JP4731809B2

JP4731809B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4731809B2
Application number: JP2003419731A
Authority: JP
Inventors: 彩安西; 純矢丸山
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2004214645A

Description

本発明は、複数の被剥離膜間のコンタクト方法、特に様々な素子を含む被剥離膜間のコンタクト方法に関する。加えて本発明は、剥離された膜を基材に貼り付け、固着させた半導体集積回路、或いは薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する。）を有する半導体装置に関する。

尚、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得る装置全般を示し、ＰＤＰ、ＥＬ、液晶等を用いた表示装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置とする。

近年、絶縁性基板上に半導体薄膜を用い、半導体集積回路やＴＦＴ等を構成する技術において、耐久性向上や軽量化の観点から、前記絶縁性基板にフレキシブルなプラスチックフィルム等に代表される可塑性を有する基材を用いる技術が試みられている。

しかし、現在一般的に絶縁性基板として用いられているガラス或いは石英等と比較して、プラスチックフィルムはその耐熱性が低く、ＴＦＴを形成する工程中の処理温度に制限が生じてしまう。そのため、プラスチックフィルム基板上に直接ＴＦＴを形成し、高い特性を得るのは困難である。

そこで最近では、一旦、ガラス或いは石英等に形成したＴＦＴを基板と分離し、プラスチックフィルム等に固着する技術が提案されている（例えば、特許文献１。）。

尚、本明細書中において被剥離膜とは、一旦、ガラス或いは石英等上に形成した半導体集積回路、或いはＴＦＴ等を含む膜を示す。

特開平８−２８８５２２号公報

被剥離膜をプラスチックフィルム等に固着する技術を用い、さらに、一旦別々に形成された複数の被剥離膜をプラスチックフィルム等に順に積層することで、全体のレイアウト面積の縮小、軽量化、薄型化等を実現することができる。しかし、積層する際、被剥離膜と被剥離膜を接続するためのコンタクトホールを形成することが困難である。

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、複数の被剥離膜を積層する際のコンタクト方法を提供することを課題とする。

複数の被剥離膜を別々に形成し、積層する半導体装置において、連続して積層される、異なる２つの被剥離膜が互いに接触する面はそれぞれ、導電性材料からなる、同一パターンを少なくとも有し、この異なる２つの被剥離膜を接続することで、確実且つ自由度の高いコンタクトが可能となる。

本発明の半導体装置は、第１の基板上に形成された、絶縁物層と、導電物層と、半導体層を有する被剥離膜を前記第１の基板より剥離させた後、第２の基板上に固着し、複数の前記被剥離膜を前記第２の基板上に積層し、連続して積層される、異なる２つの前記剥離された膜が互いに接触する面はそれぞれ、導電性材料でなる、同一パターンを少なくとも有することを特徴としている。

本発明によると、前記剥離された膜は、薄膜トランジスタ、容量手段、抵抗手段、メモリー素子、薄膜ダイオードまたは光電変換素子のいずれか少なくともひとつを有してもよい。

本発明によると、前記複数の剥離された膜の内に、マトリクス状に配置された複数の画素から構成された表示部を有する被剥離膜が含まれてもよい。

本発明によると、前記表示部にＥＬ素子または液晶を用いてもよい。

本発明の半導体装置は、基板上に連続して積層される第１の膜と第２の膜を有し、前記第１の膜と前記第２の膜はそれぞれ、少なくとも一層の絶縁物層と、導電物層と、半導体層を有しており、前記第１の膜と前記第２の膜とが互いに接触する面は、前記導電物層で形成されており、同一パターンを少なくとも有することを特徴としている。
また、前記第１の膜、前記第２の膜は、薄膜トランジスタ、容量手段、抵抗手段、メモリー素子、薄膜ダイオードまたは光電変換素子のうち少なくともひとつを有している。

本発明によると、前記第１の膜または前記第２の膜は、マトリクス状に配置された複数の画素から構成された表示部を有していても良い。
また、前記表示部にＥＬ素子または液晶を用いていもよい。

本発明の半導体装置の作製方法は、第１の基板上に、第１の絶縁物層と、第１の導電物層と、第１の半導体層を有する第１の膜を形成し、第２の基板上に、第２の絶縁物層と、第２の導電物層と、第２の半導体層を有する第２の膜を形成し、前記第１の膜を前記第１の基板から剥離して、第３の基板に固着し、前記第２の膜を前記第２の基板から剥離して、前記第３の基板に固着された前記第１の膜上に積層し、前記第１の膜の導電物層と前記第２の膜の導電物層を接触させて、前記第１の膜と前記第２の膜を積層することを特徴としている。つまり、前記第１の膜と前記第２の膜を積層する際に、前記第１の導電物層と前記第２の導電物層の接触により、前記第１の膜と前記第２の膜が接続される。
また、前記第１の膜と前記第２の膜が互いに接触する面において、前期第１の導電物層と前記第２の導電物層はそれぞれ同一パターンを少なくとも有していてもよい。本発明では、積層する膜は第１の膜と第２の膜に限られず、複数の膜を積層して形成することもできる。

本発明によると、前記第１の基板と前記第１の膜の間に、剥離層を形成してもよい。
また、前記第１の膜を、前記第１の基板より剥離する工程と、前記第３の基板上に前記第１の膜を固着する工程との間に、前記剥離層を除去しても良い。
また、前記第２の基板と前記第２の膜の間に、剥離層を形成しても良い。
また、前記第２の膜を、前記第２の基板より剥離する工程と、前記第１の膜上に前記第２の膜を積層する工程との間に、前記剥離層を除去しても良い。
また、前記第３の基板は、平面または曲面を有していても良い。

本発明の半導体装置の作製方法は、第１の基板上に、第１の絶縁物層と、第１の導電物層と、第１の半導体層を有する第１の膜を形成し、第２の基板上に、第２の絶縁物層と、第２の導電物層と、第２の半導体層を有する第２の膜を形成し、第３の基板を前記第１の膜に固着し、前記第１の膜を前記第１の基板から剥離し、前記剥離された第１の膜を第４の基板に固着し、前記第１の膜を前記第３の基板から剥離し、第５の基板に前記第２の膜を固着し、前記第２の膜を前記第２の基板から剥離し、前記剥離された第２の膜を、前記第４の基板に固着された前記第１の膜に積層し、前記第１の膜の導電物層と前記第２の膜の導電物層を接触させて、前記第１の膜と前記第２の膜を積層することを特徴としている。つまり、前記第１の膜と前記第２の膜を積層する際に、前記第１の導電物層と前記第２の導電物層の接触により、前記第１の膜と前記第２の膜が接続される。
また前記第１の膜と前記第２の膜が互いに接触する面において、前記第１の導電物層と前記第２の導電物層はそれぞれ同一パターンを少なくとも有していても良い。

本発明によると、前記第１の基板と前記第１の膜の間に、剥離層を形成してもよい。
また、前記第１の膜を、前記第１の基板より剥離する工程と、前記第４の基板上に前記第１の膜を固着する工程との間に、前記剥離層を除去しても良い。
また、前記第２の基板と前記第２の膜の間に、剥離層を形成しても良い。
また、前記第２の膜を、前記第２の基板より剥離する工程と、前記第１の膜上に前記第２の膜を積層する工程との間に、前記剥離層を除去しても良い。
また、前記第４の基板は、平面または曲面を有していても良い。

一旦別々に形成された複数の被剥離膜をプラスチックフィルム等に順に積層することで、全体のレイアウト面積、モジュールの縮小、軽量化、薄型化、表示装置の狭額縁化等を実現できる。さらに、接続される面の層をそれぞれ導電性材料で形成し、同一パターンを少なくとも有するフォトマスクを用いパターニングすることで、確実かつ、自由度の高いコンタクトが可能となる。また、前記接続される面の層を配線層として利用することができる。

図１を用い、本実施形態を説明する。

予めガラス等の基板上にそれぞれ形成された被剥離膜Ａ１００１及び被剥離膜Ｂ１００２を、プラスチックフィルム等を用いた基板１００３上に、被剥離膜Ｂ１００２、被剥離膜Ａ１００１の順に固着し、積層する。被剥離膜Ｂ１００２を形成する際、被剥離膜Ａ１００１との接触面となる最上層には導電性膜を成膜し、フォトマスクＢを用いパターニングし、接続部Ｂ１００５を形成する。

また、被剥離膜Ａ１００１を形成する際、被剥離膜Ｂ１００２との接触面となる最下層には導電性膜を成膜し、フォトマスクＡを用いパターニングし、接続部Ａ１００４を形成する。前記フォトマスクＡと前記フォトマスクＢは同じパターンを少なくとも有し、積層された際同じパターンごとにコンタクトされる。接続部Ａと接続部Ｂは、それぞれ全く同じパターンであってもよいし、少なくとも一部同一パターンを有していてもよい。

また、被剥離膜を固着する際、被剥離膜と被剥離膜の間にフィルム状あるいはペースト状の異方導電性接着剤をはさみ、被剥離膜同士を固着する。前記異方導電性接着剤は、絶縁接着材料と導電性充填材の混合物から成り、Ｚ軸方向のみの導電性を有する。

図１ｘからｘ´の断面図の例を図２の２００１に、図1のｙからｙ´の断面図の例を図２の２００２に示す。

例としてＥＬ表示装置の画素部を含む膜を被剥離膜Ａ２００１とし、駆動回路部を含む膜を被剥離膜Ｂ２００２とする。転写基板２００３はプラスチックフィルム等を用いた基板である。被剥離膜Ａ２００１の最下層には接続部Ａ２００４が形成され、その上の層にはＴＦＴ２００５、配線が形成される。前記ＴＦＴ２００５のソース電極、ドレイン電極どちらか一方と接続された画素電極２００８のエッジには隔壁２００７が形成され、画素電極２００８の開口部にはＥＬ層２００９、さらにその上には対向電極２０１０が形成される。

被剥離膜Ｂ２００２の最上層には接続部Ｂ２０１３が形成され、その下には配線２０１２、ＴＦＴ２０１１が形成される。被剥離膜Ｂ２００２、被剥離膜Ａの順にプラスチック基板２００３上に固着し、積層する。接続部Ａ２００４と接続部Ｂ２０１３は少なくとも同パターンを有するように形成されているため、同パターン毎にコンタクトされ、配線２００６と配線２０１２が導通する。なお、接続部Ａと接続部Ｂは、それぞれ全く同じパターンであってもよいし、少なくとも一部同一パターンを有していてもよい。

また、前記最上層及び前記最下層とは、基板２００３に積層する際、基板２００３側から見た最上層、最下層であり、被剥離膜を形成する際、最上層、最下層である必要は無く、必要に応じて保護膜層や、剥離層等を形成し、固着工程において取り除いてもよい。

より詳しく、固着、積層工程について、図６〜図８を用いて説明する。

まず第１の工程、図６（Ａ）において、ガラス等を用いた第１の基板６００１上に第１の剥離層６００２、第２の剥離層６００３、被剥離膜Ｂ２００２を形成する。次に第２の工程、図６（Ｂ）において、水溶性接着剤等を用いた第１の接着剤６００５により、ガラス等を用いた第２の基板６００４を固着し、第２の基板６００４側に被剥離膜Ｂが残った状態で、第１の基板６００１を被剥離膜Ｂから剥離する。このとき、第１の剥離層６００２と第２の剥離層６００３との境界面で剥離される。

次に第３の工程、図６（Ｃ）において、基板２００３上にエポキシ接着剤等を用いた第２の接着剤６００６を塗布し、固着する。その後、水等を用い第１の接着剤６００５を取り除き、第２の基板６００４を被剥離膜Ｂから剥離する。

次に第４の工程、図７（Ａ）において、ガラス等を用いた第３の基板７００１上に第３の剥離層７００２、第４の剥離層７００３、被剥離膜Ａ２００１を形成する。次に第５の工程、図７（Ｂ）において、水溶性接着剤等を用いた第３の接着剤７００５により、第４の基板７００４を固着し、第４の基板７００４側に被剥離膜Ａが残った状態で、第３の基板７００１を被剥離膜Ａから剥離する。このとき、第３の剥離層７００２と第４の剥離層７００３との境界面で剥離される。

次に第６の工程、図７（Ｃ）において、第４の剥離層７００３をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により取り除く。次に第７の工程、図８（Ａ）において、被剥離膜Ａ２００１と被剥離膜Ｂ２００２との間に異方導電性接着剤８００１をはさみ固着する。

その後、第３の接着剤７００５を取り除き、第４の基板７００４を被剥離膜Ａ２００１から剥離し、第４の接着剤８００３により、プラスチックフィルム等を用いた封止基板８００２を固着してもよい。

また、ＣＭＰにより剥離層を取り除くとしたが、それ以外の機械的手法でもよいし、エッチング等の科学的手法を用いてもよい。

また、被剥離膜同士の固着方法として、本実施形態においては、異方導電性接着剤を用いる場合について説明したが、被剥離膜の最上層あるいは最下層の端部に接着剤を付け、固着させてもよい。この際、接続部が低抵抗で接続されるよう、前記接着剤の厚みを調整する必要がある。また、対向基板を用いて被剥離膜を封止し、その際用いる接着剤にて被剥離膜同士を固着させてもよいし、圧着して固着させてもよい。

また、本実施形態においては、２つの被剥離膜を積層する場合について説明したが、３枚以上積層する場合においても、連続して積層される、異なる２つの被剥離膜が互いに接触する面にはそれぞれ、導電性材料からなる、同一パターンを少なくとも形成し、コンタクトすればよい。なお、この導電性材料からなるパターンは、それぞれ全く同じであってもよいし、少なくとも一部が同じであってもよい。

また、例としてＥＬ表示装置としたが、それ以外の発光装置でもよいし、液晶表示装置に適用してもよい。

図３に、本実施形態のコンタクト方法を用いた表示装置について説明する。

被剥離膜Ｃ３００３はコントローラ部であり、電源部３００９及び信号生成部３０１０を有する。被剥離膜Ｂ３００２は駆動回路部であり、第１の水平走査線駆動回路３００５、第２の水平走査線駆動回路３００６、第１の垂直走査線駆動回路３００７及び第２の垂直走査線駆動回路３００８を有する。被剥離膜Ａ３００１は画素部であり、複数のマトリクス状に並べられた画素３００４を有する。

コントローラ部内の電源部３００９では、バッテリーやコンセントより供給された電源からそれぞれ所望の電圧の電源を生成し、駆動回路部及び信号生成部３０１０等へ供給する。また、信号生成部３０１０には、電源、映像信号及び同期信号等が入力され、各種信号の変換を行う他、クロック信号等を生成し、駆動回路部へ供給する。

駆動回路部内の第１の水平走査線駆動回路３００５及び第２の水平走査線駆動回路３００６では、入力された電源及び信号等を用い、水平走査線を１行目から最終行まで、順に選択するパルスを生成し、画素部へ供給する。また、第１の垂直走査線駆動回路３００７及び第２の垂直走査線駆動回路３００８では、入力された電源、信号等を用い、映像信号を変換し、画素部へ供給する。

画素部においては、入力された選択パルス、映像信号を用い、各画素へ映像信号を入力し、映像を表示する。

また、被剥離膜Ａ３００１の最下層及び被剥離膜Ｂ３００２の最上層は、導電性材料から成る同パターンが形成される。また、被剥離膜Ｂ３００２の最下層及び被剥離膜Ｃ３００３の最上層は、導電性材料から成る同パターンが少なくとも形成される。

プラスチック基板３０１１上に、被剥離膜Ｃ３００３、被剥離膜Ｂ３００２、被剥離膜Ａ３００１の順に転写され、積層される際、前記導電性材料から成る同パターンの接続部により、被剥離膜Ａ、被剥離膜Ｂ及び被剥離膜Ｂ、被剥離膜Ｃをそれぞれコンタクトすることができる。

また、前記駆動回路部は前記画素部と同等の面積が使用できるため、自由度の高いレイアウトが可能となる。

図５（Ａ）に従来の表示装置の例を、図５（Ｂ）に本発明を用いた表示装置の例を示す。

一般的な表示装置はコントローラ部、駆動回路部、表示部等を有する。図５（Ａ）の従来の表示装置はガラス基板５００５上に成膜された垂直走査線駆動回路５００２、水平走査線駆動回路５００３等の駆動回路部及び表示部５００４と、ＩＣチップ等から成るコントローラ部５００１を有する。

また、図５（Ｂ）に示す、本発明を用いた表示装置は、プラスチック基板５１０５上に、コントローラ部を含む被剥離膜Ｃ５１０４と、駆動回路部を含む被剥離膜Ｂ５１０３及び表示部５１０１を含む被剥離膜Ａ５１０２を有する。前記従来の表示装置と比較して、本発明を用いた表示装置は、駆動回路部及びコントローラ部を表示部と積層して配置できるため、表示装置全体の縮小化、狭額縁化に有効である。また、プラスチック基板等を用いるため、薄型化、軽量化、耐久性向上にも有効である。

また、透過型液晶表示装置に本発明を用いる場合、ＥＬ素子等の発光素子を用いたバックライト部を含む被剥離膜を、表示部を含む被剥離膜の下に設けてもよい。

また、本発明の表示装置は様々な電子機器の表示部に用いることができる。特に薄型、軽量が要求されるモバイル機器には本発明の表示装置を用いることが望ましい。

具体的に前記電子機器として、携帯情報端末（携帯電話機、モバイルコンピュータ、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、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４に示す。

図４（Ａ）表示ディスプレイであり、筐体４００１、音声出力部４００２、表示部４００３等を含む。本発明の表示装置は表示部４００３に用いることができる。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４（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に用いることができる。

図４（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。本発明の表示装置は表示部４２０２に用いることができる。

図（Ｄ）は携帯電話機であり、本体４３０１、音声出力部４３０２、音声入力部４３０３、表示部４３０４、操作スイッチ４３０５、アンテナ４３０６等を含む。本発明の表示装置は表示部４３０４に用いることができる。

以上のように、本発明の表示装置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、軽量、モジュールの縮小、狭額縁が可能となるため、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）のような表示装置に用いるとよい。

本発明の１実施形態を示す図。本発明の１実施形態を示す図。本発明を適用した表示装置の構成例を示す図。本発明が適用可能な電子機器の例を示す図。従来の表示装置と本発明を適用した表示装置を比較した図。本発明の実施形態の工程を示す図。本発明の実施形態の工程を示す図。本発明の実施形態の工程を示す図。

符号の説明

１００１被剥離膜Ａ
１００２被剥離膜Ｂ
１００３接続部Ａ
１００４接続部Ｂ
１００５プラスチック基板

Claims

第１の工程から第７の工程を有する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の工程は、第１の剥離層と、第２の剥離層と、第１のフォトマスクを用いてパターニングし形成された第１の導電物層を含む第１の被剥離膜とを第１の基板上に順に形成する工程を有し、
前記第２の工程は、第１の接着剤により、前記第１の被剥離膜上に第２の基板を固着し、前記第２の基板側に前記第１の被剥離膜が残った状態で、前記第１の基板を前記第１の剥離層と前記第２の剥離層との境界面から前記第１の被剥離膜を剥離する工程を有し、
前記第３の工程は、転写基板上に第２の接着剤を塗布し、前記転写基板上に前記第２の接着剤を介して前記第２の工程中の剥離工程で残った前記第２の剥離層及び前記第１の被剥離膜を固着し、前記第１の接着剤を取り除き、前記第２の基板を前記第１の被剥離膜から剥離して、前記第１の被剥離膜を露出する工程を有し、
前記第４の工程は、第３の剥離層と、第４の剥離層と、第２のフォトマスクを用いてパターニングし形成された第２の導電物層を含む第２の被剥離膜とを第３の基板上に順に形成する工程を有し、
前記第５の工程は、第３の接着剤により、前記第２の被剥離膜上に第４の基板を固着し、前記第４の基板側に前記第２の被剥離膜が残った状態で、前記第３の基板を前記第３の剥離層と前記第４の剥離層との境界面から前記第２の被剥離膜を剥離する工程を有し、
前記第６の工程は、前記第２の被剥離膜に接している前記第４の剥離層を取り除き、前記第２の被剥離膜を露出する工程を有し、
前記第７の工程は、前記第１の被剥離膜と前記第２の被剥離膜との間に異方導電性接着剤をはさみ固着する工程を有し、
前記第１のフォトマスクと前記第２のフォトマスクとが有するパターンは、同一パターンであり、
前記第１の被剥離膜と前記第２の被剥離膜が互いに接触する面において、前記第１の導電物層と前記第２の導電物層が重なるように積層していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１において、
前記第７の工程後に、前記第３の接着剤を取り除き、前記第４の基板を前記第２の被剥離膜から剥離して前記第２の被剥離膜を露出させ、第５の接着剤により、プラスチックフィルムを用いて封止基板を露出させた前記第２の被剥離膜に固着する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１又は請求項２において、
前記第１の接着剤及び前記第３の接着剤は、水溶性接着剤であること特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第２の接着剤はエポキシ接着剤であることを特徴とする半導体装置の作製方法。