JP5089082B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の作製方法に関する。

近年、絶縁表面上に設けられた薄膜トランジスタを含む半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置のうち、基板上に剥離層を形成し、剥離層上にトランジスタを形成し、続いて、フッ化ハロゲン等のエッチング剤を用いて、剥離層を除去する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４０６７２７号

剥離層を除去するためのエッチング剤として使用されるフッ化ハロゲン、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）は高価であった。そのため、このようなエッチング剤を用いると、半導体装置の作製費用の削減が困難であった。また、剥離層をエッチング剤により徐々に後退させて除去する工程は、数時間必要であり、半導体装置の生産性が悪い要因の一つであった。

そこで本発明は、作製費用を削減することができる半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。また、作製時間を短縮し、生産性を向上させることができる半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。

本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に第１の層を形成する工程と、第１の層に接するように第２の層を形成する工程と、第２の層に接するように第３の層を形成する工程と、第３の層に接するように薄膜トランジスタを含む第４の層を形成する工程と、第２の層、第３の層及び第４の層にレーザー光（レーザービームともいう）を照射して、少なくとも第２の層を露出させる開口部を形成する工程と、第４の層の表面を第１のフィルムに接着させて、第２の層の内部又は第２の層と第３の層の間を境界として、基板から第４の層を分離する工程とを有する。

また、上記の工程の後に、第２の層又は第３の層の表面を第２のフィルムに接着させる工程を有する。この工程を経ると、第２の層と第３の層は、第１のフィルムと第２のフィルムにより覆われる。

なお、第２の層の内部を境界として、基板からの第４の層の分離が行われた場合は、第２のフィルムは第２の層の表面に接着される。また、第２の層と第３の層の間を境界として、基板からの第４の層の分離が行われた場合は、第２のフィルムは第３の層の表面に接着される。

上記の半導体装置の作製方法において、第１の層として珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を形成する。第２の層として、タングステン又はモリブデンを含む層を形成する。第３の層として、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を形成する。第４の層として、薄膜トランジスタとアンテナとして機能する導電層を形成する。

なお、第１の層を形成する工程は省略してもよい。

本発明は、少なくとも第２の層を露出させるような開口部を形成することを特徴とする。そして、第２の層が露出した部分を作成すると、その露出した部分がきっかけとなり、第２の層を境界として、第１の層が形成された基板から、第３の層と第４の層を有する積層体を分離することができる。

なお、少なくとも第２の層を露出させるような開口部を形成するとは、少なくとも第３の層と第４の層を除去した開口部を形成するということに相当する。

また本発明は、第２の層を露出させるような開口部を形成するために、レーザー光を照射することを特徴とする。このように、レーザー光の照射を用いる本発明は、フォトリソグラフィ法のように複数の工程を必要とせずに、開口部を形成することができる。従って、作製時間を短縮し、生産性を大幅に向上することができる。

本発明は、第４の層として、薄膜トランジスタとアンテナとして機能する導電層を形成することを特徴とする。上記特徴により、本発明により作製される半導体装置は、電磁波の送信と受信を行う機能を有する。

本発明は、作製費用を削減した半導体装置の作製方法を提供することができる。また、作製時間を短縮し、生産性を向上させた半導体装置の作製方法を提供することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
（実施の形態１）

本発明の実施の形態について、図１の断面図と図２の上面図を参照して説明する。

絶縁表面を有する基板１０の一表面に、第１の層１１を形成する（図１（Ａ）参照）。基板１０は、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板、石英基板等に相当する。

なお、好適には、ガラス基板やプラスチック基板を用いるとよい。ガラス基板やプラスチック基板は、一辺が１メートル以上のものを作成することが容易であり、また、四角形や円形などの所望の形状のものを作成することが容易である。従って、基板１０として、例えば、１辺が１メートル以上のガラス基板やプラスチック基板を用いれば、生産性を向上させることができる。このような長所は、円形のシリコン基板から半導体装置を作製する場合と比較すると大きな優位点である。

第１の層１１は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素の酸化物、珪素の窒化物、窒素を含む珪素の酸化物、酸素を含む珪素の窒化物などを形成する。第１の層１１を設けることにより、基板１０が含む不純物が上層に侵入してしまうことを防止することができる。また、後にレーザー光を照射する工程があるが、その工程の際、基板１０がエッチングされてしまうことを防止することができる。

なお、第１の層１１を形成する工程は省略してもよい。そして、基板１０の一表面に、第２の層１２を形成してもよい。

次に、第１の層１１に接するように、第２の層１２を形成する。第２の層１２は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択さ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層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。

第２の層１２が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、タングステンとモリブデンの混合物、タングステンの酸化物、タングステンの酸化窒化物、タングステンの窒化酸化物、モリブデンの酸化物、モリブデンの酸化窒化物、モリブデンの窒化酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の窒化酸化物のいずれかを含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。

第２の層１２が積層構造の場合、好ましくは、１層目として、タングステン、モリブデン、タングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステンの酸化物、タングステンの窒化物、タングステンの窒化酸化物、モリブデンの酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステンの酸化窒化物、モリブデンの酸化窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物を形成する。

次に、第２の層１２に接するように、第３の層１３を形成する。第３の層１３は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素の酸化物、珪素の窒化物、窒素を含む珪素の酸化物、酸素を含む珪素の窒化物等を形成する。

なお、第２の層１２として、タングステンとタングステンの酸化物の積層構造を形成する場合、第２の層１２としてタングステンを含む層を形成し、第３の層１３として珪素の酸化物を含む層を形成することにより、タングステン層と珪素の酸化物を含む層との間に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。これは、タングステンの窒化物、タングステンの酸化窒化物、タングステンの窒化酸化物を含む層等を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に珪素の窒化物を含む層、酸素を含む窒化珪素層、窒素を含む酸化珪素層を形成するとよい。

次に、第３の層１３に接するように、トランジスタを含む第４の層１４を形成する（図２（Ａ）参照）。例えば、複数の薄膜トランジスタと、複数の薄膜トランジスタを覆う第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜に接し複数の薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極に接続するソース配線及びドレイン配線とを形成する。続いて、ソース配線及びドレイン配線を覆う第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜に接しアンテナとして機能する導電層と、アンテナとして機能する導電層を覆う第３の絶縁膜とを含む第４の層１４を形成する。このような場合、完成する半導体装置は、電磁波を送受信する機能を有する。

また、上記とは異なり、データを記憶する機能を有する半導体装置を形成する場合、記憶素子（薄膜トランジスタ等）とその記憶素子を制御する複数の素子（薄膜トランジスタ、容量素子、抵抗素子等）を含む第４の層１４を形成する。また、回路を制御する機能や信号を生成する機能等をもたせた半導体装置（例えば、ＣＰＵ、信号生成回路等）を形成する場合、複数の素子（薄膜トランジスタ、容量素子、抵抗素子等）を含む第４の層１４を形成する。

なお、基板１０として、シリコン基板を用いる場合、シリコン基板をチャネル部に用いた電界効果トランジスタ、又は薄膜トランジスタを含む第４の層１４を形成する。

次に、少なくとも第２の層１２が露出するように、レーザー光を照射して、開口部２０を形成する（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）参照）。このように、開口部２０を形成して、第２の層１２が露出した部分を作成すると、露出した部分がきっかけとなり、第１の層１１が設けられた基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体を簡単に分離することができる。この分離は、第２の層１２の内部、又は第２の層１２と第３の層１３の間を境界として行われる。

なお、レーザー光の照射により、第２の層１２の側面を少し除去し、後退させてもよい（図１（Ｃ）参照）。このような、第２の層１２の後退は、レーザー光のパワーに依存するため、適宜、レーザー光のパワーを制御するとよい。また、レーザー光の照射は、第２の層１２の表面が露出されることを目的としている。従って、上記の工程では、第１の層１１はレーザー光の照射により分断されているが、レーザー光のパワーを制御することにより、第１の層１１を分断しなくてもよい。

本発明では、少なくとも、第２の層１２を露出させればよいが、上記のように、レーザー光のパワーを制御して、第２の層１２の側面を少し除去することにより、後に行う分離工程（基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体の分離）をより容易に行うことができる。

つまり、本発明では、少なくとも、第３の層１３と第４の層１４を除去して、開口部２０を形成する。開口部２０が形成されると、第２の層１２の一部が露出される。

また、本発明に用いるレーザーには、特に制約はない。レーザーは、レーザー媒質、励起源、共振器により構成されている。レーザーは、媒質により分類すると、気体レーザー、液体レーザー、固体レーザーがあり、発振の特徴により分類すると、自由電子レーザー、半導体レーザー、Ｘ線レーザーがあるが、本発明では、いずれのレーザーを用いてもよい。なお、好ましくは、気体レーザー又は固体レーザーを用いるとよく、さらに好ましくは固体レーザーを用いるとよい。

気体レーザーは、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザーがある。エキシマレーザーは、希ガスエキシマレーザー、希ガスハライドエキシマレーザーがある。希ガスエキシマレーザーは、アルゴン、クリプトン、キセノンの３種類の励起分子による発振がある。アルゴンイオンレーザーは、希ガスイオンレーザー、金属蒸気イオンレーザーがある。

液体レーザーは、無機液体レーザー、有機キレートレーザー、色素レーザーがある。無機液体レーザーと有機キレートレーザーは、固体レーザーに利用されているネオジムなどの希土類イオンをレーザー媒質として利用する。

固体レーザーが用いるレーザー媒質は、固体の母体に、レーザー作用をする活性種がドープされたものである。固体の母体とは、結晶又はガラスである。結晶とは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶）、ＹＬＦ、ＹＶＯ_４、ＹＡｌＯ_３、サファイア、ルビー、アレキサンドライドである。また、レーザー作用をする活性種とは、例えば、３価のイオン（Ｃｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｉ^３＋）である。

Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザーは、レーザー発振波長における誘導断面積が大きい点、励起波長において、吸収係数が高く、かつ吸収バンド幅が広い点物理的、光学的、機械的特性に優れている点、高出力で高安定である点の優れた点を有する。従って、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザーを用いることが好ましい。

なお、レーザーの媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。媒質として単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状のものが用いられている。また、媒質としてセラミック（多結晶）を用いる場合、単結晶の媒質よりもさらに大きい円柱状のものを作ることが可能である。

また、発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられない。そのため、媒質として単結晶を用いる場合、濃度を増加させることによるレーザーの出力向上には、限界がある。しかしながら、媒質としてセラミックを用いる場合、単結晶の媒質と比較して、媒質を著しく大きくすることができるため、大幅な出力向上が期待できる。

さらに、媒質としてセラミックを用いる場合、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くすることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。

また、上記のような形状の媒質から射出されるレーザー光は、射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザー光を、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。

また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは、長辺方向のエネルギー分布が均一なものとなる。この線状ビームを半導体膜に照射することによって、半導体膜の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニール（レーザーを照射すること）が必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するとよい。

本発明に用いるレーザーには、連続発振型のレーザー光やパルス発振型のレーザー光を用いることができる。レーザー光の照射条件、例えば、周波数、パワー密度、エネルギー密度、ビームプロファイル等は、第１の層１１、第２の層１２、第３の層１３及び第４の層１４の厚さやその材料等を考慮して適宜制御する。

次に、第４の層１４の表面に、第１のフィルム１５（第１の基板１５、第１の基体１５、第５の層１５、樹脂を含む第５の層１５と呼んでもよい）を接着させて、第２の層１２の内部又は第２の層１２と第３の層１３の境界において、第１の層１１が設けられた基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体を分離する（図１（Ｄ）参照）。このような分離処理には、ローラーを用いるとよい。ローラーを回転させることにより、分離処理を連続的に行うことができる。

次に、第２の層１２又は第３の層１３の表面に、第２のフィルム１６（第２の基板１６、第２の基体１６、第６の層１６、樹脂を含む第６の層１６と呼んでもよい）を接着させる（図１（Ｅ）参照）。具体的には、基板１０からの第３の層１３と第４の層１４を有する積層体の分離が、第２の層１２の内部において行われた場合、第２のフィルム１６は、第２の層１２の表面に接着される。また、第２の層１２と第３の層１３の境界において行われた場合、第２のフィルム１６は、第３の層１３の表面に接着される。

上記工程を経て、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６により、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体が封止される。次に、切断手段１７により、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６が密着した部分を切断する。切断手段１７は、レーザー照射装置、ダイサー、ワイヤソー、ナイフ、カッター、はさみなどに相当する。

第１のフィルム１５と第２のフィルム１６の各々の基材としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニル、エチレンビニルアセテート、ウレタン、ポリエチレンテレフタラート等の材料、繊維質の材料（例えば紙）を用いることができる。フィルムは、単層のフィルムでもよいし、複数のフィルムが積層したフィルムでもよい。また、その表面には、接着層が設けられていてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、酢酸ビニル樹脂系接着剤、ビニル共重合樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等の接着剤を含む層に相当する。

また、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６の各々の表面は、二酸化珪素（シリカ）の粉末により、コーティングされていてもよい。コーティングにより、高温で高湿度の環境下においても防水性を保つことができる。また、その表面は、インジウム錫酸化物等の導電性材料によりコーティングされていてもよい。コーティングした材料が静電気をチャージし、薄膜集積回路を静電気から保護することができる。また、その表面は、炭素を主成分とする材料（例えば、ダイヤモンドライクカーボン）によりコーティングされていてもよい。コーティングにより強度が増し、半導体装置の劣化や破壊を抑制することができる。また、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６は、基材の材料（例えば樹脂）と、二酸化珪素や導電性材料や炭素を主成分とする材料とを混ぜ合わせた材料により形成してもよい。

第１のフィルム１５と第２のフィルム１６による第３の層１３と第４の層１４を有する積層体の封止は、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６の各々の表面の層、又は第１のフィルム１５と第２のフィルム１６の各々の表面の接着層を加熱処理によって溶かすことにより行われる。また必要に応じて、加圧処理を行って接着される。

なお、場合によっては、第２のフィルム１６を設けなくてもよい。例えば、第１のフィルム１５を用いて、基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体を分離し、その後、積層体をそのまま物品に貼り付ける場合は、第２のフィルム１６を設けなくてもよい。

上記の作製工程を含む本発明により、費用を削減することができる。例えば、エッチング剤として用いられるＣｌＦ_３ガスは、大変高価である。しかしながら、本発明は、エッチング剤を必要としないため、費用を削減した半導体装置の作製方法を提供することができる。

また、本発明により、作製時間を短縮し、生産性を向上させることができる。例えば、剥離層をエッチング剤により徐々に後退させて除去する工程は、数時間が必要であった。しかしながら本発明は、レーザー光により、第２の層１２が露出する部分を容易に形成し、その露出した部分をきっかけとして、簡単に分離することができる。そして、分離に必要な時間は数１０秒〜数分程度である。従って、作製時間を短縮し、生産性を大幅に向上させた半導体装置の作製方法を提供することができる。
（実施の形態２）

本発明の実施の形態について、図３の断面図と図４の上面図を参照して説明する。

絶縁表面を有する基板１０の一表面に、第１の層１１を形成する（図３（Ａ）、図４（Ａ）参照）。次に、第１の層１１に接するように、第２の層１２を形成する。次に、第２の層１２に接するように、第３の層１３を形成する。次に、第３の層１３に接するように、薄膜トランジスタを含む第４の層１４を形成する。

次に、第４の層１４上にフィルム１８を配置する。次に、フィルム１８が分断されるように、フィルム１８にレーザー光を照射して、開口部２１を形成する。開口部２１の形成により、フィルム１８は、内側のフィルム（図示せず）と外側のフィルム１９に分離される。そして、内側のフィルムを除去する（図３（Ｂ）、図４（Ｂ）参照）。

次に、少なくとも第２の層１２が露出するように、レーザー光を照射して、開口部２２を形成する（図３（Ｃ）、図４（Ｃ）参照）。

次に、第４の層１４の表面を、第１のフィルム１５に接着させて、第２の層１２の内部、第１の層１１と第２の層１２の境界、または第２の層１２と第３の層１３の境界において、第１の層１１が設けられた基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体を分離する（図３（Ｄ）参照）。

次に、第３の層１３の表面を、第２のフィルム１６に接着させる（図３（Ｅ）参照）。次に、切断手段１７により、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６が密着した部分を切断する。

上記の作製方法では、第４の層１４上に、フィルム１８を設けていることを特徴とする。上記特徴により、第４の層１４の表面を第１のフィルム１５に接着させる際に、基板１０と第１のフィルム１５が接着してしまうことを防止することができる。
（実施の形態３）

本発明の半導体装置の作製方法について、図５〜図８を参照して説明する。より詳しくは、薄膜トランジスタとアンテナとして機能する導電層を含む半導体装置の作製方法について図面を参照して説明する。なお、薄膜トランジスタは、電源回路、復調回路、変調回路等の半導体装置を構成する各回路を構成する素子である。

基板１０の一表面に、第１の層１１を形成する（図５（Ａ）参照）。次に、第１の層１１に接するように、第２の層１２を形成する。続いて、第２の層１２に接するように、第３の層１３を形成する。

次に、第３の層１３上に、薄膜トランジスタ７０１〜７０５を形成する。薄膜トランジスタ７０１〜７０５は、結晶質半導体層をチャネル部に用いたトランジスタである。結晶質半導体層は、スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により、非晶質半導体層を形成後、結晶化法により結晶化したものである。結晶化法とは、レーザー結晶化法、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅｌ）又はファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザー結晶化法を組み合わせた方法等である。

次に、薄膜トランジスタ７０１〜７０５を覆うように、絶縁層を単層又は積層して形成する。薄膜トランジスタ７０１〜７０５を覆う絶縁層は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法や液滴吐出法等により、珪素の酸化物、珪素の窒化物、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等により、単層又は積層で形成する。シロキサンは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂である。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）、又は、フルオロ基、又は、少なくとも水素を含む有機基とフルオロ基が用いられる。例えば、薄膜トランジスタ７０１〜７０５を覆う絶縁層が３層構造の場合、１層目の絶縁層７４９として酸化珪素を含む層を形成し、２層目の絶縁層７５０として樹脂を含む層を形成し、３層目の絶縁層７５１として窒化珪素を含む層を形成する。

次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁層７４９〜７５１をエッチングして、薄膜トランジスタ７０１〜７０５のソース領域とドレイン領域を露出させる開口部を形成する。続いて、開口部を充填するように、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層７５２〜７６１を形成する。

次に、導電層７５２〜７６１を覆うように、絶縁層７６２を形成する（図５（Ｂ）参照）。絶縁層７６２は、ＳＯＧ法や液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。

次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁層７６２をエッチングして、導電層７５７、７５９、７６１を露出させる開口部を形成する。続いて、開口部を充填するように、導電層を形成する。導電層は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、導電性材料により形成する。次に、導電層をパターン加工して、導電層７６３〜７６５を形成する。

次に、導電層７６３〜７６５を覆うように、絶縁層７６６を形成する。絶縁層７６６は、ＳＯＧ法や液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。続いて、フォトリソグラフィ法により、絶縁層７６６をエッチングして、導電層７６３〜７６５を露出させる開口部７６７〜７６９を形成する。

次に、導電層７６５に接し、アンテナとして機能する導電層７８６を形成する（図６（Ａ）参照）。導電層７８６は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、印刷法、液滴吐出法、めっき法等を用いて、導電性材料により形成する。好ましくは、導電層７８６は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。例えば、スクリーン印刷法により、銀、アルミニウム、チタン、銅の微粒子を含むペーストを用いて形成し、その後、５０〜３５０℃の加熱処理を行って形成する。または、スパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、当該アルミニウム層をパターン加工することにより形成する。

次に、導電層７６３、７６４に接するように有機化合物を含む層７８７を形成する（図６（Ｂ）参照）。有機化合物を含む層７８７は、液滴吐出法や蒸着法等により形成する。有機化合物を含む層７８７は、例えば、発光物質、正孔輸送性の高い物質、正孔注入性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質を含む層に相当する。発光物質とは、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（略称：クマリン６）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）等に相当する。正孔輸送性の高い物質とは、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）に相当する。正孔注入性の高い物質とは、フタロシアニン、銅フタロシアニン、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン等に相当する。電子輸送性の高い物質とは、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）に相当する。電子注入性の高い物質とは、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物等に相当する。

続いて、有機化合物を含む層７８７に接するように、導電層７７１を形成する。導電層７７１は、スパッタリング法や蒸着法等により形成する。

以上の工程を経て、導電層７６３、有機化合物を含む層７８７及び導電層７７１の積層体７８９と、導電層７６４、有機化合物を含む層７８７及び導電層７７１の積層体７９０が完成する。

次に、積層体７８９、７９０、アンテナとして機能する導電層７８６を覆うように、ＳＯＧ法や液滴吐出法等により、保護層として機能する絶縁層７７２を形成する。絶縁層７７２は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの炭素を含む層、窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層、有機材料（好ましくはエポキシ樹脂）により形成する。

上記の作製工程を経て、薄膜トランジスタ７０１〜７０５と、積層体７８９、７９０を含む素子群と、アンテナとして機能する導電層７８６とを含む第４の層１４が完成する。なお、上記の作製工程では、有機化合物を含む層７８７の耐熱性が強くないため、アンテナとして機能する導電層７８６を形成する工程の後に、有機化合物を含む層７８７を形成する工程を行うことを特徴とする。

次に、少なくとも第２の層１２が露出するように、レーザー光を照射して、開口部７７３、７７４を形成する（図７（Ａ）参照）。

なお、絶縁層７７２は、第２の層１２を露出する開口部７７３、７７４を形成した後に、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体が飛散しないように設けたものである。第３の層１３と第４の層１４を有する積層体は薄く軽いために、開口部７７３、７７４を形成後、第２の層１２の露出した部分をきっかけとして飛散してしまう場合がある。しかしながら、絶縁層７７２を形成することで、第４の層１４に重みが付き、基板１０からの飛散を防止することができる。また、第４の層１４は、単体では薄くて軽いが、絶縁層７７２を形成することで、応力が生じて巻かれた形状になることがなく、ある程度の強度を確保することができる。

次に、第４の層１４の表面を、第１のフィルム１５に接着させて、第３の層１３と第４の層１４を有する積層体を基板１０から完全に剥離する（図７（Ｂ）参照）。続いて、第３の層１３と第４の層１４を覆うように、第２のフィルム１６を接着させ、その後加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って、第４の層１４を、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６により封止する（図８参照）。

第１のフィルム１５と第２のフィルム１６がプラスチックからなる場合、薄型、軽量で、曲げることが可能であるためデザイン性に優れ、フレキシブルな形状への加工が容易である。また、耐衝撃性に優れ、様々な物品に貼り付けたり、埋め込んだりすることが容易であり、多種多様な分野で活用することができる。

上記の構成において、積層体７８９、７９０は、一対の導電層間に、有機化合物を含む層が設けられた素子である。積層体７８９、７９０を記憶素子として用いる場合、データの書き込みは、一対の導電層を短絡させることにより行う。また、データの読み出しは、積層体７８９、７９０の抵抗値の相違を読み取ることにより行う。積層体７８９、７９０は、不揮発性である点、データの書き換えが不可能である点、データの書き込みを行っていない記憶素子がある限り、データの追記が可能である点を特徴とする。また、３層の積層体からなるため、作製が簡単である点を特徴とする。また、積層部分の面積の縮小が容易であるため、高集積化を容易に実現することができる点を特徴とする。なお、導電層７６３〜７６５は、記憶素子が含む一対の導電層のうちの一方の導電層となる。従って、好適には、導電層７６３〜７６５は、チタン、又はチタンを主成分とする合金材料若しくは化合物材料により、単層又は積層で形成するとよい。チタンは、抵抗値が低いため、記憶素子のサイズの縮小につながり、高集積化を実現することができる。

また、積層体７８９、７９０を発光素子として用いてもよい。積層体７８９、７９０を発光素子として用いることにより、半導体装置を表示デバイスとして用いることができる。また、第１のフィルム１５と第２のフィルム１６として、フレキシブルなものを用いれば、半導体装置は丸めることができるために持ち運びが便利であり、壊れにくく、曲面表示が可能であるという利点がある。従って、携帯機器用のフレキシブルディスプレイ、電子書籍、電子新聞、電子ポスター等として用いることができる。

なお、積層体７８９、７９０を発光素子として用いる場合は、導電層７６３、７６４、又は導電層７７１を、透光性を有する材料により形成する。

また、上記の断面構造では、薄膜トランジスタ７０３、７０４と積層体７８９、７９０が重なるように設けられている。しかし、積層体７８９、７９０を発光素子として用いる場合であって、積層体７８９、７９０の発する光の方向が薄膜トランジスタ７０３、７０４の方向である場合、積層体７８９、７９０と、薄膜トランジスタ７０３、７０４とが重ならない領域を設ける必要がある。また、積層体７８９、７９０が発する光の方向が絶縁層７７２の方向の場合、絶縁層７７２は透光性を有する必要がある。

本発明の半導体装置の構成について、図９を参照して説明する。本発明の半導体装置１００は、命令解析回路と記憶制御回路を含む回路１０１、記憶回路１０３、アンテナ１０４、電源回路１０９、復調回路１１０、変調回路１１１を有する。半導体装置１００は、アンテナ１０４と電源回路１０９を必須の構成要素としており、他の要素は、半導体装置１００の用途に従って、適宜設けられる。

命令解析回路と記憶制御回路を含む回路１０１は、復調回路１１０から入力される信号に基づき、命令の解析、記憶回路１０３の制御、外部に送信するデータの変調回路１１１への出力などを行う。

記憶回路１０３は、記憶素子を含む回路１０７と、データの書き込みやデータの読み出しを制御する制御回路１０８を有する。記憶回路１０３には、少なくとも、半導体装置自体の識別番号が記憶されている。識別番号は、他の半導体装置と区別するために用いられる。また、記憶回路１０３は、有機メモリ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マスクＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッシュメモリから選択された一種又は複数種を有する。有機メモリは、一対の導電層間に有機化合物を含む層が挟まれた構造を有する。有機メモリは、構造が単純であるため、作成工程を簡略化することができ、費用を削減することができる。また、構造が単純であるために、積層体の面積を小型化することが容易であり、大容量化（高集積化）を容易に実現することができる。また、不揮発性であり、電池を内蔵する必要がないという長所がある。従って、記憶回路１０３として、有機メモリを用いることが好ましい。

アンテナ１０４は、リーダ／ライタ１１２から供給された搬送波を、交流の電気信号に変換する。また、変調回路１１１により、負荷変調が加えられる。電源回路１０９は、アンテナ１０４が変換した交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、各回路に電源電圧を供給する。

復調回路１１０は、アンテナ１０４が変換した交流の電気信号を復調し、復調した信号を、命令解析回路と記憶制御回路を含む回路１０１に供給する。変調回路１１１は、命令解析回路と記憶制御回路を含む回路１０１から供給される信号に基づき、アンテナ１０４に負荷変調を加える。

リーダ／ライタ１１２は、アンテナ１０４に加えられた負荷変調を、搬送波として受信する。また、リーダ／ライタ１１２は、搬送波を半導体装置１００に送信する。なお、搬送波とは、リーダ／ライタ１１２が発する電磁波である。

上記の通り、無線で電磁波を送受信する機能を有する本発明の半導体装置は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＲＦチップ、ＲＦタグ、ＩＣチップ、ＩＣタグ、ＩＣラベル、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、無線メモリと呼ばれる。本実施例は、実施の形態１乃至実施の形態３と自由に組み合わせることができる。

本発明の半導体装置２５は、電磁波の送信と受信ができるという機能を活用することにより、その用途は広範にわたる。例えば、鍵（図１０（Ａ）参照）、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１０（Ｂ）参照）、書籍類、容器類（例えば、シャーレ、図１０（Ｃ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等）、記録媒体（ディスクやビデオテープ等）、乗物類（自転車等）、装身具（鞄や眼鏡等、図１０（Ｄ）参照））、食品類、衣類、生活用品類、電子機器（液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置、携帯端末等）等に貼り付けたり、埋め込んだりして物品に固定される。例えば、紙幣、硬貨、証書類なら、その表面に貼り付けたり、埋め込んだりすることにより固定される。また、書籍類なら、用紙に貼り付けたり、埋め込んだりすることにより固定される。包装容器類なら、包装容器類を構成する有機樹脂に、貼り付けたり、埋め込んだりすることにより固定される。また、半導体装置が含む記憶回路に識別番号を記憶させて、半導体装置に識別機能を持たせることにより、物品管理システム、認証機能システム、流通システム等に活用することにより、システムの高機能化、多機能化、高付加価値化を図ることができる。本実施例は、実施の形態１乃至実施の形態３、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、実験の結果について説明する。実験には、ガラス基板上に、第１の層、第２の層、第３の層を積層したサンプルを用いた。第１の層は、プラズマＣＶＤ法により酸化珪素からなる層を形成した。第２の層は、スパッタリング法によりタングステンからなる層を形成した。第３の層は、エポキシ樹脂からなる層を形成した。

次に、波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ_４レーザーを用いてレーザー光を照射して、基板を露出させる開口部を形成した。この際、レーザー光の走査速度は１５ｍｍ／ｓｅｃ、パワーは２．４３〜２．６８Ｗとした。

次に、第３の層とフィルムとを接着させて、基板から第３の層を分離することを試みた。その結果、基板から第３の層を分離することができた。なお、前記開口部の形成により第１の層、第２の層及び第３の層の側面が露出されるが、そのうち、第２の層の側面は、第１の層と第３の層の側面よりも後退していた（図１（Ｃ）参照）。

上記の実施の形態１において、少なくとも第２の層１２が露出するように、レーザー光を照射して、開口部２０を形成する工程（以下工程Ａと表記、図１（Ｂ）参照）と、第４の層１４の表面に、第１のフィルム１５を接着する工程（以下工程Ｂと表記、図１（Ｄ）参照）と、第１のフィルム１５を用いて、基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を含む積層体を分離する工程（以下工程Ｃと表記、図１（Ｄ）参照）について説明したが、以下では、工程Ａ、Ｂ、Ｃについて、図１１を参照してより詳しく説明する。

まず、少なくとも第２の層１２が露出するように、レーザー光を照射して、開口部２０を形成する（図１１（Ａ）参照）。開口部２０が形成されると、第４の層１４と第３の層１３の一方または両方の端部に歪みが発生する。歪みの発生により、第４の層１４と第３の層１３の一方または両方の端部が上部に持ち上げられる。つまり、第４の層１４と第３の層１３の一方または両方の端部が巻き付けられたような状態になる。歪みが発生する方向は、後に分離を行う方向と同じであるため、歪みが発生することにより、後の分離を容易に行うことができる。そのため、第４の層１４と第３の層１３の一方または両方の層の厚さは、第４の層１４と第３の層１３の一方または両方に歪みが生じるような厚さにするとよい。なお、歪みの発生は、応力に起因する。また、歪みを発生させるために、第４の層１４に、樹脂を含む材料を用いるとよい。

次に、第４の層１４の表面に、第１のフィルム１５を接着する（図１１（Ｂ）参照）。

次に、第１のフィルム１５を用いて、基板１０から、第３の層１３と第４の層１４を含む積層体を分離する（図１１（Ｃ）参照）。分離は、第２の層１２の内部または／および第２の層１２と第３の層１３の境界において行われる。また、分離は、開口部２０から順に進行していく。つまり、分離は、開口部２０が始点となって順に進行していく。

本実施例では、基板上の有機樹脂からなる層の歪み（たわみ）の変位量（μｍ、縦軸）と基板上の有機樹脂からなる層の位置（ｍｍ、横軸）の関係について、図１２を参照して説明する。まず、ガラス基板上に、有機樹脂からなる層を３０ｎｍの厚さで形成したサンプルを３つ（サンプルＡ、Ｂ、Ｃ）形成した。有機樹脂からなる層は、エポキシ樹脂を用いて、スクリーン印刷法により形成した。

続いて、サンプルＡは、加熱炉を用いて、１１０℃で１０分間、加熱処理を行った。サンプルＢは、加熱炉を用いて、１１０℃で１０分間、加熱処理を行い、その後、水中に４時間放置した。サンプルＣは、加熱炉を用いて、１１０℃で１０分間、加熱処理を行い、次に、水中に４時間放置し、続いて、加熱炉を用いて、１１０℃で１０分間、加熱処理を行った。

続いて、サンプルＡ〜Ｃのエポキシ樹脂の歪みの変位量を、レーザー変位計を用いて測定した。その結果、サンプルＡは、最大で１２０μｍの歪みが発生していた。サンプルＢは、最大で２０μｍの歪みが発生していた。サンプルＣは、最大で１３０μｍの歪みが発生していた。

サンプルＡの結果から、エポキシ樹脂からなる層は、加熱処理を行うことにより、歪みが発生することがわかった。このような歪みは、後の分離処理を容易に行うことを手助けするものである。

また、サンプルＢの結果から、サンプルを水中に放置すると、エポキシ樹脂からなる層が水分を吸収し、歪みの変化量が減少することがわかった。そのため、エポキシ樹脂からなる層が水分を吸収した場合、後の分離処理を容易に行うことが困難になることが分かった。

また、サンプルＣの結果から、サンプルを水中に放置した後、再度加熱処理を行うことにより、吸収した水分が放出され、再び、歪みが発生することがわかった。そのため、有機樹脂からなる層が水分を吸収した場合、再度加熱処理を行った後に、分離処理を行うとよい。

本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態１）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態１）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態２）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態２）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態３）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態３）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態３）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施の形態３）。 本発明の半導体装置について説明する図（実施例１）。 本発明の半導体装置を用いた物品を示す図（実施例２）。 本発明の半導体装置の作製方法について説明する図（実施例４）。 実験の結果を示すグラフ（実施例５）。

Claims (7)

1. 基板上に、金属を含む第１の層を形成し、
   前記第１の層上に、無機材料を含む第２の層を形成し、
   前記第２の層上に、薄膜トランジスタを含む第３の層を形成し、
   前記第３の層上に、樹脂を含む第４の層を形成し、
   レーザー光を照射することにより、少なくとも前記第１の層が露出するように、前記第２の層、前記第３の層及び前記第４の層に開口部を形成し、
   前記第４の層上に、樹脂を含む第５の層を形成し、
   前記基板から、前記第３の層と前記第５の層を分離し、
   前記開口部において、前記第１の層の側面は後退していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 基板上に、第１の無機材料を含む第１の層を形成し、
   前記第１の層上に、金属を含む第２の層を形成し、
   前記第２の層上に、第２の無機材料を含む第３の層を形成し、
   前記第３の層上に、薄膜トランジスタを含む第４の層を形成し、
   前記第４の層上に、樹脂を含む第５の層を形成し、
   レーザー光を照射することにより、少なくとも前記第２の層が露出するように、前記第３の層、前記第４の層及び前記第５の層に開口部を形成し、
   前記第５の層上に、樹脂を含む第６の層を形成し、
   前記基板から、前記第４の層と前記第６の層を分離し、
   前記開口部において、前記第２の層の側面は後退していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 請求項１において、
   前記第１の層の内部又は前記第１の層と前記第２の層の間を境界として、前記基板から、前記第３の層と前記第５の層を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 請求項１において、
   前記第３の層は、アンテナとして機能する導電層を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項２において、
   前記第２の層の内部又は前記第２の層と前記第３の層の間を境界として、前記基板から、前記第４の層と前記第６の層を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項２において、
   前記第４の層は、アンテナとして機能する導電層を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
   前記金属として、タングステン又はモリブデンを含む層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。

Images