JP3809833B2 - 薄膜素子の転写方法 - Google Patents
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Description
前記透光性の基板に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に薄膜素子である薄膜トランジスタを含む被転写層を形成する工程と、
前記薄膜素子を含む被転写層を接着層を介して前記転写体に接合する工程と、
前記透光性の基板側から前記分離層に光を照射して、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生じさせて、前記透光性の基板を前記被転写層から離脱させる工程と、
を有することを特徴とする。
つまり、デバイス製造における信頼性が高くかつ透光性の基板上に、例えば、光を吸収する特性をもつ分離層を設けておき、その基板上にTFTを含む薄膜素子を形成する。次に、特に限定されないが、例えば接着層を介して薄膜素子を所望の転写体に接合し、その後に透光性の基板側から分離層に光を照射し、これによって、その分離層において剥離現象を生じせしめて、その分離層と前記基板との間の密着性を低下させる。そして、基板に力を加えてその基板を薄膜素子から離脱させる。これにより、どのような転写体にでも、所望の、信頼性の高いデバイスを転写(形成)できることになる。また、中間層は、種々の目的で形成され、例えば、被転写層を物理的または化学的に保護する保護層,絶縁層,導電層,レーザー光の遮光層,マイグレーション防止用のバリア層,反射層としての機能の内の少なくとも1つを発揮するものが挙げられる。この中間層としては、SiO2、Si3N4等の絶縁膜を使用できる。
なお、本発明において、接着層を介して薄膜素子(薄膜素子を含む被転写層)を転写体に接合する工程と、基板を薄膜素子から離脱させる工程とは、その順序を問わず、いずれが先でもかまわない。但し、基板を離脱させた後の薄膜素子(薄膜素子を含む被転写層)のハンドリングに問題がある場合には、まず、薄膜素子を転写体に接合し、その後に基板を離脱させるのが望ましい。
また、薄膜素子の転写体への接合に用いられる接着層として、例えば、平坦化作用をもつ物質(例えば、熱硬化性樹脂)を用いれば、薄膜素子を含む被転写層の表面に多少の段差が生じていたとしても、その段差は平坦化されて無視できるようになり、よって常に良好な転写体への接合が可能となり、便利である。
なお、本発明の一態様では、前記基板は透光性の基板であり、前記分離層への前記光の照射は、前記透光性の基板を介して行うことができる。
例えば、石英基板等の透明な基板を用いれば、信頼性の高い薄膜デバイスを製造可能であると共に、基板の裏面から光を分離層の全面に一括して照射することもでき、転写効率が向上する。
(2)本発明の他の一態様では、透光性の基板に形成された薄膜素子を転写体に転写する方法であって、
前記透光性の基板に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に薄膜素子である薄膜トランジスタを含む被転写層を形成する工程と、
前記薄膜素子を含む被転写層を接着層を介して前記転写体に接合する工程と、
前記透光性の基板側から前記分離層に光を照射して、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生じさせて、前記透光性の基板を前記被転写層から離脱させる工程と、
を有し、
前記被転写層を形成する工程は、前記薄膜トランジスタのチャネル層となるシリコン層に、前記透光性の基板とは反対側から光を照射して、前記シリコン層を結晶化する工程を具備することを特徴とする。
(3)本発明の一態様では、前記転写体に付着している前記分離層を除去する工程を、さらに有することができる。
不要な分離層を完全に除去するものである。
(4)本発明の一態様では、前記転写体は、透明基板とすることができる。
例えば、ソーダガラス基板等の安価な基板や、可撓性を有する透明なプラスチックフィルム等を転写体として使用できる。
(5)本発明の一態様では、前記転写体は、被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、ガラス転移点(Tg)または軟化点が前記Tmax以下の材料で構成することができる。
デバイス製造時の最高温度に耐えられず、従来は使用できなかった安価なガラス基板等を、自由に使用できるようになる。
(6)本発明の一態様では、前記転写体は、ガラス転移点(Tg)または軟化点が、前記薄膜素子の形成プロセスの最高温度以下とすることができる。
ガラス転移点(Tg)または軟化点の上限を規定したものである。
(7)本発明の一態様では、前記転写体は、合成樹脂またはガラス材で構成することができる。
例えば、プラスチックフィルム等の撓み性(可撓性)を有する合成樹脂板に薄膜素子を転写すれば、剛性の高いガラス基板では得られないような優れた特性が実現可能である。本発明を液晶表示装置に適用すれば、しなやかで、軽くかつ落下にも強いディスプレイ装置が実現する。
また、例えば、ソーダガラス基板等の安価な基板も転写体として使用できる。ソーダガラス基板は低価格であり、経済的に有利な基板である。ソーダガラス基板は、TFT製造時の熱処理によりアルカリ成分が溶出するといった問題があり、従来は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置への適用が困難であった。しかし、本発明によれば、すでに完成した薄膜デバイスを転写するため、上述の熱処理に伴う問題は解消される。よってアクティブマトリクス型の液晶表示装置の分野において、ソーダガラス基板等の従来問題があった基板も使用可能となる。
(8)本発明の一態様では、前記基板は、耐熱性を有することができる。
薄膜デバイスの製造時に所望の高温処理が可能となり、信頼性が高く高性能の薄膜デバイスを製造することができる。
(9)本発明の一態様では、前記基板は、310nmの光を10%以上透過する基板とすることができる。
分離層においてアブレーションを生じさせるにたる光エネルギーを供給できる透光性の基板を用いるものである。
(10)本発明の一態様では、前記基板は、被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、歪み点が前記Tmax以上の材料で構成することができる。
薄膜デバイスの製造時に所望の高温処理が可能となり、信頼性が高く高性能の薄膜デバイスを製造することができる。
(11)本発明の一態様では、前記分離層は、アモルファスシリコンで構成することができる。
アモルファスシリコンは光を吸収し、また、その製造も容易であり、実用性が高い。
(12)本発明の一態様では、前記アモルファスシリコンは、水素(H)を2原子%以上含有することができる。
水素を含むアモルファスシリコンを用いた場合、光の照射に伴い水素が放出され、これによって分離層内に内圧が生じて、分離層における剥離を促す作用がある。
(13)本発明の一態様では、前記アモルファスシリコンは、水素(H)を10原子%以上含有することができる。
水素の含有率が増えることにより、分離層における剥離を促す作用がより顕著になる。
(14)本発明の一態様では、前記分離層を窒化シリコンにて形成することができる。
分離層として窒化シリコンを用いると、光の照射に伴い窒素が放出され、これによって分離層における剥離が促進される。
(15)本発明の一態様では、前記分離層を水素含有合金にて形成することができる。
分離層として水素含有合金を用いると、光の照射に伴い水素が放出され、これによって分離層における剥離が促進される。
(16)本発明の一態様では、前記分離層を窒素含有合金にて形成することができる。
分離層として窒素含有合金を用いると、光の照射に伴い窒素が放出され、これによって分離層における剥離が促進される。
(17)本発明の他の態様は、上記のいずれかの転写方法を用いて前記転写体に転写されてなる薄膜素子である。
本発明の薄膜素子の転写技術(薄膜構造の転写技術)を用いて、任意の基板上に形成される薄膜素子である。
(18)本発明のさらに他の態様は、上記のいずれかの転写方法を用いて前記転写体に転写された薄膜素子を含んで構成される薄膜集積回路装置である。
例えば、合成樹脂基板上に、薄膜トランジスタ(TFT)を用いて構成されたシングルチップマイクロコンピュータ等を搭載することも可能である。
(19)本発明のさらに他の態様は、マトリクス状に配置された薄膜トランジスタ(TFT)と、その薄膜トランジスタの一端に接続された画素電極とを含んで画素部が構成されるアクティブマトリクス基板であって、
上記のいずれかの方法を用いて前記画素部の薄膜トランジスタを転写することにより製造されたアクティブマトリクス基板である。
本発明の薄膜素子の転写技術(薄膜構造の転写技術)を用いて、所望の基板上に画素部を形成してなるアクティブマトリクス基板である。製造条件からくる制約を排して自由に基板を選択できるため、従来にない新規なアクティブマトリクス基板を実現することも可能である。
(20)本発明のさらに他の態様は、上記のアクティブマトリクス基板を用いて製造された液晶表示装置である。
例えば、プラスチック基板を用いた、しなやかに曲がる性質をもった液晶表示装置も実現可能である。
図1〜図6は本発明の第1の実施の形態(薄膜素子の転写方法)を説明するための図である。
図1に示すように、基板100上に分離層(光吸収層)120を形成する。
基板100は、光が透過し得る透光性を有するものであるのが好ましい。
分離層120は、照射される光を吸収し、その層内および/または界面において剥離(以下、「層内剥離」、「界面剥離」と言う)を生じるような性質を有するものであり、好ましくは、光の照射により、分離層120を構成する物質の原子間または分子間の結合力が消失または減少すること、すなわち、アブレーションが生じて層内剥離および/または界面剥離に至るものがよい。
このアモルファスシリコン中には、水素(H)が含有されていてもよい。この場合、Hの含有量は、2原子%以上程度であるのが好ましく、2〜20原子%程度であるのがより好ましい。このように、水素(H)が所定量含有されていると、光の照射によって水素が放出され、分離層120に内圧が発生し、それが上下の薄膜を剥離する力となる。アモルファスシリコン中の水素(H)の含有量は、成膜条件、例えばCVDにおけるガス組成、ガス圧、ガス雰囲気、ガス流量、温度、基板温度、投入パワー等の条件を適宜設定することにより調整することができる。
酸化ケイ素としては、SiO、SiO2、Si3O2が挙げられ、ケイ酸化合物としては、例えばK2SiO3、Li2SiO3、CaSiO3、ZrSiO4、Na2SiO3が挙げられる。
D.窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス
E.有機高分子材料
有機高分子材料としては、−CH−、−CO−(ケトン)、−CONH−(アミド)、−NH−(イミド)、−COO−(エステル)、−N=N−(アゾ)、−CH=N−(シフ)等の結合(光の照射によりこれらの結合が切断される)を有するもの、特に、これらの結合を多く有するものであればいかなるものでもよい。また、有機高分子材料は、構成式中に芳香族炭化水素(1または2以上のベンゼン環またはその縮合環)を有するものであってもよい。
金属としては、例えば、Al,Li,Ti,Mn,In,Sn,Y,La,Ce,Nd,Pr,Gd,Smまたはこれらのうちの少なくとも1種を含む合金が挙げられる。
次に、図2に示すように、分離層120上に、被転写層(薄膜デバイス層)140を形成する。
次に、図3に示すように、薄膜デバイス層140を、接着層160を介して転写体180に接合(接着)する。
次に、図4に示すように、基板100の裏面側から光を照射する。
この光は、基板100を透過した後に分離層120に照射される。これにより、分離層120に層内剥離および/または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅する。
基板上にCMOS構造のTFTを形成し、これを転写体に転写する場合の具体的な製造プロセスの例を図8〜図18を用いて説明する。
図8に示すように、基板(例えば石英基板)100上に、分離層(例えば、LPCVD法により形成されたアモルファスシリコン層))120と、中間層(例えば、SiO2膜)142と、アモルファスシリコン層(例えばLPCVD法により形成される)143とを順次に積層形成し、続いて、アモルファスシリコン層143の全面に上方からレーザー光を照射し、アニールを施す。これにより、アモルファスシリコン層143は再結晶化してポリシリコン層となる。
(工程2)
続いて、図9に示すように、レーザーアニールにより得られたポリシリコン層をパターニングして、アイランド144a,144bを形成する。
(工程3)
図10に示されるように、アイランド144a,144bを覆うゲート絶縁膜148a,148bを、例えば、CVD法により形成する。
(工程4)
図11に示されるように、ポリシリコンあるいはメタル等からなるゲート電極150a,150bを形成する。
(工程5)
図12に示すように、ポリイミド等からなるマスク層170を形成し、ゲート電極150bおよびマスク層170をマスクとして用い、セルフアラインで、例えばボロン(B)のイオン注入を行う。これによって、p+層172a,172bが形成される。
(工程6) 図13に示すように、ポリイミド等からなるマスク層174を形成し、ゲート電極150aおよびマスク層174をマスクとして用い、セルフアラインで、例えばリン(P)のイオン注入を行う。これによって、n+層146a,146bが形成される。
(工程7) 図14に示すように、層間絶縁膜154を形成し、選択的にコンタクトホール形成後、電極152a〜152dを形成する。
このようにして形成されたCMOS構造のTFTが、図2〜図6における被転写層(薄膜デバイス層)140に該当する。なお、層間絶縁膜154上に保護膜を形成してもよい。
(工程8)
図15に示すように、CMOS構成のTFT上に接着層としてのエポキシ樹脂層160を形成し、次に、そのエポキシ樹脂層160を介して、TFTを転写体(例えば、ソーダガラス基板)180に貼り付ける。続いて、熱を加えてエポキシ樹脂を硬化させ、転写体180とTFTとを接着(接合)する。なお、接着層160は紫外線硬化型接着剤であるフォトポリマー樹脂でもよい。この場合は、熱ではなく転写体180側から紫外線を照射してポリマーを硬化させる。
(工程9)
図16に示すように、基板100の裏面から、例えば、Xe−Clエキシマレーザー光を照射する。これにより、分離層120の層内および/または界面において剥離を生じせしめる。
(工程10)
図17に示すように、基板100を引き剥がす。
(工程11)
最後に、分離層120をエッチングにより除去する。これにより、図18に示すように、CMOS構成のTFTが、転写体180に転写されたことになる。
上述の第1の実施の形態および第2の実施の形態で説明した技術を用いると、例えば、図19(a)に示すような、薄膜素子を用いて構成されたマイクロコンピュータを所望の基板上に形成できるようになる。
本実施の形態では、上述の薄膜デバイスの転写技術を用いて、図20,図21に示されるような、アクティブマトリクス基板を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作成する場合の製造プロセスの例について説明する。
図20に示すように、アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、バックライト等の照明光源400,偏光板420,アクティブマトリクス基板440,液晶460,対向基板480,偏光板500を具備する。
以下、図21の液晶表示装置の製造プロセスについて、図23〜図27を参照して説明する。
図28に本発明の第5の実施の形態を示す。
本発明の第6の実施の形態を図29に示す。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
縦50mm×横50mm×厚さ1.1mmの石英基板(軟化点:1630℃、歪点:1070℃、エキシマレーザの透過率:ほぼ100%)を用意し、この石英基板の片面に、分離層(レーザ光吸収層)として非晶質シリコン(a−Si)膜を低圧CVD法(Si2 H6 ガス、425℃)により形成した。分離層の膜厚は、100nmであった。
分離層を、H(水素)を20at%含有する非晶質シリコン膜とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、スピンコートによりゾル−ゲル法で形成したセラミックス薄膜(組成:PbTiO3 、膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、スパッタリングにより形成したセラミックス薄膜(組成:BaTiO3 、膜厚:400n m)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、レーザ−アブレーション法により形成したセラミックス薄膜(組成:Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、膜厚:50nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、スピンコートにより形成したポリイミド膜(膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、スピンコートにより形成したポリフェニレンサルファイド膜(膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
分離層を、スパッタリングにより形成したAl層(膜厚:300nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
照射光として、Kr−Fエキシマレーザ(波長:248nm)を用いた以外は実施例2と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。なお、照射したレーザのエネルギー密度は、250mJ/cm2、照射時間は、20nsecであった。
照射光として、Nd−YAIGレーザ(波長:1068nm)を用いた以外は実施例2と同様にして薄膜トランジスタの転写を行った。なお、照射したレーザのエネルギー密度は、400mJ/cm2、照射時間は、20nsecであった。
被転写層として、高温プロセス1000℃によるポリシリコン膜(膜厚80nm)の薄膜トランジスタとした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、ポリカーボネート(ガラス転移点:130℃)製の透明基板を用いた以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、AS樹脂(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例2と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、ポリメチルメタクリレート(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例3と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、ポリエチレンテレフタレート(ガラス転移点:67℃)製の透明基板を用いた以外は、実施例5と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、高密度ポリエチレン(ガラス転移点:77〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例6と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、ポリアミド(ガラス転移点:145℃)製の透明基板を用いた以外は実施例9と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、エポキシ樹脂(ガラス転移点:120℃)製の透明基板を用いた以外は実施例10と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
転写体として、ポリメチルメタクリレート(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例11と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
140 薄膜デバイス層、 160 接着層、 180 転写体
Claims (14)
- 透光性の基板に形成された薄膜素子を転写体に転写する方法であって、
前記透光性の基板に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に薄膜素子である薄膜トランジスタを含む被転写層を形成する工程と、
前記薄膜素子を含む被転写層を接着層を介して前記転写体に接合する工程と、
前記透光性の基板側から前記分離層に光を照射して、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生じさせて、前記透光性の基板を前記被転写層から離脱させる工程と、
を有することを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 透光性の基板に形成された薄膜素子を転写体に転写する方法であって、
前記透光性の基板に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に薄膜素子である薄膜トランジスタを含む被転写層を形成する工程と、
前記薄膜素子を含む被転写層を接着層を介して前記転写体に接合する工程と、
前記透光性の基板側から前記分離層に光を照射して、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生じさせて、前記透光性の基板を前記被転写層から離脱させる工程と、
を有し、
前記被転写層を形成する工程は、前記薄膜トランジスタのチャネル層となるシリコン層に、前記透光性の基板とは反対側から光を照射して、前記シリコン層を結晶化する工程を具備することを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1または2において、
前記中間層は、絶縁膜であることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項3において、
前記中間層が、SiO2、又はSi3N4であることを特徴とする、薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項4いずれかにおいて、
前記転写体は、透明基板であることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項5のいずれかにおいて、
前記転写体は、被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、ガラス転移点(T
g)または軟化点が前記Tmax以下の材料で構成されていることを特徴とする薄膜素子の
転写方法。 - 請求項1〜請求項5のいずれかにおいて、
前記転写体は、ガラス転移点(Tg)または軟化点が、前記薄膜素子の形成プロセスの最高温度以下であることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項7のいずれかにおいて、
前記転写体は、合成樹脂またはガラス材で構成されていることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項8のいずれかにおいて、
前記基板は310nmの光を10%以上透過する基板であることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項9のいずれかにおいて、
前記基板は、被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、歪み点が前記Tmax以上の材料で構成されていることを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項10のいずれかにおいて、
前記分離層は、アモルファスシリコン、窒化シリコン、水素含有合金、窒素含有合金、酸化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、PZT、窒化物セラミックス、Ti、Mnの中から選ばれたいずれかの材料により形成することを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項11において、
前記アモルファスシリコンは、水素(H)を2原子%以上含有することを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項12において、
前記アモルファスシリコンは、水素(H)を10原子%以上含有することを特徴とする薄膜素子の転写方法。 - 請求項1〜請求項13のいずれかにおいて、
前記分離層は、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成することを特徴とする薄膜素子の転写方法。
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