JP5025145B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は薄膜トランジスタ（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、液晶表示パネルを有する液晶表示装置に代表される電気光学装置や、有機発光素子を有する発光表示装置や、アンテナを有する集積回路を部品として搭載した電子機器に関する。

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、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

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。

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。

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液晶表示装置や発光素子は実現されていない。

そこで、ガラス基板上に形成した素子を基板から剥離し、他の基材、例えばプラスチックフィルムなどに転写する技術が提案されている。

本出願人は、特許文献１や特許文献２に記載の剥離および転写技術を提案している。特許文献１には剥離層となる酸化珪素膜をウェットエッチングで除去して剥離する技術が記載されている。また、特許文献２には剥離層となるシリコン膜をドライエッチングで除去して剥離する技術が記載されている。

また、本出願人は特許文献３に記載の剥離および転写技術を提案している。特許文献３には、基板に金属層を形成し、その上に酸化物層を積層形成する際、該金属層の酸化金属層を金属層と酸化物層との界面に形成し、この酸化金属層を利用して後の工程で剥離を行う技術が記載されている。

また、本出願人は、剥離の際にノズルから吹付けられるガスの風圧、超音波等を用いる技術を特許文献４に記載している。
特開平８−２８８５２２号公報 特開平８−２５０７４５号公報 特開２００３−１７４１５３号公報 特開２００３−１６３３３８号公報

本発明は、ＴＦＴを含む集積回路をフレキシブルな基板に従来に比べ短時間内で転写でき、且つ、低コストで歩留まりよく半導体装置を製造できる構造及び方法を提供する。

本発明は、力（物理的な力）で基板から被剥離層の剥離を行う際、剥離を助長するために、剥離層（分離層とも呼ぶ）またはその界面に対してエッチングガスまたはエッチング液を供給することを特徴とする。

具体的には、ガラス基板上にスパッタ法で剥離層となるタングステン膜（または窒化タングステン膜などの合金膜）を形成し、スパッタ法で酸化シリコン膜を積層形成する。そして、酸化シリコン膜上にＴＦＴなどの素子形成を行う。そして、保護層を形成する。そして、エッチングガスまたはエッチング液を導入するための剥離層に達する開口部を複数形成する。そして、エッチングガスまたはエッチング液を開口部から導入し、且つ、力（物理的な力）を加えながら基板から被剥離層を剥離する。さらに、被剥離層を剥離する途中で、剥離を助長するために剥離層に対してエッチングガスまたはエッチング液を供給し続ける。

本発明に用いるエッチングガスまたはエッチング液は、剥離層の材料にもよるが、代表的にはハロゲン（ハロゲン化物）を含む気体または液体を用いる。例えば、剥離層としてタングステンを用いる場合には、エッチングガスとして、ＣｌＦ_３、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２等を用いる。例えば、剥離層としてシリコンを用いる場合には、エッチング液として、フッ化水素酸（ＨＦ）を含む溶液などを用いる。また、剥離層として酸化シリコンを用いる場合には、エッチング液としてフッ化水素アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）を含む溶液などを用いることができる。

また、補助基板を保護層に接着させた後、力（物理的な力）により剥離を行ってもよい。補助基板としては、剛体であれば特に限定されないが、可撓性を有する基板を用いることが望ましい。

なお、力（物理的な力）を加えると、剥離層と被剥離層との界面で剥離が生じる。また、剥離層に対してエッチングガスまたはエッチング液が供給されて化学的に反応させるため、剥離がより生じやすくなる。こうして剥離された被剥離層（ＴＦＴなどの素子含む）をプラスチック基板に転写する。

また、本明細書で力（物理的な力）を加えるとは、化学ではなく、物理学により認識される手段、具体的には力学の法則に当てはめることが可能な過程を有する力学的手段または気体的手段により力を加えることを指している。物理的な力で剥離するとは、例えば、部材、装置、人間の手、ノズルから吹きつけられるガスの風圧、超音波などを用いて外部から衝撃（ストレス）を与えることによって剥離することを言う。

本明細書で開示する発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に剥離層を形成する第１の工程と、前記剥離層上に複数の薄膜集積回路を含む被剥離層を形成する第２の工程と、エッチングガスの雰囲気下において、前記剥離層上に設けられた被剥離層を基板から剥離する第３工程と、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。

また、エッチングガスを吹きつけながら基板から被剥離層の剥離を行うこともでき、他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に剥離層を形成する第１の工程と、
前記剥離層上に複数の薄膜集積回路を含む被剥離層を形成する第２の工程と、
エッチングガスの雰囲気下において、力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対してエッチングガスを吹きつけて前記剥離層を除去する第３工程と、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。

また、液体中で基板から被剥離層の剥離を行うこともでき、他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に剥離層を形成する第１の工程と、
前記剥離層上に複数の薄膜集積回路を含む被剥離層を形成する第２の工程と、
エッチング液中において、力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対してエッチング液を供給して前記剥離層を除去する第３工程と、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。

上記各構成において、前記剥離層は、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、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であることを特徴としている。また、本発明において、前記剥離層は、単層に限定されず、これらの積層であってもよい。また、上記各構成に加えて前記被剥離層を形成した後に被剥離層の一部に開口部を形成することで後の前記剥離層を除去することを助長することができる。なお、開口部はエッチング処理（レジストマスクを用いたウエットエッチング、またはレジストマスクを用いたドライエッチングなど）またはレーザー光を照射するレーザアブレーション処理で形成する。また、上記各構成において、剥離の際に加える力は、図２に一例を示す装置、具体的には電気によって操作される装置によって加えることが好ましい。電気によって操作される装置によって剥離が可能であれば、大量生産する上で有利である。

剥離層としてＳｉを用いた場合、エッチングガスとして、ＣｌＦ_３、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２等を用いることができる。また、剥離層としてＳｉを用いた場合、エッチング液として、フッ化水素酸（ＨＦ）を含む溶液の他に、ＴＭＡＨと呼ばれる水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、Ｎ_２Ｈ_４溶液、ＮａＯＨ溶液、ＣｓＯＨ溶液なども用いることができる。

また、剥離層としてＷ、Ｍｏ、Ｃｒを用いた場合、エッチング液として、ＨＮＯ_３と（ＮＨ_４）_２Ｃｅ（ＮＯ_３）_６とを含む水溶液なども用いることができる。

また、上記各構成において、前記薄膜集積回路は、ＴＦＴを含むことを特徴としており、そのＴＦＴを用いてＣＰＵを形成することもできる。また、前記薄膜集積回路は、アンテナを含ませることによって送受信機能を有する半導体装置を形成することができる。

また、本発明の作製方法により、ガラス基板から剥離し、さらにＴＦＴを含む薄膜集積回路をフレキシブル基板に転置することができる。ＴＦＴを含む薄膜集積回路をフレキシブル基板に転置することによって、１枚の基板に多数の薄膜集積回路を作り込む大量生産を可能としている。また、フレキシブル基板に転置することによって薄膜集積回路を搭載した半導体装置全体の軽量化も実現できる。

本発明は、物理的な力と化学的な作用との両方を利用して剥離を行うことによって、スムーズ、且つ、短時間での剥離を行うことができる。

本発明の実施形態について、以下に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、ガラス基板上に形成したＴＦＴを含む被剥離層をガラス基板から剥離し、プラスチック基板に転写する作製方法を説明する。ここでは、剥離の際に、ハロゲンガスの存在する雰囲気下で、剥離層にハロゲンガスを吹きつけながら除去しつつ被剥離層の剥離を行う例を示す。

始めに、ガラス基板１０上に剥離層１１を形成する。剥離層１１としては、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、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、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。剥離層１１の膜厚は１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとする。

本実施の形態では、剥離層としてタングステン（Ｗ）膜を用いる。

次に、剥離層１１上に絶縁膜を形成する。このとき、剥離層１１と絶縁膜との間にアモルファス状態の金属酸化膜が２ｎｍ〜５ｎｍ程度形成される。後の工程で剥離する際、金属酸化膜中、または金属酸化膜と絶縁膜との界面、または金属酸化膜と金属膜との界面で分離が生じる。絶縁膜としては、スパッタリング法により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、金属酸化材料からなる膜を形成すればよい。絶縁膜の膜厚は、剥離層１１の約２倍以上、好ましくは、１５０ｎｍ〜２００ｎｍであることが望ましい。

次に、絶縁膜上に、少なくとも水素を含む材料の膜を形成する。少なくとも水素を含む材料の膜としては、半導体膜または窒化物膜等を適応することができる。本実施の形態では、半導体膜を形成する。この後、水素を含む材料の膜中に含まれる水素を拡散するための熱処理を行う。この熱処理は４１０℃以上であればよく、ポリシリコン膜の形成プロセスとは別途行ってもよいし、兼用させて工程を省略してもよい。例えば、水素を含む材料膜として水素を含むアモルファスシリコン膜を用い、加熱してポリシリコン膜を形成する場合、結晶化させるため５００℃以上の熱処理を行えば、ポリシリコン膜を形成すると同時に水素の拡散を行うことができる。

次に、公知の手法により、ポリシリコン膜を所望の形状にエッチングし、複数のＴＦＴを含む層形成する。例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やマイクロプロセッサ（ＭＰＵ、ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）等をＴＦＴで構成することができる。加えて、アンテナなどを形成してもよい。アンテナは、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。剥離層１１上に設けられた、少なくともＴＦＴを含む積層を被剥離層１２と呼ぶ。

ＴＦＴにおいては、ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を有するポリシリコン膜、ポリシリコン膜を覆うゲート絶縁膜、ポリシリコン膜のチャネル形成領域上に形成されたゲート電極、層間絶縁膜を介してソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極を有する。

次いで、保護層１３を形成する。保護層１３は、後の工程に用いるハロゲンガス（ＣｌＦ_３）に反応しない材料、例えば有機樹脂を用いる。保護層１３は特に設けなくともよい。また、保護層に補助基板を接着して剥離する場合には、補助基板と密着性のよい材料で保護層を形成することが好ましい。

次いで、マスクを用いてドライエッチングまたはウェットエッチングを行う。このエッチング工程でＴＦＴや配線などが設けられた領域以外に、剥離層１１に達する開口部１４を選択的に形成して、剥離層１１を露出させる。また開口部１４はマスクを用いずレーザ光を用いて形成してもよい。レーザ光を用いる場合は、レーザアブレーションさせて被剥離層又は剥離層を除去する。レーザー光としては、エキシマレーザー、ＣＯ_２レーザー、アルゴンレーザー等の気体レーザーや、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザーや、ＹＡＧ、ＹＶＯ_４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ_３などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザーや、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、矩形状、円状、楕円状のいずれでもよい。また、使用する波長は、基本波、第２高調波、第３高調波のいずれでもよく、実施者が適宜選択すればよい。また、走査方法は、縦方向、横方向、斜め方向のいずれでもよく、さらに往復させてもよい。なお、開口部１４の配置はＴＦＴや配線が設けられた領域以外であれば特に限定されず、適宜設ければよい。また、開口部１４は穴であってもよいし、幅を有する溝であってもよい。

ここまでの段階の断面模式図を図１（Ａ）に示す。

次いで、基板１０から被剥離層１２の剥離を行う。剥離は、ハロゲンガスの雰囲気下で行う。本実施の形態では、ＣｌＦ_３ガスと不活性ガス（Ｈｅ、Ｎ_２）との混合ガス雰囲気下とする。人間の手によって剥離する場合には、グローブボックス内で剥離を行う。また、密閉されたチャンバー内に備えられた剥離装置の力を用いて剥離を行ってもよい。この剥離装置は、電気で動くことができる。

また、剥離する前に、保護層に補助基板を接着して、被剥離層を支持しながら剥離してもよい。

なお、図１（Ｂ）に示すように、物理的手段１６により、被剥離層１２を基板１０から剥離しながら、同時にハロゲンガスを剥離層に吹きつける。ここではノズル１５からＣｌＦ_３ガスを流量５０ｓｃｃｍで吹きつける。ハロゲンガスを剥離層に吹きつけることによって、剥離層のエッチングを進行させ、短時間での剥離を可能とする。加えて、ハロゲンガスを吹きつけることによって生じる気流によって、剥離を助長することができる。

また、ハロゲンの雰囲気下で少しの時間さらして剥離層のエッチングを僅かに行った後、剥離を開始してもよい。

また、図２（Ａ）に剥離装置の一例を示す。図２（Ａ）の剥離装置は、密閉されたチャンバー内に設置されており、全ての剥離装置部材はハロゲンガスと反応しない材料で構成されているものとする。

図２（Ａ）は、基板から被剥離層を剥離する剥離処理の途中を示す斜視図である。

被剥離層と剥離層とが設けられた基板１０１は、搬送ロボットなどによって剥離装置が設けられたチャンバー内に搬送され、定盤１０２に設けられた固定ピン１０５で固定される。また、定盤１０２に基板１０１を固定するための真空チャックを設けてもよい。

また、剥離装置は、ＣＣＤカメラなどの撮像部１１２によって基板の位置アライメントを行なったり、チャック部１０９で被剥離層１５０の端部を表裏両側からつまむ。なお、被剥離層に補助基板を貼り付けた場合は、補助基板の端部を表裏両側からつまむ。

また、基板１０１を固定した定盤１０２は、移動機構１０４および移動台１０３によって図２（Ａ）中に示した矢印の方向に移動する。

また、チャック部１０９を備えたチャック昇降機構部１１０は、ガイド部１１１に設けられた溝に沿って上下移動する。チャック部で被剥離層１５０の端部を表裏両側からつまんだ後、被剥離層１５０の端部をチャック昇降機構部１１０で上に引っ張るしくみとなっている。

また、ノズル１０８には複数の開口が設けられており、その開口から反応ガスが吹き出されるようになっている。反応ガスはチャンバーの外部に配置されたボンベからガス導入管１０７を通じ、開口から吹き出すようになっている。また、ノズル１０８は、基板１０１を押さえることで剥離の補助をすることができ、チャック部で引っ張られた被剥離層につられて基板が動かないように固定することもできる。

また、ノズル１０８の高さは、高さ制御機構１０６によって調節ができる。

また、チャンバー内の雰囲気は、ハロゲンガスであり、剥離層１４０をエッチングするガスである。チャンバー内の雰囲気を短時間、且つ、効率よくハロゲンガスとするため、ガス導入管や排気手段を設けてもよい。

なお、ＣＣＤカメラなどの撮像部１１２からのデータに基づき、チャック昇降機構部１１０や移動機構１０４をコンピュータからなる制御部１１３で制御している。

また、図２（Ｂ）は剥離の途中での剥離箇所近傍の断面図を示している。エッチングガスを剥離箇所に吹きつけることによって剥離層１４０をもろくして、基板１０１から被剥離層１５０を引きはがしやすくなっている。なお、基板から引きはがすことができれば、引きはがした被剥離層１５０に剥離層１４０の一部が残存していてもよい。

また、剥離箇所の被剥離層を断面が楔形状のノズルで押しながら剥離させてもよい。

また、図２（Ａ）に示す剥離装置においては、固定ピン１０５があるため、ノズル１０８は、固定ピンの手前までで停止するようになっている。従って、完全に基板１０１から被剥離層を剥離する場合には、チャンバー内の雰囲気、またはノズル１０８から吹きつけられる反応ガスによってエッチングする。また、搬送しやすくするため、被剥離層の一部を剥離しない状態で基板をチャンバーの外部に搬送し、後で一部を剥離して完全に基板１０１から被剥離層を剥離してもよい。

本実施の形態においては、剥離層であるＷの金属膜上に金属酸化膜（ＷＯｘ）を形成することによって、剥離層と酸化物からなる絶縁膜（酸化シリコン、酸化窒化シリコン、金属酸化材料からなる膜）の間で密着性が低下して剥がれやすくなり、完全に剥離層を除去しなくても容易に基板と薄膜集積回路を剥離することが可能となる。

ハロゲンガスの存在する雰囲気下で剥離層にハロゲンガスを吹きつけながら除去しつつ被剥離層の剥離を行う方法により、剥離がスムーズに行うことができるようになったため、図２に示す剥離装置を用いて剥離の処理を自動化することができる。

そして、基板１０１から剥離した被剥離層をプラスチックフィルムなどのフレキシブル基板上に転置すれば、フレキシブル基板を用いた高性能な半導体集積回路（ＣＰＵ、メモリ、アンテナを有する送受信回路など）が実現できる。

また、補助基板としてフレキシブル基板を用いれば、ガラス基板からの剥離が完了すると同時にフレキシブル基板への転置が完了する。

また、本発明により、短時間でガラス基板上に設けられたＴＦＴをフレキシブル基板上に転置することができ、その転置されたフレキシブル基板を用いれば、フレキシブル基板を用いた液晶表示装置や発光素子も実現できる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、ハロゲンガス雰囲気で剥離を行う例を示したが、ここではエッチング液中で剥離を行う例を示す。

実施の形態１と同様に、ガラス基板２０上に剥離層２１を形成し、絶縁膜及び該絶縁膜上に設けられた複数のＴＦＴを含む被剥離層２２を形成する。本実施の形態では、剥離層２１としてシリコン膜を用いる。そして、実施の形態１と同様に保護層２３を形成する。保護層２３は、後の工程に用いるエッチング液に反応しない材料、例えば有機樹脂を用いる。

次いで、マスクを用いてドライエッチングまたはウェットエッチングを行う。このエッチング工程でＴＦＴや配線などが設けられた領域以外に、剥離層２１に達する開口部２４を選択的に形成して、剥離層２１を露出させる。なお、開口部２４の配置はＴＦＴや配線が設けられた領域以外であれば特に限定されず、適宜設ければよい。また、開口部２４は穴であってもよいし、幅を有する溝であってもよい。

ここまでの段階の断面模式図を図３（Ａ）に示す。

次いで、基板２０から被剥離層２２の剥離を行う。剥離は、ハロゲンを含む液体を入れた液槽２７に基板を浸し、エッチング液体中で行う。本実施の形態では、シリコンをエッチングすることができるエッチング液として、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）の混合液を用いる。他のシリコンのエッチング液として、ＴＭＡＨと呼ばれる水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、Ｎ_２Ｈ_４溶液、ＮａＯＨ溶液、ＣｓＯＨ溶液なども用いることができる。また、他のシリコンのエッチング液として、ジメチルスルホキシドとモノエタノールアミンの混合液も用いることができる。

なお、図３（Ｂ）に示すように、物理的手段２６により、被剥離層２２を基板２０から剥離しながら、同時にノズル２５から反応液（ハロゲンを含む溶液）を剥離層に供給する。エッチング液を剥離層に絶え間なく供給することによって、剥離層のエッチングを進行させ、短時間での剥離を可能とする。加えて、反応液を供給することによって生じる水流によって、剥離を助長することができる。

また、液槽２７に予め入れられているエッチング液よりもシリコンと反応する成分の含有量が多いエッチング液をノズルから供給してもよい。前記エッチング液をノズルから吐出させることで剥離層をより短時間にエッチングすることができる。また、１回の剥離が終了する毎に液槽２７内の溶液を全部入れ替えるのに比べ、材料液の使用量を抑えることができる。

また、液槽２７に予め入れられているエッチング液よりも温度が高いエッチング液をノズルから供給してもよい。温度の高いエッチング液をノズルから吐出させることで剥離層をより短時間にエッチングすることができる。

また、物理的手段２６によりエッチング液中から被剥離層を引き上げることによって、剥離させた被剥離層の部分を即座にエッチング液と触れないようにすることができる。従って、本実施の形態による剥離方法は、被剥離層へのダメージの少ない剥離方法とも言える。

そして、基板２０から剥離した被剥離層２２をプラスチックフィルムなどのフレキシブル基板上に転置すれば、フレキシブル基板を用いた高性能な半導体集積回路（ＣＰＵ、メモリ、アンテナを有する送受信回路など）が実現できる。

また、補助基板としてフレキシブル基板を用いれば、ガラス基板からの剥離が完了すると同時にフレキシブル基板への転置が完了する。

また、本発明により、短時間でガラス基板上に設けられたＴＦＴをフレキシブル基板上に転置することができ、その転置されたフレキシブル基板を用いれば、フレキシブル基板を用いた液晶表示装置や発光素子も実現できる。

また、本実施の形態は、実施の形態１と自由に組み合わせることができる。例えば、実施の形態１に示した剥離装置を、チャンバーに代えて液槽の底部に設置し、剥離装置をエッチング液に浸し、ガスに代えてエッチング液を吐出するノズルを設ければ、エッチング液体中での剥離が可能となる。なお、この場合、剥離装置の部材は全てエッチング液と反応しない材料とする。

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。

本実施例では、薄膜集積回路をＩＣチップとして利用する場合について説明する。

ＩＣチップは、大きく分けると、アンテナが実装されている非接触型ＩＣチップ（無線タグとも呼ばれる）と、アンテナは実装せずに外部電源と接続する端子を形成した接触型ＩＣチップと、非接触型および接触型とを混在したハイブリッド型ＩＣチップがある。

薄膜集積回路を接触型ＩＣチップとして用いる場合、本発明の剥離方法により剥離した薄膜集積回路をそのまま物品に実装することにより利用することができる。

一方、薄膜集積回路を非接触型ＩＣチップまたはハイブリッド型ＩＣチップとして用いる際には、集積回路にアンテナを実装して利用することが好ましい。アンテナを実装した場合のＩＣチップの断面図の一例を図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す。なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す断面図は、基板からＩＣチップを剥離する前の状態を表している。

図４（Ａ）は、ＴＦＴ２０１ａ、２０１ｂからなる薄膜集積回路を含む被剥離層上にアンテナ２３２を直接形成した場合のＩＣチップの断面図を示している。

ＴＦＴの配線２０７ａ〜２０７ｃまで形成した後、配線２０７ａ〜２０７ｃを覆って層間絶縁膜２３１を形成する。層間絶縁膜２３１としては、ＰＣＶＤ法や塗布法で得られる絶縁膜であればよく、本実施例では塗布法で得られるシロキサンポリマーを用いて形成する。

その後、層間絶縁膜２３１に配線２０７ａ、２０７ｃに達するようにコンタクトホールを形成する。そして、配線２０７ａ、２０７ｃとそれぞれ電気的に接続するアンテナ２３２を形成する。アンテナ２３２の材料には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等の導電性を有する金属材料を用いることができる。比較的抵抗の高いＡｌやＡｕを用いる際には配線抵抗が懸念されるが、アンテナを厚くしたり、アンテナの幅を広くすることによって配線抵抗を低減することができる。また、アンテナを積層して形成し、抵抗の低い材料で覆ってもよい。Ｃｕのように拡散が懸念される導電性を有する材料は、アンテナの被形成面またはＣｕの周囲を覆うように絶縁膜を形成するとよい。

次に、アンテナ２３２を覆うように保護層２３３を形成する。

続いて、実施の形態１または実施の形態２に示した剥離方法によって、剥離層を除去してＩＣチップを基板から剥離することができる。本発明の剥離方法は、短時間での剥離を可能とし、被剥離層へのダメージを低減することができる。

その後、剥離したＩＣチップを個々に分断し、物品などに実装することによって利用することができる。または、被剥離層をフレキシブル基板に固定した後、物品などに実装することによって利用することができる。

図４（Ｂ）には、アンテナ２３４をあらかじめ設けたアンテナ用基板２３５と、ＴＦＴ２０１ａ、２０１ｂからなる薄膜集積回路を含む被剥離層が設けられた基板とを接着剤等により貼り合わせた場合の断面図を示している。

２枚の基板を貼り合わせる手段として、導電体２３７が分散している異方性導電体２３６がある。異方性導電体２３６は、ＩＣチップの接続端子２３８およびアンテナ２３４の接続端子が設けられた領域２３９では、当該導電体が各接続領域端子の厚みにより圧着されるため、導通をとることができる。その他の領域では、導電体が十分な間隔を保っているため、基板に形成されている配線同士が電気的に接続されることはない。なお、異方性導電体の他に、紫外線硬化樹脂または両面テープ等を用いて２枚の基板を貼り合わせてもよい。また、超音波接合によって２枚の基板を貼り合わせてもよい。

続いて、実施の形態１または実施の形態２に示した剥離方法によって、剥離層を除去してＩＣチップを基板から剥離することができる。本発明の剥離方法は、短時間での剥離を可能とし、被剥離層へのダメージを低減することができる。

その後、剥離したＩＣチップを個々に分断し、物品などに実装することによって利用することができる。この場合、アンテナ用基板２３５に被剥離層が固定されるため、そのまま物品などに実装することによって利用することができる。

なお、基板から剥離した場合にＩＣチップが応力等によって反ってしまう恐れがある場合は、アンテナ用基板２３５の上に保護膜を形成することが好ましい。

また、本実施例で示したＩＣチップは、シリコン基板を用いて作成するのではなく絶縁基板上に形成された薄膜集積回路を用いるため、円形のシリコン基板から形成されたチップと比較して、母体基板形状に制約がない。そのため、ＩＣチップのコストを削減することができる。本実施例のＩＣチップは、シリコン基板からなるチップと異なり、０．２μｍ以下、代表的には４０ｎｍ〜１７０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚の半導体膜を能動領域として用いているため非常に薄型となる。その結果、物品へ実装しても薄膜集積回路の存在が認識しづらく、偽造等の改ざん防止につながる。

また、本実施例で示したＩＣチップは、シリコン基板からなるチップと比較して電波吸収の心配がなく、高感度な信号の受信を行うことができる。さらにシリコン基板を有さない薄膜集積回路は透光性を有する。その結果、様々な物品に応用することができ、例えば物品の印字面に実装しても、デザイン性を損ねることがない。

また、本実施例は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。

本実施例では、本発明の剥離方法を用いて作製されるＩＣチップの構成について説明する。

図５（Ａ）に、ＩＣチップの一形態を斜視図で示す。９２０は集積回路、９２１はアンテナに相当し、アンテナ９２１は集積回路９２０に電気的に接続されている。９２２はフレキシブル基板、９２３はカバー材に相当し、集積回路９２０及びアンテナ９２１は、フレキシブル基板９２２とカバー材９２３の間に挟まれている。

なお、集積回路とアンテナをガラス基板上に形成した後、本発明の剥離方法を用いて剥離を行ってフレキシブル基板に転置してもよい。また、集積回路をガラス基板上に形成した後、カバー材に設けられたアンテナが集積回路に電気的に接続するように実装し、その後、本発明の剥離方法を用いて剥離を行ってフレキシブル基板に転置してもよい。本発明の剥離方法は、短時間での剥離を可能とし、被剥離層へのダメージを低減することができる。

次に図５（Ｂ）に、図５（Ａ）に示したＩＣチップの、機能的な構成の一形態をブロック図で示す。

図５（Ｂ）において、９００はアンテナ、９０１は集積回路に相当する。また９０３は、アンテナ９００の両端子間に形成される容量に相当する。集積回路９０１は、復調回路９０９、変調回路９０４、整流回路９０５、マイクロプロセッサ９０６、メモリ９０７、負荷変調をアンテナ９００に与えるためのスイッチ９０８を有している。なおメモリ９０７は１つに限定されず、複数であっても良く、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭまたはＦＲＡＭ（登録商標）などを用いることができる。

リーダ／ライタから電波として送られてきた信号は、アンテナ９００において電磁誘導により交流の電気信号に変換される。復調回路９０９では該交流の電気信号を復調し、後段のマイクロプロセッサ９０６に送信する。また整流回路９０５では、交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、後段のマイクロプロセッサ９０６に供給する。マイクロプロセッサ９０６では、入力された信号に従って各種演算処理を行なう。メモリ９０７にはマイクロプロセッサ９０６において用いられるプログラム、データなどが記憶されている他、演算処理時の作業エリアとしても用いることができる。

そしてマイクロプロセッサ９０６から変調回路９０４にデータが送られると、変調回路９０４はスイッチ９０８を制御し、該データに従ってアンテナ９００に負荷変調を加えることができる。リーダ／ライタは、アンテナ９００に加えられた負荷変調を電波で受け取ることで、結果的にマイクロプロセッサ９０６からのデータを読み取ることができる。

なおＩＣチップは、必ずしもマイクロプロセッサ９０６を有している必要はない。また信号の伝送方式は、図５（Ｂ）に示したような電磁結合方式に限定されず、電磁誘導方式、マイクロ波方式やその他の伝送方式を用いても良い。

このようにアンテナを有するＩＣチップは、情報のやり取りが可能であるため、無線メモリや無線プロセッサとして利用することができる。

また、アンテナを有するＩＣチップを用いてセキュリティシステムを構築することができる。以下にそのシステムの概要を説明する。

アンテナ９２１と、マイクロプロセッサを含む集積回路９２０とを搭載したカード状の記録媒体１００１を複数組み合わせることによって的確な認証を行う。

図６（Ａ）に複数のカード状の記録媒体をリングで一つにまとめた斜視図を示す。なお、図６（Ａ）では分かりやすくするため、アンテナ９２１や集積回路９２０を図示しているが、防犯上見えないようにそれらを着色したフィルムで挟むことが好ましい。

カード状の記録媒体１００１〜１００５には、それぞれ異なる識別データが記憶されており、鍵制御装置が備えられたドアに設けられたリーダにかざすことによって全ての識別データを読み出し、読み出した情報を基づいて鍵制御装置の施錠や解錠を行う。なお、警報のためのカード状の記録媒体１００６もリングで一つにまとめておき、リーダにかざす場合は、警報のためのカード状の記録媒体を除いた他のカード状の記録媒体１００１〜１００５を読み取らせる。このシステムを知らない他の人が警報のためのカード状の記録媒体１００６も他のカード状の記録媒体と一緒にリーダにかざすと、警報または警備会社へ通報がされるようなしくみとする。また、リングでまとめられているため、カード状の記録媒体の順番を変えることができ、例えば一番手前のカード状の記録媒体を動かして最後にすることができる。

図６（Ａ）では５枚の認証用のカード状の記録媒体と１枚の警報のためのカード状の記録媒体の合計６枚とした例を示したが、特に限定されず、少なくとも２枚の認証用のカード状の記録媒体と１枚の警報のためのカード状の記録媒体の合計３枚以上であればよい。

また、警報のためのカード状の記録媒体に代えて、リーダからの信号を遮蔽するカードを用いてもよい。例えば、２枚の認証用のカード状の記録媒体の間に、リーダからの信号を遮蔽するカードを１枚挟んだ状態でリーダにかざすと、１枚の認証用のカード状の記録媒体の識別データしか読み取れなくなる。

また、図６（Ａ）ではリングで複数のカード状の記録媒体をまとめた例を示したが、特に限定されず、財布やカード入れにカードサイズのカード状の記録媒体を複数収納しておけばよい。

１枚のカード状の記録媒体に全ての識別データを入れるのではなく、複数のカードに分け、さらに警報用のカードを混ぜることによってセキュリティを向上させている。また、複数のカードとすることで識別データを増大させることができる。

また、複数のカード状の記録媒体は、少なくとも複数の管理者によって提供されることが望ましい。その管理システムのブロック図の一例を図６（Ｂ）に示す。

ここで示すセキュリティシステムは、複数のカード状の記録媒体と、該記録媒体内に記録された情報を読み出すための情報読み取り装置（リーダ）と、該情報読み取り装置から読み出した情報に基づき、該記録媒体の使用者の所定の領域内への入場の許可、或いは不許可を決定する鍵制御装置とを有するシステムである。

このセキュリティシステムは、第１のカード状の記録媒体には第１の識別データを記録され、第２のカード状の記録媒体には第２の識別データを記録され、情報読み取り装置が同時に第１の識別データと第２の識別データを読み出した時にのみ、使用者の所定の領域内への入場の許可を決定するものである。

使用者は、認証用の第１のカードを第１管理者から提供してもらい、認証用の第２のカードを第２管理者から提供してもらう。第１管理者や第２管理者は、例えば、異なるカード状の記録媒体の製造業者であり、提供されるカードの識別データも異なるものとする。複数の管理者によってカードを提供されることによって、一方の管理者の情報が漏洩した場合や、一方のカードが偽造された場合でも、引き続き鍵制御装置を制御できる。

また、警報用のカードであるアラームカードは、第１管理者、第２の管理者のいずれか一方、または両方から提供してもらう。また、提供された複数のカードは全て異なるデザインとする。また、提供された使用者以外の者が、カードの外見から認証用のカードとアラームカードを識別できないようにしておく。

使用者は、第１のカード、第２のカード、およびアラームカードを所有しておく。そして、正しいカードの組み合わせ（ここでは第１カードと第２カードの組み合わせ）で、リーダライタにかざすことで認証完了する。もし、誤ったカードの組み合わせ（例えば第１カードとアラームカード）でリーダライタにかざすと不認証となる。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、または実施例１と自由に組み合わせることができる。

本実施例では、上記実施の形態または実施例で示した薄膜集積回路の用途に関して説明する。基板から剥離した薄膜集積回路はＩＣチップとして利用することができる。例えば、ＩＣチップ２１０を紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図７（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図７（Ｂ）参照）、ＤＶＤソフトやＣＤやビデオテープ等の記録媒体（図７（Ｃ）参照）、車やバイクや自転車等の乗り物類（図７（Ｄ）参照）、鞄や眼鏡等の身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビまたはテレビ受像器とも呼ぶ）および携帯電話機等を指す。

携帯電話にＩＣチップ２１０を搭載した例を図７（Ｅ）に示す。会話やメールなどのやりとりを行う携帯電話の送受信アンテナとは異なる周波数に対応するアンテナを有するＩＣチップ２１０を搭載してもよい。

また、個人認証のためにＩＣチップ２１０を携帯電話などの電子機器に搭載することで、玄関の錠や自動改札、自動車のキーレスエントリーや展示会場のゲート、研究所のゲートでの認証に用いることができる。

なお、ＩＣチップは、物品の表面に貼り付けたり、物品に埋め込んだりして物品に固定することができる。例えば、本なら図７（Ｆ）に示すように、紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等にＩＣチップを設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等にＩＣチップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類にＩＣチップを設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、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。

本発明の作製方法により、ガラス基板から高性能なＴＦＴを含む薄膜集積回路を短時間に剥離し、さらにＴＦＴを含む薄膜集積回路をフレキシブル基板に転置することができる。本発明により、１枚の大面積基板に多数の薄膜集積回路を作り込む大量生産が可能である。

本発明の作製工程を示す断面図。（実施の形態１） 本発明の作製工程で用いる剥離装置を示す斜視図および断面図。（実施の形態２） 本発明の作製工程を示す断面図。（実施の形態２） 半導体装置を示す断面図。（実施例１） 半導体装置の斜視図およびブロック図。（実施例２） 本発明の薄膜集積回路の斜視図、およびそれを用いたシステムのブロック図。 本発明の薄膜集積回路を実装した物品を示す図。

符号の説明

１０ 基板
１１ 剥離層
１２ 被剥離層
１３ 保護層
１４ 開口部
１５ ノズル
１６ 物理的手段
２０ 基板
２１ 剥離層
２２ 被剥離層
２３ 保護層
２４ 開口部
２５ ノズル
２６ 物理的手段
２７ 液槽
１０１ 基板
１０２ 定盤
１０３ 移動台
１０４ 移動機構
１０５ 固定ピン
１０６ 高さ制御機構
１０７ ガス導入管
１０８ ノズル
１０９ チャック部
１１０ チャック昇降機構部
１１１ ガイド部
１１２ 撮像部
１１３ 制御部
１４０ 剥離層
１５０ 被剥離層
２０１ａ ＴＦＴ
２０１ｂ ＴＦＴ
２０７ａ 配線
２０７ｂ 配線
２０７ｃ 配線
２１０ ＩＣチップ
２３１ 層間絶縁膜
２３２ アンテナ
２３３ 保護層
２３４ アンテナ
２３５ アンテナ用基板
２３６ 異方性導電体
２３７ 導電体
２３８ 接続端子
２３９ 接続端子が設けられた領域
９００ アンテナ
９０１ 集積回路
９０３ 容量
９０４ 変調回路
９０５ 整流回路
９０６ マイクロプロセッサ
９０７ メモリ
９０８ スイッチ
９０９ 復調回路
９２０ 集積回路
９２１ アンテナ
９２２ フレキシブル基板
９２３ カバー材
１００１ カード状の記録媒体
１００２ カード状の記録媒体
１００３ カード状の記録媒体
１００４ カード状の記録媒体
１００５ カード状の記録媒体
１００６ カード状の記録媒体

Claims (13)

1. 基板上に剥離層を形成し、
   前記剥離層上に薄膜集積回路を含む被剥離層を形成し、
   エッチングガスの雰囲気下において、物理的な力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を前記基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対してエッチングガスを吹きつけて前記剥離層を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 請求項１において、前記剥離層を除去する際に前記エッチングガスを吹き付けるノズルによって前記基板を押さえることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 請求項１又は２において、前記基板に対し前記エッチングガスを吹き付けるノズルを相対的に移動させながら前記剥離層を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 基板上に剥離層を形成し、
   前記剥離層上に薄膜集積回路を含む被剥離層を形成し、
   エッチング液中において、物理的な力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を前記基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対してエッチング液を供給して前記剥離層を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 基板上に剥離層を形成し、
   前記剥離層上に薄膜集積回路を含む被剥離層を形成し、
   第１のエッチング液中において、物理的な力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を前記基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対して第２のエッチング液を供給して前記剥離層を除去し、
   前記第２のエッチング液は、前記第１のエッチング液よりも前記剥離層と反応する成分の含有量が多いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 基板上に剥離層を形成し、
   前記剥離層上に薄膜集積回路を含む被剥離層を形成し、
   第１のエッチング液中において、物理的な力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を前記基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対して第２のエッチング液を供給して前記剥離層を除去し、
   前記第２のエッチング液の温度は、前記第１のエッチング液の温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 基板上に剥離層を形成し、
   前記剥離層上に薄膜集積回路を含む被剥離層を形成し、
   第１のエッチング液中において、物理的な力を加えて前記剥離層上に設けられた被剥離層を前記基板から剥離しつつ、同時に、前記剥離層に対して第２のエッチング液を供給して前記剥離層を除去し、
   前記剥離しながら前記被剥離層を前記第１のエッチング液中から引き上げることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、前記剥離層は、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｆｅ、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であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項１及至８のいずれか一において、前記被剥離層を形成した後に被剥離層の一部に開口部を形成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。
10. 請求項９において、前記開口部をエッチング処理またはレーザアブレーション処理で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一において、前記薄膜集積回路は、アンテナを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一において、前記薄膜集積回路は、薄膜トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一において、前記物理的な力は、電気によって操作される装置によって加えられることを特徴とする半導体装置の作製方法。

Images