TWI235421B - Method for manufacturing semiconductor, integrated circuit, electro-optic device and electronic instrument - Google Patents

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Description

1235421 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體元件及其製造方法，特別關於將使 用大略爲單結晶之半導體薄膜之特性良好之半導體元件形 成於大型基板上的技術。 【先前技術】 目前爲止被揭示之以多晶矽薄膜電晶體（p - s i T F T )爲代表之薄膜半導體裝置之較低溫製造方法有例如， 對非晶質矽薄膜施予雷射熱處理而形成多晶矽薄膜，以該 多晶矽薄膜作爲半導體薄膜而藉由閘極、金屬薄膜形成配 線據以製造薄膜半導體裝置之方法。但是此種方法之雷射 光能量控制困難，製成之半導體薄膜特性存在有誤差，爲 解決該問題而有人提出成長大略爲單結晶之矽薄膜（以下 稱：略單晶矽薄膜）技術，此種技術揭示於例如文獻「 Single Crystal Thin T r an s i s t o r s ; IB M TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1 993 pp2 5 7-2 5 8」（非專利 文獻 1)，及文獻「Advanced Excimer-Laser Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on G 1 a s s ; R. I s h i h ar a et a 1. ? p r o c . S P IE 2 0 0 1 ? v o 1.4 2 9 5 ρ·14〜23」（非專利文獻2)。 於彼等文獻揭示：於基板上之絕緣膜開設微細孔 (Grain-filter)，於該絕緣膜上及該微細孔內形成非晶質矽 薄膜之後，對該非晶質矽薄膜施予雷射照射，使上述微細 -4- (2) 1235421 孔底部內之非晶質矽保持非溶融狀態之同時，使其他部分 之非晶質矽薄膜保持溶融狀態，以保持非溶融狀態之非晶 質矽爲結晶核施予結晶成長而形成大略單結晶狀態之矽薄 膜。 (非專利文獻 1) : 「Single Crystal Thin
Transistors;IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug. 1 993 pp25 7-2 5 8」 (非專手[J 文獻 2) : 「Advanced Excimer-Laser
Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on G1 as s ; R · I shihara et al”proc.SPIE 200 1,vol.4295 p.14〜23」° 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 上述略單晶矽薄膜形成技術之使用時，需將作爲半導 體薄膜溶融結晶化之起始點之多數個上述微細孔形成於基 板上。但是，如此多數個微細孔欲以均質、且效率良好地 形成並非容易之事，尤其是隨基板之大面積化該不容易之 狀況變爲更顯著。另外，薄膜電晶體被要求更進一步之微 細化’但是隨基板之大型化，微細加工變爲更不容易。 本發明目的在於提供可將微細、且高性能之薄膜半導 體兀件容易形成於大面積基板上的技術。 (用以解決課題的手段） -5- 1235421 (3) 爲解決上述問題，本發明之半導體裝置之製造方法， 係包含以下製程：剝離層形成製程，係於第1基板上形成 剝離層；絕緣膜形成製程，係於上述剝離層上形成絕緣膜 ;微細孔形成製程，係於上述絕緣膜形成多數個微細孔； 薄膜形成製程，係於上述絕緣膜上以及上述微細孔內形成 半導體薄膜；結晶製程，係對上述半導體薄膜施予熱處理 使其熔融結晶而形成結晶半導體薄膜，該結晶半導體薄膜 係包含以上述各個微細孔爲大略中心之大略單結晶之結晶 粒而構成者；元件形成製程，係使用上述各個結晶半導體 薄膜形成半導體元件；及轉印製程，係於上述剝離層之層 內及/或接面產生剝離，而將上述半導體元件由上述第1 基板予以分離，將上述半導體元件轉印至第2基板。 於該方法中，系於第1基板上形成結晶半導體薄膜， 使用該半導體薄膜形成半導體元件之後，將該半導體元件 轉印（移動）至第2基板（最終基板）上。依此則，第1基板可 以使用具備：結晶半導體薄膜之形成或其後之元件形成時 情況較佳之條件（形狀、尺寸、物理特性等）之基板，可於 該第1基板上形成微細、且良好特性之半導體元件。關於 第2基板，可以不受元件形成製程之限制而達成大面積化 之同時，可以依需求選擇使用合成樹脂或鈉玻璃等構成之 便宜基板或具有可撓性之塑膠薄膜等，具有廣範圍之選擇 。因此，可於大面積基板容易（低成本）形成微細、且良好 特性之薄膜半導體元件。 又，本發明中所謂「大略單結晶」並非僅指結晶顆粒 -6 - (4) 1235421 爲單一之情況，亦包含與其接近之狀態，亦即包含雖有多 數個結晶被組合然其數目少、且就半導體薄膜性質之觀點 而言與幾乎由單結晶形成之半導體薄膜具有同等性質之情 況。另外’ 「半導體元件」係指使運本發明之結晶半導體 薄膜而構成之一般元件、包含電晶體、二極體、電阻、電 感、電容器、及其他主動元件、被動元件。該半導體元件 使用不含結晶半導體薄膜之微細孔的部分來形成時更適合 〇 於微細孔附近會存在結晶性有稍許劣化之情況，形成 半導體元件時不包含該部分，則更能提升特性。 上述轉印製程較好是包含以下製程··接合製程用以將 第1基板上之半導體元件接合於第2基板；剝離製程，用以 對剝離層賦與能量而於該剝離層之層內及/或接面產生剝 離；及分離製程，用以將第1基板由第2基板予以分離。依 此則可以谷易且確實進彳了兀件之轉印。 又’上述轉印製程較好是包含以下製程：第1接合製 程’係將上述第1基板上之上述半導體元件接合於轉印用 基板；第1剝離製程，係於上述剝離層之層內及/或接面 產生剝離；第1分離製程，係將上述第1基板由上述轉印用 基板予以分離；第2接合製程，係將上述轉印用基板上之 上述半導體元件接合於上述第2基板；及第2分離製程，係 將上述轉印用基板由上述第2基板予以分離。此情況下， 於第1基板上形成之半導體元件之構造上之上下關係可以 再現於第2基板，因此具有元件構造之設計或製程幾乎可 -7- 1235421 (5) 以援用習知手法之優點。 較好是，對上述剝離層賦與能量係藉由雷射照射予以 進行。依此則可以有效進行能量之供給。 又，上述第1基板較好是使用具有至少能處理半導體 晶圓之半導體製程可以使用（適用）之尺寸、形狀、及耐熱 性之其中至少一種。如上述說明，本發明中第1基板之選 擇與第2基板無關可以提升其自由度，因而第1基板之構成 可以選用能援用既有之半導體製程者。依此則可以進行高 溫處理或微細加工，可形成高信賴性、高性能之半導體元 件。一般而言，此種第1基板大多數爲高價位者，但是本 發明可以重複再利用第1基板，可以降低製造成本，因此 可以使硬石英玻璃等高價位材料。另外，藉由半導體製程 之適用，半導體元件之微細化變爲容易。又，半導體製程 特別適用L S I製程。 又’上述第1基板較好是形成爲晶圓尺寸。所謂「晶 圓尺寸」係指和一般半導體製程使用之半導體晶圓具有大 略相同形狀、厚度、尺寸等。依此則本發明之第1基板可 以適用既有之半導體製程。 又’上述第1基板之表面粗糙度較好是設爲1 0 // m以 上3 0 // m以下。依此則半導體元件之微細加工更爲容易。 又’上述元件形成製程較好是，使用1個結晶半導體 薄膜形成多數個半導體元件。此情況下，該半導體元件之 各個I形成爲不包含結晶半導體薄膜相互間存在之結晶顆粒 Μ ® °另外，半導體元件之形成不包含成爲熔融結晶化起 -8- (6) 1235421 始點之微細孔附近之結晶半導體薄膜則更好。依此則可以 獲得不受結晶顆粒接面等之影響的高性能半導體元件。又 ，使用1個結晶半導體薄膜形成1個半導體元件亦可’使用 多數個結晶半導體薄膜形成1個半導體元件亦可。 又，較好是，於多數個半導體元件相互間適當設置配 線而構成包含彼等半導體元件之單位電路。所謂「單位電 路」係指例如互補型電路（c Μ 0 S電路）或有機E L顯示 裝置等之光電裝置中之畫素電路等包含至少2個以上半導 體元件而具有特定功能之最小單位之電路。依此則可以將 微細之薄膜電路以高密度形成於此種電路之形成極爲困難 的第2基板上。 上述轉印製程，可以由第1基板上形成之多數個半導 體元件之中，僅選擇性將設爲轉印對象之半導體元件由第 1基板轉印至第2基板。依此則，集中（高密度）形成於第i 基板剩之各個半導體元件可以分散轉印至第2基板上之所 要位置。因此可以大幅提升元件製造時之面積效率，可以 降低製造成本。 又，轉印製程中，如上述說明般選擇性地進行元件轉 印時，該轉印對象（被轉印體）係對應多數個結晶半導體薄 膜之各個加以選擇。依此則可以結晶半導體薄膜之各個範 圍內形成之半導體元件爲單位設爲轉印對象。特別適用於 該範圍內形成單位電路之情況。又，被轉印體可依各個元 件予以選擇，亦可依據多數個元件爲1單位予以選擇，或 依據上述單位電路予以選擇。 -9 - (7) 1235421 又，和結晶半導體薄膜之形成範圍對應而選擇性進行 元件轉印時，較好是另包含分割製程，用於依據結晶半導 體薄膜之每一個來分割第1基板上形成之半導體元件及剝 離層。依此則，被轉印體相互間之分離更爲確實，元件轉 印可以良好進行。另外，更好是沿著結晶半導體薄膜相互 間之結晶顆粒接面進行分割。 結晶顆粒接面部分大多數不用於元件形成，因此可以 利用該無用區域進行被轉印體相互間之分離，可以確保更 多之結晶半導體薄膜之元件形成可能之部分。 上述結晶製程，較好是將微細孔以外區域之半導體薄 膜設爲大略完全熔融狀態之同時，將微細孔內之半導體薄 膜設爲部分溶融狀態之條件下，進行上述溶融結晶。藉由 該條件能更良好地進行熔融結晶。此種熱處理適合以雷射 照射進行。使用之雷射可爲激光雷射、固態雷射、氣體雷 射等。 又’本發明爲使用上述製造方法製造之半導體裝置。 另外’本發明爲具備上述半導體裝置之積體電路、電路基 板、光電裝置或者電子機器。 所謂「積體電路」係指爲達成一定功能使半導體裝置 及相關之配線等被集積配置之電路。又，「電路基板」係 指一面及/或另一面具有多數個半導體元件，必要時亦具 有連接半導體元件間之配線等的基板，例如，有機E L顯 示裝置等顯示裝置使用之主動矩陣基板。依本發明，於基 板上之多數個畫素之各個可以有效分散配置T F T等之微 -10- (8) 1235421 小半導體元件’可以低成本製造大面積之電路基板。 所謂「光電裝置」一般係指，具備本發明之半導體裝 置之’具有藉由電氣作用發光或者變化來自外部之光之表 面狀態的光電元件之裝置，包含自己發光者以及控制外部 光之通過者雙方。例如，光電元件可爲液晶元件、分散有 電泳粒子之具備分散媒體的電泳元件、E L (電激發光）元 件、以及具備電子放出元件可使電場施加而產生之電子撞 及發光板而發光的主動矩陣型顯示裝置。 所謂「電子機器」係指，具備本發明之半導體裝置而 可以達成一定功能的機器，例如具備光電裝置或記憶體而 構成者。其構成並無特別限定，可以包含例如I C卡、行 動電話、數位攝錄放影機、個人電腦、頭戴式顯示裝置、 後照型或前照型投影機、具有顯示功能之傳真裝置、數位 相機之觀景器、攜帶型TV、DSP裝置、PDA、電子 記事本、光電揭示板、廣告宣傳用顯示器等。 【實施方式】 以下依圖面說明本發明實施形態。 (第1實施形態） 圖1〜4爲第1實施形態之半導體裝置之製造方法說明 圖。 (剝離層形成製程） -11 . (9) 1235421 如圖1(a)所示，於成爲轉印對象基板之第1基板ι〇上 形成剝離層（光吸收層）1 2。 第1基板10具有之尺寸、形狀及耐熱特性至少適合可 以處理半導體晶圓之半導體製程，較好是由高信賴性材料 構成，其理由爲例如形成被轉印體之元件時，依據種類或 形成方法會使製程溫度變高（例如約3 5 0 °C〜lOOOt：)，但 是此情況下，若是第1基板1 0具有極佳耐熱特性時，對第1 基板1 〇形成元件時’其之溫度條件等之薄膜形成條件之設 定範圍可以。使用具有此種耐熱特性之第1基板1 〇可以進 行高溫處理，可於第1基板1 0上製造高信賴性、高性能之 元件或電路。 具體言之爲，第1基板1 0，假設元件形成時之最高溫 度爲T max時較好是以變形點爲τ max以上之材料構成 。亦即，第1基板10之構成材料較好是變形點爲3 5 0°C以上 ，更好爲5 0 0 °C以上者。此種材料例如有石英玻璃，康寧 7 0 5 9，日本電氣玻璃〇A — 2等之耐熱特性玻璃。第1基板 1 〇之厚度雖未特別限制，通常較好是約〇 . 1 m m〜5.0 m m， 更好爲〇 . 5 m m〜1 . 5 m m。第1基板之表面粗糙度較好是約1 0 // m 〜3 0 // m。 又，第1基板1 〇之尺寸、形狀更好是形成和一般半導 體晶圓（矽晶圓）略同等尺寸。又’上述半導體製程較好是 L S I製程。藉由彼等跳件之採用’於後述元件形成製程 中，可以進行和使用半導體晶圓之情況同樣之微細加工而 形成元件。 -12- (10) 1235421 又’第1基板1 0較好是具有透光性者。依此則可介由 第1基板10對剝離層12照射光，藉由該光照射迅速、且正 確地於剝離層1 2之層內及/或接面產生剝離。此情況下， 第1基板1 0之透光率較好是丨〇 %以上，更好爲5 〇 %以上， 透光率越高時光損（光之衰減）越少，剝離層12之剝離時只 需更少之光量即可。 如上述說明，第1基板10雖具備各種條件，但是該第1 基板1 〇係和成爲最終製品之基板不同，可以重複利用，因 此即使用較高價位材料時藉由重複之使用可以減少製造成 本之上升。 剝離層1 2具備，藉由光照射等方法由外部供給能量時 可於層內及/或接面產生剝離（以下稱「層內剝離」「接 面剝離」）之性質，更好是使用藉由光照射可以使構成剝 離層1 2之物質之原子間或分子間之結合力消失或減少、亦 即產生脫離而實現層內剝離及/或接面剝離者。另外，亦 有藉由光照射而由剝離層1 2放出氣體，產生分離效果者。 亦即存在，剝離層1 2含有之成份變爲氣體散出之情況，以 及剝離層1 2吸收光瞬間變爲氣體，其蒸氣被排出而予以分 離之情況。寵剝離層1 2可採用例如（A )非晶質矽、（B )各 種氧化物陶瓷或強介電體、（C)陶瓷或介電體（強介電體） 、（D)氮化物陶瓷、（E)有機高分子材料、（F)金屬等各 種材料，該剝離層1 2之形成方法未特別限制，可依薄膜組 成或厚度等各種條件適當選擇。 本實施形態中剝離層1 2使用非晶質砂’於該非晶質石夕 -13- 1235421 (11) 中可以含有氫（Η )。此情況下，Η之含有量較好是約2原 子％以上，更好爲約2〜20原子％。又，剝離層可由多層 膜構成，多層膜可由例如非晶質矽膜及其上形成之金屬膜 構成。多層膜之材料可由上述陶瓷、金屬、有機高分子材 料之至少一種構成。 (絕緣膜形成製程） 之後’如圖1(b)所示，於剝離層12上形成絕緣膜14。 本實施形態中，絕緣膜1 4使硬氧化矽膜，但亦可使用其他 (例如氮化矽膜等）。氧化矽膜之形成方法可用例如電漿化 學氣相沈積法（P E C V D法）或低壓化學氣相沈積法（L P C V D法）或者濺射法等之物理氣相沈積法。 (微細孔形成製程） 之後如圖1(c)所示，於絕緣膜14形成多數個微細孔16 。例如藉由微影成像技術及蝕刻製程之進行，於絕緣膜1 4 之面內特定位置形成微細孔1 6。上述蝕刻方法可採用例如 使用C H F 3氣體電漿之反應性離子蝕刻。微細孔1 6之孔 徑較好是設爲約50nm〜200nm。又，微細孔16較好形成爲 圓筒狀，但亦可形成爲圓筒狀以外之形狀（例如圓錐形狀 、角柱形狀、角追形狀等）。又，形成較大孔徑之孔（例如 約5 OOnm)之後於基板全面沈積新的絕緣膜（本實施形態爲 氧化矽膜），將上述孔之直徑縮窄而形成微細孔1 6亦可。 (薄膜形成製程） -14- (12) 1235421 之後如圖1(d)所示，於絕緣膜14上及微細孔16內形成 半導體薄膜1 8。本實施形態中，半導體薄膜形成爲非晶質 或多結晶之矽膜。矽膜藉由L P C V D法等之薄膜形成方 法形成爲約3 0 n m〜1 〇 〇 n m之膜厚。 (熔融結晶製程） 之後如圖2(a)所示，對半導體薄膜18施予熱處理而成 熔融結晶。本製程之熱處理較好是進行雷射照射。例如半 導體薄膜1 8形成爲非晶質或多結晶之矽膜時，可使用X e C 1脈衝激光雷射（波長3 0 8nm、脈寬30nsec)，以能量密 度：0.4 J / cm2〜1.5 J / cm2進行雷射照射。此情況下， 照射之X e C 1脈衝激光雷射之大部分於非晶質或多結晶 之矽膜表面附近被吸收。此乃因爲X e C 1脈衝激光雷射 之波長3 08nm於非晶質矽及多晶矽之吸收係數分別爲較大 之0.139nm— 1及0.149nm —】。另外，作爲絕緣膜14之氧化 矽膜對上述雷射爲略透明，不吸收該雷射能量，因此不會 因該雷射光而溶融。依此則，微細孔1 6以外區域之非晶質 矽膜，在膜厚方向全區域幾乎成爲完全溶融之狀態。另外 ，微細孔1 6內之非晶質矽膜，於表面附近成爲溶融、且於 微細孔〗6之底部附近成爲非熔融狀態（部分溶融狀態）° 雷射照射後之矽之凝固先從微細孔1 6內部開始’之後 及於非晶質矽膜之大略完全熔融狀態之部分（表面側部分） 。此時，微細孔1 6之底部附近會產生幾個結晶顆粒’但是 藉由將微細孔1 6之斷面尺寸設爲和1個結晶顆粒大約相同 -15- 1235421 (13) 或稍小，則於微細孔1 6上部（開口部）僅有1個結晶顆粒到 達。依此則於非晶質矽膜之大略完全熔融狀態部分將以到 達微細孔1 6上部之1個結晶顆粒爲核進行結晶成長，如圖 2(b)所示，在分別以多數個微細孔16爲大略中心之區域（ 例如數// m四方形之區域），形成多數個包含大略單結晶 · 狀態之結晶顆粒而構成之結晶性半導體薄膜20。 . 圖5爲結晶性半導體薄膜20由上面側看到之平面圖。 又，圖示之A — A線斷面對應上述圖2(b)。如圖5所示， 馨 結晶性半導體薄膜.20分別形成爲塊狀，挾持結晶接面22並 列。彼等之結晶性半導體薄膜20，其內部缺陷少、就半導 體薄膜之電氣特性而言可以獲得能帶中禁止帶中央部附近 之捕捉位準密度變少之效應。另外，爲將其視爲結晶接面 幾乎不存在，而可以獲得大幅減少電子或電洞等載子移動 時之障壁。使用該結晶性半導體薄膜20形成半導體元件可 以獲得特性良好之元件。 (元件形成製程） 之後如圖2(c)所示，使用結晶性半導體薄膜20形成包 ， 含電晶體、二極體、電阻等半導體元件之被轉印層24。如 - 上述說明般，各結晶性半導體薄膜20形成爲一邊約數// m 之塊狀，但是如上述說明，本實施形態中設爲可以適用L S I製程之各種條件而進行微細加工，因此可使用1個結 晶性半導體薄膜20製成多數個半導體元件。本實施形態中 ，於1個結晶性半導體薄膜20範圍內形成多數個半導體元 -16- 1235421 (14) 件。另外，將使用1個結晶性半導體薄膜20形成之多數個 半導體元件適當組合可以構成具有特定功能之單位電路。 此情況下，各半導體元件被形成於各結晶性半導體薄膜20 之範圍內，使其不包含各結晶性半導體薄膜20相互間存在 之結晶接面22。將多數個半導體元件組合形成單位電路時 ，形成各半導體元件以使該單位電路可以被收納於1個結 晶性半導體薄膜20範圍內。 圖2(d)爲本製程中形成之半導體元件之一例。例如本 實施形態中，形成薄膜電晶體T或將多數個該薄膜電晶體 T組合構成之CM〇S電路等之單位電路。各薄膜電晶體 T具有：使用結晶性半導體薄膜20形成之源極/汲極區域 8〇及通道形成區域82，閘極絕緣膜84，閘極86，層間絕緣 膜88，及源極/汲極90。該薄膜電晶體T可用習知製造方 法予以製造。 (第1接合製程） 之後如圖3(a)所示，於轉印用基板26上形成由保護層 28a、光吸收層28b、及接著層28c積層而成之多層膜28。 之後如圖3(b)所示，於轉印用基板26之接著層28c重疊第1 基板10，將第1基板10上所形成被轉印層24介由接著層28c 接合於轉印用基板26。 於此，轉印用基板26並未特別限定，可爲例如透光性 基板。又，轉印用基板2 6可爲平板或彎曲板。又，和第1 基板1 0比較，轉印用基板可爲耐熱特性、耐蝕刻性較差者 (15) 1235421 。其理由爲：本實施形態係於第1基板1 〇形成半導體元件 之後，將該半導體元件轉印至轉印用基板26，因此轉印用 基板26要求之特性（特別是耐熱特性）係和半導體元件形成 時要求之製程條件（特別是製程溫度）無關。 因此’半導體元件形成時之最高溫度設爲T max時 ，轉印用基板26之構成材料可用玻璃轉移點（t g)或軟化 點爲T max以下者。例如，轉印用基板2 6之構成材料較 好是800°C以下、更好爲500°C以下、再更好爲3 20。(：之材 料。 又，轉印用基板26之機械特性較好是具有某一程度剛 性（強度）者，亦可爲具有可撓性、彈性者。此種轉印用基 板26之構成材料可爲各種合成樹枝或各種玻璃材料，特別 是各種合成樹脂或一般（低融點）之便宜玻璃材料較好。合 成樹脂可爲熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂之任一。例如可 用聚乙稀或聚丙烯等各種樹脂。又，玻璃材料可用例如石 英玻璃（矽酸玻璃）、矽酸強鹼玻璃、純鹼石灰玻璃等各種 。其中，除矽酸玻璃以外之其他任一均具有低融點、成形 、加工容易，且便宜之優點，特別適用作爲轉印用基板2 6 之構成材料。 構成多層膜28之保護層28a，係用於保護第2基板26， 當對多層膜2 8進行光照射時可以不受光吸收層2 8 b吸收之 熱之影響’可用例如氧化矽、氮化矽等無機膜或合成樹脂 材料。又，光吸收層28b可以選擇能將照射之光轉換爲熱 之材料’例如可用砂、金屬、炭黑、光聚合性單體或寡聚 -18- (16) 1235421 物等。接著層28c可用反應硬化型接著劑、熱硬化型接著 劑、紫外線硬化型接著劑等之光硬化型接著劑、以及厭氣 硬化型接著劑等之各種硬化型接著劑。該接著劑之組成可 爲環氧系、丙烯酸酯系、聚矽氧烷（矽膠）系等之任一。 (第1剝離製程） 之後如圖3 ( c )所示，對第1基板1 〇與轉印用基板2 6間 之接合體，由第1基板1 0背面側對剝離層1 2全面進行光照 射而供給能量，使於剝離層1 2之層內及/或接面產生剝離 。藉由剝離層1 2之產生剝離，絕緣膜1 4與被轉印層2 4可由 剝離層1 2切離成爲僅接合於第2基板2 6上之狀態。 剝離層1 2之層內剝離及/或接面剝離之發生原理爲， 藉由剝離層1 2之構成材料產生剝離、或剝離層〗2內涵之氣 體之排出、或者光照射之後產生之溶解、蒸發等之相變化 而發生。此處所謂剝離係指吸收光照射之固定材料（剝離 層12之構成材料）發生光化學或熱反應，其表面或內部之 原子或分子結合被切斷而排出，主要爲剝離層12之構成之 全部或一部分產生溶解、氣化等之相變化之現象。又，因 爲上述相變化而成微小發泡狀態，而降低結合力之情況亦 存在。剝離層1 2之產生層內剝離、接面剝離或者雙方，係 由剝離層12之組成或其他各種因素來決定。其中之一因素 爲照射之光種類、波長、強度、到達深度等之條件。 照射之光可爲例如X射線、紫外線、可視光、紅外線 、雷射光、毫米波、微波、電子射線、放射線（α線、冷 -19- (17) 1235421 線、r線）等。其中就剝離層12之剝離之容易產生、且高 精確度照射爲可能之觀點而言，較好是使用雷射光作爲照 射光。產生雷射光之雷射裝置可爲各種氣體雷射、固體雷 射（半導體雷射）等’較好是使用激光雷射、N d- YAG 雷射、Ar雷射、C〇2雷射、He—Ne雷射等。 雷射光波長較好是違約lOOnm〜3 5 0nm之短波長。特 別是激光雷射可以在短波長帶輸出高能量，可於極短時間 內使剝離層1 2產生剝離，故極爲適用。或者，於剝離層！ 2 發生例如氣體排出、氣化、昇華等之相變化而賦予分離特 性時，雷射光波長較好是設爲約3 5 0nm〜1 200nm。此種波 形之雷射光，可以使用Y A G、氣體雷射等一般加工領域 廣泛使用之雷射光源或照明裝置，可以簡單、且低成本進 行光照射。又，藉由可視光區域波長之雷射光之使用，若 第1基板10爲具有可視光透光性時可以提升第1基板10之選 擇自由度。 使用例如激光雷射時，照射之雷射光之能量密度較好 是設爲約l〇m J / cm2〜5000m J / cm2，更好爲1〇〜500m J / c m 2。又，照射時間較好是設爲約1 n s e c〜1 Ο 〇 〇 n s e c， 更好爲設爲約1 〇 η s e c〜1 Ο Ο η s e c。能量密度低或者照射時 間短時無法產生充分之剝離，另外，能量密度太高或照射 時間太長時透過剝離層1 2之照射光將對被轉印層2 4內涵之 半導體元件帶來不良影響。 (第1分離製程） -20- (18) 1235421 之後如圖3(d)所示，使第1基板丨〇由轉印用基板26分 離之後’於絕緣膜1 4黏貼含有熱溶融接著劑的熱溶融薄片 30 〇 此時被轉印至轉印用基板26側之絕緣膜1 4及/或被轉 印層24有可能殘留剝離層12之殘餘部分，較好是將其完全 除去。除去剝離層1 2之殘餘部分的方法，可由例如洗淨、 蝕刻、去灰、硏磨等方法或彼等方法組合而成之方法之中 選擇。另外，被轉印層24之轉印結束後之第1基板1〇表面 附著剝離層1 2之殘餘部分時，亦可藉由上述同樣之方法予 以除去。如此則第1基板1 0可以再利用，藉由第1基板1 0之 再利用可以節省製造成本，此點對於使用石英玻璃等高價 位材料、稀有材料構成之第1基板10時極爲有效。 熱溶融薄片30可用聚烯烴系樹脂（聚乙稀、聚丙烯、 EVA等）、環氧系樹脂、氟系樹脂、含有羧基之丙烯基 系樹脂等之熱溶融樹脂之中1種或2種以上混合而成者。又 ，熱溶融薄片30之厚度約爲0.1 // m〜100 // m，更好爲約1 // m〜5 0 // m。該熱溶融薄片3 0黏貼於絕緣膜1 4之方法並 未特別限制，例如可藉由將配合轉印用基板切斷之熱溶融 薄片載置於絕緣膜1 4上’採取加熱之同時押壓之方法。又 ，此時不將熱溶融薄片3〇設於絕緣膜Μ上’而於後述第2 基板（最終基板）載置於被轉印層24上之時點插入該薄片亦 可。 (第2接合製程） -21 - (19) 1235421 之後如圖4(a)所示，於轉印用基板26之熱溶融薄片30 上載置第2基板（轉印對象基板）32，該第2基板3 2爲包含半 導體元件之被轉印層24欲被被轉印之對象基板，由轉印用 基板26側進行光照射，使絕緣膜14及被轉印層24接合於第 2基板32。 此時使用之光爲，多層膜28之接著層28c能接受光照 射、發熱，藉由該熱使熱溶融薄片30產生熱溶融者即可， 可用例如X射線、紫外線、可視光、紅外線、雷射光、毫 米波、微波、電子射線、放射線（α線、yS線、r線）等， 其中雷射光較好，雷射光可用和上述第1分離製程說明之 相同種類或不同種類之雷射光。藉由該雷射光照射，接受 該光照射之接著層28c產生之熱將被傳導至熱溶融薄片30 ，保持被轉印層24之絕緣膜14將介由熱溶融接著劑層（暫 時溶融固化之熱溶融薄片3 0)被接著於第2基板3 2。 又’上述第2基板3 2較好是具有某一程度剛性（強度） 者’亦可爲具有可撓性、彈性者。此種構成材料可爲例如 各種合成樹脂或各種玻璃材料，特別是一般（低融點）之便 宜玻璃材料較好。合成樹脂可爲熱可塑性樹脂、熱硬化性 樹脂之任一。例如可用聚乙稀或聚丙烯等各種樹脂。又， 玻璃材料可用例如石英玻璃（矽酸玻璃）、矽酸強鹼玻璃、 純鹼石灰玻璃等各種。其中，除矽酸玻璃以外之其他任一 均具有低融點、成形、加工容易，且便宜之優點，特別適 用作爲第2基板32之構成材料。 第2基板3 2以合成樹脂構成時具有以下優點，亦即， -22- (20) 1235421 大型基板之一體成形容易，或者具有彎曲面或凹凸等之複 雜形狀之基板之成形容易，且材料成本、製造成本低。因 此，製造大型、且便宜之裝置（例如液晶顯示裝置或E L 顯示裝置等）時合成樹脂之使用極爲有利。 又，第2基板32，可爲例如液晶格等本身構成單獨之 裝置者，或者亦可爲例如彩色濾光片、電極層、介電體層 、絕緣層、半導體元件等之構成裝置之一部分者。又，第 2基板3 2可爲金屬、陶瓷、石材、木材、紙等之物質，亦 可爲在構成某一物品之任意面上（例如鐘錶之面上、空調 器之表面上、印刷基板之上等）或者壁、柱、天井、窗玻 璃等構造物之表面上。 (第2分離製程） 之後如圖4(b)所示，對轉印用基板26與第2基板32， 於使雙方分離之方向施加力量而使轉印用基板26由第2基 板3 2分離，依此則，如圖4 (c)所示，包含多數個半導體元 件而成之被轉印層2 4及支撐其之絕緣膜1 4被轉印至第2基 板3 2上。 如上述說明，本實施形態中，第1基板可使用結晶半 導體薄膜之薄膜形成或其後之元件形成時具備較佳條件（ 形狀、尺寸、物理特性等）之基板，可於該第！基板上形成 微細、且局性能之半導體元件。另外，第2基板則不受元 件形成製程之限制’可以大面積化之同時，可由合成樹脂 或純鹼玻璃等構成之便宜基板或可撓性之塑膠薄膜等廣範 -23- (21) 1235421 圍之中加以選擇所要者，因此，可於大面積基板上容易（ 低成本）形成微細、且高性能之薄膜半導體元件。 又，本實施形態中，介由轉印用基板進行2次之元件 轉印，第1基板上形成之半導體元件之構造上之上下關係 可以再現於第2基板上，因此，元件構造之設計或製程大 · 略可以援用習知手法，不需做任何變更。 ， 又，不介由轉印用基板2 6直接由第1基板1 〇對第2基板 32進行半導體元件（被轉印層）之轉印亦可。圖6爲此情況 隹 之製造方法說明圖。和上述元件形成製程同樣地形成包含 半導體元件之被轉印層24後，如圖6(a)所示，於被轉印層 24上側黏貼熱溶融薄片30，之後如圖6(b)所示，於熱溶融 薄片30上載置被轉印層24欲被轉印之對象基板、亦即第2 基板32，由第2基板32側進行光照射，將被轉印層24接合 於第2基板32。之後如圖6(c)所示，對第1基板10與第2基 板3 2之接合體，由第1基板10背面側對剝離層12全面進行 光照射而供給能量，使於剝離層1 2之層內及/或接面產生 Φ 剝離。藉由剝離層12之產生剝離，被轉印層24由剝離層12 被切離而轉印至第2基板3 2。於此製造方法中，被轉印層 · 24包含之半導體元件之上下關係，於第1基板1〇上與第2基 - 板3 2上成爲相反之關係，但是優點爲可以簡化製程。 (第2實施形態） 上述第1實施形態中係將包含多數個半導體元件或組 合該半導體元件而構成之單位電路的被轉印層同時轉印至 -24- (22) 1235421 第2基板上，但是亦可將被轉印層包含之各個半導體元件 或單位電路等施予選擇性（一邰分）轉印，以下說明該情況 下之製造方法。 圖7及圖8爲第2實施形態之半導體裝置之製造方法說 明圖。 首先’和上述第1實施形態同樣地分別進行剝離層形 成製程、絕緣膜形成製程、微細孔形成製程、薄膜形成製 程、熔融結晶製程、及元件形成製程，如圖7(a)所示，於 第1基板10上獲得被轉印層24。 (分割製程） 之後如圖7 ( b )所示，將第1基板1 〇上形成之被轉印層 24及絕緣膜1 4分割。此時，被轉印層24，係配合後述選擇 性進行元件轉印時之情況，依據各個半導體元件之每一個 、包含所要數目半導體元件之每一區域、每一單位電路、 包含多數個單位電路之每一功能區域等之各種形態施予分 割。例如，較好是依據上述各結晶性半導體薄膜20之每一 個分割。此情況下，較好是沿著上述結晶接面22 (參照圖 5)進行蝕刻。此乃因爲該結晶接面22及其附近較不適合用 作爲半導體薄膜，因此本實施形態中該區域之半導體薄膜 不用於形成半導體元件。依所要單位之每一個分割後之被 轉印層24與絕緣膜14之接合體於後述被稱爲被轉印體40。 又，於上述分割製程中，使各個被轉印體40正下方之 剝離層1 2成爲島狀殘留地施予蝕刻處理亦可。又，進行該 -25- (23) 1235421 蝕刻處理時，如圖7(c)所示，可以進行過度蝕刻（overetching)使 剝離層 12對被 轉印體 40之 接著面 積變爲 小於被 轉印體4 0之全部面積亦可。依此則，藉由剝離層1 2可以確 實產生剝離之同時，可以減少對剝離層1 2之光照射必要之 能量。 (第1接合製程） 之後如圖7(d)所示，於轉印用基板26上形成由保護層 28a、光吸收層28b、及接著層28c積層而成之多層膜28， 於轉印用基板26重疊第1基板10，將第1基板1〇上所形成被 轉印體4 0之全部介由接著層2 8 c接合於轉印用基板2 6。又 ，該製程之較佳製造製造條件係和上述第1實施形態相同 ，因此省略其說明。 (第1剝離製程） 之後對第1基板10與轉印用基板26間之接合體，由第1 基板1 〇背面側對剝離層1 2全面進行光照射而供給能量，使 於剝離層1 2之層內及/或接面產生剝離。藉由剝離層1 2之 產生剝離，被轉印體40可由剝離層12切離成爲僅接合於第 2基板26上之狀態。又，該製程之較佳製造製造條件係和 上述第1實施形態相同。 (第1分離製程） 之後如圖7(e)所示，使第1基板10由轉印用基板26分 -26- (24) 1235421 離之後，於被轉印體40上黏貼含有熱溶融接著劑的熱溶融 薄片3 0。又，該製程之較佳製造製造條件係和上述第1實 施形態相同。 (第2接合製程） 之後如圖8 (a)所示，於轉印用基板2 6之熱溶融薄片3 0 上載置第2基板32，該第2基板32爲包含半導體元件之被轉 印體40欲被被轉印之對象基板，由轉印用基板26側選擇性 僅對欲轉印之被轉印體40之區域進行光照射，僅使欲轉印 之被轉印體40接合於第2基板32。又，該製程之較佳製造 製造條件係和上述第1實施形態相同。 (第2分離製程） 之後，對轉印用基板26與第2基板32，於使雙方分離 之方向施加力量而使轉印用基板2 6由第2基板3 2分離，依 此則如圖8(c)所示，被轉印體40被轉印至第2基板3 2上之 所要位置。 另外，於轉印用基板26殘留有未被轉印之被轉印體40 。之後，重複上述第2接合製程及第2分離製程，可於第2 基板32上之其他位置或其他第2基板3 2上之所要位置轉印 被轉印體40。例如，光電裝置（液晶顯示裝置或E L顯示 裝置）用之主動矩陣基板之製造時使用本實施形態之製造 方法，則可於基板上多數個畫素之每一個有效分散T F 丁 等微小半導體元件，特別適合大型光電裝置之製造。 -27- (25) 1235421 經由上述各製程可以將多數個被轉印體40選擇性地轉 印至第2基板3 2上。之後，被轉印體40包含之各半導體元 件或單位電路，係介由使用噴液塗敷法等各種方法形成之 配線，完成元件相互間之連接或與第2基板3 2上預設之配 線間之連接。 如上述說明，本實施形態之製造方法，除可以達成上 述第1實施形態之作用效果以外，可以藉由選擇性之元件 轉印而將第1基板上集中（高密度）形成之各個半導體元件 分散、轉印至第2基板上之所要位置。因此，可以大幅提 升元件製造時之面積效率，可降低製造成本。 又，不介由轉印用基板26直接由第1基板10對第2基板 3 2進行半導體元件（被轉印體）之轉印亦可。圖9爲此情況 之製造方法說明圖。和上述元件形成製程同樣地形成包含 半導體元件之被轉印體40後，如圖9(a)所示，介由熱溶融 薄片30將被轉印體40接合於第2基板32。 於被轉印層24上側黏貼熱溶融薄片30，之後如圖6(b) 所示，於熱溶融薄片30上載置被轉印層24欲被轉印之對象 基板、亦即第2基板32，由第2基板3 2側進行光照射，將被 轉印層24接合於第2基板32。 之後如圖9(b)所示，對第1基板10與第2基板32之接合 體’由第1基板1 0背面側對剝離層1 2選擇性進行光照射而 供給能量，使欲轉印之被轉印體40所對應區域之剝離層1 2 之層內及/或接面產生剝離。藉此，如圖9 (c)所示，所要 之被轉印體40由剝離層12被切離而轉印至第2基板32。於 -28 - (26) 1235421 此製造方法中，被轉印體40包含之半導體元件之上下關係 ，於第1基板1〇上與第2基板3 2上成爲相反之關係，但是優 點爲可以簡化製程。 (第3實施形態） 本發明第3實施形態關於光電裝置，該光電裝置具有 藉由本發明半導體裝置之製造方法製造之半導體裝置。光 電裝置之一例可爲有機E L顯示裝置（電激發光顯示裝置 )° 圖10爲第3實施形態之光電裝置100之構成圖。本實施 形態之光電裝置（顯示裝置）1 〇〇之構成包含有：電路基板（ 主動矩陣基板），係於基板上將含有薄膜電晶體T 1〜丁 4 之畫素驅動電路以矩陣狀配置而成；及被畫素驅動電路驅 動而發光之發光層〇E L D ;及對包含各薄膜電晶體T1 〜T 4之畫素驅動電路供給驅動信號的驅動器1 0 1及1 02。 驅動器1 〇 1係介由掃描線V sel及發光控制線V gp對各畫 素區域供給驅動信號。驅動器102則介由資料線I data及 電源線V dd對各畫素區域供給驅動信號。藉由掃描線V sel及資料線I data之控制，可對各畫素區域進行電流寫 入，依此則可以控制發光層〇 E L D之發光。構成畫素驅 動電路之各薄膜電晶體T 1〜T 4及驅動器101及1〇2，可以 利用上述第1實施形態或第2實施形態之製造方法予以形成 〇 又，上述說明中以有機E L顯示裝置作爲光電裝置之 -29- (27) 1235421 例，但是除此之外，同樣可以製造液晶顯不裝置等之各種 光電裝置。 以下說明本發明之光電裝置100適用之各種電子機器 。圖11爲光電裝置1〇〇適用之電子機器之例。圖11(a)爲行 動電話之例，該行動電話2 3 0具備天線部2 3 1，聲音輸出部 232，聲音輸入部233，操作部234，及本發明之光電裝置 100，本發明之光電裝置可作爲顯示部使用。圖11(b)爲攝 錄放影機之例，該攝錄放影機240具備：受像部241，操作 部242，聲音輸入部243，及本發明之光電裝置100，本發 明之光電裝置100可以作爲觀景窗或顯示部使用。圖1 1(c) 爲攜帶型個人電腦（P D A )之例，該個人電腦25 0具備： 照相部251，操作部25 2，及本發明之光電裝置100，本發 明之光電裝置100可以作爲顯示部使用。 圖1 1(d)爲頭戴式顯示裝置之例，該頭戴式顯示裝置 2 60具備綁帶261，光學系收納部262及本發明之光電裝置 100’其中本發明之光電裝置i 00作爲影像顯示源使用。圖 1 1 (e)爲後照式投影機之例’該投影機2 7 0係於框體2 7 1具 備光源272，合成光學系273，鏡片274、275，螢幕276， 及本發明之光電裝置100,其中本發明之光電裝置1〇〇作爲 影像顯示源使用。圖11 (f)爲前照式投影機之例，該投影 機280係於框體282具備光學系281，及本發明之光電裝置 100，可將影像顯示於螢幕283，其中本發明之光電裝置 100作爲影像顯示源使用。 本發明之光電裝置100之應用不限於上述例，亦可以 -30- (28) 1235421 適用有機E L顯示裝置或液晶顯示裝置等之顯示裝置可是 用之所有電子機器’例如可用於附加顯示功能之傳真裝置 ’數位相機之觀景窗，攜帶型TV，電子記事本，光電揭 示板、宣傳廣告用顯示裝置等。 (第4實施形態） . 上述各實施形態之製造方法，除光電裝置之製造以外 亦適用各種零件之製造，例如可以適用FeRAM Φ
(ferroelectric RAM)、 SRAM、 DRAM、 N〇R 型 R A Μ ’ N A N D型R A M，浮動閘極型非揮發性記憶體， M R A Μ ( magnetic RAM)等各種記憶體之製造。又，使用微波之非 接觸型通信系統中，製造搭載有微小電路晶片（丨N晶片） 之便宜標籤時亦可以適用。 又，本發明不限於上述+各實施形態之內容，在本發 明要旨範圍內可做各種變更實施，例如，上述實施形態中 Φ 半導體薄膜以矽薄膜爲例說明，但是半導體薄膜不限於此 ，另外’上述實施形態中，使用本發明結晶半導體薄膜而 · 形成之半導體元件之一例係以薄膜電晶體作爲說明，但是 - 半導體元件不限於此，亦可形成其他元件（例如薄膜二極 體等）。 【圖式簡單說明】 圖1 :第1實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 -31 - (29) 1235421 圖2 :第1實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 圖3 :第1實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 圖4 :第1實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 圖5 :結晶半導體薄膜由上面側看到之平面圖。 圖6 :第1實施形態之變形例之製造方法說明圖。 . 圖7 :第2實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 ， 圖8 :第2實施形態之半導體裝置之製造方法說明圖。 圖9 :第2實施形態之變形例之製造方法說明圖。 φ 圖1 〇 :第3實施形態之光電裝置之構成說明圖。 圖11:光電裝置適用之電子機器之例。 【主要元件符號說明】 1 〇 :第1基板 1 2 :剝離層 1 4 :絕緣膜 1 6 :微細孔 · 1 8 :半導體薄膜 20 :結晶半導體薄膜 · 22 :結晶接面 . 24 :被轉印層 26 :轉印用基板 2 8 :多層膜 3 0 :熱溶融薄片 32 :第2基板 •32- (30)1235421 4 0 :被轉印體 T :薄膜電晶體
-33-

Claims (1)

  1. (1) 1235421 拾、申請專利範圍 1·一種半導體裝置之製造方法，係包含以下製程： 剝離層形成製程’係於第i基板上形成剝離層； 絕緣膜形成製程，係於上述剝離層上形成絕緣膜； 微細孔形成製程，係於上述絕緣膜形成多數個微細孔 - , * 薄膜形成製程，係於上述絕緣膜上以及上述微細孔內 形成半導體薄膜； 修 結晶製程’係對上述半導體薄膜施予熱處理使其熔融 結晶而形成結晶半導體薄膜，該結晶半導體薄膜係包含以 上述各個微細孔爲大略中心之大略單晶之結晶粒而構成者 元件形成製程，係使用上述各個結晶半導體薄膜形成 半導體元件；及 轉印製程，係於上述剝離層之層內及/或接面產生剝 離’而將上述半導體元件由上述第1基板予以分離，將上 ® 述半導體元件轉印至第2基板。 2·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法， · 其中 - 上述轉印製程係包含以下製程： 接合製程，係將上述第1基板上之上述半導體元件接 合於上述第2基板； 剝離製程，係對上述剝離層賦與能量而於該剝離層之 層內及/或接面產生剝離；及 -34- (2) 1235421 分離製程，係將上述第1基板由上述第2基板予以分離 〇 3 .如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法， 其中 上述轉印製程係包含以下製程： 第1接合製程，係將上述第1基板上之上述半導體元件 接合於轉印用基板； 第1剝離製程，係於上述剝離層之層內及/或接面產 生剝離； 第1分離製程，係將上述第i基板由上述轉印用基板予 以分離； 第2接合製程’係將上述轉印用基板上之上述半導體 兀件接合於上述第2基板；及 第2分離製程，係將上述轉印用基板由上述第2基板予 以分離。 4·如申請專利範圍第2或3項之半導體裝置之製造方法 ，其中 對上述剝離層賦與能量係藉由雷射照射予以進行。 5·如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中 ‘ 上述第1基板具有：至少能處理半導體晶圓之半導體 製fe可以使用之尺寸、形狀、及耐熱性之其中至少一種。 6 ·如申請專利範圍第5項之半導體裝置之製造方法， 其中 ， -35- (3) 1235421 上述半導體製程爲LSI製程。 7·如申請專利範圍第5項之半導體裝置之製造方法， 其中 上述第1基板形成爲晶圓尺寸。 8 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中 上述第1基板之表面粗糙度設爲10//m以上30//m以 下。 9·如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中 上述元件形成製程，係使用1個上述結晶半導體薄膜 形成多數個上述半導體元件。 1 0.如申請專利範圍第9項之半導體裝置之製造方法， 其中 多數個上述半導體元件係構成單位電路。 1 1 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置 之製造方法，其中 上述轉印製程，係由上述第1基板上形成之多數個上 述半導體元件之中，僅選擇性將設爲轉印對象之上述半導 體元件由上述第1基板轉印至上述第2基板。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述轉印製程，係對應多數個上述結晶半導體薄膜之 各個而選擇設爲轉印對象之上述半導體元件。 -36- 1235421 (4) 13.如申請專利範圍第12項之半導體裝置之製造方法 ，其中 另包含.分割製程’用於依據上述結晶半導體薄膜之每 一個來分割上述第1基板上形成之上述半導體元件及上述 剝離層。 1 4 · 一種光電裝置，係具有：申請專利範圍第丨至；[3項 中任一項之半導體裝置之製造方法所製造之半導體裝置者 〇 1 5 · —種積體電路，係具有：申請專利範圍第1至1 3項 中任一項之半導體裝置之製造方法所製造之半導體裝置者 〇 1 6 · —種電路基板，係具有：申請專利範圍第1至1 3項 中任一項之半導體裝置之製造方法所製造之半導體裝置者 〇 1 7 · —種電子機器’係具有：申請專利範圍第1至1 3項 中任一項之半導體裝置之製造方法所製造之半導體裝置者 φ -37-
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