JP4061846B2

JP4061846B2 - 積層体の製造方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4061846B2
Application number: JP2001014351A
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Inventors: 純夫宇都宮
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に好適な積層体の製造方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に順次、層や領域を形成する、従来の半導体装置などの積層体の製造方法は、高温処理などの過激な条件下で行う工程を含む。例えば、代表的な半導体装置の一つであるMOS素子は、一つの基板上に順次、半導体層、ゲート絶縁層、さらにゲート電極を形成することにより製造されるが、ゲート絶縁層や半導体層の形成工程は、通常、高温処理を必要とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層体の製造方法では、積層体が配置される基板や積層体に含まれる部材は制限されることがある。例えば、従来の半導体装置などの積層体の製造方法は、軟化点や融点の低い材料を基板あるいは部材とする半導体装置の製造に適用することは困難であった。そこで、本発明の第１の目的は、様々な基板や部材を含む積層体の製造に適用できる積層体の製造方法を提供することである。本発明の第２の目的は、様々な基板や部材を含む半導体装置の製造に適用できる半導体装置の製造方法を提供することである。本発明の第３の目的は様々な用途に対応することのできる半導体装置を得ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の積層体の製造方法は、第１の分離層を含む第１の基材上に、第２の基材を配置する工程と、前記第２の基材と、第２の分離層を含む第３の基材と、を第１の接着層を介して接着する工程と、光照射を行うことにより、前記第1分離層の層内及び前記第１の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで、剥離を生ぜしめ、前記第２の基材及び前記第３の基材を含む第１の積層体を分離させる工程と、前記第１の積層体と第４の基材とを第２の接着層を介して接着し、第２の積層体を得る工程と、光照射を行うことにより前記第２の分離層の層内及び前記第２の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで、剥離を生ぜしめ、前記第２の分離層を境界として、前記第２の積層体を分割する工程と、を含む。係る積層体の製造方法により、最終的には前記第２の積層体が分割されることにより生ずる前記第４の基材を含む積層体が得られることになるが、例えば、前記第４の基材が耐熱性に劣るものであったとしても、係る積層体の製造方法を適用することは可能である。なお、ここで、第１〜第４の基材は、単層から成るものばかりでなく、複数の層あるいは領域を含んでいても良い。第１〜第４の基材に含まれるものとしては、例えば、ガラスやプラスティックなどの基板を始め、MOS素子、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、シリコンのPIN接合から成る光電変換素子（光センサ、太陽電池）、シリコン抵抗素子、その他の薄膜半導体デバイス、電極（例えば、ITO、メサ膜のような透明電極）、スイッチング素子、メモリー、圧電素子等のアクチュエータ、マイクロミラー（ピエゾ薄膜セラミックス）、磁気記録薄膜ヘッド、コイル、インダクター、薄膜高透磁材料およびそれらを組み合わせたマイクロ磁気デバイス、フィルター、反射膜、及びダイクロイックミラーが挙げられる。また、係る積層体の製造方法では光照射を行うことにより第１の分離層及び第２の分離層での剥離を誘起しているが、これらの分離層などを適宜選択することで、光照射の代わりに加熱によっても同様な効果が得られる場合がある。
【０００５】
本発明の第２の積層体の製造方法は、請求項１に記載の積層体の製造方法において、前記第２の基材は薄膜デバイスを含むこと、を特徴とする。係る積層体の製造方法により、プラスティック基板やガラス基板などの耐熱性に劣る部材を含む基材の上方に薄膜デバイスを設けることができる。
【０００６】
本発明の第３の積層体の製造方法は、第１の基板上に第１の分離層を形成し、さらに前記第１の分離層の上に薄膜デバイスを含む被転写体を形成する工程と、第２の基板の上に第２の分離層を形成する工程と、前記被転写体と前記第２の分離層とを第１の接着層を介して接着する工程と、光照射により前記第１の分離層の層内及び前記第１の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで剥離を生ぜしめ、前記被転写体を前記第１の基板の側から前記第２の基板の側に転写する工程と、前記第２基板の側に転写された前記被転写体と第３の基板とを第２の接着層を介して接着する工程と、光照射により前記第２の分離層の層内及び前記第２の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで剥離を生ぜしめ、前記被転写体を、前記第２の基板の側から前記第３の基板の側に転写する工程と、を含む。係る積層体の製造方法において前記第３の基板として所望の基板を用いることにより、製造される積層体は所望の基板を含むものとなり、所望の性質や機能を付与することができる。例えば、従来の半導体装置などの積層体の製造方法では、高温処理を伴うため用いることが困難なプラスティック材料を前記第３の基板として利用することができ、これにより係る積層体に可撓性あるいは柔軟性を付与することができる。また、前記第３の基板として種々のデバイスを含むものを用いれば、係る積層体には種々の機能を付与することができる。
【０００７】
係る積層体の製造方法では２回の転写を行っているが、例えば、被転写体がMOS素子のような上下が区別される構造物を含んでいる場合、当初の前記第1の基板に対する該構造物の上下の位置関係と、前記第３の基板に対する該構造物の上下の位置関係とを一致させることができる。
【０００８】
なお、被転写体は複数の層あるいは領域から構成されていても良く、例えば、後述の中間層３０も被転写体に含まれる場合もある。
【０００９】
本発明の第４の積層体の製造方法は、請求項３に記載の積層体の製造方法において、前記第１の接着層を取り除く工程をさらに含むこと、を特徴とする。請求項３に記載の積層体の製造方法において、最終的に前記被転写体上に第１の接着層が残存することになるが、この第１の接着層を除去することにより、前記被転写体の上に他の基材を配置することができる。前記他の基材は、例えば、電極や配線層である。
【００１０】
本発明の第５の積層体の製造方法は、請求項４に記載の積層体の製造方法において、前記第１の接着層が溶剤に可溶であること、を特徴とする。係る積層体の製造方法では、溶剤を塗布する方法あるいは溶剤に浸漬する方法により、前記第１の接着層を除去することができるため、研磨などの機械的除去法やプラズマエッチングによる除去法に比べて前記被転写体の損傷を低減できる。
【００１１】
本発明の第６の積層体の製造方法は、請求項５に記載の積層体の製造方法において、前記第１の接着層が水溶性であること、を特徴とする。係る積層体の製造方法では、前記第１の接着層の除去に水を用いることができるので、有機溶剤を用いる場合に比べてコストを低減することができる。
【００１２】
本発明の第７の積層体の製造方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の積層体の製造方法において、前記第２の分離層がアモルファスシリコンにより構成されていること、を特徴とする。アモルファスシリコンに対する光照射により発熱現象、アブレーション、気体の放出、あるいは状態変化が誘起され、前記第２の分離層内または前記第２の分離層を接する他の層との境界面のうち少なくともどちらかで、剥離を生ぜしめることができる。
【００１３】
本発明の第８の積層体の製造方法は、請求項１乃至７のいずれかに記載の積層体の製造方法において、前記第１の分離層がアモルファスシリコンにより構成されていること、を特徴とする。アモルファスシリコンに対する光照射により発熱現象、アブレーション、気体の放出、あるいは状態変化が誘起され、前記第１の分離層内または前記第１の分離層を接する他の層との境界面のうち少なくともどちらかで、剥離を生ぜしめることができる。
【００１４】
本発明の第９の積層体の製造方法は、請求項７または８に記載の積層体の製造方法において、前記アモルファスシリコンが１at％以上の水素を含有すること、を特徴とする。１at％以上の水素を含有するアモルファスシリコンに対する光照射により、水素ガスの放出などの現象が誘起されて、前記第１の分離層または前記第２の分離層における剥離が生じ易くなる。
【００１５】
本発明の第１０の積層体の製造方法は、請求項７乃至９のいずれかに記載の製造方法において、前記アモルファスシリコンが１０〜２０at％の水素を含有すること、を特徴とする。前記アモルファスシリコンには１０〜２０at％という高濃度で水素が含有されているので、光照射により容易に水素ガスが放出され、前記第１の分離層または前記第２の分離層における剥離が生じ易くなる。
【００１６】
本発明の第１１の積層体の製造方法は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の積層体の製造方法において、１００ナノ秒以下のパルス幅を有する光を前記光照射に用いること、を特徴とする。前記第１の分離層または前記第２の分離層に対して、１００ナノ秒以下という短いのパルス幅を有する光を照射することにより、前記第１の分離層における剥離を瞬時に誘起することができる。本発明の第１２の積層体の製造方法は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の積層体の製造方法において、レーザーを光源とする光を前記光照射に用いること、を特徴とする。レーザーを光源とする光は指向性に優れているため、微少な面積でも選択的に光照射をすることができる。
【００１７】
本発明の第１３の積層体の製造方法は、請求項１２に記載の積層体の製造方法において、
エキシマーレーザーを光源とする光を前記光照射に用いること、を特徴とする。エキシマーレーザーは光源とする光は紫外領域の波長を有しているため、前記第１の分離層または前記第２の分離層を効率良く光励起するのに適している。
【００１８】
本発明の第１４の積層体の製造方法は、請求項３乃至６のいずれかに記載の積層体の製造方法において、光硬化性材料を光硬化させることにより前記第１の接着層を形成すること、を特徴とする。係る積層体の製造方法は、光硬化性材料を光硬化させることにより前記第１の接着層を形成するため、接着を短時間で完了させることができる。
【００１９】
本発明の第１５の積層体の製造方法は、請求項１４に記載の積層体の製造方法において、前記第２の分離層がアモルファスシリコンから構成されており、前記第２の分離層の膜厚が１０nm以下であること、を特徴とする。前記第１の接着層を形成する際の光硬化に用いる光は、前記第２の分離層を透過する必要があるが、前記第２の分離層の膜厚を１０nm以下という十分薄い膜厚とすることにより、前記光硬化に用いる光が前記第２の分離層を透過することができる。
【００２０】
本発明の第１６の積層体の製造方法は、請求項１４に記載の積層体の製造方法において、前記光硬化材料を光硬化させる際に用いる光の前記第２の分離層に対する透過量が、前記第２の分離層の層内または前記第２の分離層と接する他の層との境界面の少なくともいずれかにおいて剥離を生ぜしめる際に用いる光の前記第２の分離層に対する透過量より大であること、を特徴とする。係る積層体の製造方法により前記第２の分離層を透過した光により光硬化させることができる。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の積層体の製造方法を用いること、を特徴とする。上述のように請求項１乃至１６に記載の積層体の製造方法は、様々な部材や基板を含む積層体に対しても適用できるので、本発明の半導体装置の製造方法は、様々な部材や基板を含む半導体装置の製造に有効である。この特徴を生かすことにより、半導体装置の組み込まれた、例えば、液晶表示装置、電気泳動表示装置、電界発光表示装置、ICカード及びメモリカードを製造することもできる。
【００２２】
本発明の半導体装置は、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法により製造されること、を特徴とする。上述のように、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法は、製造方法としての自由度が高いので、例えば、ガラス基板やプラスティック基板などの上にも半導体装置を設けることができる。
【００２３】
本発明の半導体装置は、請求項１８に記載の半導体装置において、前記半導体装置が薄膜トランジスタを含むこと、を特徴とする。係る半導体装置は、液晶表示装置、電気泳動表示装置、電界発光装置などの種々のフラットパネルディスプレイや、例えば、ICカード、メモリカード及び電子ペーパーの駆動用半導体装置として好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について説明する。まず、実施の形態の概略を図１〜図１０に沿って説明する。
【００２５】
第１工程として、第１の基板１０の上に第１の分離層２０を形成し（図１）、さらに第１の分離層２０の上に中間層３０及び被転写層４０を形成する（図２）。第２工程として、第２の基板５０の上に、第２の分離層６０を形成する（図３）。第３工程として、第２の分離層６０と前記被転写層４０とを第１の接着層７０を介して接着する（図４）。第４工程として第１の基板１０を通して第１の分離層２０に対して照射光２００を用いて（図５）、第１の分離層２０に剥離を生ぜしめ、被転写層４０を第１の基板１０の側から第２の基板５０の側に転写する（図６）。第５工程として、中間層３０と第３の基板８０とを接着層９０を介して接着する（図７）。第６工程として、第２の基板５０を通して第２の分離層６０に対して光２１０を用いて光照射を行い（図８）、第２の分離層６０に剥離を生ぜしめ、被転写層４０を第２基板５０の側から第３の基板８０の側に移動させる（図９）。なお、図１０に示したように、以上の工程が終了後、前記被転写層４０の表面上に残存する第１の接着層７０を除去しても良い。
【００２６】
次に具体的な実験条件について詳述する。
【００２７】
[第１の基板１０]第４工程において、第１の基板１０の側から第１の分離層２０に対して光２００を照射するので、第１の基板１０は光２００を十分に透過するものであることが望ましい。具体的には、第１の基板１０は光２００を１０％以上透過するものが好ましく、５０％以上透過するものがより好ましい。後述する第１の分離層２０がアモルファスシリコンから構成されている場合は、エキシマーレーザーなどを光源とする紫外光を光２００として用いることができるが、そのような場合は、第１の基板１０を構成する材料として、紫外光を十分に透過する材料、例えば、ガラスあるいは石英ガラスを用いることが好ましい。第１の基板１０の厚さは特に限定されないが、基板の機械的強度と光の透過量との兼ね合いから、０．１〜５．０ｍｍ程度であることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍであることがより好ましい場合がある。なお、第１の基板１０の光の透過率が十分高い場合には、その厚さは、前記上限値を超えるものであっても良い。また、光を均一に第１の分離層２０に照射するためには、第１の基板１０の厚さは、均一であることが好ましい。第１の基板１０の上に形成される第１の分離層２０、中間層３０、及び被転写層４０のうちいずれかを形成する際に、高温処理を必要とする場合は、第１の基板１０が十分な耐熱性を有することが好ましい。
【００２８】
[第１の分離層２０]第1の分離層２０に用いる材料としては、例えば、以下のA〜Fに記載された材料を用いることができる。
【００２９】
A．アモルフアスシリコン（a−Si）
このアモルフアスシリコン中には、水素が含有されていて良い。この場合、水素の含有量は、１at％以上程度であるのが好ましく、2〜20 at％程度であるのがより好ましい。このように、水素が所定量含有されていると、光の照射によって水素が放出され、第1の分離層20に内圧が発生し、それが剥離を促す力となる。アモルフアスシリコン中の水素の含有量は、成膜条件、例えばCVDにおけるガス圧、ガス雰囲気、ガス流量、温度、基板温度、あるいはプラズマ生成の際の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。
【００３０】
B・酸化ケイ素又はケイ酸化合物、酸化チタンまたはチタン酸化合物、酸化ランタンまたははランタン酸化合物等の各種酸化物セラミックス、誘電体、強誘電体あるいは半導体
酸化ケイ素としては、SiO、SiO₂、Si₃0₂が挙げられ、ケイ酸化合物としては、例えばK₂SiO₃、Li₂SiO₃、CaSiO₃、ZrSiO₄、Na₂SiO₃が挙げられる。酸化チタンとしては、TiO、Ti₂0₃、TiO₂が挙げられ、チタン酸化合物としては、例えば、BaTiO₄、BaTiO₃、Ba₂Ti₉0₂₀、BaTi₅0₁₁、CaTiO₃、SrTiO3、PbTiO₃、MgTiO₃、ZrTiO₂、SnTiO₄、A1₂TiO₅、FeTiO₃が挙げられる。酸化ジルコニウムとしては、ZrO₂が挙げられ、ジルコン酸化合物としては、例えばBaZrO₃、ZrSiO₄、PbZrO₃、MgZrO₃、K₂ZrO₃が挙げられる。
【００３１】
C・PZT [Pb（Zr,Ti）O₃]]、PLZT[(Pb,La)（Zr,Ti）O₃]]、PLLZT、PBT等のセラミックスあるいは誘電体（強誘電体）
D．窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックス
E．有機高分子材料
有機高分子材料としては、高分子の主鎖上に、一CH−、−CO−（ケトン）、−CONH−（アミド）、−NH一（アミノ）、−COO−（エステル）、−N＝N−（アゾ）、−CH＝N−（イミド）を有するものが挙げられる。また、光吸収量を向上させるためにベンゼンやナフタレンなどの芳香族炭化水素が組み込まれた有機高分子も利用することができる。
【００３２】
このような有機高分子材料の具体例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフイン、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アイド（PPS）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリエステルテレフタレート（PET）、エポキシ樹脂がある。
【００３３】
F.金属
金属としては、例えば、Al、Li、Ti、Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、Gd、Smまたはこれらのうち少なくとも1種を含む合金が挙げられる。
【００３４】
第1分離層２０の厚さは、第1の分離層の組成や材質、積層構造、形成方法等の諸条件により異なるが、通常は、１ｎｍ〜２０μｍ程度であることが好ましく、１０ｎｍ〜２μｍ程度であるのがより好ましく、４０ｎｍ〜１μｍ程度であることがさらに好ましい。
【００３５】
第１分離層２０の形成方法は、膜組成や膜厚等の諸条件に応じて適宜選択することができる。例えば、ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、ＥＣＲ−ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ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等の各種気相成長法、電気メッキ、浸漬メッキ、ディッピング、無電解メッキ等の各種メッキ法、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、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法、及び、上記の方法うちから選択された２つ以上の方法を組み合わせて形成することもできる。
【００３６】
例えば、第１分離層２０の組成がアモルフアスシリコン（a−Si）の場合には、ＣＶＤ法、特に減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法により成膜するのが好ましい。また、第１の分離層２０をゾルーゲル法によるセラミックスで構成する場合や、有機高分子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコート法により成膜することが好ましい。
【００３７】
図6に示すように、第１の分離層２０に対する光照射を行った後、第1分離層２０の一部または全部が中間層３０に付着することがある。この場合、例えば、洗浄、エッチング、アッシング、研磨等の方法またはこれらを組み合わせた処理を施すことにより中間層３０上の付着物を除去することができる。
【００３８】
また、第1分離層２０の一部または全部が第１の基板１０に付着する場合もある。この場合も同様な処理を行うことにより、第１基板１０から付着物を除去することができるが、これにより、第１の基板１０として、石英ガラスのような高価な材料、希少な材料が用いられている場合は、第１の基板１０を再利用することができ、コスト面でも有利である。
【００３９】
[中間層３０]第１の分離層２０に接して配置される中間層３０は、種々の目的で形成され、例えば、被転写層４０を物理的または化学的に保護する保護層、絶縁層、導電層、レーザー光の遮光層、不純物のマイグレーションを防止するバリヤ層、反射層としての機能するものが挙げられる。中間層３０が絶縁膜である場合、例えば、SiO₂、SiO、及びSiNを使用することができる。中間層３０の厚さは、所望の機能に応じて適宜選択することができるが、通常は、１０ｎｍ〜５μｍであるのが好ましく、４０ｎｍ〜１μｍ程度であるのがより好ましい。なお、場合によっては、中間層３０を形成せず、第１の分離層２０の上に直接、被転写層４０を形成しても良い。
【００４０】
[被転写層４０]被転写層４０は、図２に示されているように、例えば、薄膜トランジスタ（TFT）を含んでいても良い（被転写層４０のK部分）。このTFTは、例えば、ポリシリコン層にn型不純物を導入して形成されたソース領域１０２、ドレイン領域１０４、チャネル領域１００、ゲート絶縁膜１０６、ゲート電極１０８、層間絶縁膜１１０、ソース電極１１２、及びドレイン電極１１４を具備することができる。TFT以外の、被転写層４０に含まれるデバイスとしては、例えば、薄膜ダイオード、シリコンのPIN接合から成る光電変換素子（光センサ、太陽電池）、シリコン抵抗素子、その他の薄膜半導体デバイス、電極（例えば、ITO、メサ膜のような透明電極）、スイッチング素子、メモリー、圧電素子等のアクチュエータ、マイクロミラー（ピエゾ薄膜セラミックス）、磁気記録薄膜ヘッド、コイル、インダクター、薄膜高透磁材料およびそれらを組み合わせたマイクロ磁気デバイス、フィルター、反射膜、及びダイクロイックミラーが挙げられる。もちろん、被転写層４０は上記の例以外の種々のデバイスを含んでいても、本発明の積層体の製造方法の適用は可能である。
【００４１】
[第２の基板５０]本実施形態では、第２の基板５０は、被転写層４０を一時的に固定するに足る強度、あるいは後で詳述する第２の分離層６０を形成するに足る耐熱性を備えていれば良い。光硬化材料を光硬化させて、後で詳述する第１接着層７０を形成する場合は、基板５０は、光硬化材料を硬化させる光を十分に透過することが好ましい。従って、第２の基板５０としては、例えば、ガラス材料や、樹脂材料等の安価な材料を用いることができる。
【００４２】
ガラス材としては、例えば、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスが挙げられる。このうち、ケイ酸ガラス以外のものは、ケイ酸ガラスに比べて、成型や加工も比較的容易であり、なおかつ安価であるため、好ましい。
【００４３】
樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンープロピレン共重合体、エチレンー酢酸ビニル共重合体（EVA）等のポリオレフイン、環状ポリオレフイン、変性ポリオレフイン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリー（4−メチルペンテンー1）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリルースチレン共重合体（AS樹脂）、ブタジエンースチレン共重合体、ポリオ共重合体（EVOH）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリシクロへキサンテレフタレート（PCT）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフイン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不蝕和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて（例えば2層以上の積層体として）用いることができる。
【００４４】
[第２の分離層６０]第２分離層６０としては、基本的に、前述の第1の分離層２０の説明で述べたA〜Fの材料と同様の材料を用いることができる。ただし、後で詳述する第1の接着層７０が光硬化性樹脂材料の光硬化により形成する場合は、第２の分離層６０は、第1の接着層７０の形成に用いる光を十分に透過することが好ましい。このような条件を満たす材料としては、例えば、プラズマCVD法で形成された水素化アモルフアスシリコン（a−Si：H）が挙げられる。a−Si：H、プラズマCVD法により100℃以下という比較的低温での成膜が可能であるため、前述の第２の基板５０を構成する材料の選択肢を広げることができる。
【００４５】
また、図１１に示すように、アモルフアスシリコンは約320nm以下の波長域の光に対して強い吸収を示すが、320nm以上の光に対しては透光性を示す。従って、光硬化性材料を硬化させて第1の接着層７０を形成する光として320nm以上の波長を有する光、例えば、水銀ランプの346nmの波長の光、及び、第２の分離層６０における剥離に使用する光として320nm以下の波長を有する光、例えば、XeClエキシマレーザー（308nm）を光源とする光を、それぞれ使用すれば、第２の分離層６０における剥離を抑制したまま、第１の接着層７０を形成すること、及び第２分離層における剥離を誘起することができる。さらに、第２分離層の膜厚を10nm以下とすれば、さらに効果的である。プラズマCVD法によりアモルファスシリコン（a−Si：H）を第２分離層として形成した場合、通常、アモルファスシリコンは10〜20at％の水素を含むが、このアモルファスシリコンに対して光照射を行うことにより、アブレーションあるいは水素ガス放出現象が生起し、第２基板５０と第1接着層７０の間の接着力が失われ、第２基板５０を容易に脱離することができる。
【００４６】
[第１の接着層７０]第1接着層７０として用いられる材料としては、例えば、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。特に、工程のタクトタイム低減の観点からは光硬化性接着剤を用いることが好ましい。上記の光硬化性材料としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系の光硬化性材料を用いることができる。第１の接着層７０を最終的の除去する必要がある場合は、第１の接着層７０は溶媒に可溶であることが好ましく、特に水溶性であることが好ましい。以上のような条件を満たす材料として、例えば、スリーボンド３０４６（商品名）を用いることができる。また、第1の接着層７０の厚さを、1μm〜1mm程度、さらに好ましくは10〜100μm程度とすることにより、図８に示したように、照射光２１０を第2分離層６０に照射された際に発生する熱または圧力から被転写層４０を保護する機能を、第1の接着層７０に付与することができる。
【００４７】
[照射光２００]第１の分離層２０における剥離を誘起する照射光200としては、第１の分離層２０の性質に応じて、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線（熱線）、ミリ波、マイクロ波、電子線、放射線（α波、β波、γ波）など、種々の波長の光あるいは電磁波を用いることができる。照射面積あるいは照射領域を制御する必要がある場合は、指向性に優れた、これらの波長の光あるいは電磁波を発振するレーザーを用いることが好ましい。レーザーとしては、例えば、各種気体レーザー、ガラスレーザー、半導体レーザーが挙げられるが、より具体的には、例えば、エキシマレーザー、Nd−YAGレーザー、Arレーザー、Krレーザー、CO₂レーザー、COレーザー、及びHe−Neレーザーが挙げられる。
【００４８】
エキシマレーザーを光源とする高出力の紫外光を第１の分離層２０に対する照射に用いた場合、極めて短時間で第1の分離層２０における剥離現象を誘起することができるので、被転写層４０などの隣接する層の温度上昇、劣化あるいは損傷などの第１の分離層２０に対する光照射により誘起される副次的な効果を低減することができる。なお、照射光のエネルギー密度は、10〜5000mJ／cm²程度とするのが好ましく、100〜500mJ／cm²程度とするのがより好ましい。また、照射時間は、1〜1000ナノ秒程度とするのが好ましく、10〜100ナノ秒程度とするのがより好ましい。
【００４９】
照射光２００は、第1の分離層２０に対して垂直な方向から照射する必要は必ずしもなく、第1の分離層２０に対して所定の角度をなす方向から行うこともできる。また、第1の分離層２０の面積が照射光200の1回の照射面積より大きい場合には、第1の分離層２０の全領域に対し、複数回に分けて照射光２００を照射することもできる。また、同一箇所に2回以上照射しても良い。また、異なる種類、異なる波長域の照射光を同一領域または異なる領域に2回以上照射しても良い。
【００５０】
[第２の接着層９０]第２の接着層９０としては、基本的に第１の接着層７０と同様な材料を用いることができる。
【００５１】
[第３の基板８０]第3の基板８０として、用いることのできる材料は、第2の基板５０の説明で述べた種々の材料と同様のものを使用することができる。特に、軽量性、可撓性、弾性などに優れた樹脂材料を用いることにより、製造される積層体にこれらの機械的性質を付与することができ、材料コスト、製造コストも低減できるという利点を有する。なお、第3の基板８０は、例えば、液晶セルのように、それ自体独立したデバイスを構成するものや、例えば、カラーフィルター、電極層、誘電体層、絶縁層、半導体素子のように、デバイスの一部を構成するものであっても良い。また、第3の基板８０は、例えば、金属、セラミックス、石材、木材、紙材等の物質であっても良いし、さらには、時計の文字盤、自動車のフロントガラス、エアコンの表面、プリント基板、柱、天井、窓ガラス等の構造物の表面であっても良い。
【００５２】
[照射光２１０]第2分離層６０に対する光照射に用いる、第２基板５０を透過する照射光２１０としては、照射光２００の説明で述べたものと同様の各種光を用いることができる。第2の分離層６０が水素化アモルフアスシリコンから成る場合には、照射光２１０としてエキシマレーザーを用いることが好ましい。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る転写技術を用いれば、基板に形成した積層順序を維持したまま、薄膜デバイスを、その使用時に適した他の基板上へ転写することが可能となる。例えば、薄膜を直接形成することができないか、または形成するのに適さない材料、成型が容易な材料、安価な材料等で横成されたものや、移動しにくい大型の物体等に対しても、転写によりそれを形成することができる。
【００５４】
特に、転写先基板（例えば、第3の基板８０）は、各種合成樹脂や融点の低いガラス材のような、製造元基板（第1基板）材料に比べて耐熱性、耐食性等の特性が劣るものを用いることができる。そのため、例えば、透明基板上に薄膜トランジスタをすくむ薄膜デバイスを製造するに際しては、製造元基板として耐熱性に優れる石英ガラス基板を用い、転写先基板として、各種合成樹脂や融点の低いガラス材のような、安価で且つ加工のし易い材料を用いることにより、安価な薄膜デバイスを安定して製造することが容易となる。また、軽量で柔軟性に富む、新規な薄膜デバイスの製造も可能である。
【００５５】
また、本発明の実施形態によれば、上述したように、第2基板の離脱を速やかに行うことができる。これにより、大面積の薄膜デバイスを短時間で効率よく転写することが可能となり、製造コストの低減に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明の積層体の積層体の製造方法に係る実施の形態を示す図である。
【図１１】アモルファスシリコンの透過率の波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
10、50、80 基板
20 第1の分離層
30 中間層
40 被転写層
60 第2分離層
70、90 接着層

Claims

第１の基板上に第１の分離層を形成し、さらに前記第１の分離層の上に薄膜デバイスを含む被転写体を形成する工程と、
第２の基板上に第２の分離層を形成する工程と、
前記被転写体と前記第２の分離層とを第１の接着層を介して接着する工程と、
光照射により前記第１の分離層の層内及び前記第１の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで剥離を生ぜしめ、前記被転写体を前記第１の基板の側から前記第２の基板の側に転写する工程と、
前記第２基板の側に転写された前記被転写体と第３の基板とを第２の接着層を介して接着する工程と、
光照射により前記第２の分離層の層内及び前記第２の分離層と接する他の層との境界面のうち少なくともいずれかで剥離を生ぜしめ、前記被転写体を、前記第２の基板の側から前記第３の基板の側に転写する工程と、
を含む積層体の製造方法。
請求項１に記載の積層体の製造方法において、
前記第1の接着層を取り除く工程をさらに含むこと、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項２に記載の積層体の製造方法において、
前記第1の接着層が溶媒に可溶であること
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項３に記載の積層体の製造方法おいて、
前記第1の接着層が水溶性であること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の積層体の製造方法において、
前記第２の分離層がアモルファスシリコンにより構成されていること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至５のいずれかに記載の積層体の製造方法において、
前記第１分離層がアモルファスシリコンにより構成されていること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項５または６に記載の積層体の製造方法において、
前記アモルファスシリコンが1 at％以上の水素を含有すること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項５乃至７のいずれかに記載の積層体の製造方法おいて、
前記アモルファスシリコンが１０〜２０at％の水素を含有すること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載の積層体の製造方法において、
100ナノ秒以下のパルス幅を有する光を前記光照射に用いること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至９のいずれかに記載の積層体の製造方法おいて、レーザーを光源とする光を前記光照射に用いること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１０に記載の積層体の製造方法において、
エキシマレーザーを光源とする光を前記光照射に用いること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の積層体の製造方法において、光硬化性材料を光硬化させることにより前記第１の接着層を形成し、前記光硬化性材料を光硬化させる際に用いる光の前記第２の分離層に対する透過量が、前記第２の分離層の層内または前記第２の分離層と接する他の層との境界面の少なくともいずれかにおいて剥離を生ぜしめる際に用いる光の前記第２の分離層に対する透過量より大であること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１２に記載の積層体の製造方法において、
前記第２分離層がアモルファスシリコンから構成されており、前記第２分離層の膜厚が１０nm以下であること、
を特徴とする積層体の製造方法。
請求項１乃至１３のいずれかに記載の積層体の製造方法を用いること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。