JP5712162B2 - 半導体装置 - 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。また
、本出願人は、特許文献６に記載の剥離および転写技術も提案している。

また、ＩＣのような微小なデバイスにおいては、半導体ウェハを粘着シートに貼り付け
た状態でチップ単位に切断し、該切断された半導体素子を粘着シートからピックアップし
、ＩＣカード等を構成する回路基板に搭載して実装することが行われている。半導体ウェ
ハを用いているため、ピックアップ時において傷ついたり、割れやすい欠点を有していた
。

また、基板上に分離層を介して存在する被剥離層を前記基板から剥離する剥離方法が既に
提案されている。例えば、特許文献３、特許文献４に記載された技術は、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、空隙を生じさせて基板を分離さ
せるというものである。加えて、この技術を用いて特許文献５には被剥離層（公報では被
転写層と呼んでいる）をプラスチックフィルムに貼りつけて液晶表示装置を完成させると
いう記載もある。

しかしながら、上記方法では、透光性の高い基板を使用しており、基板を通過させ、さ
らに非晶質シリコンに含まれる水素を放出させるに十分なエネルギーを与えるため、比較
的大きなレーザー光の全面照射が望ましいとされ、被剥離層に損傷を与えてしまうという
問題がある。また、上記方法では、分離層上に素子を作製した場合、素子作製プロセスで
高温の熱処理等を行えば、分離層に含まれる水素が拡散して低減してしまい、レーザー光
を分離層に照射しても剥離が十分に行われない恐れがある。従って、分離層に含まれる水
素量を維持するため、分離層形成後のプロセスが制限されてしまう問題がある。また、上
記公報には、被剥離層への損傷を防ぐため、遮光層または反射層を設ける記載もあるが、
その場合、透過型液晶表示装置を作製することが困難である。加えて、上記方法では、大
きな面積を有する被剥離層を剥離するのは困難である。

特開平８−２８８５２２号公報 特開平８−２５０７４５号公報 特開平１０−１２５９２９号公報 特開平１０−１２５９３１号公報 特開平１０−１２５９３０号公報 特開２００３−１７４１５３

また、近年では、非接触で情報を記録し、且つ読み取りできる「非接触ＩＣタグ」（一
般的に非接触データキャリアとも呼ぶ）が物品や商品の情報管理、物流管理等に利用する
ことが検討されている。

ＩＣカードや非接触ＩＣタグに用いる半導体チップの母体となる半導体ウェハは高価で
あり、大量生産には不向きである。

また、ガラス基板上に多数の電子部品素子を搭載し、個別に切断して製品とするマトリッ
クスタイプ（多数個取りタイプ）の製造方法が普及しつつある。大量生産上、大きな基板
に小さなデバイスを作製することが好ましい。

また、基板上に薄膜からなる集積回路を形成し、基板から剥離する際、集積回路に亀裂
（クラックとも呼ぶ）が生じることがあった。

そこで、本発明は、大面積のガラス基板上に薄膜からなる集積回路を形成した後、基板
から剥離を行い、接触、好ましくは非接触でデータの受信または送信が可能な微小なデバ
イスを大量に効率よく作製する方法を提供することを課題とする。特に薄膜からなる集積
回路は、非常に薄いため、搬送時に飛んでしまう恐れがあり、取り扱いが難しかった。

本発明は、分離層（剥離層とも呼ぶ）に対して少なくとも異なる２種類の方法を用いて
ダメージ（レーザ光照射によるダメージ、エッチングによるダメージ、または物理的手段
によるダメージ）を複数回与えることにより、基板から被剥離層を効率よく分離（剥離と
も呼ぶ）することを特徴としている。少なくとも異なる２種類の方法を用いてダメージを
複数回与えることにより、１つの剥離方法のみを用いて剥離するのに比べて格段に剥離し
やすくなる相乗効果が得られる。１つの剥離方法のみを用いて剥離するのに比べて格段に
剥離しやすくなるため、特に大面積基板を用いて剥離を行うのに適している。

本発明の一つは、絶縁基板上に分離層と、該分離層上に素子を含む被剥離層とを設けた
後、選択的にレーザー光を照射して、照射された領域の分離層にアブレーションを生じさ
せて経路（亀裂、孔、変質部分などからなる）を形成して第１剥離工程を行い、その経路
を利用してフッ化ハロゲンを含む気体又は液体によるエッチングによる第２剥離工程の促
進を図り、分離層の除去工程の短縮を図るものである。アブレーションさせた経路部分は
、フッ化ハロゲンを含む気体又は液体が導入されやすくなる。

アブレーションとは、照射光を吸収した部分（分離層の一部）が光化学的または熱的に
励起され、その表面や内部の原子または分子の結合が切断されて放出することを言い、主
に、分離層の構成材料の全部または一部が溶融、蒸散（気化）等の相変化を生じる現象と
して現れる。また、前記相変化によって微小な発泡状態となり、結合力が低下することも
ある。

レーザ光としては、エキシマレーザー、ＣＯ₂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、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃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く、
分離層に照射すると、気体が発生するものを用いる。或いは、レーザ光として、上記のい
ずれかを用いたレーザ光であり、分離層に照射すると、分離層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ものを用いる。

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。

従来のレーザー光照射による剥離方法は、１回の剥離工程で剥離するため、分離層の全
面に照射することが望ましく、照射されない領域がないようにレーザー光を照射するもの
であった。一方、本発明は、１回目の剥離工程でレーザー光を一部に照射すればよく、レ
ーザー光などに影響を受けやすい素子が設けられている領域を除いて照射しても２回目の
エッチングによる剥離工程で剥離を完了させるものである。

また、フッ化ハロゲンを含む気体又は液体によるエッチングによる従来の剥離方法は、
エッチングを促進するための穴を開けている。しかし、穴を開けるためのフォトリソ工程
が増加してしまい、さらに微細なデバイスにおいては穴を開ける領域には素子が配置でき
ず、集積化が困難なものとなっている。また、気体又は液体によるエッチングによる従来
の剥離方法は、エッチング終了時には基板から剥離されるため、被剥離層を固定すること
ができなかった。一方、本発明は、レーザー光の照射を行うだけでエッチングを促進する
ための経路が形成でき、レーザー光の照射領域を適宜設計することで、分離層の一部を残
存させやすくして被剥離層を固定することができる。

本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、
第１の基板上に分離層を形成し、
前記分離層上に半導体素子を含む被剥離層を形成し、
前記分離層の一部に光を照射して前記分離層の一部における層内または界面に亀裂また
は穴を形成し、
前記亀裂または穴から前記分離層と反応する気体または液体を導入して分離層を除去し
て前記第１の基板と前記被剥離層とを分離し、
第２の基板に前記被剥離層を転置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、光の照射により、分離層またはその一部を変質（酸化、還元など）させて変質層
（酸化層など）の形成、または分離層またはその一部にエッチングレートの異なる層の形
成を行ってもよく、他の構成は、
第１の基板上に分離層を形成し、
前記分離層上に半導体素子を含む被剥離層を形成し、
前記分離層の一部に光を照射して前記分離層の一部を変質させ、
前記変質した部分から前記分離層と反応する気体または液体を進入させて分離層を除去
して前記第１の基板と前記被剥離層とを分離し、
第２の基板に前記被剥離層を転置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、本発明のもう一つは、絶縁基板上に分離層と、該分離層上に素子を含む被剥離層
とを設けた後、第１剥離工程で分離層をフッ化ハロゲンを含む気体又は液体によるエッチ
ングによって選択的に除去し、残存した分離層で固定させておき、第２剥離工程としてレ
ーザー光の照射によるアブレーションを行い、基板から被剥離層を剥離してもよい。

また、他の発明の構成は、
第１の基板上に分離層を形成し、
前記分離層上に半導体素子を含む被剥離層を形成し、
前記分離層に前記分離層と反応する気体または液体を曝して少なくとも分離層の一部を
残して除去し、
前記分離層の一部に光を照射して前記第１の基板と前記被剥離層とを分離し、
第２の基板に前記被剥離層を転置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、基板の裏面側からレーザ光を照射してもよく、基板を裏返しておき、裏面側から
レーザー光を照射することで基板から剥離させたデバイスを落下させることができる。

また、他の発明の構成は、
第１の基板上に分離層を形成し、
前記分離層上に半導体素子を含む被剥離層を形成し、
前記分離層に前記分離層と反応する気体または液体を曝して少なくとも分離層の一部を
残して除去し、
前記第１の基板の被剥離層が設けられている面を下に向け、第１の基板と対向する下方
の位置に第２の基板を配置し、
前記第１の基板の裏面側から前記分離層の一部に光を照射して前記第１の基板と前記被
剥離層とを分離して、前記被剥離層を前記第２の基板上に落下させて第２の基板に前記被
剥離層を転置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、本発明のもう一つは、絶縁基板上に分離層と、該分離層上に素子を含む被剥離層
とを設けた後、第１剥離工程として、素子が設けられている領域以外、即ち素子の回りに
レーザー光を照射して、照射された領域の分離層にアブレーションを生じさせて経路（亀
裂、孔、変質部分などからなる）を形成し、その後、第２剥離工程として、経路で囲まれ
た部分を物理的手段で剥離をするものである。

また、他の発明の構成は、
第１の基板上に分離層を形成し、
前記分離層上に半導体素子を含む被剥離層を形成し、
前記半導体素子の周辺に光を照射して前記分離層の一部における層内または界面に亀裂
または穴を形成し、
前記半導体素子と重なる一部の分離層によって固定された前記第１の基板と被剥離層と
を物理的手段を用いて剥離しと、
第２の基板に前記被剥離層を転置することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

上記構成において、物理的手段を用いて剥離するため、前記分離層は、Ｗ上にＷＯ_Xを
含む膜、Ｍｏ上にＭｏＯ_Xを含む膜、Ｎｂ上にＮｂＯ_Xを含む膜、Ｔｉ上にＴｉＯ_Xを含む
膜で形成されていることを特徴の一つとしている。

また、剥離する際、チャック爪などでつまみやすい箇所を設けることが好ましい。分離
層上に被剥離層が設けられた基板における四隅のうち、一つの角部にレーザ光を照射させ
て意図的に被剥離層を反らせて、つまみやすい箇所を設け、その箇所をチャック爪による
物理的手段で他角方向へ引っ張る。基板の辺に対して斜めの方向に剥離させる。

また、本発明のもう一つは、絶縁基板上に分離層と、該分離層上に素子を含む被剥離層
とを設けた後、第１剥離工程として素子が設けられている領域以外、即ち素子の回りにレ
ーザー光を照射して、照射された領域の分離層にアブレーションを生じさせて経路（亀裂
、孔、変質部分などからなる）を形成する。その後、第２剥離工程として、一つの角部だ
けを剥離するため、エッチャントに浸けて分離層を部分的に除去して意図的に被剥離層の
一つの角部を反らせる。そうすることによって、つまみやすい箇所を設けてもよい。その
後、第３剥離工程として、一つの角部だけ剥離させた所を物理的手段で剥離していき、経
路で囲まれた部分も剥離をする。この場合においては、異なる３種類の方法を用いて剥離
を行っている。

分離層は、剥離工程に用いる気体または液体で分解または溶解が可能な材料とする。ま
た、分離層は、照射する光（レーザ光、ハロゲンランプからの光など）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」とも呼ぶ）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、或いは、アブレーションを
生ぜしめることにより層内剥離および／または界面剥離に至るものを用いる。また、光の
照射により、分離層またはその一部を変質（酸化、還元など）させて変質層（酸化層など
）の形成、または分離層またはその一部にエッチングレートの異なる層の形成が可能な材
料を用いる。

さらに、光の照射により、分離層から気体が放出され、分離効果が発現される場合もある
。すなわち、分離層に含有されていた成分が気体となって放出される場合と、分離層が光
を吸収して一瞬に気体となり、その蒸気が放出され、分離に寄与する場合とがある。

このような分離層の組成としては、例えば次のようなものが挙げられる。

分離層の組成の一例としては、半導体材料、代表的には非晶質シリコンが挙げられる。
非晶質シリコンは、ハロゲン化フッ素を含む気体（例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）、Ｃ
ｌＦ₄とＯ₂との混合ガスなど）やハロゲン化フッ素を含む液体（例えばＫＯＨ、ＴＭＡＨ
など）でエッチング可能であり、且つ、非晶質シリコン中に水素を所定量含有させること
によって照射光の照射により、水素が放出され、分離層に内圧が発生し、それが上下の薄
膜を剥離する力となる。非晶質シリコン中の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。

また、他の分離層の組成の一例としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉまたはこれらのいずれ
か一種を含む合金が挙げられる。中でもＷは、ハロゲン化フッ素を含む気体（例えば三フ
ッ化塩素（ＣｌＦ₃）でエッチング可能であり、且つ、光の照射により、表面が変質（こ
こでは酸化）されて形成される酸化タングステン（ＷＯ_X）は、Ｗよりもエッチングされ
やすくなる。また、光の照射により密着性を変化させて上下の薄膜を剥離することもでき
る。なお、酸化タングステン（ＷＯ_X）を形成するために、酸素を含む材料層（酸化シリ
コンなど）と接してＷ膜を形成しておき、光の照射を行うことが好ましい。

また、他の分離層の組成の一例としては、酸化ケイ素またはケイ酸化合物、酸化チタン
またはチタン酸化合物、酸化ジルコニウムまたはジルコン酸化合物、酸化ランタンまたは
ランタン酸化合物等の各種酸化物セラミックスを挙げることができる。酸化ケイ素として
は、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃Ｏ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂ＳｉＯ₃、ＣａＳｉＯ₃、ＺｒＳｉＯ₄、Ｎａ₂
ＳｉＯ₃ が挙げられる。酸化チタンとしては、ＴｉＯ、Ｔｉ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂ が挙げられ
、チタン酸化合物としては、例えば、ＢａＴｉＯ₄、ＢａＴｉＯ₃、Ｂａ₂Ｔｉ₉Ｏ₂₀、Ｂａ
Ｔｉ₅Ｏ₁₁、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＺｒＴｉＯ₂、Ｓｎ
ＴｉＯ₄、Ａｌ₂ＴｉＯ₅、ＦｅＴｉＯ₃が挙げられる。酸化ジルコニウムとしては、ＺｒＯ
₂が挙げられ、ジルコン酸化合物としては、例えばＢａＺｒＯ₃、ＺｒＳｉＯ₄、ＰｂＺｒ
Ｏ₃、ＭｇＺｒＯ₃、Ｋ₂ＺｒＯ₃が挙げられる。セラミックスとしては、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ
、ＰＬＬＺＴ、ＰＢＺＴ等や、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミック
スが挙げられる。

また、他の分離層の組成の一例としては、有機高分子材料が挙げられる。有機高分子材料
としては、−ＣＨ₂ −、−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
（照射光７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間）を有するものであっても
よい。

このような有機高分子材料の具体的例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンのよう
なポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ
）、エポキシ樹脂等が挙げられる。

また、分離層の厚さは、剥離目的や分離層の組成、層構造、形成方式等の諸条件により異
なるが、通常は１ｎｍ〜１０μｍ程度であるのが好ましい。分離層の膜厚が小さすぎると
、成膜の均一性が損なわれ、剥離にムラが生じることがあり、また、膜厚が厚すぎると、
分離層の良好な剥離性を確保するために、照射する光のパワー（光量）を大きくすること
が望ましい。なお、分離層の膜厚は、できるだけ均一であるのが好ましい。

また、分離層の形式方法は、特に限定されず、膜組成や膜厚等の諸条件に応じて適宜選
択される。例えば、ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ、ＥＣＲ−ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤを含む）、蒸着、
分子線蒸着（ＭＢ）、スパッタリング、イオンプレーティング、ＰＶＤ等の各種気相成膜
法、無電解メッキ法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、スピンコート、スプレー
コート、ロールコート等の塗布法、各種印刷法、インクジェット法、粉末ジェット法等が
挙げられ、これらのうちの２以上を組み合わせて形成することもできる。

また、剥離工程により基板から剥離された被剥離層は、応力の関係により端部が遠ざか
るように反りが生じる。この反りをなくすために反りを戻そうとして被剥離層に力を加え
るとクラックが生じる恐れがある。従って、本発明では、転写する基体として被剥離層の
反りの方向と一致する反りを有するフィルムを用い、反り量をある程度の範囲に制御する
。即ち、得られる半導体装置は初期状態で大部分が反っていることとなる。

また、初期状態で少なくとも一部が反っている半導体装置の構成も本明細書で開示する
発明の一つであり、その構成は、アンテナを含む層と、薄膜トランジスタを含む層との積
層を有する半導体装置であり、半導体装置の少なくとも一部は、アンテナを含む層側を内
側にした反りを有していることを特徴とする半導体装置である。

また、半導体装置の初期状態を反らせることによって、表裏をわかりやすくすることが
できる。また、初期状態とは逆側に反らせると壊れやすい面側をわかりやすくすることが
できる。また、半導体装置の初期状態を反らせることによって、非常に薄いデバイスであ
っても平坦な面に置かれたデバイスをピックアップしやすくなる。

また、上記構成において、半導体装置の初期状態を反らせるために、素子を含む被剥離
層を一軸延伸後のフィルムで固定する。なお、被剥離層は、少なくとも１枚のフィルムで
固定すればよい。また、延伸方向を合わせた２枚のフィルム（一軸延伸後のフィルム）で
素子を含む被剥離層を挟んで固定し、封止してもよい。

或いは、上記構成において、熱膨張係数の異なる複数のフィルムで挟んで半導体装置の
初期状態を反らせてもよい。なお、初期状態とは、半導体装置に何も外力（重力を除く）
が加えられていない状態を指す。

或いは、上記構成において、前記半導体装置を第１のフィルムと第２のフィルムで挟み
、アンテナを含む層側に配置される第１のフィルムの熱収縮率よりも、薄膜トランジスタ
を含む層側に配置される第２のフィルムの熱収縮率を小さくすることを特徴の一つとして
もよい。

また、ラミネート処理の際にラミネートフィルムに反りを与えてデバイスの少なくとも
一部を反らせてもよい。

なお、本明細書でラミネートフィルムとは、基材フィルムと接着性合成樹脂フィルムと
の積層フィルム、または２種類以上の積層フィルムを指す。基材フィルムとしては、ＰＥ
ＴやＰＢＴ等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、また無機蒸着
フィルム、または紙類を用いればよい。また、接着性合成フィルムとしてはＰＥやＰＰ等
のポリオレフィン、アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂などを用いればよい。ラミ
ネートフィルムはラミネート装置により、被処理体と熱圧着によりラミネート処理される
。なお、ラミネート工程を行う前処理としてアンカーコート剤を塗布することが好ましく
、ラミネートフィルムと被処理体との接着を強固なものとすることができる。アンカーコ
ート剤としてはイソシアネート系などを用いればよい。

また、本明細書でヒートシールとは、加熱圧着により封止することを指しており、フィ
ルム基材にパートコートされている接着剤層か、ラミネートフィルムの融点の低い最外層
または最内層を熱によって溶かし、加圧によって接着することを言う。

また、本発明の他の構成は、アンテナを含む層と、薄膜トランジスタを含む層との積層
を有する半導体装置であり、半導体装置は、アンテナを含む層側を内側にした反りを有し
、反り量は、半導体装置の幅に対して０を越え１％以上２０％以下であることを特徴とす
る半導体装置である。反り量が２０％を越えると、ＴＦＴの電気的特性が大幅に変化し、
半導体装置の集積回路が機能しなくなる恐れがある。また、本発明の半導体装置は、アン
テナを含む層と、薄膜トランジスタを含む層との積層に限定されず、少なくともアンテナ
と半導体素子を有する集積回路とを含む構成であればよい。

なお、本明細書で反り量は、焦点深度法により測定して得られる値（ｂ−ａ）を指して
いる。即ち、図３（Ｃ）に示すように、焦点距離を測定可能な顕微鏡を備えた焦点合わせ
手段１２０２に、反ったデバイス（フィルムで固定されている）の両側縁が接触するよう
に載置し、デバイスの最も高い位置の焦点距離（ａ）を測定し、この焦点距離（ａ）と測
定定盤１２００上面に対する焦点距離（ｂ）との差（ｂ−ａ）を求め、この値を反り量と
定義している。

デバイスが矩形であり、デバイスの一辺がＸ方向の幅、デバイスのもう一辺がＹ方向の
幅である場合、図３（Ａ）或いは図３（Ｂ）の２通り状態が考えられる。図３（Ａ）にお
いては、短辺方向に反りを有しているデバイス１２０１を示しており、図３（Ｂ）におい
ては長辺方向に反りを有しているデバイス１２１１を示している。どちらの状態において
もアンテナ側を内側にした反りとなるように設計し、反り量は、半導体装置の幅（Ｘ方向
の幅、或いはＹ方向の幅）に対して０を越え１％以上２０％以下とすることを特徴の一つ
とする。また、デバイスの反り量の調節は、基板上に形成する膜の膜厚を調節することで
可能である。本明細書においては、アンテナ側を内側にした反りとすることが原則である
が、少なくともデバイスの一部がアンテナ側を内側にした反りをもっていれば、一部がア
ンテナ側を外側にして反りを有していてもよい。

また、上記構成において、前記薄膜トランジスタは、中央演算装置、またはメモリを備え
た薄膜集積回路を構成することを特徴の一つとしている。

また、上記薄膜集積回路を構成する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、チャネル長方向と異なっている方向、即ちチャネル長方向と
垂直なチャネル幅方向に反ったデバイスとすることが望ましい。図１０（Ａ）にその一例
を示す。図１０（Ａ）は定盤１０００の平坦な面上に載せたデバイス１００１の斜視図で
ある。デバイス１００１は集積回路部１００４に配置されるＴＦＴのチャネル幅方向１０
０８に反っている。なお、図１０（Ａ）では、分かりやすくするため、ＴＦＴの島状の半
導体層１００２を図示しており、チャネル幅方向と垂直なチャネル長方向１００７も図示
した。また、図１０（Ａ）に対応する断面図が図１０（Ｂ）である。チャネル長方向とデ
バイスが反っている方向とが異なっているため、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（ここではデバイスが反っている方向）への変形に強い半導体
装置を提供できる。加えて、ある決められた方向（ここではデバイスが反っている方向）
以外の変形が起こりにくい半導体装置を提供できる。

また、上記構成において、前記半導体装置は、リーダ／ライタ装置から発信される通信
手段により、前記薄膜トランジスタを有する薄膜集積回路が駆動することを特徴の一つと
している。

なお、図１０（Ａ）では、デバイスに含まれるアンテナを渦巻き状としているが、アン
テナとして機能する長さを有していれば特にアンテナの形状は限定されない。また、図１
０（Ａ）において、デバイス１００１は、アンテナ部１００３の短手方向と同じ方向１０
０５に反りを有している。アンテナ部１００３も様々な方向に曲げられた場合に断線など
が生じる恐れがあるため、ある方向（ここではデバイスが反っている方向）に反っても大
丈夫なアンテナ形状とすることが好ましい。例えば、アンテナの短手方向１００６の部分
をアンテナの長手方向１００５の部分よりも太くすることでデバイス１００１を補強して
もよい。また、図１０（Ａ）に示すように長手方向におけるアンテナ形状を直線状にする
ことも好ましい。長手方向におけるアンテナ形状を直線状にすることでさらに変形に強い
半導体装置を提供できる。

また、アンテナ及び集積回路を有するデバイスが反る方向は、特に限定されず、デバイ
スが矩形であれば、対角を結ぶ方向に反らせてもよいし、デバイスの一部のみをある決め
られた方向に反らせてもよい。図１０（Ａ）とは異なる他の例として図１０（Ｃ）を示す
。

図１０（Ｃ）は定盤１１００の平坦な面上に載せたデバイス１１１１の斜視図である。
デバイス１１１１は集積回路部１１１４に配置されるＴＦＴのチャネル幅方向１１０８に
反っている。なお、図１０（Ａ）では、分かりやすくするため、ＴＦＴの島状の半導体層
１１０２を図示しており、チャネル幅方向と垂直なチャネル長方向１１０７も図示した。
また、図１０（Ｃ）に対応する断面図が図１０（Ｄ）である。また、図１０（Ｃ）におい
て、デバイス１１１１は、アンテナ部１１１３の長手方向と同じ方向１１０５に反りを有
している。図１０（Ｃ）においては、ある方向（ここではデバイスが反っている方向）に
反っても大丈夫なアンテナ形状とするため、アンテナの長手方向１１０５の部分をアンテ
ナの短手方向１１０６の部分よりも太くする。

フレキシブルな基板上に形成されたアンテナと集積回路を含むデバイスは、様々な方向
に曲げられた場合、断線や接触不良を起こす恐れがある。本発明は、予め、ある決められ
た方向に反らせた状態をデバイスの初期状態とすることで、他の方向に反りにくくするこ
とができる。また、デバイスを反らせた初期状態を考慮に入れてデバイス設計、例えば、
アンテナの形状や配置、ＴＦＴの配置などを行い、丈夫なデバイスを実現することができ
る。また、アンテナの形状や配置、ＴＦＴの配置などを利用して、デバイス全体がある決
められた方向に反らせた状態を維持しやすい構造としてもよい。

また、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えば、トップゲート
型ＴＦＴや、ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや、順スタガ型ＴＦＴを用いることが
可能である。また、シングルゲート構造のＴＦＴに限定されず、複数のチャネル形成領域
を有するマルチゲート型ＴＦＴ、例えばダブルゲート型ＴＦＴとしてもよい。

また、ＴＦＴの活性層としては、非晶質半導体膜、結晶構造を含む半導体膜、非晶質構造
を含む化合物半導体膜などを適宜用いることができる。さらにＴＦＴの活性層として、非
晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安
定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領
域を含んでいるセミアモルファス半導体膜（微結晶半導体膜、マイクロクリスタル半導体
膜とも呼ばれる）も用いることができる。

本発明により、複数回の剥離処理によって、基板から被剥離層の剥離を効率よく行うこ
とができる。

また、本発明により、初期状態でのデバイスの反りを制御することによって、平坦な面
に置かれたデバイスをピックアップしやすくすることができる。

本発明の薄膜集積回路の作製方法を説明する断面図および上面図。（実施の形態１） 本発明の薄膜集積回路の作製方法を説明する断面図。（実施の形態１） 本発明の薄膜集積回路の斜視図および、反り量の定義を示す図。 本発明の薄膜集積回路の作製方法を説明する断面図。（実施の形態２） 本発明の薄膜集積回路の作製方法を説明する上面図。（実施の形態２） 薄膜集積回路の製造装置を示した図である。 薄膜集積回路を説明するブロック図。 薄膜集積回路の使用形態について説明する図。 薄膜集積回路の使用形態について説明する図。 （Ａ）は本発明のデバイスの一例を示す斜視図、（Ｂ）はその断面図。（Ｃ）は本発明のデバイスの他の一例を示す斜視図、（Ｄ）はその断面図。 は本発明のデバイスの一例を示す斜視図。

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）
ここでは、本発明の半導体装置の作製方法について以下に説明する。

まず、絶縁表面を有する基板１０上に分離層１１ａを形成する。なお、絶縁表面を有す
る基板１０とは、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アクリル等の可撓性を有す
る合成樹脂からなる樹脂基板、金属基板に相当する。また、分離層１１ａは、珪素を含む
層をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等の公知の方法により形成する。珪素を含む層
とは、非晶質半導体層、非晶質状態と結晶質状態とが混在したセミアモルファス半導体層
、結晶質半導体層に相当する。

次いで、無機絶縁膜からなる下地絶縁層１２を形成する。下地絶縁層１２は、プラズマ
ＣＶＤ法やスパッタリング法等の公知の方法を用いて、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪
素、窒化酸化珪素等からなる単層膜、またはこれらの積層膜を形成する（図１（Ａ）参照
）。下地絶縁層１２は、後の工程で使用するハロゲン化フッ素を含む気体又は液体と化学
反応しにくい材料、或いは化学反応しない材料とすることが好ましく、例えば窒化珪素膜
、酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜とする。

次いで、絶縁膜１２ａを下地膜とする被剥離層１３を形成する（図１（Ｂ）参照）。図
１（Ｂ）では、第１の素子群を含む被剥離層と、第１の素子群を含む被剥離層に隣接する
第２の素子群を含む被剥離層とを示した例を示しているが、特に限定されず、絶縁表面を
有する基板１０には多数の素子群が設けられており、最終的に個別に切断して製品とする
。なお、第１の素子群を含む被剥離層１３は、第１の層間絶縁層１３ａ、第２の層間絶縁
層１３ｂ、複数のＴＦＴ１３ｃとアンテナとして機能する導電層とを含んでおり、最終的
には第１の素子群を含む被剥離層１３が一つのデバイスとなる。

また、被剥離層１３上に、スクリーン印刷法または液滴吐出法により保護層を形成しても
よい。保護層も、後の工程で使用するハロゲン化フッ素を含む気体又は液体と化学反応し
ない材料であることが好ましい。例えば、保護層として、エポキシ樹脂などの有機樹脂を
用いればよい。

次いで、光の照射を選択的に行って分離層の一部を変質、好ましくはアブレーションさ
せて第１段階の剥離処理を行う（図１（Ｃ））。第１段階の剥離処理後において、被剥離
層は未照射領域の分離層で基板に固定されている。光の照射は、少なくとも基板周縁部に
行う。また、被剥離層に含まれる素子に照射されないようにすることが好ましい。また、
この段階での上面図を図１（Ｄ）に示す。図１（Ｄ）の実線Ａ−Ｂで切断した断面図が図
１（Ｃ）に相当する。

ここで照射する光としては、分離層のアブレーションを起こしやすいという点でエキシ
マレーザが好ましい。分離層の一部にアブレーションを生じさせる際、光に波長依存性が
ある場合、照射されるレーザ光の波長は１００ｎｍ〜３５０ｎｍ程度であるのが好ましい
。また、分離層の一部に、例えばガス放出、気化、昇華等の相変化を起こさせて分離特性
を与える場合、照射されるレーザ光の波長は３５０ｎｍ〜１２００ｎｍ程度であるのが好
ましい。

また、照射するエキシマレーザのエネルギー密度は１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２程度と
するのが好ましい。また、照射時間は１０〜１００ｎｓｅｃとするのが好ましい。本発明
においては、十分なアブレーション等を生じさせる必要は特になく、部分的にアブレーシ
ョンさせ、後の工程で使用するハロゲン化フッ素を含む気体（又は液体）が光照射領域を
通過（又は浸透）しやすくできればよい。

勿論、レーザ光が照射された領域における分離層を完全にアブレーションさせて空間を
形成してもよい。形成された空間がハロゲン化フッ素を含む気体（又は液体）の経路とな
って、さらに効率よく残りの分離層を除去することができる。なお、完全にアブレーショ
ンさせても被剥離層１３は、残りの分離層で基板１０と固定されている。

次いで、被剥離層がバラバラになるのを防ぐために、第１接着層１８ａを有する第１フ
ィルム１９ａで被剥離層１３を固定する。また、第１フィルム１９ａとしては、樹脂材料
（ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等）、代表的には熱可塑性のプラスチック、
ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムであるプラスチック基板（厚さ２００μｍ〜５００μｍ）を用いる。さらに第１フ
ィルム１９ａとしては低熱膨張性であることが好ましい。また、ラミネートフィルムを用
いて熱圧着で被剥離層を固定してもよい。また、ここでは、光の照射後に第１フィルムで
固定した例を示したが、工程順序は特に限定されず、例えば、光の照射前にフィルムで固
定し、フィルムを透過させて光を照射してもよい。

次いで、エッチング剤を用いて、光照射領域以外の分離層を除去して第２段階の剥離処
理を行う（図１（Ｅ））。第２段階の剥離処理後の段階で基板１０から被剥離層１３が剥
離する。ここではエッチング剤として三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）を使用する。また、同時
に、残りの分離層だけでなく、光照射領域の分離層も除去される。

また、図１（Ｅ）に示す矢印の方向にエッチングさせて、エッチングが終了する箇所、
即ち最後までエッチングされずに残る分離層の一部１１ｂが被剥離層と重ならない位置と
なるように光の照射領域１１ｃと被剥離層の位置を設計することが好ましい。エッチング
が終了する箇所にはクラック等が生じやすいので、後にデバイスとなる被剥離層と重なら
ないようにすることが重要である。ここでは、エッチングが終了する箇所が隣合う２つの
被剥離層の間に位置するようにしている。

前の工程で光照射された領域における分離層は、部分的なアブレーションにより穴や亀
裂を有しており、効率よく残りの分離層を除去することができる。即ち、レーザ光が照射
された領域が三フッ化塩素の経路となって、効率よく分離層を除去させることができる。

次いで、第２接着層２０ａを有する第２フィルム２１ａで被剥離層を固定する（図２（
Ａ）参照）。また、第２フィルム２１ａとしては、樹脂材料（ポリエステル、ポリプロピ
レン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ナイロン等）、代表的には熱可塑性のプラスチック、ＰＶＦ（ポリビニルフルオラ
イド）フィルム、マイラーフィルム、またはアクリル樹脂フィルムであるプラスチック基
板（厚さ２００μｍ〜５００μｍ）を用いる。さらに第２フィルム２１ａとしては低熱膨
張性であることが好ましい。

最後に、個々に分断を行って図２（Ｂ）の状態を得ることができる。素子を含む被剥離
層１３は、第１接着層１８ｂを有する第１フィルム１９ｂと第２接着層２０ｂを有する第
２フィルム２１ｂとで封止される。

このように、大面積のガラス基板上に薄膜からなる集積回路を形成した後、剥離処理を
２回行うことによって、基板から剥離を行い、接触、好ましくは非接触でデータの受信ま
たは送信が可能な微小なデバイスを大量に効率よく作製する方法を提供することができる
。本実施の形態に示した方法においては、アブレーションするためのレーザ光を素子に対
して照射しないため、剥離前後で素子特性が変化することがない。

また、被剥離層に含まれる半導体素子の作製工程において、半導体膜の結晶化や活性化
などにレーザ光を用いた場合、同時に下方に位置する分離層の一部にもレーザ光が照射さ
れるため、より剥離しやすくなる。

また、ここでは分離層としてアモルファスシリコンを用い、分離層に照射する光として
レーザ光を用い、分離層をエッチングするエッチング剤として三フッ化塩素を用いた例を
示したが特に限定されず、実施者が適宜選択すればよい。

（実施の形態２）
また、ここでは実施の形態１とは異なる作製方法を図４、図５を用いて説明する。

まず、絶縁表面を有する基板４１０全面上に分離層４１１ａを形成する。ここでは分離
層としてスパッタ法により得られるタングステン（Ｗ）膜を用いる。次いで、無機絶縁膜
からなる下地絶縁層４１２ａを形成する（図４（Ａ）参照）。下地絶縁層４１２ａは、後
の工程で使用するハロゲン化フッ素を含む気体又は液体と化学反応しにくい材料、或いは
化学反応しない材料とすることが好ましい。下地絶縁層４１２ａとしては酸化珪素膜また
は窒化珪素膜の積層とすることが好ましく、ここでは、タングステン膜に接する酸化珪素
膜上に窒化珪素膜を積層する。

次いで、下地絶縁層４１２ａを下地膜とする被剥離層４１３を形成する。なお、第１の
素子群を含む被剥離層４１３は、第１の層間絶縁層４１３ａ、第２の層間絶縁層４１３ｂ
、複数のＴＦＴ４１３ｃとアンテナとして機能する導電層４１３ｄとを含んでおり、最終
的には第１の素子群を含む被剥離層４１３が一つのデバイスとなる。

また、被剥離層４１３に含まれる半導体素子の作製工程中では、加熱処理やレーザ光照
射を行うため、その際に分離層と下地絶縁層の界面に酸化タングステンからなる層（図示
しない）が形成される。また、分離層上に下地絶縁層を積層する際にも界面に酸化タング
ステンからなる層（図示しない）が形成される。

次いで、スクリーン印刷法または液滴吐出法により保護層４１６を形成する。なお、こ
こでは保護層４１６は第１の素子群を含む被剥離層と第２の素子群を含む被剥離層との両
方を覆うように形成する（図４（Ｂ）参照）。保護層も、後の工程で使用するハロゲン化
フッ素を含む気体又は液体と化学反応しない材料であることが好ましい。例えば、保護層
として、エポキシ樹脂などの有機樹脂を用いればよい。

次いで、保護層４１６をマスクとして下地絶縁層４１２ａを選択的にエッチングすると
ともに分離層４１１ａを露呈させる（図４（Ｃ）参照）。

なお、この段階での上面図を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）の実線Ａ−Ｂで切断した断
面図が図４（Ｃ）に相当する。

次いで、エッチング剤を用いて、分離層を除去して第１段階の剥離処理を行う。なお、
ここでのエッチングでは、分離層を全部除去するのではなく、エッチングを途中で止めて
分離層４１１ｂを一部残存させ、残存させた部分で被剥離層を固定する。ここではエッチ
ング剤として三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）を使用する。なお、エッチング終了後の断面図を
図４（Ｄ）に示す。エッチングは被剥離層を回り込むように行われ、エッチングの進行に
つれて被剥離層はアンテナ側を内側にして反る。

一つの被剥離層は、一方向からエッチングされるように被剥離層と保護層とが配置され
ている。残った分離層４１１ｂが被剥離層と重ならない位置となるように被剥離層の位置
を設定しておく。

なお、この段階での上面図を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）の実線Ｃ−Ｄで切断した断
面図が図４（Ｄ）に相当する。

エッチングの終了後、本実施の形態では被剥離層４１３が残存した分離層４１１ｂで固
定された状態となっている。分離層のエッチングが進行してもクラックの発生しやすい箇
所には被剥離層が配置されていない。

次いで、残存した分離層４１１ｂに対して光照射を行い、第２段階の剥離処理を行う。
図４（Ｅ）では絶縁表面を有する基板４１０を上下逆さまに保持して、絶縁表面を有する
基板４１０を通過させて光照射を行った例を示している。光照射を行うことによって分離
層４１１ｂと絶縁表面を有する基板４１０の密着性を低下させ、絶縁表面を有する基板４
１０から被剥離層４１３が切り離される。

照射する光として、レーザ光を用いる場合には、レーザ光を走査してスポット照射した所
から一つ一つ順序よく切り離すことができる。また、レーザ光は、残存した分離層４１１
ｂにのみ照射すればよく、素子が形成されている部分には照射されない。

また、照射する光として、ハロゲンランプなどの光源からの光を用いる場合には、メタル
マスクで照射したい部分（素子が形成されている部分）以外を遮光することが好ましい。
また、ハロゲンランプなどの光源からの光は、全面に照射されるため、ほぼ同時に全ての
被剥離層を切り離すことができる。

そして、切り離された被剥離層４１３は自由落下する。平坦な面に被剥離層４１３を落
下させると、被剥離層４１３は反っているため、ピックアップしやすい。

次いで、ピックアップした被剥離層４１３を接着層を有するフィルムで固定する。被剥
離層４１７の反った状態を維持するように、一軸延伸後のフィルムで固定する。フィルム
はロール状の芯に巻き付けられて販売されているため、内側の面が露呈している下地絶縁
層４１８と接するように接着面を決定する。

反り量は、半導体装置の幅（反っている方向に対して垂直な方向の幅）に対して０を越
え１％以上２０％以下とすることが好ましい。２０％を越えると実用上、貼りつける物品
につけにくくなるといった問題や、読み取り装置でデータを読み取りにくくなるといった
問題が生じる恐れがある。また、温度変化によって逆側に反らないように反り量を制御す
ることが好ましい。

なお、反り量は、図３（Ｃ）に示す焦点合わせ手段１２０２を用いて得られる値を指し
ている。また、図３（Ａ）に測定定盤１２００の平坦な面上に載置された半導体装置の一
例を示す。図３（Ａ）に示す半導体装置は、初期状態が反っているデバイスであり、アン
テナ部１２０３と、ＴＦＴを含む集積回路部１２０４とを備えている。また、図３（Ｂ）
には、図３（Ａ）とは反っている方向が９０°異なっている例を示す。図３（Ｂ）に示す
半導体装置も、初期状態が反っているデバイスであり、アンテナ部１２１３と、ＴＦＴを
含む集積回路部１２１４とを備えている。本実施の形態では、レイアウト次第でどちらの
形態も取りうる。

最後に、個々に分断を行って図４（Ｆ）の状態を得ることができる。初期状態で反りを
維持することによって、表裏をわかりやすくすることができる。また、初期状態の反りと
は逆側に反らせると壊れやすい面側をわかりやすくすることができる。また、半導体装置
の初期状態を反らせることによって、非常に薄いデバイスであっても平坦な面に置かれた
デバイスをピックアップしやすくなる。なお、図４（Ｆ）においては、デバイスが反って
いる方向とＴＦＴ４１３ｃのチャネル方向とを一致させた例を示したが、ＴＦＴサイズが
非常に小さく、且つ、反り量が小さい場合には一つ一つのＴＦＴは曲がらずにＴＦＴのな
い部分が曲がる。しかし、反り量が大きい、或いはＴＦＴサイズが大きい場合には、ＴＦ
Ｔ自体が曲げられる恐れがあるため、図１０（Ａ）に示すように、デバイスが反っている
方向とＴＦＴのチャネル方向とを異ならせることが好ましい。

また、一部だけ反っているデバイスの例を図１１に示す。図１１においては、アンテナ
部１５０４や集積回路部１５０３が設けられていない部分を反らせている。反らせた部分
以外は平坦であるので平面を有する物品等にデバイス１５０１を取り付けやすくすること
ができる。また、デバイス１５０１を物品等に取り付けた後、何らかの原因で剥がれ落ち
た場合、反らせた部分１５０２を摘んで拾いやすくすることができる。

また、少なくとも一部を反らせた状態とすることで、デバイス１５０１の表面と裏面と
を判別することができる。なお、デバイス１５０１は薄いため、裏になっても表になって
も読み取り可能、即ち、読み取り装置の配置が、デバイス１５０１のアンテナを含む層側
であっても、その反対側であって読み取り可能である。

また、本実施の形態では１枚のフィルムで固定した例を示したが、２枚のフィルムで挟
むように固定してもよい。例えば、延伸方向を合わせた２枚のフィルム（一軸延伸後のフ
ィルム）で素子を含む被剥離層４１３を挟んで固定すればよい。或いは、熱膨張係数の異
なる複数のフィルムで挟んで被剥離層４１３を反らせてもよい。

また、被剥離層４１３を第１のフィルムと第２のフィルムで挟み、アンテナを含む層側
に配置される第１のフィルムの熱収縮率よりも、薄膜トランジスタを含む層側に配置され
る第２のフィルムの熱収縮率を小さくしてもよい。

また、ラミネート処理の際にラミネートフィルムに反りを与えてデバイスの少なくとも
一部を反らせてもよい。

また、本実施の形態において、分離層に用いたタングステン膜に代えてアモルファスシ
リコン膜を用いることもできる。アモルファスシリコン膜もハロゲン化フッ素を含む気体
又は液体によって除去可能である。また、アモルファスシリコン膜は、レーザー光によっ
てアブレーションを生じさせることができる。従って、アモルファスシリコン膜を分離層
に用いる場合、ハロゲン化フッ素を含む気体又は液体によって分離層を部分的に除去する
第１の剥離処理を行った後、残存させた分離層にレーザー光を照射する第２の剥離処理を
行うことによって被剥離層を基板から切り離せばよい。

また、分離層に用いたタングステン膜に代えて酸化珪素膜を用いることもできる。酸化
珪素膜を分離層に用いる場合、フッ酸（ＨＦ）によって分離層を部分的に除去する第１の
剥離処理を行った後、残存させた分離層にレーザー光を照射して基板との密着性を低減さ
せる第２の剥離処理を行うことによって被剥離層を基板から切り離せばよい。なお、フッ
酸（ＨＦ）を用いる場合は、ガラス基板も一部溶ける。また、フッ酸（ＨＦ）を用いる場
合は、樹脂で被剥離層を覆って保護することが好ましい。

（実施の形態３）
本実施の形態では、薄膜集積回路の製造装置の例を示す。

実施の形態１のデバイスをラミネート処理によって反りを与える製造装置を図６（Ａ）に
示す。

図６（Ａ）に示す製造装置は、フィルムの送り出し用ロール１４０１と、巻き取り用ロ
ール１４０２と、搬送ロール１４０３、１４０４と、基板移動用アーム１４０９と、ロー
ル１４１０、１４１１とを有している。

実施の形態１に従って、図１（Ｅ）の状態を得て、第１フィルム１９ａを真空チャック
などによって基板移動用アーム１４０９で保持する。なお、図１と共通な部分は同じ符号
を用いる。なお、第１フィルム１９ａには第１接着層１８ａが設けられており、第１接着
層１８ａによってアンテナを含む層１４０８と、ＴＦＴを含む層１４０７とが接着されて
いる。

フィルムの送り出し用ロール１４０１から送り出されるラミネートフィルムに第１フィル
ム１９ａを基板移動用アーム１４０９でかるく押し付けることによって、簡易的に載せる
。押しつけた後は真空チャックをオフにして第１フィルム１９ａを解放する。

第１フィルム１９ａが載せられたフィルムは搬送ロール１４０４などによって運ばれ、
加熱するロール１４１０と、ロール１４１１とによってラミネート加工される。なお、加
熱するロールをＴＦＴを含む層１４０７側になるように配置して、ラミネート処理後の薄
膜集積回路が反るようにする。そしてアライメント装置１４１４、例えばＣＣＤカメラに
より、ラミネートのアライメントを制御し、ラミネート処理を行う。なお、薄膜集積回路
は、アンテナを含む層１４０８と、ＴＦＴを含む層１４０７との積層で構成されたデバイ
スを指しており、アンテナはＴＦＴと電気的に接続されているものとする。

その後、アンテナを含む層側を内側にして反っている薄膜集積回路は、巻き取り用ロー
ル１４０２に巻き取られる。

以上の工程で、実施の形態１のデバイスをラミネート処理によって反りを与えることが
できる。図６（Ａ）に示す製造装置においては、ラミネートフィルムが決まった反りの方
向で搬送されるしくみとなっている。

また、実施の形態２に示した初期状態で反っているデバイスをラミネート処理して保護
するための製造装置を図６（Ｂ）に示す。

図６（Ｂ）に示す製造装置は、フィルムの送り出し用ロール１４２１と、巻き取り用ロ
ール１４２２と、複数の搬送ロールと、基板移動用アーム１４２８と、フィルムの送り出
し用ロール１４２３と、ラミネート用ロールとを有している。

実施の形態２に従って、図４（Ｄ）の状態を得た後、絶縁表面を有する基板４１０を上
下逆さまにして石英窓を有する基板移動用アーム１４２８で保持する。また、絶縁表面を
有する基板４１０には残存した分離層４１１ｂによって薄膜集積回路が固定されている。
なお、薄膜集積回路は、アンテナを含む層１４２７と、ＴＦＴを含む層１４２６との積層
で構成されたデバイスを指しており、アンテナはＴＦＴと電気的に接続されているものと
する。

そして、図６（Ｂ）に示すように絶縁表面を有する基板４１０を通過させて光を照射す
ることによって、アンテナを含む層１４２７と、ＴＦＴを含む層１４２６との積層で構成
された薄膜集積回路を切り離し、フィルムの送り出し用ロール１４２１上に載せる。なお
、薄膜集積回路の反りとフィルムの送り出し用ロール１４２１がほぼ一致するようにロー
ル径を適宜設定しておくことが好ましい。

フィルムの送り出し用ロール１４２１から送り出されるフィルムは外側に接着層を備えて
おり、薄膜集積回路を接着して載せたまま搬送される。そして、もう一つのフィルムの送
り出し用ロール１４２３から送り出されるラミネートフィルムでラミネート処理された後
、巻き取り用ロール１４２２に巻き取られる。

また、必要があれば、アライメント装置１４２４、例えばＣＣＤカメラにより、ラミネー
トのアライメントを制御する。

以上の工程で、実施の形態２のデバイスの反りを維持したままラミネート処理を行うこ
とができる。図６（Ｂ）に示す製造装置においては、デバイスが初期状態の反りの方向と
は逆の方向に曲げられないようなしくみとなっている。また、ラミネートフィルムが決ま
った反りの方向で搬送されるしくみとなっている。

また、本実施の形態は実施の形態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。

（実施の形態４）
本実施の形態では、薄膜集積回路の作製方法の一例を示す。

まず、第１の基板上に半導体集積回路（ここではＣＰＵ）、端子電極（図示しない）を含
む被剥離層を形成する。

基板上にスパッタ法で分離層、ここではタングステン膜（膜厚１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好
ましくは３０ｎｍ〜７５ｎｍ）を形成し、さらに大気にふれることなく、酸化物膜、ここ
では酸化シリコン膜（膜厚１５０ｎｍ〜２００ｎｍ）を積層形成する。酸化物膜の膜厚は
、分離層の膜厚の２倍以上とすることが望ましい。なお、積層形成の際、分離層と酸化シ
リコン膜との間にアモルファス状態の酸化金属膜（酸化タングステン膜）が２ｎｍ〜５ｎ
ｍ程度形成される。

なお、スパッタ法では基板端面に成膜されるため、基板端面に成膜されたタングステン膜
と酸化タングステン膜と酸化シリコン膜とをＯ₂アッシングなどで選択的に除去すること
が好ましい。

次いで、ＰＣＶＤ法で下地絶縁膜となる酸化窒化シリコン膜（膜厚１００ｎｍ）（図示し
ない）を形成し、さらに大気にふれることなく、水素を含むアモルファスシリコン膜（膜
厚１００ｎｍ）を積層形成する。

次いで、上記アモルファスシリコン膜を公知の技術（固相成長法、レーザー結晶化方法
、触媒金属を用いた結晶化方法など）により結晶化させて、ポリシリコン膜を活性層とす
るＴＦＴを用いる素子を形成する。ここでは、触媒金属を用いた結晶化方法を用いてポリ
シリコン膜を得る。重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナー
で塗布する。なお、塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用い
てもよい。次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜（ここではポ
リシリコン層）を形成する。ここでは熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための
熱処理（５５０℃、４時間）を行って結晶構造を有するシリコン膜を得る。

また、他の結晶化方法としては、アモルファスシリコン膜に触媒となる金属元素を添加
した後、加熱してポリシリコン膜を得た後にパルス発振型のレーザー光を照射したポリシ
リコン膜を得る方法を用いてもよいし、アモルファスシリコン膜に連続発振型のレーザー
光を照射してポリシリコン膜を得る方法を用いてもよいし、アモルファスシリコン膜を加
熱してポリシリコン膜を得た後に連続発振型のレーザー光を照射してポリシリコン膜を得
る方法を用いてもよいし、アモルファスシリコン膜に触媒となる金属元素を添加した後、
加熱してポリシリコン膜を得た後に連続発振型のレーザー光を照射してポリシリコン膜を
得る方法を用いてもよい。

アモルファスシリコン膜は水素を含んでおり、加熱してポリシリコン膜を形成する場合、
結晶化させるため約４１０℃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。また、４１０℃以上の熱処理を行うことで、アモルファ
ス状態の酸化金属膜が結晶化し、結晶構造を有する酸化金属膜が得られる。４１０℃以上
の加熱処理を行うことによって結晶構造を有する酸化金属膜が形成され、水素の拡散が行
われる。

次いで、結晶構造を有するシリコン膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、結晶化率
を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザー光（ＸｅＣｌ：波長３０８ｎ
ｍ）の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。

次いで、上記レーザー光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を１２０
秒処理して合計１〜５ｎｍの酸化膜からなるバリア層を形成する。このバリア層は、結晶
化させるために添加したニッケルを膜中から除去するために形成する。なお、バリア層を
形成する前にレーザー光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。

次いで、バリア層上にスパッタ法またはＰＣＶＤ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴ
ン元素を含む非晶質シリコン膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ、ここでは膜厚１００ｎｍで成膜
する。

その後、６５０℃に加熱された炉に入れて３分の熱処理を行いゲッタリングして、結晶構
造を有する半導体膜中のニッケル濃度を低減する。炉に代えてランプアニール装置を用い
てもよい。

次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元
素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去す
る。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向がある
ため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。

なお、触媒元素を用いて結晶化を行わない場合には、上述したバリア層の形成、ゲッタ
リングサイトの形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア
層の除去などの工程は不要である。

次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜（ポリシリコン膜とも呼ばれる）の表面
にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状に
エッチング処理して島状に分離された半導体層を形成する。半導体層を形成した後、レジ
ストからなるマスクを除去する。

次いで、半導体層を覆うゲート絶縁膜の形成を行った後、ゲート絶縁膜上にゲート電極
を形成し、活性層へのドーピングによるソース領域またはドレイン領域の形成、層間絶縁
膜（無機絶縁膜）の形成、ソース電極またはドレイン電極の形成、活性化処理、水素化処
理などを適宜行ってポリシリコン膜を活性層とするトップゲート型ＴＦＴを作製する。な
お、ドーピングする不純物元素としてｎ型を付与するリンを添加した場合にはｎチャネル
型ＴＦＴを形成することができ、ｐ型を付与するボロンを添加した場合にはｐチャネル型
ＴＦＴを形成することができ、これらを組み合わせればＣＭＯＳ回路を作製することがで
きる。

なお、ここではＴＦＴの構造としてトップゲート型の例を示したが、特にＴＦＴの構造
は限定されず、例えばボトムゲート型や順スタガ型であってもよい。

こうして得られたポリシリコン膜からなる半導体層を用いて、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
子やセンサ素子（代表的にはポリシリコンを用いた感圧式指紋センサー）を形成すること
ができる。

こうして、素子を有する回路を含む被剥離層を形成する。

以降の工程は、実施の形態２に従って、分離層の一部除去を行う第１剥離処理を行い、
残存した分離層にレーザ光を照射する第２剥離処理を行うことによって基板から被剥離層
を分離すればよい。

また、タングステン膜に代えて、分離層としてアモルファス膜を用いる場合、実施の形
態１に従って、選択的にレーザ光を照射する第１剥離処理を行い、照射してアブレーショ
ンさせた部分を利用して分離層をエッチングに除去する第２剥離処理を行って基板から被
剥離層を分離すればよい。

また、本実施の形態は実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態３と自由に組み
合わせることができる。

（実施の形態５）
本発明により作製される薄膜集積回路は、複数の素子と、アンテナとして機能する導電層
とを有する。複数の素子とは、例えば、薄膜トランジスタ、容量素子、抵抗素子、ダイオ
ード等に相当する。

薄膜集積回路２１０は、非接触でデータを交信する機能を有し、当該薄膜集積回路２１０
が含む複数の素子は様々な回路を構成する。例えば、電源回路２１１、クロック発生回路
２１２、データ復調／変調回路２１３、制御回路２１４、インターフェイス回路２１５、
メモリ２１６、データバス２１７、アンテナ（アンテナコイルともよぶ）２１８等を有す
る（図７参照）。

電源回路２１１は、アンテナ２１８から入力された交流信号を基に、上記の各回路に供給
する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路２１２は、アンテナ２１８から入
力された交流信号を基に、上記の各回路に供給する各種クロックを生成する回路である。
データ復調／変調回路２１３は、リーダライタ２１９と交信するデータを復調／変調する
機能を有する。制御回路２１４は、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、ＭｉｃｒｏＰｒｏ
ｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）等に相当し、他の回路を制御する機能を有する。アンテナ２１
８は、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ２１９は、薄膜集積
回路との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。

なお、薄膜集積回路が構成する回路は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッ
タ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の構成要素を追加した構成であってもよい
。

本実施の形態は、実施の形態１乃至４のいずれか一と自由に組み合わせることができる
。

（実施の形態６）
本発明により作製される薄膜集積回路の用途は広範にわたるが、例えば、食品類（ラベル
等、図８（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図８（Ｂ）参照）、乗物類（
自転車等、図８（Ｃ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等、図８（Ｄ）参照）、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、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ
）及び携帯電話等を指す。

本発明により得られる薄膜集積回路は初期状態で反っている。従って、反りに合わせて
さまざまな物品、代表的には曲面に設けることが好ましい。初期状態で反っていることに
より、表裏がはっきりと判断できるため、物品への貼りつけミスを低減することができる
。

なお、薄膜集積回路は、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして、物品に固定さ
れる。例えば、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
。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
に薄膜集積回路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。乗物類に薄膜集積回路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、薄膜集積回路を、物の管理や流通のシステムに応用することで、システムの高機能
化を図ることができる。例えば、表示部２９４を含む携帯端末の側面にリーダライタ２９
５を設けて、物品２９７の曲面を有する側面に薄膜集積回路２９６を設ける場合が挙げら
れる（図９（Ａ）参照）。この場合、リーダライタ２９５に薄膜集積回路２９６をかざす
と、表示部２９４に物品２９７の原材料や原産地、流通過程の履歴等の情報が表示される
システムになっている。また、別の例として、ベルトコンベアの脇にリーダライタ２９５
を設ける場合が挙げられる（図９（Ｂ）参照）。この場合、物品２９７の検品を簡単に行
うことができる。

本実施の形態は、実施の形態１乃至５のいずれか一と自由に組み合わせることができる
。

本発明により、剥離工程を複数回の処理に分けて行うことができるため、大面積基板を
用いても効率よく大量生産ができる。また、剥離工程を複数回の処理に分けて行うことに
より、所定のタクトで間欠搬送する製造ラインが構築できる。加えて、半導体作製工程の
全体の工程の時間短縮も可能となる。

１０ 絶縁表面を有する基板
１１ａ 分離層
１１ｂ 分離層の一部
１１ｃ 光照射領域
１２ 下地絶縁層
１３ 被剥離層
１３ａ 第１の層間絶縁層
１３ｂ 第２の層間絶縁層
１３ｃ ＴＦＴ
１８ａ 第１接着層
１８ｂ 第１接着層
１９ａ 第１フィルム
１９ｂ 第１フィルム
２０ａ 第２接着層
２０ｂ 第２接着層
２１ａ 第２フィルム
２１ｂ 第２フィルム
２１０ 薄膜集積回路
２１１ 電源回路
２１２ クロック発生回路
２１３ データ復調／変調回路
２１４ 制御回路
２１５ インターフェイス回路
２１６ メモリ
２１７ データバス
２１８ アンテナ
２１９ リーダライタ
２９４ 表示部
２９５ リーダライタ
２９６ 薄膜集積回路
２９７ 物品
４１０ 絶縁表面を有する基板
４１１ａ 分離層
４１１ｂ 残存した分離層
４１２ａ 下地絶縁層
４１２ｂ 下地絶縁層
４１３ 被剥離層
４１３ａ 第１の層間絶縁層
４１３ｂ 第２の層間絶縁層
４１３ｃ ＴＦＴ
４１３ｄ 導電層
４１６ 保護層
４１７ 被剥離層
４１８ 下地絶縁層
１０００ 定盤
１００１ デバイス
１００２ 島状の半導体層
１００３ アンテナ部
１００４ 集積回路部
１００５ アンテナの長手方向
１００６ アンテナの短手方向
１００７ チャネル長方向
１００８ チャネル幅方向
１１００ 定盤
１１０２ 島状の半導体層
１１０５ アンテナの長手方向
１１０６ アンテナの短手方向
１１０７ チャネル長方向
１１０８ チャネル幅方向
１１１１ デバイス
１１１３ アンテナ部
１１１４ 集積回路部１２００ 測定定盤
１２０１ デバイス
１２０２ 焦点合わせ手段
１２０３ アンテナ部
１２０４ 集積回路部
１２１１ デバイス
１２１３ アンテナ部
１２１４ 集積回路部
１４０１ 送り出し用ロール
１４０２ 巻き取り用ロール
１４０３ 搬送ロール
１４０４ 搬送ロール
１４０７ ＴＦＴを含む層
１４０８ アンテナを含む層
１４０９ 基板移動用アーム
１４１０ 加熱するロール
１４１１ ロール
１４１４ アライメント装置
１４２１ 送り出し用ロール
１４２２ 巻き取り用ロール
１４２３ 送り出し用ロール
１４２４ アライメント装置
１４２６ ＴＦＴを含む層
１４２７ アンテナを含む層
１４２８ 基板移動用アーム
１５００ 平面を有する物品
１５０１ デバイス
１５０２ 反らせた部分
１５０４ アンテナ部
１５０５ 集積回路部

Claims (2)

1. フィルム上方に、複数の半導体素子と、アンテナとしての機能を有する導電層と、を有し、
   前記複数の半導体素子のそれぞれは、チャネル長方向が第１の方向に沿うように設けられ、
   前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向と交差する方向に反りを有し、
   前記導電層は、前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向と交差するように設けられた第１の部分を有し、
   前記導電層は、前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向に沿うように設けられた第２の部分を有し、
   前記第１の部分は、前記第２の部分よりも太いことを特徴とする半導体装置。
2. フィルム上方に、複数の半導体素子を有し、
   前記複数の半導体素子上方に、アンテナとしての機能を有する導電層を有し、
   前記複数の半導体素子のそれぞれは、チャネル長方向が第１の方向に沿うように設けられ、
   前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向と交差する方向に反りを有し、
   前記導電層は、前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向と交差するように設けられた第１の部分を有し、
   前記導電層は、前記複数の半導体素子のそれぞれのチャネル長方向に沿うように設けられた第２の部分を有し、
   前記第１の部分は、前記第２の部分よりも太いことを特徴とする半導体装置。

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