WO2014087742A1 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

　薄膜基板（１３）が貼り合された単結晶シリコンウエハ（１１）の貼り合せ面は、接合し難い荒れた面１１ａとその周辺部１１ｂとを有し、薄膜基板（１３）の上記貼り合せ面と逆の表面に単結晶シリコンウエハ（２１）表面の熱酸化膜（２２）を貼り合せる工程と、薄膜基板（１３）のうち荒れた面（１１ａ）の対向領域内を切断する工程とを有する。これにより、半導体基板に貼り合された基板の破損を抑制して半導体装置を得る。

Description

半導体装置の製造方法及び半導体装置

　本発明は、フレキシブルな半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。

　現在、中小型ＬＣＤ用のＴＦＴとして主流となっている低温ポリシリコンでは、結晶粒径が小さいため、移動度が小さく、特性のバラツキが大きい。また、ＴＦＴの特性を向上させるためには、結晶粒界の無い単結晶シリコン（Ｓｉ）を形成すればよいが、通常の成膜方法で大型基板上に単結晶シリコンを形成することは不可能である。そこで、ガラス基板上に、単結晶シリコンウエハを転写する技術の検討が行われている。

　また、このようなＴＦＴの高性能化の流れとは別に、曲面や柔軟性を持ったフレキシブルディスプレイの開発が行われている。このようなフレキシブルディスプレイに用いられる基板としては、柔軟性を持った基板として、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）等のプラスチック基板を挙げることができる。

　しかし、通常のプラスチック基板の耐熱温度は１００℃程度しかないため、相対的に特性が低いＴＦＴしか形成できない。また、柔軟性を持った基板の材質としてポリイミド（ＰＩ）等を使用すれば、耐熱温度が４００℃程度となるため、基板に低温ポリシリコンの形成が可能となるが、それでもなお、ＴＦＴ特性の高性能化は不十分である。

　そこで、基板として１００ｕｍ以下の薄い薄膜ガラスを使用し、その薄膜ガラスに単結晶シリコン膜を転写すれば、高性能でフレキシブルなデバイスを作成することが可能となる。

　しかし、このような薄いガラスは割れやすく、製造装置間でのハンドリングや洗浄工程などで容易に割れてしまう。また、ガラスに限らず、例えば、金属材料からなる基板を用いたとしても、やはり、このように厚みが薄い基板は製造装置間でのハンドリング中や洗浄工程で破損しやすい。このように、薄い基板を実際の製造工程で破損させずにハンドリングすることは困難である。

　ここで、特許文献１に記載のＳＯＩ基板の製造方法について図６、図７を用いて説明する。

　図６は従来のＳＯＩ基板の製造工程を示す図である。図７は従来のＳＯＩ基板の製造工程の他の例を示す図である。

　図６に示すように、水素イオンをドーピングすることで脆弱領域１０１を形成した単結晶シリコンウエハ１０２（図６の（ａ））を、圧着部材１０３で加圧しながら熱処理を行う（図６の（ｂ））ことで、脆弱領域１０１で単結晶シリコンウエハ１０２を分離し易くする。これにより、比較的低温で、単結晶シリコンウエハ１０２を、脆弱領域１０１で分離可能となる。

　その後に、フレキ基板等のプラスチック基板１０４に単結晶シリコンウエハ１０２を張り付け（図６の（ｃ））、比較的低温で熱処理することで単結晶シリコンウエハ１０２を脆弱領域１０１で分離する。これにより、単結晶シリコンウエハ１０２の一部である、分離された単結晶シリコン薄膜１０５がプラスチック基板１０４へ転写される（図６の（ｄ））。

　このように、比較的低温で、単結晶シリコンウエハ１０２を脆弱領域１０１で分離可能とすることで、プラスチック基板１０４のように、高い温度に耐性が無い基板に対して単結晶シリコン薄膜１０５の転写を可能としている。

　もしくは、図７に示すように、比較的高温でも耐性を有する剥離層１２１をガラスなどからなる支持基板１２２上に形成し、さらに、その剥離層１２１上に酸化シリコン膜などからなる絶縁層１２３が形成された支持基板１２２の絶縁層１２３の表面に、水素イオンをドーピングすることで脆弱領域１１１が内部に形成された単結晶シリコンウエハ１１２を貼り合せる（図７の（ａ））。

　その後、熱処理することで単結晶シリコンウエハ１１２を脆弱領域１１１で分離する。これにより、単結晶シリコンウエハ１１２から分離された単結晶シリコン薄膜１１５が支持基板１２２に転写される（図７の（ｂ））。

　そして、支持基板１２２の絶縁層１２３上に転写された単結晶シリコン薄膜１１５の表面に、フレキ基板等のフレキシブル基板１１６を接着することで貼り付ける（図７の（ｃ））。その後、剥離層１２１から絶縁層１２３をメカニカルに引き剥がす（図７の（ｄ））。これにより、フレキシブル基板１１６、単結晶シリコン薄膜１１５、及び絶縁層１２３からなるＳＯＩ基板が形成される。

日本国公開特許公報「特開２００８‐２８８５７８号公報（２００８年１１月２７日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００７‐３１７９６４号公報（２００７年１２月０６日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００８‐１７７５６３号公報（２００８年０７月３１日公開）」

　しかしながら、図６を用いて説明した方法は、柔軟性を持つ基板に単結晶シリコンウエハを直接張り付ける方法が示されているだけであり、このままでは、半導体素子形成の際のハンドリングが難しく、また、薄膜ガラスを使用した場合には、容易に破損しやすいという課題が生じる。

　また、図７を用いて説明した方法では、フレキシブル基板１１６を単結晶シリコン薄膜１１５に貼り付けてから、その単結晶シリコン薄膜１１５及び絶縁層１２３を、剥離層１２１からメカニカルに引き剥がしている（図７の（ｄ））。

　しかし、この際、既に薄いフレキシブル基板１１６が単結晶シリコン薄膜１１５に貼り付けられているため、フレキシブル基板１１６や、他の単結晶シリコン薄膜１１５等を破損させずに、きれいに引き剥がすことは困難である。

　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、半導体基板に貼り合された基板の破損を抑制して半導体装置を得ることである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、内部に脆弱層と、表面に絶縁層とが形成されている半導体基板の上記絶縁層に、他の基板を貼り合せることで得られる半導体装置の製造方法であって、第１の基板に当該第１の基板より薄い第２の基板が貼り合されており、上記第１の基板の上記第２の基板との貼り合せ面には、上記第２の基板と相対的に接合がし難い非接合領域と、当該非接合領域より上記第２の基板と接合がし易く上記非接合領域の周囲である接合領域とが配されており、上記第２の基板のうち、上記第１の基板の上記貼り合せ面に貼り合されている面とは逆側である表面に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる工程と、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程とを有する。

　本発明の一態様によれば、半導体基板に貼り合された基板の破損を抑制して半導体装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造工程を表す図である。 上記半導体装置のデバイス形成領域の構成を表す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体装置の製造工程を表す図である。 実施形態２に係る半導体装置の製造方法の利点を説明する図である。 上記半導体装置を複数備える大面積のフレキシブル基板の製造工程を表す図である。 従来のＳＯＩ基板の製造工程を示す図である。 従来のＳＯＩ基板の製造工程の他の例を示す図である。

　〔実施形態１〕
　（半導体装置の製造方法）
　図１を用いて、本発明の半導体装置２５の製造方法について説明する。

　図１は、第１の実施形態に係る半導体装置２５の製造工程を表す図である。

　〈プラズマ処理工程〉
　図１の（ａ）に示すように、まず、支持基板となる単結晶シリコンウエハ１１の、後述する薄膜基板１３と貼り合せる面である表面のうち、周辺部（接合領域）１１ｂだけにレジスト１２をパターン形成することで保護する。

　そして、レジスト１２含む単結晶シリコンウエハ１１の表面に、大気中でＡｒ（アルゴン）プラズマ処理を施す。

　これにより、単結晶シリコンウエハ１１のうち、レジスト１２で覆われておらず露出している表面を荒れさせ、単結晶シリコンウエハ１１の表面に、選択的に、荒れた面（非接合領域）１１ａを形成する。この荒れた面１１ａは、周辺部１１ｂと比べて薄膜基板１３との接合が弱くなる。

　この後、レジスト１２を、単結晶シリコンウエハ１１の表面から除去する。これにより、単結晶シリコンウエハ１１のうち、薄膜基板１３との接合が相対的に弱い領域である荒れた面１１ａと、その荒れた面１１ａの周辺部分であって薄膜基板１３との接合が、荒れた面１１ａより強い領域である周辺部１１ｂとを、選択的に形成することができる。

　さらに、この後、もしくは、荒れた面１１ａを形成する前に、周辺部１１ｂにのみ、薄膜基板１３との接合の強度を高めるための処理を施してもよい。これにより、より強固に、単結晶シリコンウエハ１１と、薄膜基板１３とを接合することができる。

　この単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３との接合を高めるため処理としては、「直接接合」、「常温接合」、「陽極接合」等、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３との接合方法に応じて種々の方法を挙げることができる。

　まず、この単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３との接合方法について説明する。
（i）「直接接合」とは、非常に平坦な単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと、ガラスなどのＳｉ-Ｏの表面を有する薄膜基板１３の表面とのそれぞれを親水性処理をした後、重ね合わせる技術である。これにより、室温、かつ、大気中で、単結晶シリコンウエハ１１及び薄膜基板１３の貼り合わせが可能である。（但し、貼り合せた後、２００℃以上の熱処理が必要となる）。
（ii）「常温接合」とは、真空チャンバー中で、アルゴンビームなどで単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂの表面を活性化させた後に、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３とを張り合わせる技術で、強い結合力が得られ、平坦な表面であれば、たいてい基板同士を接合させることができる。
（iii）「陽極接合」とは、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと、ガラスからなる薄膜基板１３とを密着させ、ガラス中のアルカリイオンが動きやすい温度（３００℃～６００℃）に加熱し、ガラス（薄膜基板１３）側を負極にして直流電圧を印加することで接合させる技術である。

　そして、この単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３との接合を高めるため処理として、例えば、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３とを、「直接接合」する場合は、親水性の表面同士が接合することになるので、一例として、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂにのみにＵＶ光を照射したり、ＵＶオゾン処理するなどして、周辺部１１ｂのみを親水性にする。

　または、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３とを、「常温接合」する場合には、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂにのみにアルゴンビームを照射する。これにより、周辺部１１ｂのみ接合力を高めることができる。

　または、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３とを、「陽極接合」する場合には、結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂのみを加熱したり電圧をかければよい。

　なお、薄膜基板１３としてガラスを使用し、また、第一の基板として、単結晶シリコンウエハ１１の代わりにガラスウエハを使用する場合は、ガラスウエハの周辺部のみにＳｉＮやａ－Ｓｉを成膜しておけば、上記周辺部のみが薄膜基板１３と接合される。

　本実施の形態では、直接接合を用いるものとして説明する。

　〈薄膜基板を貼り合せる工程〉
　次に、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと、薄膜基板１３とを、接着剤等の他の部材を用いず直接的に接合する。

　図１の（ｂ）に示すように、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂにのみにＵＶ光を照射、もしくはＵＶオゾン処理するなどして親水化した周辺部１１ｂと、アルゴンプラズマ処理により荒れた面１１ａとを有する、単結晶シリコンウエハ１１の貼り合せ面に薄膜基板１３を貼り合せて、アルゴン雰囲気下の真空チャンバー５内に入れる。そして真空チャンバー５を減圧する。これにより、周辺部１１ｂと、薄膜基板１３とを強固に接合することができる。

　この薄膜基板１３は、例えば、ガラス等の絶縁性材料又はステンレス等の導電性の金属材料からなり、可塑性を有する程度に薄い厚みを有する。薄膜基板１３は、単結晶シリコンウエハ１１よりも厚さが薄い基板である。

　ここで、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと薄膜基板１３とを直接的に接合する際の真空チャンバー５内の気圧は、後のデバイス形成工程における最小真空度（最小圧力）よりも低くなるように減圧する。これは以下の理由による。

　単結晶シリコンウエハ１１のうち、薄膜基板１３と実質的に接合されない荒れた面１１ａには、プラズマ処理により、わずかに凹凸形状が形成される。この凹凸形状を荒れた面１１ａに形成することで、荒れた面１１ａは、平坦面である周辺部１１ｂより薄膜基板１３と接合し難くなる。

　一方、荒れた面１１ａには、その凹凸形状により、本工程（薄膜基板を貼り合せる工程）における貼り合せの際の真空チャンバー５内の雰囲気中のガスや水分が内部に残ると考えられる。

　このため、後のデバイス形成工程等、本工程の後、本工程で真空チャンバー５を用いて減圧した気圧より低い気圧（つまり真空度が高い）の雰囲気中に、互いに貼り合された単結晶シリコンウエハ１１及び薄膜基板１３が配されると、荒れた面１１ａと、薄膜基板１３との内部のガスが膨張して、接合した単結晶シリコンウエハ１１及び薄膜基板１３が剥がれたり、何れか一方の基板が破損したりすることが考えられる。

　そこで、上記のように、本工程では、真空チャンバー５内の気圧を、後のデバイスを形成する工程での減圧処理よりも低い気圧となるまで減圧することで、接合した単結晶シリコンウエハ１１及び薄膜基板１３が剥がれたり、何れか一方の基板が破損したりすることを防止することができる。

　〈単結晶シリコンウエハ２１を貼り合せる工程〉
　次に、図１の（ｃ）に示すように、表面に酸化シリコンからなる熱酸化膜（絶縁膜）２２を形成した後、水素イオンをドーピングすることで内部に脆弱層２３を形成した単結晶シリコンウエハ２１の表面（すなわち熱酸化膜２２の表面）と、薄膜基板１３の表面（単結晶シリコンウエハ１１と貼り合されている面と逆側の面）とを貼り合せる。

　なお、本実施の形態では、単結晶シリコンウエハ２１は、単結晶シリコンウエハ１１表面の荒れた面１１ａよりも大きい面積を有する。

　〈第１の分離工程〉
　次に、図１の（ｄ）に示すように、例えば、６００℃程度で、薄膜基板１３の表面に貼り合された単結晶シリコンウエハ２１を熱処理することによって、脆弱層２３で単結晶シリコンウエハ２１の一部を分離する（第１の分離）。

　これにより、薄膜基板１３の表面に、単結晶シリコンウエハ２１の残りの一部である、熱酸化膜２２及び単結晶シリコン膜（半導体層）２４が順に積層されたＳＯＩウエハを得ることができる。ＳＯＩウエハは、単結晶シリコンウエハ１１上に積層されている、薄膜基板１３、熱酸化膜２２及び単結晶シリコン膜２４を有するウエハである。

　そして、この後、単結晶シリコン膜２４の表面にレーザーを照射する等により結晶性を回復する処理を行う。

　次に、デバイス形成工程にて、単結晶シリコン膜２４の表面に、薄膜トランジスタ等のデバイスの形成が行われる。なお、このデバイスが形成されたＳＯＩウエハの構成の一例については後述する。通常、この薄膜トランジスタ等デバイスを形成する工程では、真空装置を用いて成膜やエッチングが行われる。すなわち、デバイス形成工程は、減圧処理をする工程を含む。

　〈第２の分離工程〉
　デバイス形成工程の次に、図１の（ｅ）に示すように、一対のレーザー発振機７及びレンズ８を、一又は複数個備える分離装置に、表面に上記ＳＯＩウエハが積層された単結晶シリコンウエハ１１を配する。

　そして、レーザー発振機７からレーザー７ａを出射させ、レンズ８で焦点位置を調整することで、周辺部１１ｂの内側領域（すなわち荒れた面１１ａの領域）であって、単結晶シリコン膜２４の表面側から薄膜基板１３の深さまで切断する。すなわち、薄膜基板１３のうち、荒れた面１１ａと対向する領域内の薄膜基板１３を切断する。

　すると、単結晶シリコンウエハ１１の表面のうち、荒れた面１１ａは薄膜基板１３と接合していないため、図１の（ｆ）に示すように、単結晶シリコンウエハ１１から、薄膜基板１３、熱酸化膜２２、及び単結晶シリコン膜２４、及びその上に形成されているデバイスを、容易に分離することができる。

　これにより、薄膜基板１３、熱酸化膜（絶縁膜）２２、単結晶シリコン膜２４、及びデバイスがこの順に形成された半導体装置２５を得ることができる。

　（半導体装置２５の構成）
　図２は、半導体装置２５のデバイス形成領域の構成を表す図である。

　半導体装置２５は、デバイス形成工程にて、デバイス形成領域にデバイスとしての薄膜トランジスタ２６が形成されている。

　半導体装置２５は、薄膜基板１３と、薄膜基板１３上に形成されている絶縁膜としての熱酸化膜２２と、熱酸化膜２２上に形成されている単結晶シリコン膜２４と、単結晶シリコン膜２４上に形成されている薄膜トランジスタ２６と、薄膜トランジスタを覆うゲート絶縁膜２７及び層間絶縁膜２８とを含んで構成されている。

　この、熱酸化膜２２、単結晶シリコン膜２４のパターン加工や、薄膜トランジスタ２６、ゲート絶縁膜２７、及び層間絶縁膜２８の形成は、一般的な方法により、デバイス形成工程にて行われる。

　通常、この薄膜トランジスタ等のデバイスを形成する工程は、減圧処理をする工程を含み、真空装置を用いて成膜やエッチングが行われる。

　この薄膜トランジスタ２６が形成された半導体装置２５を用いて、例えば、センサ素子、アクティブマトリクス基板、当該アクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置や他の表示装置等を形成することができる。

　この薄膜基板１３としては、プラスチック基板やポリイミドからなる基板は、あまり好適ではなく、薄いガラスもしくはステンレスからなることが好ましい。

　すなわち、フレキシブルで高性能なトランジスタとして、ある程度高性能なトランジスタを作製するには、５００℃程度（低温ポリシリコンの場合）の加熱が必要であるため、プラスチック基板は５００℃程度の耐熱性を有さないため使用できない。

　一方、ポリイミドであれば、４５０℃程度まで耐熱性を有する。しかし、半導体装置２５では、単結晶シリコン膜２４を転写によって薄膜基板１３に転写しており、さらに、「直接接合」する場合、薄膜基板１３の転写面はかなり平坦である必要がある。このため、平坦性に劣るポリイミドを薄膜基板１３として用いることは好ましくない。

　しかし、高温に耐えるフレキシブル基板として、ガラスに替えて、薄いステンレス基板などの導電性のある基板であってもよい。

　また、常温接合のようにアルゴンビームを用いた接合方法であれば、支持基板への薄い金属基板の周辺部だけの貼り付け、および、単結晶シリコン膜の転写も可能である。

　（主な利点）
　以上のように半導体装置２５の製造方法によると、薄膜基板１３を単結晶シリコンウエハ１１と貼り合せているため、単結晶シリコンウエハ１１より薄い薄膜基板１３の強度を補強することができる。

　このため、薄膜基板１３の表面に単結晶シリコンウエハ２１を貼り合せる際や、デバイス形成工程で薄膜トランジスタ等のデバイス素子を単結晶シリコン膜２４に形成する際、または、製造装置間を移動させるハンドリング中に、薄膜基板１３が破損することを防止することができる。特に、薄膜基板１３を、割れやすい薄いガラスで構成した場合、高い、薄膜基板１３の破損防止効果を得ることができる。

　そして、単結晶シリコンウエハ１１の薄膜基板１３との貼り合せ面には、薄膜基板１３と接合し難い荒れた面１１ａが形成されているため、荒れた面１１ａと対向する領域内の薄膜基板１３を切断するだけで、薄膜基板１３を単結晶シリコンウエハ１１から、容易に分離させることができる。これにより、薄膜基板１３の破損を防止して、フレキブルな半導体装置２５を得ることができる。

　さらに、半導体装置２５の製造方法によると、薄膜基板を貼り合せる工程で、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと、薄膜基板１３とを、接着剤等の他の部材を用いず直接接合している。これにより、後のデバイス工程等で、互いに貼り合された単結晶シリコンウエハ１１及び薄膜基板１３に比較的高温の熱を加えても、異物や汚染物質が発生し難い。このため、歩留り低下を防止することが可能となる。

　加えて、薄膜基板を貼り合せる工程では、後のデバイス素子を形成する工程での減圧処理よりも低い気圧となるように減圧して、単結晶シリコンウエハ１１の周辺部１１ｂと、薄膜基板１３とを接合している。これにより、後の薄膜トランジスタ等のデバイス素子を形成する工程で、互いに貼り合されている単結晶シリコンウエハ１１と、薄膜基板１３とが剥がれることを防止することができる。

　このように、半導体装置２５の製造方法によって形成された半導体装置２５は、フレキシブルな薄膜基板１３に容易に単結晶シリコン膜２４を形成できる。また、単結晶シリコンウエハ１１と薄膜基板１３との接合に接着剤等を使用していないため、高温でのプロセスが可能であり、高性能なフレキシブルデバイスの形成が可能な半導体装置２５を得ることができる。

　〔実施形態２〕
　図３、図４を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　本実施の形態では、第２の単結晶シリコンウエハを貼り合せる工程で、単結晶シリコンウエハ１１の表面に、荒れた面１１ａよりも面積が小さい第２の単結晶シリコンウエハを貼り合せる点で、実施の形態１と相違する。以下、順に説明する。

　（半導体装置３５の製造方法）
　図３を用いて、本発明の半導体装置３５の製造方法について説明する。図３は、第２の実施形態に係る半導体装置３５の製造工程を表す図である。

　図３の（ａ）（ｂ）に示すように、実施の形態１と同様に、図１の（ａ）（ｂ）を用いて説明したプラズマ処理工程、薄膜基板を貼り合せる工程を経て、薄膜基板１３と貼り合された単結晶シリコンウエハ１１を得る。

　〈単結晶シリコンウエハ３１を貼り合せる工程〉
　次に、図３の（ｃ）に示すように、表面に酸化シリコンからなる熱酸化膜（絶縁膜）３２を形成した後、水素イオンをドーピングすることで内部に脆弱層３３を形成した単結晶シリコンウエハ３１の表面（すなわち熱酸化膜３２の表面）と、薄膜基板１３の表面（単結晶シリコンウエハ１１と貼り合されている面と逆側の面）とを貼り合せる。

　ここで、本実施の形態２では、単結晶シリコンウエハ３１は、単結晶シリコンウエハ１１表面の荒れた面１１ａよりも小さい面積を有する。そして、平面視で、単結晶シリコンウエハ１１表面の荒れた面１１ａの領域内であって、薄膜基板１３の表面に、単結晶シリコンウエハ３１の熱酸化膜３２の表面を貼り合せる。

　〈第１の分離工程〉
　次に、図３の（ｄ）に示すように、実施の形態１の分離工程（図１の（ｄ））と同様に、薄膜基板１３の表面に貼り合された単結晶シリコンウエハ３１に６００℃程度の熱を加える熱処理することで、脆弱層３３で単結晶シリコンウエハ３１を分離する（第１の分離）。

　これにより、薄膜基板１３の表面に、単結晶シリコンウエハ３１の一部である、熱酸化膜３２及び単結晶シリコン膜３４が順に積層されたＳＯＩウエハを得ることができる。ＳＯＩウエハは、単結晶シリコンウエハ１１上に積層されている、薄膜基板１３、熱酸化膜３２及び単結晶シリコン膜３４を有するウエハである。

　そして、この後、単結晶シリコン膜３４の表面にレーザーを照射する等により結晶性を回復する処理を行う。

　次に、デバイス形成工程にて、単結晶シリコン膜３４の表面に、ＴＦＴ等のデバイスの形成が行われる。

　〈第２の分離工程〉
　デバイス形成工程の次に、図３の（ｅ）に示すように、一対のレーザー発振機７及びレンズ８を、一又は複数個備える分離装置に、表面に上記ＳＯＩウエハが積層された単結晶シリコンウエハ１１を配する。

　そして、レーザー発振機７からレーザー７ａを出射させ、レンズ８で焦点位置を調整することで、周辺部１１ｂの内側領域（すなわち荒れた面１１ａの領域）であって、薄膜基板１３上の熱酸化膜３２及び単結晶シリコン膜３４にはレーザー７ａを当てず、実質的に薄膜基板１３にのみレーザー７ａを照射することができる。

　これにより、薄膜基板１３を、熱酸化膜３２及び単結晶シリコン膜３４の周囲に沿って切断する。

　すると、単結晶シリコンウエハ１１の表面のうち、荒れた面１１ａは薄膜基板１３と接合していないため、図３の（ｆ）に示すように、単結晶シリコンウエハ１１から、薄膜基板１３、単結晶シリコン膜３４、及びその上に形成されているデバイスを、容易に分離することができる。

　これにより、薄膜基板１３、熱酸化膜（絶縁膜）３２、単結晶シリコン膜３４、及びデバイスがこの順に形成された半導体装置３５を得ることができる。

　（半導体装置３５の製造方法による主な利点）
　次に、図４を用いて、本実施の形態に係る半導体装置３５の製造方法による主な利点について説明する。図４は、半導体装置３５の製造方法の利点を説明する図である。図４の（ａ）は、実施の形態１で説明した半導体装置２５の製造工程の様子を表す図であり、（ｂ）は、実施の形態２で説明した半導体装置３５の製造工程の様子を表す図である。

　図４の（ａ）に示すように、単結晶シリコンウエハ２１が単結晶シリコンウエハ１１の荒れた面１１ａより面積が大きいと、第２の分離工程で、レーザー７ａで薄膜基板１３を切断する際、その上層の熱酸化膜２２及び単結晶シリコン膜２４にもレーザー７ａを照射しなければならなかった。そのため、飛散した単結晶シリコンのパーティクル９が飛散し、歩留りが低下する可能性がある。また、レーザー７ａの吸収によって、単結晶シリコン膜２４の加熱が起こり、その結果、単結晶シリコン膜２４の特性変動が起こる可能性がある。

　一方、本実施の形態に係る半導体装置３５の製造方法によると、単結晶シリコンウエハ３１は、単結晶シリコンウエハ１１の荒れた面１１ａよりも面積が小さく、単結晶シリコンウエハ３１を貼り合せる工程では、平面視で、荒れた面１１ａの域内に、単結晶シリコンウエハ３１の熱酸化膜３２の表面を貼り合せる。

　これにより、荒れた面１１ａと対向する領域内の薄膜基板１３を切断する際、その薄膜基板１３に積層されている熱酸化膜３２や単結晶シリコン膜３４まで切断する必要はない。このため、切断により生じる異物発生を抑制し、歩留り低下を抑制することができる。さらに、切断に伴う単結晶シリコン膜３４のレーザー７ａの吸収を防止することができ、単結晶シリコン膜３４の特性変動の発生を防止することができる。

　このように、半導体装置３５の製造方法によると、高性能なフレキシブルデバイスの形成が可能な半導体装置３５を、より高歩留まりで形成することができる。

　〔実施形態３〕
　（フレキシブル基板４０の製造方法）
　次に、図５を用いて、半導体装置２５を複数備える大面積のフレキシブル基板４０の製造方法について説明する。図５は、半導体装置２５を複数備える大面積のフレキシブル基板の製造工程を表す図である。

　図５の（ａ）に示すように、実施の形態１で図１を用いて説明した方法にて、半導体装置２５を複数得る。なお、この半導体装置２５に替えて、実施の形態２で図３を用いて説明した方法にて半導体装置３５を複数得てもよいし、他の方法で半導体装置を複数得てもよい。

　図５の（ｂ）に示すように、プラスチック基板４１上に、金属などの導電性物質で配線４２を形成し、そのプラスチック基板４１及び配線４２上に樹脂４３を塗布し形成する。

　このプラスチック基板４１は、フレキシブル性を有し、薄膜ガラスより堅牢性を有する。そして、次に、半導体装置２５を配する領域内の樹脂４３の一部を除去し、その半導体装置２５を配する領域内の配線４２を露出させる。

　そして、半導体装置２５の薄膜基板１３を上方（プラスチック基板４１から遠い方）にし、単結晶シリコン膜２４を下方（プラスチック基板４１に近い方）にし、単結晶シリコン膜２４が樹脂４３又は配線４２と接触するように、半導体装置２５を貼り合せる。

　この際、単結晶シリコン膜２４上のデバイスを、露出させた配線４２とを電気的に接続されるように貼り合せることで、単結晶シリコン膜２４上のデバイス間を配線４２で結ぶようにしてもよい。

　この場合、プラスチック基板４１上に、配線４２と半導体装置２５表面のデバイスとを接続するための電極パッドを形成しておき、この電極パッドと半導体装置２５表面のデバイスとの位置合わせを行いつつ貼り合せてもよい。なお、この電極パッドは無くてもよい。

　このようにして、複数の半導体装置２５を、薄膜基板１３を上方にして、プラスチック基板４１の配線４２や樹脂４３と貼り合せる。

　図５の（ｃ）に示すように、次に、容器４５に、薄膜基板１３をエッチング可能なエッチング液４６を貯留させておく。なお、エッチング液４６としては、薄膜基板１３がガラスの場合は、フッ化水素等からなる。

　そして、上記のように、プラスチック基板４１に貼り合された複数の半導体装置２５の薄膜基板１３を、一括でエッチング液４６に浸す。

　これにより、図５の（ｄ）に示すように、複数の半導体装置２５のそれぞれから薄膜基板１３がエッチングされて、除去される。この結果、半導体装置２５の残り部分である、熱酸化膜２２、単結晶シリコン膜２４、及びデバイスからなるフレキシブルデバイス（半導体装置）が複数配された大面積のフレキシブル基板４０を得ることができる。

　（フレキシブル基板４０の製造方法による主な利点）
　上記のように、第２の分離工程で、荒れた面１１ａと対向する領域内の薄膜基板１３を切断した後、さらに、フレキシブルであり、単結晶シリコン膜２４より面積が大きいプラスチック基板４１に、プラスチック基板４１から順に、単結晶シリコン膜２４、熱酸化膜２２、及び薄膜基板１３となるように、貼り合せる。その後、エッチングにより、薄膜基板１３を除去する。これにより、フレキシブルで、より、大面積を有するフレキシブル基板４０を得ることができる。

　ここで、薄膜ガラスは薄くフレキシブル性を有するものの、ガラスであるため、衝撃には弱く、堅牢性に欠ける。一方、単結晶シリコン膜２４をプラスチック基板４１に貼り合せることでフレキシブルで、かつ、堅牢性も有するフレキシブル基板４０を得ることができる。

　また、半導体装置２５と、プラスチック基板４１とを貼り合せる際、デバイス面を下方（プラスチック基板４１に近い方）にし、樹脂４３内に埋め込むように貼り合せることで、デバイスをプラスチック基板４１の配線へ接続したり、その後の薄膜基板１３のエッチング除去をしたりすることが可能となる。

　また、単結晶シリコン膜２４をプラスチック基板４１に貼り合せた後、ガラス等、薄膜基板１３が溶解する溶液（エッチング液）に薄膜基板１３を浸すことで薄膜基板１３を溶かしている。この結果、プラスチック基板４１上に、熱酸化膜２２及び単結晶シリコン膜２４を有するフレキシブルデバイスを作成することができる。

　また、プラスチック基板４１に貼り合された複数の単結晶シリコン膜２４に形成されたデバイス同士を、プラスチック基板４１上の配線で接続することで、大面積のフレキシブルデバイスとしてのフレキシブル基板４０を得ることができる。

　このように、フレキシブル基板４０の製造方法によると、プラスチック基板４１上に、高性能な単結晶シリコンで形成されたデバイスを形成することが可能となり、フレキシブルで堅牢なデバイスを形成することが可能となる。また、大面積のセンサー等のデバイスも形成することが可能となる。

　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、内部に脆弱層と、表面に絶縁層とが形成されている半導体基板の上記絶縁層に、他の基板を貼り合せることで得られる半導体装置の製造方法であって、第１の基板に当該第１の基板より薄い第２の基板が貼り合されており、上記第１の基板の上記第２の基板との貼り合せ面には、上記第２の基板と相対的に接合がし難い非接合領域と、当該非接合領域より上記第２の基板と接合がし易く上記非接合領域の周囲である接合領域とが配されており、上記第２の基板のうち、上記第１の基板の上記貼り合せ面に貼り合されている面とは逆側である表面に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる工程と、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程とを有することを特徴としている。

　上記構成によると、上記第２の基板を上記第１の基板と貼り合せることで、上記第２の基板の強度を補強することができる。このため、上記第２の基板の上記表面に半導体素子を形成する工程を行う際、上記第２の基板が破損することを防止することができる。そして、上記第１の基板の上記貼り合せ面には上記接合領域が形成されているため、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断するだけで、上記第２の基板を上記第１の基板から分離させることができる。これにより、第２の基板の破損を防止して半導体装置を得ることができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接的に接合する工程を有する。上記構成によると、上記第１の基板と、上記第２の基板とを接着剤等の部材を用いず接続しているため、比較的高温の熱を加えても汚染物質が発生し難い。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の基板と、上記第２の基板とを貼り合せる前に、上記第１の基板の上記接合領域に、上記第２の基板との接合の強度を高めるための処理を施す工程を有する。上記構成によると、より強固に、上記第１の基板と、上記第２の基板とを接合することができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の基板の、上記第２の基板と貼り合せる面に、上記第２の基板と接合を弱める処理を、選択的に施すことで上記非接合領域を形成する工程を有する。上記構成によって、上記非接合領域を、上記第１の基板に形成することができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程の後、上記脆弱層で上記半導体基板の一部を分離し、当該半導体基板の残りの一部である半導体層を上記第２の基板に形成する工程と、減圧処理する工程を含む、上記半導体層にデバイス素子を形成する工程とを有し、上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程では、上記デバイス素子を形成する工程での減圧処理よりも低い気圧となるように減圧する。上記構成によると、上記デバイス素子を形成する工程で、上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とが剥がれることを防止することができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法では、上記半導体基板は、上記非接合領域よりも面積が小さく、上記第２の基板の上記表面に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる工程では、平面視で、上記非接合領域内に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる。

　上記構成によると、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程の際、その第２の基板に積層されている部分の半導体基板まで切断する必要はなく、切断により生じる異物発生を抑制し、歩留り低下を抑制することができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程の後、上記脆弱層で上記半導体基板の一部を分離し、当該半導体基板の残りの一部である半導体層を上記第２の基板に形成する工程と、上記半導体層にデバイス素子を形成する工程とを有し、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程の後、さらに、フレキシブルであり、上記半導体層より面積が大きい第３の基板に、当該第３の基板側から順に、上記半導体層、上記絶縁層、及び上記第２の基板となるように、貼り合せる工程と、上記第２の基板を除去する工程とを有する。上記構成によると、フレキシブルで、より、大面積を有する半導体装置を得ることができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法では、上記第３の基板には配線が形成されており、上記半導体層に形成された上記デバイス素子と、上記配線とは電気的に接続されるように、上記第３の基板に、当該第３の基板側から順に、上記半導体層、上記絶縁層、及び上記第２の基板となるように、貼り合せるようにしてもよい。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法では、上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程の後、上記第１の基板の上記貼り合せ面に残った第２の基板を除去する工程を有する。これにより、上記第１の基板を再利用することができる。

　さらに、本発明の一態様に係る半導体装置は、上記の半導体装置の製造方法によって製造されることで、上記第２の基板の破損が防止されて形成されることができる。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

　本発明は、フレキシブルな半導体装置の製造方法、及び半導体装置に利用することができる。

５　真空チャンバー
７　レーザー発振機
７ａ　レーザー
１１　単結晶シリコンウエハ（第１の基板）
１１ａ　荒れた面（非接合領域）
１１ｂ　周辺部（接合領域）
１３　薄膜基板（第２の基板）
２１　単結晶シリコンウエハ（半導体基板）
２２　熱酸化膜（絶縁層）
２３　脆弱層
２４　単結晶シリコン膜（半導体層）
２５　半導体装置
２６　薄膜トランジスタ（デバイス素子）
３１　単結晶シリコンウエハ（半導体基板）
３２　熱酸化膜（絶縁層）
３３　脆弱層
３４　単結晶シリコン膜（半導体層）
３５　半導体装置
４０　フレキシブル基板（半導体装置）
４１　プラスチック基板（第３の基板）
４２　配線
４３　樹脂
４６　エッチング液

Claims (10)

1. 　内部に脆弱層と、表面に絶縁層とが形成されている半導体基板の上記絶縁層に、他の基板を貼り合せることで得られる半導体装置の製造方法であって、
   　第１の基板に当該第１の基板より薄い第２の基板が貼り合されており、上記第１の基板の上記第２の基板との貼り合せ面には、上記第２の基板と相対的に接合がし難い非接合領域と、当該非接合領域より上記第２の基板と接合がし易く上記非接合領域の周囲である接合領域とが配されており、
   　上記第２の基板のうち、上記第１の基板の上記貼り合せ面に貼り合されている面とは逆側である表面に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる工程と、
   　上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 　上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接的に接合する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 　上記第１の基板と、上記第２の基板とを貼り合せる前に、上記第１の基板の上記接合領域に、上記第２の基板との接合の強度を高めるための処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 　上記第１の基板の、上記第２の基板と貼り合せる面に、上記第２の基板と接合を弱める処理を、選択的に施すことで上記非接合領域を形成する工程を有することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 　上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程の後、
   　上記脆弱層で上記半導体基板の一部を分離し、当該半導体基板の残りの一部である半導体層を上記第２の基板に形成する工程と、
   　減圧処理する工程を含む、上記半導体層にデバイス素子を形成する工程とを有し、
   　上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程では、上記デバイス素子を形成する工程での減圧処理よりも低い気圧となるように減圧することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
6. 　上記半導体基板は、上記非接合領域よりも面積が小さく、
   　上記第２の基板の上記表面に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せる工程では、平面視で、上記非接合領域内に、上記半導体基板の上記絶縁層の表面を貼り合せることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 　上記第１の基板の上記接合領域と、上記第２の基板とを直接接合する工程の後、
   　上記脆弱層で上記半導体基板の一部を分離し、当該半導体基板の残りの一部である半導体層を上記第２の基板に形成する工程と、
   　上記半導体層にデバイス素子を形成する工程とを有し、
   　上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程の後、さらに、フレキシブルな第３の基板に、当該第３の基板側から順に、上記半導体層、上記絶縁層、及び上記第２の基板となるように、貼り合せる工程と、
   　上記第２の基板を除去する工程とを有することを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 　上記第３の基板には配線が形成されており、上記半導体層に形成された上記デバイス素子と、上記配線とは電気的に接続されるように、上記第３の基板に、当該第３の基板側から順に、上記半導体層、上記絶縁層、及び上記第２の基板となるように、貼り合せることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 　上記非接合領域と対向する領域内の上記第２の基板を切断する工程の後、上記第１の基板の上記貼り合せ面に残った第２の基板を除去する工程を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 　請求項１～９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。

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