JP4411598B2 - 転写元基板及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置及び半導体装置の検査方法に関し、特に、薄膜回路の剥離転写技術を用いて製造される半導体装置の製造過程で使用される転写元基板及び転写元基板の検査方法に関する。

転写元基板上に剥離層を介して転写対象となる所定の機能を有する薄膜素子あるいは薄膜回路（以下、「転写薄膜回路」という。）を半導体製造プロセスによって多数形成し、形成された転写薄膜回路の一部を最終基板（転写先基板）に転写して半導体装置を製造する製造方法が提案されている。例えば、特開２００３−３１８３７２号公報には、転写元基板に形成された薄膜半導体回路群の一部を転写先板に転写して電子装置を製造する製造装置が開示されている。また、特開２００４−２２８３７３号公報には、転写元基板に形成された薄膜半導体回路群の一部を転写先基板に転写する技術が記載されている。この薄膜半導体の剥離転写技術を使用すると、耐熱温度が低いプラスチック基板に半導体装置を形成することが可能となる。また、タイル状に転写薄膜回路を貼り合わせることによって大型の半導体装置を製造することが可能となる。
特開２００３−３１８３７２号公報 特開２００４−２２８３７３号公報

しかしながら、転写元基板上に形成される多数の転写薄膜回路は転写単位となる領域毎に形成されており、他とは領域分離されている（図１０参照）。転写元基板上には転写薄膜回路を動作させる配線が存在しない。転写元基板から転写薄膜回路を回路配線が形成された最終基板に転写することによって転写対象の転写薄膜回路は初めて回路として動作することができる。このため、転写元基板での製造不良に起因する不具合な転写薄膜回路が存在していたとしても、転写前には転写薄膜回路の動作を確認することが困難である。最終基板に所要の転写薄膜回路を全て転写した後で製品の動作検査が可能となるのでは、製品の歩留まりを向上させることができず、コスト高となって不具合である。

なお、複数の探針（プローブ）を当接することによって転写薄膜回路の動作を確認することが考えられるが、転写薄膜回路が探針によってダメージを受ける。また、個々の転写薄膜回路に探針を当てて多数検査するには時間がかかり過ぎる。

よって、本発明は転写元基板上に形成された複数の転写薄膜回路の良不良を転写前に予め検査することを可能とした薄膜半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の転写元基板は、基板と、上記基板上に剥離層を介して形成された複数の転写薄膜回路と、上記基板上に形成された、回路動作を検査する検査回路と、各転写薄膜回路と上記検査回路とを接続する配線と、を備える。

かかる構成とすることによって、転写対象となる転写薄膜回路が転写元基板上において検査回路と電気的に接続されるので転写前に予め転写薄膜回路の良・不良を素早く判別（検査）することが可能となる。また、コンピュータシステムによる検査データの収集も可能となる。良品の転写薄膜回路を選択して使用することによって完成品の半導体装置の歩留まりを向上することができる。

好ましくは、上記複数の転写薄膜回路は上記基板上にマトリクス状に配列され、上記検査回路は上記複数の転写薄膜回路の形成領域の外周に配置され、上記配線は上記マトリクス状に配置された転写薄膜回路相互間に格子状に配置される。それにより、検査回路及び配線が剥離転写の妨げとなりにくい。

好ましくは、上記複数の転写薄膜回路は上記基板上にマトリクス状に配列され、上記検査回路は上記複数の転写薄膜回路の形成領域の外周に配置され、上記配線は上記マトリクス状に配置された複数の転写薄膜回路を行方向及び列方向のうち少なくともいずれかの方向に連通するように配置される。それにより、検査のための配線による、転写薄膜回路への割り当て可能面積の実質的減少を防止する。

好ましくは、上記検査回路は上記マトリクス状に配列された転写薄膜回路を個別に動作させて各転写薄膜回路の動作を検査する。

好ましくは、上記転写薄膜回路は、ダイオード、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、インダクタ及び配線のうち少なくともいずれかを含む。また、これらを組み合わせた集積回路（ＩＣ）を含む。

好ましくは、上記転写薄膜回路は、例えば、半導体装置である電気光学装置の駆動回路、例えば、有機ＥＬ表示装置や液晶表示装置の駆動回路である。

また、本発明の転写元基板は、基板と、上記基板上に相互に離間して形成されて剥離転写可能な複数の転写薄膜回路と、各転写薄膜回路と外部検査回路用の端子とを接続する配線と、を備える。

かかる構成とした場合にも、基板外に設けられた検査回路によって各転写薄膜回路を検査することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、剥離転写可能な複数の転写薄膜回路と各転写薄膜回路の動作を検査する検査回路とを転写元基板上に形成する工程と、上記検査回路を介して各転写薄膜回路の動作を検査して上記転写元基板における各転写薄膜回路の検査データを得る工程と、上記検査データに基づいて上記転写元基板から検査に適合した転写薄膜回路を選択して転写先基板上に転写する工程と、を含む。それにより、良品の転写薄膜回路のみを転写先基板に移動し、完成品の半導体装置の歩留まりを向上させる。

本発明によれば、転写元基板段階において転写薄膜回路の良不良を判別することができる。また、不良の転写薄膜回路を使用することなく半導体装置を組み立てることができる。

図１は、本発明の転写元基板を説明する説明図である。本発明においては、薄膜回路の剥離転写を行う前に薄膜回路の良／不良を検査するために、転写元基板に転写対象となる薄膜回路群の検査用配線及び検査回路を設けている。この転写元基板の構成については後に詳述されている。

転写元基板１００の中央の領域には薄膜回路形成領域１４及び１５が配置される。後述のように、薄膜回路形成領域１４及び１５はマトリクス状に領域が画定されており、各領域に剥離転写対象となる薄膜回路が形成される。各薄膜回路には回路出力線が接続されている。この薄膜回路形成領域１４及び１５の周囲に検査回路１１、１２及び１３が配置される。

検査回路１１、１２及び１３は、基板外部の検査用コンピュータシステム１０から検査信号の供給を受け、指令に該当する領域の薄膜回路を駆動する。薄膜回路の動作出力は回路出力線を介して検査用コンピュータシステム１０に入力される。

検査用コンピュータシステム１０は、動作を指令した領域の薄膜回路の出力を検出し、動作が正常か異常かを判別する。基板１００の全ての薄膜回路について検査を行い、基板１００の各薄膜回路の良不良の判別データを記憶する。この判別結果を基板毎に保持し、剥離転写工程において、良品の薄膜回路のみを転写先基板に転写する。

すなわち、剥離転写可能な複数の転写薄膜回路と各転写薄膜回路の動作を検査する検査回路とを転写元基板上に形成する工程と、検査回路を介して各転写薄膜回路の動作を検査して転写元基板における各転写薄膜回路の検査データを得る工程と、検査データに基づいて転写元基板から検査に適合した転写薄膜回路を選択して転写先基板上に転写する工程と、が実行されて半導体装置の製造が行われる。

まず、上述した薄膜半導体回路の剥離転写技術について簡単に説明する。

図２は、剥離転写法を説明する概念図である。この例では、基板１００が転写元基板となる。同図に示すように、基板１００上に図示しない剥離層を介して転写対象となる薄膜回路１０２が半導体製造プロセスによって形成される。薄膜回路１０２は基板１００上にマトリクス状（碁盤の目状）に画定された複数の回路形成領域Ａに形成される。上記剥離層としては、例えば、非晶質シリコン層を使用可能である。

次に、転写対象の薄膜回路１０２部分の剥離層にレーザ照射などのエネルギ付与を行い、該剥離層を部分的に破壊する。基板１００の当該部分から薄膜回路１０２を剥離し、別途のプロセスで形成されている装置基板（転写先基板）２００上の所定位置に配置する。基板２００上には配線２０１が形成されており、薄膜回路１０２の端子と接続される。

図３は、薄膜回路１０２の構成例を示している。この例では、薄膜回路１０２は表示装置の画素の駆動回路である。同図（ａ）は、表示装置の画素として有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを用いた場合の画素駆動回路例である。転写対象となる薄膜回路１０２は薄膜トランジスタＴ１及びＴ２，キャパシタＣ１によって構成されている。画素領域Ｐ_mnに転写された薄膜回路１０２は電源線Ｖｃｃ、ｍ番目のデータ線Ｉｄａｔａ_m、ｎ番目の走査線Ｖｓ_n、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの画素電極に接続される。

図３（ｂ）は表示装置の画素として液晶素子Ｌを用いた場合の回路例である。転写対象となる薄膜回路１０２は薄膜トランジスタＴ３及びキャパシタＣ２によって構成されている。画素領域Ｐ_mnに転写された薄膜回路１０２は、ｍ番目のデータ線Ｄｄａｔａ_m、ｎ番目の走査線Ｖｓ_n、液晶素子Ｌの画素電極に接続される。

図４は、転写元基板における転写対象の薄膜回路と検査回路との電気的接続を示すブロック図である。転写元基板１００には既述検査回路１１に相当する検査用データドライバ回路１１ａ、既述検査回路１２に相当する検査用走査ドライバ回路１２ａ、トランジスタスイッチが一列に配置されたアナログスイッチ部１６、及びアクティブマトリクス部１４ａを備えている。アクティブマトリクス部１４ａは既述剥離転写回路形成領域１４に相当するもので、例えば、転写対象の薄膜回路１０２である図３に示した画素回路がマトリクス状に配置されている。各画素回路は共通電源線Ｌｃｏｍに接続されている。共通電源線Ｌｃｏｍと検査信号との間に発生する容量の充放電により、各画素回路の良／不良を判別する。

検査用コンピュータシステム１０は検査用データドライバ回路１１ａ及び検査用走査ドライバ回路１２ａに指令信号を与えることによって検査対象の薄膜回路をマトリクス状の配列位置（位置情報）で指定することができる。検査用コンピュータシステム１０からの動作指令信号によって検査用データドライバ回路１１ａから出力される列選択信号により、アナログスイッチ部１６のトランジスタが個別的にオンオフ制御され、検査用信号線Ｖ_testと各列のデータ線との接続が制御される。検査用信号線Ｖ_testには検査用コンピュータシステム１０から所定レベルの電流あるいは電圧が供給される。また、検査用コンピュータシステム１０から供給される動作指令信号に応じて検査用走査ドライバ回路１２ａは各走査線Ｖｓ_nを順次に（あるいは個別的に）選択する。検査用データドライバ回路１１ａ及び検査用走査ドライバ１２ａが連動して動作することで、転写対象の薄膜回路である画素回路を選択的に動作させ、転写対象の各薄膜回路の良／不良を判別する。

図５は、上述したアクティブマトリクス部１４ａの拡大図である。転写対象の薄膜回路１０２はマトリクス状に配置され、各薄膜回路１０２は転写後に転写先基板の配線との接続に用いられる接続用パッド部を有している。転写対象の薄膜回路１０２相互間は薄膜回路１０２外周領域に格子状（碁盤の目状）に配置された配線部により電気的に接続されている。これにより、検査用データドライバ回路１１ａ及び検査用走査ドライバ回路１２ａを用いた転写対象薄膜回路の選択的な良不良検査が可能となる。

図６は、転写元基板１００のアクティブマトリクス部１４ａの領域の断面図である。転写元基板１００には剥離層１０１を介して転写対象の薄膜回路１０２及び配線部１０３が形成されている。前述の通り、薄膜回路１０２には転写先基板との電気的接続をとるための接続用パッド１０４が設けられている。また、配線部１０３は薄膜回路１０２の領域を分離する素子分離部の役割を果たしている。既述した不良検査により良品と判断された転写対象の薄膜回路１０２のみが転写先基板に転写され、あるいは良品の薄膜回路１０２のみが仮転写基板である図示しない中継基板に転写され、最終的に転写先基板に配置される。

図７は、本発明の第２の実施例を説明する説明図である。第２の実施例では、上述したアクティブマトリクス部１４ａにおける薄膜回路１０２の内部の配線を検査用配線として利用している。転写対象の薄膜回路及び全体構成は第１の実施例と同様であるので、対応する部分には同一符号を付してかかる部分の説明を省略する。

図８は、第２の実施例の転写元基板１００におけるアクティブマトリクス部１４ａの拡大図である。同図に示すように、検査用の配線Ｖｓ_n、Ｄａｔａ_mは転写対象となる各薄膜回路１０２の領域内を通過している。各薄膜回路１０２には、第１の実施例と比べてより多くのパッド１０４が設けられている。

第２の実施例では、第１の実施例に比べて転写対象の薄膜回路１０２相互間をつなぐ配線部分の面積が小さくなり、より多くの面積を転写用の薄膜回路１０２に割り当てることができる。

図９は、第２の実施例の転写元基板１００のアクティブマトリクス部１４ａの領域の断面図である。前述したように、転写元基板１００には剥離層１０１を介して転写対象の薄膜回路１０２及び配線部１０３が形成されている。薄膜回路１０２には転写先基板との電気的接続をとるための接続用パッド１０４が設けられている。薄膜回路１０２の領域相互間を分離する素子分離部１０３ａは第１の実施例と異なり、検査用配線が存在しないので幅が狭い。従って、より多くの面積を転写用の薄膜回路１０２に割り当てることができる。

第２の実施例においても、既述不良検査により良品と判断された転写対象の薄膜回路１０２のみが転写先基板に転写され、あるいは良品の薄膜回路１０２のみが仮転写基板である図示しない中継基板に転写され、最終的に転写先基板に配置される。

なお、上述した実施例では、転写元基板上に検査回路を形成しているが、該基板には各転写薄膜回路と外部検査回路用の端子とを設け、基板外に設けられた検査回路によって各転写薄膜回路を検査することとしても良い。

このように、本発明の実施例によれば、転写元基板において転写対象の薄膜回路の良不良検査を行い、その後良品薄膜回路のみを直接にあるいは中継基板を介して転写先基板に転写する。これにより、転写元基板での薄膜回路の製造不良に起因する、転写先基板を用いた半導体装置の不良を回避でき、製造歩留まりを向上することができる。

図１は、本発明の全体構成を説明するブロック図である。 図２は、剥離転写技術の一例を説明する説明図である。 図３は、剥離転写技術を説明する説明図であり、同図（ａ）は有機ＥＬ表示装置のＥＬ素子の駆動回路を転写する例を説明する回路図、同図（ｂ）は液晶表示装置の液晶素子の駆動回路を転写する例を説明する回路図である。 図４は、本発明の第１の実施例の転写元基板に検査回路と転写対象となる転写薄膜回路を形成した例を示す説明図である。 図５は、第１の実施例の転写薄膜回路の形成領域を説明する説明図である。 図６は、仮転写基板を使用する例を説明する説明図である。 図７は、本発明の第２の実施例を説明する説明図である。 図８は、第２の実施例の転写薄膜回路の形成領域を説明する説明図である。 図９は、仮転写基板を使用する例を説明する説明図である。 図１０は、従来の転写元基板上への転写薄膜回路の形成（配置）例を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 検査用コンピュータシステム、１１〜１３ 検査回路、１４，１５ 剥離転写回路形成領域、１００ 転写元基板、１０１ 剥離層、１０２ 薄膜回路、２００ 転写先基板。

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に剥離層を介してマトリクス状に配置された複数の転写薄膜回路と、
   前記基板上に形成された、前記複数の転写薄膜回路各々の回路動作を検査する検査回路と、
   前記複数の転写薄膜回路と前記検査回路とを接続する複数の配線と、を備え、
   前記複数の転写薄膜回路の各回路形成領域の相互間に領域分離層が形成され、
   前記複数の配線の各々は、前記マトリクス状に配置された複数の転写薄膜回路の各回路形成領域内を行または列方向に連通し、各回路形成領域内において配線上に転写先の基板の配線と接続するためのパッドを有する、転写元基板。
2. 前記複数の転写薄膜回路の各々は、ダイオード、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、インダクタ及び配線のうち少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の転写元基板。
3. マトリクス状に配置された剥離転写可能な複数の転写薄膜回路と前記複数の転写薄膜回路の各々の動作を検査する検査回路とを転写元基板上に形成する第１の工程と、
   前記検査回路を介して前記複数の転写薄膜回路の各々の動作を検査して前記転写元基板における各転写薄膜回路の検査データを得る第２の工程と、
   前記検査データに基づいて前記転写元基板から検査に適合した前記複数の転写薄膜回路のいずれかを選択して転写先基板上に転写する第３の工程と、を含み、
   前記転写元基板上には、前記複数の転写薄膜回路と前記検査回路とを接続する複数の配線が形成されており、前記複数の配線は、前記マトリクス状に配置された複数の転写薄膜回路の各回路形成領域内を行または列方向に連通し、各回路形成領域内において配線上に転写先の基板の配線と接続するためのパッドを有するものである、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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