザー光の照射領域、１４ｂはレーザー光の照射方向をそれぞれ指している。
In FIG. 1A, 10 is a substrate, 11a is a layer to be peeled, 12 is a pixel portion provided in the peeling layer, 1
3a is a semiconductor layer provided in the pixel portion, 13b is a channel length direction of the semiconductor layer 13a, 14a
Indicates a laser light irradiation region, and 14b indicates a laser light irradiation direction.
図１（Ａ）は、被剥離層を完成させる途中の作製工程図であり、半導体層にレーザー光
を照射する処理を示す簡略図である。このレーザー光の照射処理によってレーザー結晶化
やレーザーアニールを行うことができる。発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態で
も良いが、半導体膜の溶融状態を保って連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモ
ードを選択することが望ましい。
FIG. 1A is a manufacturing process diagram in the middle of completing a layer to be peeled, and is a simplified diagram illustrating a process of irradiating a semiconductor layer with laser light. Laser crystallization and laser annealing can be performed by this laser light irradiation treatment. The oscillation may be either pulse oscillation or continuous oscillation, but it is desirable to select the continuous oscillation mode in order to continuously grow the crystal while maintaining the molten state of the semiconductor film.
図１（Ａ）では、被剥離層に含まれる多数の半導体層のチャネル長方向は全て同一方向
に配置されている。また、レーザー光の照射方向、即ち走査方向は、チャネル長方向と同
一とする。こうすることによって、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで
電界効果移動度が実質的に高くすることができる。なお、図１（Ａ）では、線状レーザー
光を照射した例を示したが、特に限定されない。また、ここでは半導体層をパターニング
した後にレーザー光照射を行うが、パターニングする前にレーザー光照射を行ってもよい
。
In FIG. 1A, the channel length directions of many semiconductor layers included in the layer to be peeled are all arranged in the same direction. Further, the irradiation direction of the laser beam, that is, the scanning direction is the same as the channel length direction. By doing so, the field effect mobility can be substantially increased by matching the crystal growth direction with the channel length direction. Note that FIG. 1A illustrates an example in which linear laser light is irradiated, but there is no particular limitation. Here, laser light irradiation is performed after the semiconductor layer is patterned, but laser light irradiation may be performed before patterning.
次いで、電極および配線や絶縁膜等を形成してＴＦＴを代表とする様々な素子（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やシリコン抵抗素子など）を形成
し、被剥離層１１ｂを完成させた後、基板１０から剥離する。
Next, various elements typified by TFTs (thin film diodes, photoelectric conversion elements made of silicon PIN junctions, silicon resistance elements, etc.) are formed by forming electrodes, wirings, insulating films, etc., and the layer 11b to be peeled is completed. Then, the
なお、剥離する方法は、特に限定されないが、ここでは、熱処理温度や基板の種類に制
約を受けない剥離方法である、金属層または窒化物層と酸化物層との膜応力を利用した剥
離方法を用いる。まず、図１（Ａ）の状態を得る前に、基板１０上に窒化物層または金属
層（図示しない）を形成する。窒化物層または金属層として代表的な一例はＴｉ、Ｗ、Ａ
ｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ
、Ｐｔ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、またはこれらの積層、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化
タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層、またはこれらの積層を用い
ればよい。次いで、窒化物層または金属層上に酸化物層（図示しない）を形成する。酸化
物層として代表的な一例は酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化金属材料を用いればよ
い。なお、酸化物層は、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、塗布法などのいずれの成膜方法
を用いてもよい。この酸化物層の膜応力と、窒化物層または金属層の膜応力とを異ならせ
ることが重要である。各々の膜厚は、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で適宜設定し、各々の
膜応力を調節すればよい。また、基板と窒化物層または金属層との間に絶縁層や金属層を
設け、基板１０との密着性を向上させてもよい。次いで、酸化物層上に半導体層を形成し
、被剥離層１１ａを得ればよい。なお、上記剥離方法は、酸化物層の膜応力と、窒化物層
または金属層の膜応力が異なっていても、被剥離層の作製工程における熱処理によって膜
剥がれなどが生じない。また、上記剥離方法は、酸化物層の膜応力と、窒化物層または金
属層の膜応力が異なっているため、比較的小さな力で引き剥がすことができる。
また、ここでは、被剥離層１１ｂの機械的強度が十分であると仮定した例を示しているが
、被剥離層１１ｂの機械的強度が不十分である場合には、被剥離層１１ｂを固定する支持
体（図示しない）を貼りつけた後、剥離することが好ましい。
なお、被剥離層１１ｂを引き剥がす際には、被剥離層１１ｂが曲らないようにし、被剥離
層にクラックを生じさせないようにすることも重要である。
Note that a peeling method is not particularly limited, but here, a peeling method using a film stress between a metal layer or a nitride layer and an oxide layer, which is a peeling method that is not limited by the heat treatment temperature or the type of the substrate. Is used. First, a nitride layer or a metal layer (not shown) is formed on the
l, Ta, Mo, Cu, Cr, Nd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir
, Pt, or a single layer made of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or a laminate thereof, or a nitride thereof, for example, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, nitride A single layer of molybdenum or a stacked layer thereof may be used. Next, an oxide layer (not shown) is formed on the nitride layer or the metal layer. As a typical example of the oxide layer, silicon oxide, silicon oxynitride, or a metal oxide material may be used. Note that the oxide layer may be formed by any film formation method such as sputtering, plasma CVD, or coating. It is important to make the film stress of the oxide layer different from the film stress of the nitride layer or the metal layer. Each film thickness may be appropriately set within a range of 1 nm to 1000 nm, and each film stress may be adjusted. Further, an insulating layer or a metal layer may be provided between the substrate and the nitride layer or the metal layer to improve the adhesion with the
In this example, it is assumed that the mechanical strength of the layer to be peeled 11b is sufficient, but when the mechanical strength of the layer to be peeled 11b is insufficient, the layer to be peeled 11b is fixed. It is preferable to peel off after attaching a support (not shown).
Note that when the layer to be peeled 11b is peeled off, it is also important to prevent the layer to be peeled 11b from bending and to prevent the layer to be peeled from cracking.
こうして、酸化物層上に形成された被剥離層１１ｂを基板１０から分離することができる
。剥離後の状態を図１（Ｂ）に示す。なお、図１（Ｂ）に示す段階では半導体層だけでな
く、電極や配線などが形成されているが、簡略化のため、ここでは図示しない。
Thus, the layer 11b to be peeled formed on the oxide layer can be separated from the
剥離後の被剥離層１１ｃは、湾曲させることができる。湾曲させた状態を図１（Ｃ）に
示す。被剥離層１１ｃは方向１９に示す方向に湾曲している。なお、曲面を有する転写体
（図示しない）に貼り付けることも可能であることは言うまでもない。
The peeled layer 11c after peeling can be curved. The bent state is shown in FIG. The layer to be peeled 11 c is curved in the direction indicated by direction 19. Needless to say, it can be attached to a transfer body (not shown) having a curved surface.
図１（Ｃ）中、１５は駆動回路（Ｘ方向）、１６aは駆動回路（Ｘ方向）に設けられた
半導体層、１６ｂは半導体層１６ａのチャネル長方向、１７は駆動回路（Ｙ方向）、１８
aは駆動回路（Ｙ方向）に設けられた半導体層、１８ｂは半導体層１８ａのチャネル長方
向をそれぞれ指している。
In FIG. 1C, 15 is a drive circuit (X direction), 16a is a semiconductor layer provided in the drive circuit (X direction), 16b is a channel length direction of the semiconductor layer 16a, 17 is a drive circuit (Y direction), 18
a indicates a semiconductor layer provided in the drive circuit (Y direction), and 18b indicates the channel length direction of the
以上のように、本発明は、レーザー光の照射方向１４ｂと、被剥離層に設けられた全て
の半導体層のチャネル長方向１３ｂ、１６ｂ、１８ｂとを同一方向とし、これらの方向と
湾曲している方向１９とが直交するように設定することが最大の特徴である。
As described above, according to the present invention, the laser beam irradiation direction 14b and the
なお、これらの方向の相互関係をさらに明瞭にするため、一つのＴＦＴに着目した場合
を図２に示す。図２では、半導体層２０、ゲート電極２１、電極（ソース電極またはドレ
イン電極）２２、２３を有するＴＦＴが簡略に示してある。なお、このＴＦＴは公知の技
術を用いて形成することができ、非晶質構造を有する半導体膜（アモルファスシリコン等
）を公知の結晶化技術により結晶構造を有する半導体膜（ポリシリコン等）を形成した後
、所望の形状にパターニングを施して半導体層２０を形成し、ゲート絶縁膜（図示しない
）で覆った後、ゲート絶縁膜を間に挟んで半導体層２０と一部重なるようにゲート電極２
１を形成し、ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を半導体層の一部に添加してソース領
域またはドレイン領域を形成し、ゲート電極を覆う層間絶縁膜（図示しない）を形成し、
層間絶縁膜上にソース領域またはドレイン領域に電気的に接続する電極（ソース電極また
はドレイン電極）２２、２３を形成すればよい。
In order to further clarify the mutual relationship between these directions, FIG. 2 shows a case where attention is paid to one TFT. In FIG. 2, a TFT having a semiconductor layer 20, a gate electrode 21, and electrodes (source or drain electrodes) 22 and 23 is shown in a simplified manner. This TFT can be formed using a known technique. A semiconductor film having an amorphous structure (such as amorphous silicon) is formed into a semiconductor film having a crystalline structure (such as polysilicon) by a known crystallization technique. After that, the semiconductor layer 20 is formed by patterning in a desired shape, covered with a gate insulating film (not shown), and then the
1 is formed, an impurity element imparting n-type or p-type is added to part of the semiconductor layer to form a source region or a drain region, and an interlayer insulating film (not shown) covering the gate electrode is formed.
Electrodes (source electrodes or drain electrodes) 22 and 23 that are electrically connected to the source region or the drain region may be formed on the interlayer insulating film.
本発明においては、このＴＦＴを作製する上で、レーザー光の走査方向２５が図２に示
した方向であるレーザー光を用いる。また、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極２１と
重なる半導体層２０の部分はチャネルとして機能し、チャネル長方向２４は図２に示した
方向となる。レーザー光の走査方向２５とチャネル長方向２４は同一の方向となる。また
、チャネル長方向２４と直交する方向であるチャネル幅方向は、湾曲している方向２６と
同一の方向であり、湾曲している方向２６は図２に示した方向となる。なお、図２ではト
ップゲート型ＴＦＴを例に示したが、本発明はＴＦＴ構造に限定することなく適用するこ
とができ、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用するこ
とが可能である。
In the present invention, laser light whose scanning direction 25 is the direction shown in FIG. 2 is used in manufacturing this TFT. The portion of the semiconductor layer 20 that overlaps with the gate electrode 21 with the gate insulating film interposed therebetween functions as a channel, and the channel length direction 24 is the direction shown in FIG. The scanning direction 25 of laser light and the channel length direction 24 are the same direction. The channel width direction, which is a direction orthogonal to the channel length direction 24, is the same direction as the curved direction 26, and the curved direction 26 is the direction shown in FIG. Although FIG. 2 shows a top gate type TFT as an example, the present invention can be applied without being limited to the TFT structure, for example, a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT. It is possible.
また、本発明は様々な半導体装置の作製方法に用いることができる。特に、転写体や支
持体をプラスチック基板とすることで、軽量化が図れる。
Further, the present invention can be used for various manufacturing methods of semiconductor devices. In particular, the weight can be reduced by using a plastic substrate as the transfer body or the support.
液晶表示装置を作製する場合は、支持体を対向基板とし、シール材を接着材として用い
て支持体を被剥離層に接着すればよい。この場合、被剥離層に設けられた素子は画素電極
を有しており、該画素電極と、前記対向基板との間には液晶材料が充填されるようにする
。また、液晶表示装置を作製する順序は、特に限定されず、支持体としての対向基板を貼
りつけ、液晶を注入した後に基板を剥離して転写体としてのプラスチック基板を貼りつけ
てもよいし、画素電極を形成した後、基板を剥離し、第１の転写体としてのプラスチック
基板を貼り付けた後、第２の転写体としての対向基板を貼りつけてもよい。
In the case of manufacturing a liquid crystal display device, the support may be attached to the layer to be peeled using the support as a counter substrate and a sealant as an adhesive. In this case, an element provided in the layer to be peeled has a pixel electrode, and a liquid crystal material is filled between the pixel electrode and the counter substrate. The order in which the liquid crystal display device is manufactured is not particularly limited, and a counter substrate as a support may be attached, and after injecting liquid crystal, the substrate may be peeled off and a plastic substrate as a transfer member may be attached. After the pixel electrode is formed, the substrate may be peeled off, a plastic substrate as a first transfer body may be attached, and then a counter substrate as a second transfer body may be attached.
また、ＯＬＥＤを有する装置として代表される発光装置を作製する場合は、支持体を封
止材として、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入すること
を防ぐように発光素子を外部から完全に遮断することが好ましい。また、ＯＬＥＤを有す
る装置として代表される発光装置を作製する場合は、支持体だけでなく、転写体も同様、
十分に外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐ
ことが好ましい。また、発光装置を作製する順序は、特に限定されず、発光素子を形成し
た後、支持体としてのプラスチック基板を貼りつけ、基板を剥離し、転写体としてのプラ
スチック基板を貼りつけてもよいし、発光素子を形成した後、基板を剥離して、第１の転
写体としてのプラスチック基板を貼り付けた後、第２の転写体としてのプラスチック基板
を貼りつけてもよい。また、水分や酸素の透過による劣化を抑えることを重要視するなら
、剥離後に被剥離層に接する薄膜を成膜することによって、剥離の際に生じるクラックを
修復し、被剥離層に接する薄膜として熱伝導性を有する膜、具体的にはアルミニウムの窒
化物またはアルミニウムの窒化酸化物を用いることによって、素子の発熱を拡散させて素
子の劣化を抑える効果とともに、転写体、具体的にはプラスチック基板の変形や変質を保
護する効果を得ることができる。また、この熱伝導性を有する膜は、外部からの水分や酸
素等の不純物の混入を防ぐ効果も有する。
In the case of manufacturing a light-emitting device typified by a device having an OLED, a light-emitting element is used by using a support as a sealing material to prevent a substance that promotes deterioration of an organic compound layer such as moisture or oxygen from entering from the outside. Is preferably completely shut off from the outside. Moreover, when producing a light emitting device represented by a device having an OLED, not only a support but also a transfer body
It is preferable to sufficiently prevent the entry of substances that promote deterioration of the organic compound layer such as moisture and oxygen from the outside. The order of manufacturing the light-emitting device is not particularly limited, and after forming the light-emitting element, a plastic substrate as a support may be attached, the substrate may be peeled off, and a plastic substrate as a transfer member may be attached. After the light emitting element is formed, the substrate may be peeled off and a plastic substrate as a first transfer body may be attached, and then a plastic substrate as a second transfer body may be attached. Also, if it is important to suppress deterioration due to the permeation of moisture and oxygen, by forming a thin film in contact with the layer to be peeled after peeling, repair the crack that occurs during peeling, and as a thin film in contact with the layer to be peeled By using a film having thermal conductivity, specifically, aluminum nitride or aluminum nitride oxide, the effect of diffusing the heat generation of the element to suppress the deterioration of the element, and the transfer body, specifically the plastic substrate The effect which protects the deformation | transformation and alteration of can be acquired. Further, the film having thermal conductivity has an effect of preventing entry of impurities such as moisture and oxygen from the outside.
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行う
こととする。
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
ここでは、本発明に適したレーザー処理装置の例を示す。 Here, an example of a laser processing apparatus suitable for the present invention is shown.
レーザーアニールよるアモルファスシリコンの結晶化は、溶融−固化の過程を経て成さ
れるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている
。しかしながら、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、結晶核の生成位置
と生成密度を制御することができず、自然発生するままにまかせている。従って、結晶粒
はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小
さなものしか得られていない。結晶粒界には多数の欠陥が生成され、それがＴＦＴの電界
効果移動度を制限する要因であると考えられている。
Crystallization of amorphous silicon by laser annealing is performed through a process of melting and solidification, and in detail, it is considered that it is divided into stages of generation of crystal nuclei and crystal growth from the nuclei. However, laser annealing using a pulsed laser beam cannot control the generation position and generation density of crystal nuclei, and is left to occur naturally. Accordingly, the crystal grains are formed at an arbitrary position within the surface of the glass substrate, and only a small size of about 0.2 to 0.5 μm is obtained. A large number of defects are generated at the crystal grain boundary, which is considered to be a factor that limits the field effect mobility of the TFT.
一方、連続発振レーザーを走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメル
ティング法に近い方法であると考えられるが、大きなビームサイズが得られず、大面積基
板の全面に渡って結晶化を成し遂げるには、かなりの時間を要することは自明であった。
On the other hand, the method of crystallization while melting and solidifying by scanning a continuous wave laser is considered to be a method close to the zone melting method, but a large beam size cannot be obtained, and the entire surface of a large area substrate is obtained. It was obvious that a considerable amount of time was required to achieve crystallization.
本実施例では、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する位置に概略合わせてレ
ーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形成する
ことができるレーザー処理装置を以下に示す。
In this embodiment, there is provided a laser processing apparatus capable of forming a crystal semiconductor film having a large grain size with high throughput by irradiating a laser beam approximately on the entire surface of a large-area substrate and crystallizing it in accordance with a position where a TFT is to be formed. It is shown below.
本実施例のレーザー照射装置は、レーザービームを主走査方向に偏向させる第１可動ミ
ラーと、主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、副走査方向に走査する長尺
の第２可動ミラーとを備え、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角によ
り、レーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービーム
を照射する手段を備えている。
The laser irradiation apparatus of the present embodiment has a first movable mirror that deflects a laser beam in the main scanning direction and a long second movable mirror that receives the laser beam deflected in the main scanning direction and scans it in the sub-scanning direction. And a second movable mirror that scans the laser beam in the sub-scanning direction at a rotation angle about the longitudinal axis and irradiates the workpiece on the mounting table with the laser beam. It has.
また、他のレーザー照射装置として、レーザービームを第１主走査方向に偏向させる第
１可動ミラーと、第１主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第１副走査方
向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備えた第１のレーザービーム走査系と、レーザー
ビームを第２主走査方向に偏向させる第３可動ミラーと、第２主走査方向に偏向されたレ
ーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する長尺の第４可動ミラーとを備えた第
２のレーザービーム走査系と、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角に
より、レーザービームを第１副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザー
ビームを照射する手段と第４可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、
レーザービームを第２副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービーム
を照射する手段とを備えているレーザー照射装置としてもよい。
As another laser irradiation device, a first movable mirror that deflects the laser beam in the first main scanning direction and a laser beam deflected in the first main scanning direction are received and scanned in the first sub-scanning direction. A first laser beam scanning system having a long second movable mirror, a third movable mirror for deflecting the laser beam in the second main scanning direction, and a laser beam deflected in the second main scanning direction are received. Then, the second laser beam scanning system having a long fourth movable mirror that scans in the second sub-scanning direction, and the second movable mirror has a rotation angle centered on the axis in the long direction, Means for scanning the laser beam in the first sub-scanning direction and irradiating the workpiece on the mounting table with the laser beam and the fourth movable mirror have a rotation angle about the longitudinal axis,
It is good also as a laser irradiation apparatus provided with the means to scan a laser beam to a 2nd subscanning direction, and to irradiate the to-be-processed object on a mounting base with the said laser beam.
上記構成において、第１及び第２可動ミラーはガルバノミラー又はポリゴンミラーを適
用し、レーザービームを供給するレーザーは、固体レーザー、気体レーザーを適用すれば
よい。
In the above configuration, a galvano mirror or a polygon mirror may be applied as the first and second movable mirrors, and a solid laser or a gas laser may be applied as the laser that supplies the laser beam.
上記構成において、レーザービームを第１可動ミラーで主走査方向に走査し、第２可動
ミラーで副走査方向に走査することにより、被処理物上において任意の位置にレーザービ
ームを照射することが可能となる。また、このようなレーザービーム走査手段を複数設け
、二軸方向からレーザービームを被形成面に照射することによりレーザー処理の時間を短
縮することができる。
In the above configuration, the laser beam can be irradiated to any position on the workpiece by scanning the laser beam in the main scanning direction with the first movable mirror and scanning in the sub-scanning direction with the second movable mirror. It becomes. Further, by providing a plurality of such laser beam scanning means and irradiating the surface to be formed with the laser beam from the biaxial direction, the time for laser processing can be shortened.
以下、図面を参照して本実施例のレーザー照射装置を説明する。 Hereinafter, the laser irradiation apparatus of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図３は本実施例のレーザー処理装置の望ましい一例を示す。図示したレーザー処理装置は
、連続発振又はパルス発振が可能な固体レーザー１０１、レーザービームを集光するため
のコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１０２、レーザービームの光
路を変える固定ミラー１０３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンするガル
バノミラー１０４、ガルバノミラー１０４からのレーザービームを受けて載置台１０６の
被照射面にレーザービームを向ける可動ミラー１０５から成っている。ガルバノミラー１
０４と可動ミラー１０５の光軸を交差させ、それぞれ図示するθ方向にミラーを回転させ
ることにより、載置台１０６上に置かれた基板１０７の全面にわたってレーザービームを
走査させることができる。可動ミラー１０５はｆθミラーとして、光路差を補正して被照
射面におけるビーム形状を補正することもできる。
FIG. 3 shows a desirable example of the laser processing apparatus of this embodiment. The illustrated laser processing apparatus includes a
By crossing the optical axes of 04 and the
図３はガルバノミラー１０４と、可動ミラー１０５により載置台１０６上に置かれた基
板１０７の一軸方向にレーザービームを走査する方式である。より好ましい形態としては
、図４に示すように、図３の構成に加えて、ハーフミラー１０８、固定ミラー１０９、ガ
ルバノミラー１１０、可能ミラー１１１を加えて二軸方向（ＸとＹ方向）同時にレーザー
ビームを走査しても良い。このような構成にすることにより処理時間を短縮することがで
きる。尚、ガルバノミラー１０４、１１０はポリゴンミラーと置き換えても良い。
FIG. 3 shows a system in which a laser beam is scanned in one axial direction of a
レーザーとして好ましいものは固体レーザーであり、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡ
ｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザーが適用される
。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振
する。非単結晶半導体膜の結晶化には、レーザービームを半導体膜で選択的に吸収させる
ために、当該発振波長の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、
アモルファスシリコンの結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＡＧレーザー（基本波１０６４nm）の
第２高調波（５３２nm）を用いる。
Preferred lasers are solid lasers, YAG, YVO 4 , YLF, YA
A laser using a crystal doped with Nd, Tm, and Ho to a crystal such as l 5 O 12 is applied. The fundamental wave of the oscillation wavelength varies depending on the material to be doped, but oscillates at a wavelength of 1 μm to 2 μm. For crystallizing the non-single-crystal semiconductor film, it is preferable to apply the second to fourth harmonics of the oscillation wavelength in order to selectively absorb the laser beam with the semiconductor film. Typically,
For crystallization of amorphous silicon, a second harmonic (532 nm) of an Nd: YAG laser (fundamental wave of 1064 nm) is used.
その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、エキシマレーザーなどの気体レー
ザーを適用することもできる。
In addition, a gas laser such as an argon laser, a krypton laser, or an excimer laser can be used.
また、レーザー光を照射する雰囲気は、酸素を含む雰囲気、窒素を含む雰囲気、不活性
雰囲気や、真空のいずれでもよいが、目的に応じて適宜選択すればよい。
The atmosphere for laser light irradiation may be any of an atmosphere containing oxygen, an atmosphere containing nitrogen, an inert atmosphere, or a vacuum, but may be appropriately selected depending on the purpose.
発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態でも良いが、半導体膜の溶融状態を保って
連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモードを選択することが望ましい。
The oscillation may be either pulse oscillation or continuous oscillation, but it is desirable to select the continuous oscillation mode in order to continuously grow the crystal while maintaining the molten state of the semiconductor film.
基板上にレーザーアニールにより結晶化させた半導体膜でＴＦＴを形成する場合、結晶
の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることができる。
即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度が実質的に高
くすることができる。
When a TFT is formed using a semiconductor film crystallized by laser annealing on a substrate, high field-effect mobility can be obtained by aligning the crystal growth direction and the carrier movement direction.
That is, the field effect mobility can be substantially increased by matching the crystal growth direction with the channel length direction.
連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射して結晶化させる場合には、固
液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結晶成長を行わせることが可能
である。図４で示すように、駆動回路一体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を形
成するためのＴＦＴ基板（主としてＴＦＴが形成された基板）１１２では、画素部１１３
の周辺に駆動回路１１４、１１５が設けられるが、図４に示すのはそのようなレイアウト
を考慮したレーザー照射装置の形態である。前述の如く、二軸方向からレーザービームを
入射する構成では、ガルバノミラー１０４、１１０及び可動ミラー１０５、１１１の組み
合わせにより、図中矢印で示すＸ方向及びＹ方向にレーザービームを同期又は非同期させ
て照射することが可能であり、ＴＦＴのレイアウトに合わせて、場所を指定してレーザー
ビームを照射することを可能としている。
In the case where the non-single crystal semiconductor film is irradiated with a continuous oscillation laser beam to be crystallized, the solid-liquid interface is maintained, and continuous crystal growth can be performed in the scanning direction of the laser beam. As shown in FIG. 4, in a TFT substrate (mainly a substrate on which a TFT is formed) 112 for forming an active matrix liquid crystal display device integrated with a drive circuit, a
The
図５はＴＦＴが設けられた基板１１２と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に
示すものである。基板１１２には画素部１１３、駆動回路部１１４、１１５が形成される
領域を点線で示している。結晶化の段階では、全面に非単結晶半導体膜が形成されている
が、ＴＦＴを形成するための半導体領域は基板端に形成されたアライメントマーカー等に
より特定することができる。
FIG. 5 shows in detail the relationship between the
例えば、駆動回路部１１４は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図５
０１にはＴＦＴの半導体領域２０４とレーザービーム２０１の走査方向を示している。半
導体領域２０４の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル
長方向とレーザービームの走査方向２０１とを揃えている。また、駆動回路部１１４と交
差する方向に延在する駆動回路部１１５はデータ線駆動回路を形成する領域であり、半導
体領域２０５の配列と、レーザービーム２０２の走査方向を一致させる（拡大図５０２）
。また、画素部１１３も同様であり、拡大図５０３に示す如く半導体領域２０６の配列を
揃えて、チャネル長方向にレーザービーム２０３を走査させる。レーザービームを走査す
る方向は一方向に限定されず、往復走査をしても良い。
For example, the
Reference numeral 01 denotes the scanning direction of the
. The
次に、図６を参照して、非単結晶半導体膜の結晶化と、形成された結晶半導体膜を用い
てＴＦＴを形成する工程を説明する。図６（１−Ｂ）は縦断面図であり、非単結晶半導体
膜４０３がガラス基板４０１上に形成されている。非単結晶半導体膜４０３の代表的な一
例はアモルファスシリコン膜であり、その他にアモルファスシリコンゲルマニウム膜など
を適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能であるが、レーザービームの
波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また、ガラス基板４０１と非単結
晶半導体膜４０３との間にはブロッキング層４０２を設け、ガラス基板からアルカリ金属
などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望ましい。ブロッ
キング層４０２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適用する。
Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, a process of crystallizing a non-single-crystal semiconductor film and forming a TFT using the formed crystal semiconductor film will be described. FIG. 6 (1 -B) is a vertical cross-sectional view, and a non-single-
また、剥離を行うためにブロッキング層４０２と基板４０１との間に金属層または窒化
金属層と酸化物層の積層４０９を形成する。金属層または窒化物層としては、Ｔｉ、Ａｌ
、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ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、またはこれらの積層の窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、
窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層、またはこれらの積層を用いればよい。ここ
ではスパッタ法で膜厚１００ｎｍの窒化チタン膜を用いる。なお、基板と密着性が悪い場
合にはバッファ層を設ければよい。タングステン単層や窒化タングステンは密着性がよく
好ましい材料の一つである。また、酸化物層としては、酸化シリコン材料または酸化金属
材料からなる単層、またはこれらの積層を用いればよい。ここではスパッタ法で膜厚２０
０ｎｍの酸化シリコン膜を用いる。この窒化金属層と酸化物層の結合力は熱処理には強く
、膜剥がれ（ピーリングとも呼ばれる）などが生じないが、物理的手段で簡単に酸化物層
の層内、あるいは界面において剥離することができる。なお、ここではガラス基板を用い
たが、上記剥離法はさまざまな基板を用いることが可能である。基板４０１は石英基板、
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ても良い。
In addition, a
, Ta, W, Mo, Cu, Cr, Nd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, I
an element selected from r and Pt, or a single layer made of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or a nitride of these layers, for example, titanium nitride, tungsten nitride,
A single layer formed of tantalum nitride or molybdenum nitride, or a stacked layer thereof may be used. Here, a titanium nitride film having a thickness of 100 nm is used by sputtering. Note that a buffer layer may be provided when adhesion to the substrate is poor. Tungsten single layer and tungsten nitride are preferable materials because of their good adhesion. As the oxide layer, a single layer formed of a silicon oxide material or a metal oxide material, or a stacked layer thereof may be used. Here, the film thickness is 20 by sputtering.
A 0 nm silicon oxide film is used. The bonding force between the metal nitride layer and the oxide layer is strong during heat treatment, and film peeling (also called peeling) does not occur, but it can be easily peeled off within the oxide layer or at the interface by physical means. it can. Note that although a glass substrate is used here, various substrates can be used for the peeling method. The
A ceramic substrate, silicon substrate, metal substrate, or stainless steel substrate may be used.
次いで、レーザービーム４００の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜４０４を
形成することができる。レーザービーム４００は図６（１−Ａ）に示すように、想定され
るＴＦＴの半導体領域４０５の位置に合わせて走査するものである。ビーム形状は矩形、
線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光したレーザービームは
、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導体領域４０５がビー
ムの端部にかからないようにすることが望ましい。
Next, crystallization is performed by irradiation with the
It can be arbitrary, such as linear or elliptical. The energy intensity of the laser beam condensed by the optical system is not necessarily constant at the center and the end, so that it is desirable that the
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合に
は１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能
である。また、アモルファスシリコンを結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出し
の処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後
、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。
The laser beam may be scanned not only in one direction but also in reciprocal scanning. In that case, it is possible to change the laser energy density for each scanning and to grow crystals in stages. It is also possible to serve as a hydrogen removal process that is often required when crystallizing amorphous silicon. First, scan at a low energy density, release hydrogen, increase the energy density, and scan a second time. The crystallization may be completed with.
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射する
ことにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエ
ネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０
cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固
化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービ
ームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、
結晶の大粒径化を実現することができる。
In such a laser beam irradiation method, a crystal having a large grain size can be grown by irradiating a continuous wave laser beam. Of course, it is necessary to appropriately set detailed parameters such as the scanning speed and energy density of the laser beam.
It can be realized by setting cm / sec. The crystal growth rate after melting and solidification using a pulsed laser is said to be 1 m / sec, but the continuous crystal at the solid-liquid interface is scanned by scanning the laser beam at a slower rate and cooling it slowly. Growth is possible,
A large crystal grain size can be realized.
本実施例のレーザー照射装置は、このような状況において、基板の任意の位置を指定し
てレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、二軸方向からレーザ
ービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。
In such a situation, the laser irradiation apparatus of the present embodiment can be crystallized by designating an arbitrary position of the substrate and irradiating the laser beam, and irradiates the laser beam from two axial directions. As a result, the throughput can be further improved.
また、レーザー光を照射することによって、基板との剥離がより小さな力できれいに剥
離でき、大きな面積を有する被剥離層を全面に渡って剥離することを可能とする。
Further, by irradiating with a laser beam, peeling from the substrate can be performed with a smaller force, and a layer to be peeled having a large area can be peeled over the entire surface.
さらに剥離を助長させるため、粒状の酸化物（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化ス
ズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）
を窒化物層または金属層または窒化金属層と酸化物層との界面に設けてもよい。
In order to further promote peeling, granular oxides (for example, ITO (indium tin oxide alloy), indium oxide zinc oxide alloy (In 2 O 3 —ZnO), zinc oxide (ZnO), etc.)
May be provided at the interface between the nitride layer, the metal layer, or the metal nitride layer and the oxide layer.
その後、図６（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッ
チングして、島状に分割された半導体領域４０５を形成する。トップゲート型ＴＦＴの場
合には、半導体領域４０５上にゲート絶縁膜４０６、ゲート電極４０７、一導電型不純物
領域４０８を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、公知の技術を用い、必要
に応じて配線や層間絶縁膜等を形成して素子を形成すれば良い。
After that, as shown in FIGS. 6A and 6B, the formed crystalline semiconductor film is etched to form
こうしてＴＦＴを有する素子を得たら、実施の形態に従って基板４０１を剥離する。本実
施例では、ブロッキング層４０２上に形成されたものが実施の形態に示した被剥離層１１
ｂに相当する。被剥離層の機械的強度が不十分である場合には、被剥離層を固定する支持
体（図示しない）を貼りつけた後、剥離することが好ましい。
When an element having a TFT is thus obtained, the
It corresponds to b. When the mechanical strength of the layer to be peeled is insufficient, it is preferable to peel off after attaching a support (not shown) for fixing the layer to be peeled.
引き剥がすことで簡単に酸化物層上に形成された被剥離層を基板から分離することがで
きる。剥離後の被剥離層は、ある一方向に湾曲させることができる。被剥離層は曲面を有
する転写体（図示しない）に貼り付けることも可能であることは言うまでもない。
By peeling off, the layer to be peeled formed on the oxide layer can be easily separated from the substrate. The layer to be peeled after peeling can be curved in a certain direction. It goes without saying that the layer to be peeled can be attached to a transfer body (not shown) having a curved surface.
本実施例においても、本発明は、レーザー光の照射方向（走査方向）と、被剥離層に設け
られた全ての半導体層２０４〜２０６、および４０５のチャネル長方向とを同一方向とし
、これらの方向と湾曲している方向とが直交するように設定する。こうすることで曲面を
有するディスプレイを実現することができる。
Also in this embodiment, the present invention makes the irradiation direction (scanning direction) of the laser light the same as the channel length direction of all the semiconductor layers 204 to 206 and 405 provided in the layer to be peeled. The direction is set so that the curved direction is orthogonal. In this way, a display having a curved surface can be realized.
また、本実施例は、実施の形態と自由に組み合わせることができる。 In addition, this embodiment can be freely combined with the embodiment mode.
実施例１ではトップゲート型ＴＦＴの例を示したが、ここではボトムゲート型ＴＦＴの
例を示す。ＴＦＴの構造以外は実施例１と同じであるのでここでは省略する。
In Example 1, an example of a top gate type TFT is shown, but here, an example of a bottom gate type TFT is shown. Since the structure other than the TFT is the same as that of the first embodiment, it is omitted here.
図７を参照して、非単結晶半導体膜の結晶化と、形成された結晶半導体膜を用いてＴＦ
Ｔを形成する工程を説明する。
Referring to FIG. 7, TF of a non-single crystal semiconductor film and TF using the formed crystal semiconductor film
A process of forming T will be described.
図７（１−Ｂ）は縦断面図であり、ゲート電極５０７がガラス基板上に形成され、ゲート
電極を覆うゲート絶縁膜５０６上に非単結晶半導体膜５０３が形成されている。非単結晶
半導体膜５０３の代表的な一例はアモルファスシリコン膜であり、その他にアモルファス
シリコンゲルマニウム膜などを適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能
であるが、レーザービームの波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また
、ガラス基板５０１とゲート電極との間にはブロッキング層５０２を設け、ガラス基板か
らアルカリ金属などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望
ましい。ブロッキング層５０２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適
用する。
FIG. 7 (1-B) is a vertical cross-sectional view, in which a
また、剥離を行うためにブロッキング層５０２と基板５０１との間に金属層または窒化
金属層と酸化物層の積層５０９を形成する。金属層または窒化物層としては、Ｔｉ、Ａｌ
、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ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、またはこれらの積層の窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、
窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層、またはこれらの積層を用いればよい。ここ
ではスパッタ法で膜厚１００ｎｍの窒化チタン膜を用いる。なお、基板と密着性が悪い場
合にはバッファ層を設ければよい。タングステン単層や窒化タングステンは密着性がよく
好ましい材料の一つである。また、酸化物層としては、酸化シリコン材料または酸化金属
材料からなる単層、またはこれらの積層を用いればよい。ここではスパッタ法で膜厚２０
０ｎｍの酸化シリコン膜を用いる。この窒化金属層と酸化物層の結合力は熱処理には強く
、膜剥がれ（ピーリングとも呼ばれる）などが生じないが、物理的手段で簡単に酸化物層
の層内、あるいは界面において剥離することができる。
In addition, a
, Ta, W, Mo, Cu, Cr, Nd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, I
an element selected from r and Pt, or a single layer made of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or a nitride of these layers, for example, titanium nitride, tungsten nitride,
A single layer formed of tantalum nitride or molybdenum nitride, or a stacked layer thereof may be used. Here, a titanium nitride film having a thickness of 100 nm is used by sputtering. Note that a buffer layer may be provided when adhesion to the substrate is poor. Tungsten single layer and tungsten nitride are preferable materials because of their good adhesion. As the oxide layer, a single layer formed of a silicon oxide material or a metal oxide material, or a stacked layer thereof may be used. Here, the film thickness is 20 by sputtering.
A 0 nm silicon oxide film is used. The bonding force between the metal nitride layer and the oxide layer is strong during heat treatment, and film peeling (also called peeling) does not occur, but it can be easily peeled off within the oxide layer or at the interface by physical means. it can.
次いで、レーザービーム５００の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜５０４を
形成することができる。レーザービームは実施例１に示したレーザー処理装置を用いて得
られる。レーザービーム５００は図７（１−Ａ）に示すように、想定されるＴＦＴの半導
体領域５０５の位置に合わせて走査するものである。
ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光し
たレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導
体領域５０５がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
Next, crystallization is performed by irradiation with the
The beam shape can be arbitrary, such as rectangular, linear, elliptical. The energy intensity of the laser beam condensed by the optical system is not necessarily constant at the center and at the end, so that it is desirable that the
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合に
は１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能
である。また、アモルファスシリコンを結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出し
の処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後
、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。
The laser beam may be scanned not only in one direction but also in reciprocal scanning. In that case, it is possible to change the laser energy density for each scanning and to grow crystals in stages. It is also possible to serve as a hydrogen removal process that is often required when crystallizing amorphous silicon. First, scan at a low energy density, release hydrogen, increase the energy density, and scan a second time. The crystallization may be completed with.
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射する
ことにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエ
ネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０
cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固
化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービ
ームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、
結晶の大粒径化を実現することができる。
In such a laser beam irradiation method, a crystal having a large grain size can be grown by irradiating a continuous wave laser beam. Of course, it is necessary to appropriately set detailed parameters such as the scanning speed and energy density of the laser beam.
It can be realized by setting cm / sec. The crystal growth rate after melting and solidification using a pulsed laser is said to be 1 m / sec, but the continuous crystal at the solid-liquid interface is scanned by scanning the laser beam at a slower rate and cooling it slowly. Growth is possible,
A large crystal grain size can be realized.
また、レーザー光を照射することによって、基板との剥離がより小さな力できれいに剥
離でき、大きな面積を有する被剥離層を全面に渡って剥離することを可能とする。
Further, by irradiating with a laser beam, peeling from the substrate can be performed with a smaller force, and a layer to be peeled having a large area can be peeled over the entire surface.
さらに剥離を助長させるため、粒状の酸化物（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化ス
ズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）
を窒化物層または金属層または窒化金属層と酸化物層との界面に設けてもよい。
In order to further promote peeling, granular oxides (for example, ITO (indium tin oxide alloy), indium oxide zinc oxide alloy (In 2 O 3 —ZnO), zinc oxide (ZnO), etc.)
May be provided at the interface between the nitride layer, the metal layer, or the metal nitride layer and the oxide layer.
その後、図７（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッ
チングして、島状に分割された半導体領域５０５を形成する。ここでは半導体領域５０５
上にエッチングストッパーを設け、一導電型不純物領域５０８を形成してＴＦＴを形成す
ることができる。その後、公知の技術を用い、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成し
て素子を形成すれば良い。
After that, as shown in FIGS. 7 (2-A) and (2-B), the formed crystalline semiconductor film is etched to form
An TFT can be formed by providing an etching stopper thereon and forming one conductivity
こうしてＴＦＴを有する素子を得たら、実施の形態に従って基板５０１を剥離する。本実
施例では、ブロッキング層５０２上に形成されたものが実施の形態に示した被剥離層１１
ｂに相当する。被剥離層の機械的強度が不十分である場合には、被剥離層を固定する支持
体（図示しない）を貼りつけた後、剥離することが好ましい。
When an element having a TFT is thus obtained, the
It corresponds to b. When the mechanical strength of the layer to be peeled is insufficient, it is preferable to peel off after attaching a support (not shown) for fixing the layer to be peeled.
引き剥がすことで簡単に酸化物層上に形成された被剥離層を基板から分離することがで
きる。剥離後の被剥離層は、ある一方向に湾曲させることができる。被剥離層は曲面を有
する転写体（図示しない）に貼り付けることも可能であることは言うまでもない。
By peeling off, the layer to be peeled formed on the oxide layer can be easily separated from the substrate. The layer to be peeled after peeling can be curved in a certain direction. It goes without saying that the layer to be peeled can be attached to a transfer body (not shown) having a curved surface.
本実施例においても、レーザー光の照射方向（走査方向）と、被剥離層に設けられた全て
の半導体層５０５のチャネル長方向とを同一方向とし、これらの方向と湾曲している方向
とが直交するように設定する。こうすることで曲面を有するディスプレイを実現すること
ができる。
Also in this embodiment, the laser light irradiation direction (scanning direction) and the channel length direction of all the semiconductor layers 505 provided in the layer to be peeled are the same direction, and these directions and the curved direction are the same. Set to be orthogonal. In this way, a display having a curved surface can be realized.
また、本実施例は、実施の形態と自由に組み合わせることができる。 In addition, this embodiment can be freely combined with the embodiment mode.
実施例１および実施例２においては、剥離法として２層間の膜応力（応力歪み）を利用
して剥離を行う剥離方法を用いたが、特に限定されず、被剥離層と基板との間に分離層を
設け、該分離層を薬液（エッチャント）で除去して被剥離層と基板とを分離する方法や、
被剥離層と基板との間に非晶質シリコン（またはポリシリコン）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非晶質シリコンに含まれる水素を放出させること
により、空隙を生じさせて被剥離層と基板を分離させる方法などを用いることが可能であ
る。
In Example 1 and Example 2, the peeling method using the film stress (stress strain) between the two layers was used as the peeling method, but there is no particular limitation, and there is no particular limitation between the layer to be peeled and the substrate. Providing a separation layer, removing the separation layer with a chemical solution (etchant) to separate the layer to be peeled from the substrate,
A separation layer made of amorphous silicon (or polysilicon) is provided between the layer to be peeled and the substrate,
A method of separating a layer to be peeled from a substrate by generating a void by emitting hydrogen contained in amorphous silicon through irradiation with a laser beam through the substrate can be used.
ここでは分離層として水素を多量に含む非晶質シリコン（またはポリシリコン）を用い
、分離層にレーザー光を照射することによって剥離する例を図８に示す。
Here, FIG. 8 shows an example in which amorphous silicon (or polysilicon) containing a large amount of hydrogen is used as the separation layer and the separation layer is peeled off by irradiating with laser light.
図８（Ａ）中、６００は基板、６０１は分離層、６０２は被剥離層である。 In FIG. 8A, reference numeral 600 denotes a substrate, 601 denotes a separation layer, and 602 denotes a layer to be peeled.
図８（Ａ）において、基板６００は透光性を有する基板、ガラス基板、石英基板などを
用いる。
In FIG. 8A, a substrate 600 having a light-transmitting property, a glass substrate, a quartz substrate, or the like is used.
次いで、分離層６０１を形成する。分離層６０１としてはアモルファスシリコンまたは
ポリシリコンを用いる。なお、分離層６０１は、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法などの成
膜方法を用い、適宜、膜中に多量の水素を含ませるとよい。
Next, the separation layer 601 is formed. As the separation layer 601, amorphous silicon or polysilicon is used. Note that for the separation layer 601, a film formation method such as a sputtering method or a plasma CVD method is used, and a large amount of hydrogen is preferably contained in the film as appropriate.
次いで、分離層６０１上に被剥離層６０２を形成する。（図８（Ａ））被剥離層６０２
は、ＴＦＴを代表とする様々な素子（薄膜ダイオード、シリコンのＰＩＮ接合からなる光
電変換素子やシリコン抵抗素子）を含む層とすればよい。また、基板６００の耐え得る範
囲の熱処理を行うことができる。ただし、分離層６０１は、被剥離層６０２の作製工程に
おける熱処理によって膜剥がれなどが生じないようにする。本実施例のように、レーザー
光を用いて剥離する場合においては、剥離前に水素が放出しないように熱処理温度を４１
０℃以下として被剥離層に含まれる素子を形成することが望ましい。
Next, a layer to be peeled 602 is formed over the separation layer 601. (FIG. 8A) Layer to be peeled 602
May be a layer including various elements typified by TFTs (thin film diodes, photoelectric conversion elements made of silicon PIN junctions, and silicon resistance elements). Further, heat treatment within a range that the substrate 600 can withstand can be performed. Note that the separation layer 601 is prevented from being peeled off by heat treatment in the manufacturing process of the layer to be peeled 602. In the case of peeling using laser light as in this embodiment, the heat treatment temperature is set to 41 so that hydrogen is not released before peeling.
It is desirable to form an element included in the layer to be peeled at 0 ° C. or lower.
次いで、基板６００を通過させ、分離層にレーザー光を照射する。（図８（Ｂ））レー
ザー光としては、エキシマレーザー等の気体レーザーや、ＹＡＧレーザーなどの固体レー
ザーや、半導体レーザーを用いればよい。また、レーザー発振の形態は、連続発振、パル
ス発振のいずれでもよく、レーザービームの形状も線状または矩形状でもよい。本実施例
において、実施例１に示したレーザー照射装置を用いる。実施例１に示したレーザー照射
装置を用いることによって、大面積基板の全面にわたって、スループット良くレーザービ
ームを照射することができる。また、実施例１に示したレーザー照射装置は、結晶化や剥
離に用いるだけでなく様々なレーザーアニールに用いることができる。
Next, the substrate 600 is passed through and the separation layer is irradiated with laser light. (FIG. 8B) As the laser light, a gas laser such as an excimer laser, a solid laser such as a YAG laser, or a semiconductor laser may be used. Further, the form of laser oscillation may be either continuous oscillation or pulse oscillation, and the shape of the laser beam may be linear or rectangular. In this embodiment, the laser irradiation apparatus shown in
上記レーザー光の照射によって分離層６０１に含まれる水素を放出させることにより、
空隙を生じさせて被剥離層６０３と基板６００を分離させる。（図８（Ｃ））実施例１に
示したレーザー照射装置を用いることによって、大きな面積を有する被剥離層を全面に渡
って歩留まりよく剥離することが可能となる。
By releasing hydrogen contained in the separation layer 601 by the laser light irradiation,
A space is generated to separate the layer to be peeled 603 and the substrate 600. (FIG. 8C) By using the laser irradiation apparatus shown in
剥離後の状態を図８（Ｄ）に示す。また、ここでは、被剥離層６０２の機械的強度が十分
であると仮定した例を示しているが、被剥離層６０２の機械的強度が不十分である場合に
は、被剥離層６０２を固定する支持体（図示しない）を貼りつけた後、剥離することが好
ましい。
The state after peeling is shown in FIG. Here, an example is shown in which it is assumed that the mechanical strength of the layer to be peeled 602 is sufficient, but when the mechanical strength of the layer to be peeled 602 is insufficient, the layer to be peeled 602 is fixed. It is preferable to peel off after attaching a support (not shown).
また、剥離後の被剥離層は、ある一方向に湾曲させることができる。被剥離層は曲面を
有する転写体（図示しない）に貼り付けることも可能であることは言うまでもない。
Moreover, the layer to be peeled after peeling can be curved in a certain direction. It goes without saying that the layer to be peeled can be attached to a transfer body (not shown) having a curved surface.
本実施例においても、レーザー光の照射方向（走査方向）と、被剥離層に設けられた全て
の半導体層のチャネル長方向とを同一方向とし、これらの方向と湾曲している方向とが直
交するように設定する。こうすることで曲面を有するディスプレイを実現することができ
る。
Also in this embodiment, the laser light irradiation direction (scanning direction) and the channel length direction of all the semiconductor layers provided in the layer to be peeled are the same direction, and these directions and the curved direction are orthogonal to each other. Set to In this way, a display having a curved surface can be realized.
また、本実施例は、実施の形態、実施例１、または実施例２と自由に組み合わせること
ができる。
In addition, this embodiment can be freely combined with Embodiment Mode,
なお、本実施例と実施例１と組み合わせる場合には、実施例１の４０９に代えて本実施例
の分離層６０１を用い、裏面からレーザーを照射し、剥離すればよい。
Note that in the case of combining the present embodiment with the first embodiment, the separation layer 601 of the present embodiment may be used instead of the 409 of the first embodiment, and the laser may be irradiated from the back surface and separated.
また、同様に本実施例と実施例２と組み合わせる場合には、実施例２の５０９に代えて本
実施例の分離層６０１を用い、裏面からレーザーを照射し、剥離すればよい。
Similarly, in the case where the present embodiment is combined with the second embodiment, the separation layer 601 of the present embodiment may be used instead of the 509 of the second embodiment, and the laser may be irradiated from the back surface and peeled off.
Claims (1)
前記基板上の、素子を含む層と、を有し、
前記素子を含む層は、チャネル長方向が、第１の方向に沿うように配置された半導体層を含むトランジスタを有し、
前記基板は、第２の方向に湾曲させることが可能であり、
前記第１の方向は、前記第２の方向と異なる方向であることを特徴とする半導体装置。 A flexible substrate;
A layer including an element on the substrate;
The layer including the element includes a transistor including a semiconductor layer arranged so that a channel length direction is along the first direction,
The substrate can be curved in a second direction;
The semiconductor device is characterized in that the first direction is different from the second direction.
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