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TWI330871B - Semiconductor device and manufacturing method thereof, delamination method, and transferring method - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof, delamination method, and transferring method Download PDF

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TWI330871B
TWI330871B TW095147711A TW95147711A TWI330871B TW I330871 B TWI330871 B TW I330871B TW 095147711 A TW095147711 A TW 095147711A TW 95147711 A TW95147711 A TW 95147711A TW I330871 B TWI330871 B TW I330871B
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film
oxide layer
substrate
layer
oxide
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TW095147711A
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English (en)
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TW200715419A (en
Inventor
Junya Maruyama
Toru Takayama
Yumiko Ohno
Shunpei Yamazaki
Original Assignee
Semiconductor Energy Lab
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Publication date
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Description

1330871 、 ⑴ . 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於到功能性（functional)薄膜的剝離方 • 法’確切地說是相關於到各配備有各種元件的薄膜或層的 - 剝離方法。此外’本發明相關於到用於將分離的薄膜粘合 到薄膜基底的移印方法。還相關於到包含根據移印方法製 作的薄膜電晶體（以下成爲TFT)的半導體裝置及其製造 φ 方法。 【先前技術】 新近’利用製作在配備有絕緣表面的基底上的半導體 膜（厚度約爲幾十nm到幾百nm )來製作TFT的技術正 受到注意。TFT被廣泛地應用於諸如積體電路或電光裝置 之類的電子裝置，且特別被開發作爲顯示裝置的開關元件 或驅動電路。 借助於執行切片來得到多個平板，能夠大規模生産這 種顯示裝置。多半採用玻璃基底和石英基底；但玻璃基底 和石英基底的缺點是易碎且增大重量。因此，正在試驗在 典型爲撓性塑膠膜的撓性基底上製作TFT元件。 然而，當複雜的多晶矽薄膜被用作TFT的主動層時 ，在製造製程中，幾百艺高溫下的製程是必須的，致使多 晶矽薄膜無法直接形成在塑膠膜上。 因此，提出了一種利用其間的分離層將剝離層從基底 分離的方法。例如，提供了包含諸如非晶矽、半導體、氮 -5- (2) 1330871 化物陶瓷、或有機聚合物的分離層，並藉由基底將 於雷射光束；基底在分離層中被剝離等分離（參3 :日本專利公開No.10-125929)。此外，有參考文 了 一種借助於將剝離層（稱爲待要移印的層）粘貼 膜而完成液晶顯示裝置的例子（參考文獻2:曰本 開No. 1 0- 1 2593 0 )。在有關撓性顯示器的論文中， 各個公司的技術（參考文獻3: Nikkei Microdevices， Bussiness Publications, pp. 7 1 -72, July 1，2 0 0 2 ) ° 然而，在上述文獻所述的方法中，要求採用對 透明的基底。而且，爲了賦予足夠的能量以藉由基 包含在非晶矽中的氫，必須有能量相當高的雷射光 就引起損傷剝離層的問題。而且，上述文獻描述的 ，爲了防止對剝離層的損傷而提供了抗光層或反射 在此情況下，就難以製造向下發光的透射液晶顯示 發光裝置。還有，利用上述方法難以分離大面積的 【發明內容】 考慮到上述各種問題，提出了本發明，且本發 的是提供一種技術，在提供被形成在基底上的金屬 提供形成在金屬膜上包含包括上述金屬的氧化物膜 層和包含矽的薄膜的狀態下，利用物理方法或機械 執行基底與剝離層之間的分離。具體地說，製作了 在金屬膜上形成包括上述金屬的氧化物層，用熱處 其暴露 f文獻I 獻描述 到塑膠 專利公 介紹了 Nikkei 光高度 底釋放 束。這 結構中 層；但 裝置或 剝離層 明的目 膜，且 的剝離 方法來 借助於 理方法 -6- (3) 1330871 對上述氧化物層進行晶化，以及在氧化物層的層中或在上 述氧化物層二個表面的介面處執行分離而得到的TFT。 根據本發明製作的TFT能夠被應用於頂部發射型或 底部發射型的任何發光裝置，或透射型、反射型、或半透 射型的任何液晶顯示裝置等。 【實施方式】 φ 參照圖式來解釋根據本發明的實施例模式。 實施例模式1 首先，如圖1A所示，金屬膜11被形成在第一基底1〇 上。然後注意’具有承受疊層製程的剛性的任何基底，例 如玻璃基底、石英基底、陶瓷基底' 矽基底、金屬基底、 或不銹鋼基底，能夠被用作第一基底。選自W、Ti、Ta、
Mo、Nd、Ni、Co、Zr、Zn、Ru、Rh、Pd、Os 和 Ir 的元 #素；主要包含其合金材料或化合物材料的單層；或其疊層 ，能夠被用作金屬膜。可以用濺射方法，以金屬作爲靶， 將金屬膜形成在第一基底上。注意，金屬膜的膜厚度爲 10-200nm，最好爲 50-75nm。 可以用被氮化的金屬膜（金屬氮化物膜）來代替金屬 膜。還可以將氮和氧摻入到金屬膜。例如，可以對金屬膜 進行氮或氧的離子注入，或者可以在氮或氧氣體環境的成 膜工作室中用濺射方法來形成金屬膜。而且，氮化物金屬 可以被用作靶。
V S 1330871 ' (4) 於是，當上述金屬的金屬合金（例如W和Mo的合金 WxM〇1-x )被用作金屬膜時，諸如第一金屬（W)和第二 金屬（Mo)的多個靶，或第一金屬（W)與第二金屬（ * Mo)的合金靶，被排列在成膜工作室中，從而用濺射方 - 法形成金屬膜。 當用灑射方法形成金屬膜時，基底週邊的膜厚度有時 變得不均勻。因此，最好用乾法腐蝕方法清除週邊部分的 • 膜；此時，可以在第一基底10與金屬膜11之間形成大致 lOOnm的諸如SiON膜或SiNO膜的絕緣膜，使第一基底 不被腐鈾。 借助於如上所述恰當地設定金屬膜的形成，剝離過程 能夠被控制，並擴大了製程範圍。例如，當採用金屬合金 時，借助於控制合金的各個金屬的組分比率，能夠控制是 否使用熱處理以及熱處理的溫度。 剝離層12被形成在金屬膜11上。剝離層具有用來在金 #屬膜11上形成包括上述金屬的氧化物層的氧化物膜以及半 導體膜。剝離層的半導體膜可以處於這樣一種狀態，其中 ，TFT、有機TFT、薄膜二極體、包含矽的PIN結的光電 感應器、矽電阻器、感應器元件（典型爲採用多晶矽的壓 敏指紋掃描器）之類在所希望的製造製程中被製作。 可以用濺射方法或CVD方法來形成氧化矽、氮氧化 矽等作爲氧化物膜。順便說一下，氧化物膜的厚度最好二 倍大於金屬膜11的厚度。此處，用濺射方法，利用矽靶， 氧化矽膜被形成爲具有1 5 0-200nm的厚度。 1330871 、 (5) 在本發明中，當氧化物膜被形成時，包括上述金屬的 氧化物層被形成在金屬膜（未示出）上。此氧化物層可以 被形成爲膜厚度爲O.lnm到1微米’較佳是O.lnm到lOOnm • ，O.lnm 到 5nm 更好。 . 上述方法之外的形成氧化物層的另一種方法可以採用 借助於對具有硫酸、鹽酸或硝酸的水溶液；其中硫酸、鹽 酸或硝酸與過氧化氫被混合的水溶液；或臭氧水進行處理 Φ 而得到的薄氧化物膜。作爲另一變通，可以用在氧氣體環 境中電漿處理方法，或借助於用紫外線在含氧的氣體環境 中産生臭氧，來進行氧化，或可以借助於在潔淨爐子中於 大約200-3 50°C下進行加熱，來形成薄的氧化物膜。 在剝離層I2中，最好特別是在半導體膜下方提供包含 諸如SiN或SiON的氮化物的絕緣膜作爲基底膜，以便防 止雜質或滲透金屬膜或基底外部的垃圾的浸入。 然後’在380-410°C，例如400°C下進行熱處理。借助 Φ於這—熱處理，氧化物層被晶化，且包含在剝離層12中的 氫’確切地說是半導體膜的氫被擴散。半導體裝置製造製 程中的熱處理可以與上述步驟的熱處理同時進行，從而減 少了製程數目。當形成非晶半導體膜並用加熱爐或用鐳射 輻照方法來形成結晶半導體膜時，可以執行至少5〇〇〇c的 熱處理來進行晶化，從而擴散氫以及形成結晶的半導體膜 〇 如圖1B所示’利用第—粘合材料（鍵合材料）14, 固定剝離層12的第二基底13被粘貼到剝離層12。注意，最 * 9 - 1330871 . (6) 好用剛性高於第一基底1 〇的基底作爲第 諸如可紫外剝離的粘合劑的可剝離粘合 熱剝離的粘合劑；可溶於水的粘合劑； • 被用作第一鍵合材料14。 - 接著，利用物理方法來分離配備有 底10(圖1C)。雖然未示出，但由於圖 故分離發生在晶化的氧化物層中或氧化 Φ 面處，亦即在氧化物層與金屬膜之間的 與剝離層之間的介面處。於是，剝離層 1 〇被分離。 如圖1D所示，用第二鍵合材料15 層12粘貼到是爲移印體的第三基底16。 劑、樹脂添加劑、雙面膠帶之類的可紫 可以被用作第二鍵合材料15。注意，當 粘合劑時’可以不必使用第二鍵合材料 鲁二基底覆蓋剝離層12的側表面。具有撓 底（這種基底以下被稱爲薄膜基底）， 、多芳基化合物、聚醚颯基底的塑膠基 底：或陶瓷基底’可以被用作第三基底 隨後，清除第一鍵合材料14，並剝 1Ε)。具體地說’可以執行紫外線輻照 ’來剝離第一鍵合材料。而且，有可能 行電漿清洗或鍾罩清潔清洗。 配備有適合各種用途的TFT的多 二基底1 3。例如， 劑或用熱清除的可 或雙面膠帶，最好 金屬膜11的第一基 表示出框架格式， 物層二個表面的介 介面處或氧化物層 12能夠從第一基底 ，將被分離的剝離 諸如環氧樹脂粘合 外線固化的樹脂， 第三基底的表面是 。而且，可以用第 性和薄膜厚度的基 例如諸如聚碳酸酯 底；聚四氟乙嫌基 16° 離第二基底13 (圖 、熱處理、或水洗 用氬氣和氧氣來執 個剝離層，可以被 -10- 1330871 . (7) 移印到待要成爲移印體的第三基底。例如，像素區的TFT 和驅動電路的TFT的剝離層可以被形成，且然後被移印 到第三基底的預定區域。 * 被製作在如上得到的薄膜基底上的TFT等，能夠被 - 用作發光裝置和液晶顯示裝置的半導體元件。 借助於在剝離層12上形成發光元件，然後形成待要成 爲包封劑的保護膜，製作了發光裝置。當發光元件被製作 鲁在剝離層12上時，由於配備有TFT的薄膜基底是撓性的 ，故用諸如膠帶之類的鍵合材料，剝離層可以被固定到另 一個玻璃基底，從而用真空澱積方法形成各個發光層。注 意’發光層、電極和保護膜被相繼形成而不暴露於大氣是 較佳的。 製作發光裝置的順序沒有特別的限制，可以採用下列 順序：發光元件被形成在剝離層上；粘合第二基底；分離 具有發光元件的剝離層，並將其粘貼到用作第三基底的薄 Φ膜基底。而且，在形成發光元件之後，整個裝置可以在設 計得更大的用作第三基底的薄膜基底中被彎曲。 當製造液晶顯示裝置時，在分離第二基底之後，用密 封材料將反基底粘合，並可以將液晶材料注入其間。製作 液晶顯示裝置的順序沒有特別的限制，也可以採用下列順 序：第二基底被粘合作爲反基底；粘合第三基底；並將液 晶注入其間。 當製造液晶顯示裝置時，通常形成或撒布間隔體來保 持基底間距；但爲了保持撓性基底與反基底之間的間距， -11 - . (10) 1330871 圖6A和7A表示出圖2所示的在400°C下熱處理1小時 之後待要成爲樣品D的樣品的TEM照片以及圖2所示的在 430°C下熱處理1小時之後待要成爲樣品E的樣品的TEM ' 照片。圖6B和7B表示出對應於各個TEM照片的框架格 . 式。注意，施加到樣品D的溫度400°C可望是晶化的邊界 溫度，亦即能夠引起分離的邊界溫度。 圖6A和6B表示出晶格被形成在樣品D中部分氧化物 φ 層上以及晶格被形成在樣品E中整個氧化物層上。 作爲上述樣品D和E的層疊實驗結果，發現僅僅樣 品E被分離。 上述剝離實驗的結果和TEM照片表明，氧化物層被 形成在金屬膜與保護膜之間的介面處，且氧化物膜大致在 4〇〇 °C下開始出現晶化。當氧化物層具有結晶性時，就認 爲是可能出現分離的狀態。亦即發現需要形成金屬膜上的 氧化物膜，具體地說是提供在W膜上的包含W的氧化物 鲁層。 因此，由於在氧化物層被晶化的樣品中分離是可能的 ’故當用熱處理來晶化氧化物膜時，就産生晶體畸變劑晶 格缺陷（點缺陷，線缺陷，面缺陷（例如由氧空位聚集形 成的結晶學切平面造成的面缺陷），膨脹缺陷），且認爲 分離從其介面發生。 [實施例2] 接著’在製造保護膜的不同條件下，即當W膜上的 -14- - (11) 1330871 保護膜不存在或存在的情況被改變時，進行剝離實驗。 如圖1 1 A-1 1D所示，製備了 ：借助於相繼層疊用CVD 方法形成在基底300上的SiON膜301和用濺射方法形成的 • W膜3 02而形成的樣品1 (圖1 1 A ):包含利用濺射方法用 - 氬氣形成在W膜上的矽膜3 03作爲保護膜的樣品2 (圖11B ):包含利用濺射方法用氬氣和氧氣形成的二氧化矽膜 3 04來代替矽膜的樣品3 (圖1 1C ):以及包含利用CVD方 鲁法用矽烷氣體和氮氣形成的二氧化矽膜305的樣品4 (圖 1 1 D )。 圖12A-15A表示出各個樣品1-4的剖面的TEM照片。 圖12B-15B表示出對應於各個TEM照片的框架格式。 如圖1 2 A -1 5 A所示，在樣品3中，氧化物層被形成在 W膜上；但在其他樣品中不形成氧化物層。注意，天然氧 化物膜被形成在樣品1中；但膜厚度是如此之薄，以致於 在TEM照片中此膜未被清楚地顯現。 φ 此氧化物層被認爲由於製作樣品3時所用的氧氣而被 形成在W膜上。另一方面，當在樣品2中形成保護膜時， 認爲僅僅使用了氬氣，致使氧化物層不形成在W膜上。 當考慮到膜厚度時，形成在樣品3中的氧化物層被認爲不 同於形成在樣品1中的天然氧化物膜。可以想像當保護膜 開始形成時，氧化物層就被形成。 而且，至於樣品4，用CVD方法，二氧化矽膜被形成 在W膜上，藉以可以形成氧化物層；但如圖1 5 A所示， 氧化物層未被觀察到。 -15- - (12) 1330871 此處考慮其中形成氧化物層的樣品3和樣品4。與樣品 3中二氧化矽膜製造製程中所用的源氣體相比，CVD方法 所用的用來形成樣品4的二氧化矽膜的矽烷氣體包含有氫 • 。亦即，由於存在氫，故氧化物層被設計成不形成在樣品 . 4中。因此，雖然氧化物層被形成在W膜上，但樣品4的 狀態能夠被認爲由於氫而被改變了。 作爲上述情況的結果，可以想像，當保護膜被形成在 φ 金屬膜上時，不同於天然氧化物膜的氧化物層被形成。注 意，當採用W膜時，認爲氧化物層最好約爲3nm厚。而 且最好形成不含氫的保護膜，從而確定無誤地形成氧化物 膜。 根據上述結果，爲了執行剝離，認爲必須在金屬層上 形成包括上述金屬的氧化物層（金屬氧化物層）用來執行 剝離。確切地說，當W膜被用作金屬膜時，發現必須至 少在400°C下進行熱處理，從而晶化厚度約爲3nm的氧化 #物層。而且，根據實驗結果，發現要使氧化物層的晶化到 處擴展，故最好至少在43 0 °C下進行熱處理。 而且發現，當保護膜被形成時，金屬層上的上述金屬 氧化物層被形成，並在不包括氫或氫的濃度低的狀態下形 成保護膜，是可取的。當W膜被給定爲具體例子時，發 現最好利用濺射方法，用包含氧氣的源氣體來形成保護膜 [實施例3] •16- 1330871 - (13) 在本實施例中’將用TEM示出對基底側和非晶半導 體膜側上的氧化物層在分離之後的觀察結果。 用濺射方法’厚度爲50nm的W膜被形成在玻璃基底 ' 上：然後用濺射方法，形成厚度爲200 nm的氧化矽膜；隨 - 後用電獎CVD方法’形成厚度爲100nm的氮氧化矽膜作 爲基底膜；並用電漿CVD方法，形成厚度爲50nm的非晶 膜作爲半導體膜。然後，在500 °C下進行1小時熱處理以及 鲁在5 5 0 °C下進行4小時熱處理；利用環氧樹脂作爲粘合劑來 粘合石英基底；並用物理方法進行分離。此時的W膜和 基底側上的氧化物層的TEM照片被示於圖19A和19B。半 導體膜上的氧化物層和氮氧化矽膜的TEM照片被示於圖 2 Ο A 和 2 Ο B。 在圖19A和19B中，氧化物層仍然不均勻地保留在金 屬膜上。因此，如圖20所示，氧化物層仍然不均勻地保留 在氧化矽膜上。二個照片表明分離發生在氧化物層中或氧 • 化物層的介面處，且氧化物層仍然不均勻地粘合到金屬膜 和氧化矽膜。 [實施例4] 在本實施例中，表示出用XPS (X射線光電子譜術） 方法考察氧化物層組成的結果。 圖16A-16C分別表示出樣品A-C的結果。在圖16A-16C中，水平刻度表示出深度方向（氧化物層內部被離子 濺射暴露。探測到1 %原子比的鎢的情況是位置1 ;探測到 -17- . (14) 1330871 2%原子比的鎢的情況是位置2 :而探測到3%原子比的鎢的 情況是位置3 )，垂直刻度表示出所占鍵比率（％ )。 當對圖16A-16C進行比較時，與樣品A和B相比， ’ 樣品C中用圓圈示出的鎢（W)的相對比率更高。亦即， . 樣品C具有高的鎢比例和低的氧化鎢比例。 圖17A-17F表示出圖16A-16C的資料的標準化結果。 圖17A和17D對應於樣品A的結果。圖17B和17E對應於 φ 樣品B的結果。圖17C和17F對應於樣品C的結果。圖 17A-17C表示出其中 W03爲1，而其他組分的所占鍵比率 被標準化的曲線。圖17D-17F表示出其中W02爲1，而其 他組分的所占鍵比率被標準化的曲線》 當對圖1 7A-1 7C進行比較時，與樣品A和B相比， 樣品C中用叉號示出的W02的相對比率更高。亦即，樣 品C具有高的02比例，且隨著深度從位置1增大到位置3 ，W Ο 2的比例變得更高。而且，樣品C具有低的W O x比 # 例，且發現隨著深度從位置1增大到位置3，WO：^比例變 得更低。當對圖l7〇-17F進行比較時，樣品A和B具有至 少2%的W02含量，同時，樣品C具有至多2%的含量。如 從W03的標準化曲線可見，與樣品A和B相比，樣品C 具有較高的W02比例。 圖18A-18C表示出當探測到1%原子比的鎢（位置1 ) 且氧化物層內部被離子濺射暴露時觀察到的鍵能和光譜的 波形分析。圖18A表示出樣品A在4分鐘15秒濺射製程之 後的結果。圖18B表示出樣品B在4分鐘濺射製程之後的 -18- . (15) ‘ 1330871 結果。圖18C表示出樣品C在5分鐘濺射製程之後的結果 。在圖18A-18C中，至於各個4種狀態：W1 (鎢W) ，W2 (氧化鎢WOx，X接近2 ) ，W3 (氧化鎢WOx，2<x<3 ) ' ，以及W4 (氧化鎢\¥03等），面積比率（％)等於組分 - 比率。 表1表示出從圖18A-18C得到的樣品A-C的各個狀態 W1-W4的面積比率。表1還用比率表示出其中W2和\¥3對 • W4被標準化了的曲線。在表1中，樣品A和B具有10 %的 W1比例，而樣品C的比例高達3 5 %。亦即，樣品C具有 高的鎢比例和低的氧化鎢比例。根據標準化數値，發現樣 品C與樣品A和B相比，在氧化鎢中具有高的W2 ( W02 )比例。 樣品C具有高的W2 ( W02 )組分比率，且認爲氧化 物層的組分由於熱處理而被改變。因此，W4( W03 )的 組分被改變到W2 ( W02 )或W3 ( WOx )，並可想像由於 •晶體結構的這種差別而分離發生在不同的晶體結構之間。 -19- (16)1330871
W4 o Ο Ο Ο O Ο 〇 ο Ο s 〇 Ο ο Ο Ο o o Ο 〇 ο Ο if 1—^ ，_·Η m i 式 容 m v〇 rn οο ίΝ cn m ^―η 卜 m ζ 寸 r-H <5 Γ*Ί iTi 〇\ r4 Os rn rn in Y~ 驗 I 京 式 w 坩 W2 ON cs o 寸 IT) m ο s in CN oi ^-H 00 ^-Η ΙΓ) v〇 卜 od CVJ S W4 oo in 00 cn 00 CN m m cn cn 赛 r-^ CN οό CN m 〇〇 σ\ 1-Η Os 21.91 r- 16.13 OO cn (Ν <Ν CN (N (N <Ν CN ¥—< CO W2 18.91 cn οο 19.68 (Ν 卜 m (N 〇6 〇 CN ON 1 ( CN vd l> l> JTJ cs m 妄 ΙΟ ON oi 寸· 寸· »r! m cn o m (N cn CN cn cs cn H _ 醒 u 麵 酗 酗 _ 麵 樣品 < m U -20- (17) 1330871 接著，用XP S測量分離之後的基底側和分離之後的 半導體膜側。圖24A和24B表示出光譜測量和光譜的波形 分析。而且，樣品1的XPS測量及其波形分析被一起示出 ，以便比較氧化物層和天然氧化物膜。 圖24和24B各表示出XPS測得的被分離表面的光譜。 圖24 A表示出半導體膜側的被分離表面的光譜。圖24B表 示出基底側的被分離表面的光譜。 表2表示出從圖24A和24B得到的被探測到的元素和 定量結果。表2表明保留在基底側上的鎢爲保留在半導體 膜側上的鎢的大約10倍。 表2 氧（〇) 碳（C) 矽（Si) 鎢（W) 樣品1 41 20 <1 38 半導體膜側 59 12 26 3 基底側 5 1 20 低於探測限 29 隨後，圖25 A表示出半導體膜側上的光譜的波形分析 。圖25B表示出基底側上的光譜的波形分析。在圖25A和 25B中，至於各個4種狀態：W1 (鎢W) ，W2(氧化鎢 WOx，X 接近 2) ，W3 (氧化鎢 WOx，2<x<3 )，以及 W4 (氧化鎢W03等），面積比率（％ )等於組分比率^ 其中形成了天然氧化物膜的樣品1的光譜，被示於圖 31的XPS測量中。此光譜的波形分析被示於圖32中。在 -21 - (18) . 1330871 樣品1中各種狀態的面積比率和各個樣品中對W4標準化了 的W2與W3的強度比率，被示於表3中。而且’半導體膜 側表面的測量與基底側表面的測量被一起示於表3中。 表3 樣品 W1 W2 W3 W4 在各種狀態下對 W4 標準化的強度 W2 W3 W4 樣品1 69.54 6.42 1.03 23.01 2 7.90% 4.48% 10.00% 層離之後的 半導體膜側 0 0 16.48 83.52 0.00% 19.73% 10.00% 層離之後的 對底側 43.52 5.04 9.53 41.9 1 12.03% 2 2.74% 10.00% 而且，圖30A表示出基於表1和3的W1和W4中各個組 ® 分的強度比率。圖30B表示出對W4標準化了的W2和W3 的強度比率。 分離之後半導體膜側的所占鍵比率如下：W1和W2爲 0%，W3爲16%，W4爲84% ;同時，在基底側上，W1爲 44%，W2爲5%，W3爲10%，而W4爲46%。發現樣品1中天 然氧化物膜的所占鍵比率如下：W1爲70，W2爲6，W3爲1 ，而W 4爲2 3。 此外，發現與其他樣品相比，樣品1中的W1 (鎢）比 例更高。還發現W2-W4 (氧化物）的比例低，而W3的比 -22- (19) 1330871 例明顯地低。 發現在分離之後，與樣品C中的W02相比，半導體 膜側和基底側上的以〇2總量更低。因此，能夠認爲分離之 • 前的氧化物層狀態在能量上是活躍的（不穩定的），且 - W4 ( W03 )以及天然氧化物膜成爲主要組分，從而在分 離之後穩定了狀態。 當用圖30A和3 OB對能夠被分離的樣品C以及其中形 φ 成了天然氧化物膜的樣品1進行比較時，發現樣品C包含 更多的W2-W4 (氧化物）。 因此，當在氧化物層與金屬膜之間的介面處，在氧化 物層與氧化矽膜之間的介面處，或在氧化物層的層中進行 分離時，發現所有的W1 (金屬W)和W2(WOx，X接近 2 )保留在基底側上；2/3的W4 ( W03等）保留在半導體 膜側上；且其1/3保留在基底側上。而且，發現氧化物層 與天然氧化物膜的組分比率彼此不同。於是認爲在氧化物 • 層的層中，特別是在W02與WOx之間或在wo2與W03之 間的介面處，能夠容易地進行分離。因此，在實驗中， wo2不保留在半導體膜側上，而是粘合到基底側；然而， W02有可能粘合到半導體膜側而不存在於基底側上。 [實施例5] 在本實施例中，用圖21-23來描述對樣品A-C執行的 二次離子組分分析方法（SIMS)的結果。 當提到非晶矽膜中的氫分佈時，樣品A和B中的氫 -23- • (20) 1330871 濃度約爲每立方釐米1.0x 1 022原子，而樣品C中的氫濃度 約爲每立方釐米l.〇xl〇2()原子，幾乎是樣品A和B的2倍 。當觀察氮氧化矽膜（Si ON)和氧化矽膜（Si〇2)時’顯 . 示了不均勻的濃度分佈，例如在樣品A和B中傾向於在 . 0.2微米深度附近降低。另一方面，樣品C顯示沿深度方 向均勻的濃度分佈而沒有降低的傾向。於是，比樣品A 和B更多的氫存在於樣品C中。根據上述結果，認爲氫 φ 的離化效率是不同的，且樣品C的表面組分比率不同於樣 品A和B。 接著，當提到氧化矽膜（Si02 )與W膜之間介面處 的氮濃度時，樣品A和B中的氮濃度約爲每立方釐米1. Οχ 1〇21原子，而樣品C中的氮濃度約爲每立方釐米6.5xl021 原子，大約比樣品A和B的濃度大1個數量級。因此，與 樣品A和B相比，樣品C在氧化矽膜（Si02 )與W膜之 間介面處具有氧化物層的不同組分。 [實施例6] 在本實施例中，參照圖26A和26B來描述根據本發明 的剝離方法的配備有製造在薄膜基底上的TFT的發光裝 置。 圖26A表示出發光裝置的俯視圖：信號線驅動電路 1201、掃描線驅動電路1203、以及像素區1202，被提供在 薄膜基底1210上。 圖26B表示出發光裝置沿A-A’線的剖面，且氧化物 -24- • (21) 1330871 層1 250被其間的鍵合材料1 240提供在薄膜基底12 10上。注 意，氧化物層可以是分散的而不是被形成爲薄膜基底背面 上的一個層。當如上述實施例所述，W膜被用作金屬膜時 ，氧化物層具體用作包含鎢作爲主要組分的氧化物W03。
- 表示出形成在薄膜基底上的配備有包含η通道TFT 1 223和p通道TFT 1 224的CMOS電路的信號線驅動電路 1201。形成信號線驅動電路或掃描線驅動電路的TFT可 φ 以由CMOS電路、PMOS電路、或NMOS電路組成。而且 ，在本實施例中，表示出其中信號線驅動電路和掃描線驅 動電路被形成在基底上的一種內置驅動器類型；但各個電 路可以被代之以形成在基底外部。 而且，表示出包含開關 TFT 1221和電流控制 TFT 1212且還包含覆蓋 TFT的預定位置處的窗口的絕緣膜 1214 ;連接到電流控制 TFT 1212佈線之一的第一電極 1213;提供在第一電極上的有機化合物層1215;包含提供 鲁成與第一電極相對的第二電極1216的發光元件1218;以及 包含用來防止水或氧引起的發光元件退化的保護層1217的 像素區1 220。 由於其中第一電極1213接觸到電流控制TFT 12 12的 漏的結構，故希望至少第一電極1213的底部由能夠與半導 體膜的汲極區形成歐姆接觸的材料來形成，或由在包含有 機化合物的表面中具有大的功函數的材料來形成。例如， 當採用氮化鈦膜/包含大比例鋁的膜/氮化鈦膜的三層結構 時，能夠得到低的佈線電阻和形成良好歐姆接觸的性能。 -25- (22) 1330871 而且，第一電極1213可以是氮化鈦膜的單層或具有3層以 上的疊層。而且，利用透明導電膜作爲第一電極1213，能 夠製造雙面發射型的發光裝置。 ' 絕緣膜1214可以由有機樹脂膜或包含矽的絕緣膜製成 -.。此處，正性光敏丙烯酸膜被用作絕緣膜1214。 絕緣膜121 4的頂部邊沿和底部邊沿最好被形成爲具有 一定曲率的彎曲的表面，從而改善包含有機化合物和第二 φ 電極的發光層的覆蓋。例如，當正性光敏丙烯酸膜被用作 絕緣膜121 4時，絕緣膜1214的頂部邊沿最好僅僅具有曲率 爲0.2-3微米的彎曲表面。而且，無論光照下成爲不溶於 腐蝕劑的負性還是光照下成爲可溶於腐蝕劑的正性，都能 夠被採用。 而且，可以用保護膜來覆蓋絕緣膜1214。此保護膜可 以是利用成膜系統用濺射（直流系統或射頻系統）或遠端 電漿方法得到的氮化鋁膜；氮氧化鋁膜；諸如包含大比例 • 氮化矽或氮氧化矽的氮化矽膜之類的絕緣膜；或包含大比 例碳的薄膜。保護膜的膜厚度盡可能小，致使光能夠透過 保護膜，是可取的》 包含有機化合物的層被選擇性地形成在第一電極1213 上，其中利用使用蒸發掩模的蒸發方法或噴墨方法，得到 了 R、G、B的發光。而且，第二電極被形成在包括有機 化合物1215的層上。 當發光元件1218發射白色光時，需要形成由彩色層和 黑色掩模組成的濾色器。 -26- 1330871 ’ (23) 第二電極1216藉由提供在連接區中絕緣膜1214上的窗 口（接觸）被連接到連接佈線1208。連接佈線1208被各向 異性導電樹脂（ACF)連接到撓性印刷電路（FPC) 1209 ' 。從作爲外部輸入埠的FPC 1 209接收視頻信號和時脈信 • 號。此處僅僅表示出FPC ;但印刷佈線板（PWB )可以被 固定到F P C。 當FPC借助於施加壓力或熱利用ACF被連接時，要 # 注意的是，應該防止由熱引起的基底撓性或軟化造成的破 裂。例如，硬度大的基底可以被排列在與薄膜基底1210粘 合FPC的部分相對的部分上作爲一種輔助。 基底的邊沿部分配備有密封材料1 2 05，且基底被粘貼 到第二薄膜基底12 04，並被包封。最後用環氧樹脂作爲密 封材料1 205。 在本實施例中，除了玻璃基底和石英基底之外，可以 採用由 FRP (纖維加固的塑膠）、PVF (聚氟乙烯）、
薄膜基底1204的材料。 雖然未示出，但可以用包含諸如聚乙烯醇或乙烯基乙 烯醇共聚物之類的有機材料；諸如聚矽氮烷、氧化鋁、氧 化矽、或氮化矽之類的無機材料；或它們的疊層的壁障膜 覆蓋薄膜基底，以便防止水或氧藉由薄膜基底滲透。 保護膜可以被提供在薄膜基底上，以便在製造製程中 保護薄膜基底免受藥劑影響。可以用紫外線可固化的樹脂 或熱塑樹脂作爲此保護層。 -27- (24) 1330871 如上所述，完成了包含提供在薄膜基底上的TFT的 發光裝置。根據本發明的包含TFT的發光裝置即使在跌 落時也不容易破裂，且重量輕。薄膜基底使得能夠擴大發 光裝置以及大規模生産。 [實施例7] 在本實施例中，參照圖27A和27B來描述根據本發明 鲁的包含用剝離方法形成在薄膜基底上的TFT的液晶顯示 裝置。 圖27 A表示出液晶顯示裝置的俯視圖；信號線驅動電 路1301、掃描線驅動電路1303、以及像素區1302，被提供 在第一薄膜基底1310上。 圖27B表示出液晶顯示裝置沿A-A’線的剖面，且氧 化物層1350被其間的鍵合材料1340形成在薄膜基底1310上 。注意，氧化物層可以是分散的而不是被形成爲薄膜基底 Φ 背面上的一個層。當如上述實施例所述，W膜被用作金屬 膜時，氧化物層具體用作包含鎢作爲主要組分的氧化物 W〇3。 配備有包含η通道TFT 1 3 23和p通道TFT 1 324的 CMOS電路的信號線驅動電路1301，被形成在薄膜基底上 。形成信號線驅動電路或掃描線驅動電路的TFT可以由 CMOS電路、PMOS電路、或NMOS電路組成。而且，在 本實施例中，表示出其中信號線驅動電路和掃描線驅動電 路被形成在基底上的一種內置驅動器類型；但各個電路可 -28- 1330871 • (25) 以被形成在基底外部。 而且，表示出配備有包含開關TFT 1321和保留體積 13 12且還包含覆蓋TFT的預定位置處的窗口的層間絕緣 ' 膜 1314 。 - 定向膜131 7被提供在層間絕緣膜131 4上，並用摩擦方 法對其進行處理。 第二薄膜基底13 04被製備成反基底。第二薄膜基底 • 1 3 04在被樹脂之類分隔成矩陣形式的區域內配備有RGB 的濾色器1330、對向電極1316、以及被摩擦方法處理了的 定向膜1317。 偏振片1331被提供在第一和第二薄膜基底上，並被密 封材料1 3 05粘合。液晶材料13 18被注入到第一與第二薄膜 基底之間。雖然未示出，但恰當地提供了間隔體，以便保 持第一與第二薄膜基底之間的間隙。 雖然未示出，但可以用包含諸如聚乙烯醇或乙烯基乙 • 烯醇共聚物之類的有機材料；或諸如聚矽氮烷、或氧化矽 之類的無機材料；或它們的疊層的壁障膜覆蓋薄膜基底， 以便防止水或氧藉由薄膜基底滲透。 可以提供保護膜，以便在製造製程中保護薄膜基底免 受藥劑的影響。可以用紫外線可固化的樹脂或熱塑樹脂作 爲此保護層。
如在圖26 A和26B中那樣，佈線和撓性印刷電路（ FPC )被各向異性導電樹脂（ACF )連接到一起，且接收 視頻信號和時脈信號。注意，借助於施加壓力或熱與FPC -29- (26) 1330871 的連接需要注意防止産生破裂。 如上所述，完成了包含提供在薄膜基底上的TFT的 液晶顯示裝置。根據本發明的包含TFT的液晶顯示裝置 即使在跌落時也不容易破裂，且重量輕。薄膜基底使得能 夠擴大發光裝置以及大規模生産。 [實施例8] • 下面參照圖28來描述根據本發明的一個實施例。在本 實施例中，將解釋具有像素區的平板、用來控制像素區的 驅動電路、以及包含絕緣表面上的控制裝置和運算裝置的 CPU。 圖28表示出平板的外貌。此平板具有像素區3 000，其 中，多個像素在基底3 009上被排列成矩陣。掃描線驅動電 路3001，掃描線驅動電路3001用來控制像素區3000、以及 信號線驅動電路3002，被提供在像素區3000週邊。在像素 ® 區3000中，根據饋自驅動電路的信號來顯示影像。 反基底可以僅僅被提供在像素區3 000以及驅動電路 3 00 1和3002上，或可以被提供在整個表面上。注意，可能 産生熱的CPU最好鄰近配備有熱沈。 而且，平板還具有VRAM 3003 (視頻隨機存取記憶 體），用來控制 VRAM 3003週邊處的驅動電路3001和 30 〇2以及解碼器3 00 4和3005。此外，平板具有RAM (隨 機存取記憶體）3 006、RAM 3006週邊處的解碼器3007、 以及 CPU 3008。 -30 - • (27) 1330871 形成基底3009上的電路的所有元件，由場效應遷移率 和開態電流比非晶半導體更高的多晶半導體（多晶矽）形 成。因此，多個電路能夠被製作成一個絕緣表面上的積體 • 電路。首先，像素區3000、驅動電路3001和3002、以及其 • 他電路被形成在支援基底上，並用根據本發明的剝離方法 來分離，然後被彼此粘貼，從而得到撓性基底3 009上的集 成結構。像素區中多個像素的結構借助於對各個多個像素 φ 提供SRAM而被形成，但不局限於此。於是，可以省略 VRAM 3003 和 RAM 3006。 [實施例9] 本發明能夠被應用於各種電子裝置。電子裝置的例子 有：個人數位助理（蜂巢電話，行動電腦、可攜式遊戲機 、電子書等）、視頻照相機、數位相機、風鏡式顯示器、 顯示器、導航系統等。圖29A-29E表示出這些電子裝置。 圖29A表示出一種顯示器，它包括框架4〇〇1、聲音輸 出構件4002、顯示構件4003等。本發明被用於顯示構件 40 03。此顯示器包括諸如個人電腦、電視廣播、以及廣告 顯示器之類的所有資訊顯示器。 圖29B表示出一種行動電腦，它具有主體41〇1、記錄 筆41〇2、顯示構件4i〇3、操作按鈕41〇4、外部介面41〇5等 。本發明被用於顯示構件4103。 圖29C表不出一種遊戲機’它包括主體42〇1、顯示構 件4202、操作按鈕4203等。本發明被用於顯示構件42〇2 -31 - (28) 1330871 圖29D是一種蜂巢電話，它包括主體43〇1、聲音輸出 構件4302、聲音輸入構件4303、顯示構件4304'操作開關 —4305、天線4306等。本發明被用於顯示構件4304。 - 圖29E表示出—種電子書閱讀器，它包括顯示構件 4·401寺。本發明被用於顯不構件4401。 由於本發明的應用範圍極爲廣闊，故本發明能夠被應 # 用於所有領域的各種電子裝置。特別是使裝置能夠更薄和 /或更輕的本發明對於圖29A-29E所示的電子裝置是非常 有效的。 利用根據本發明的剝離方法，TFT等能夠被製作在撓 性薄膜基底上，由於能夠在整個表面上進行分離而得到了 高的成品率。而且，在本發明的TFT中不存在雷射器等 引起的負荷。於是，具有TFT等的發光裝置、液晶顯示 裝置的顯示構件等能夠被製作得薄，即使在跌落時也不容 • 易破裂，且重量輕。而且，能夠得到彎曲表面上或畸變形 狀中的顯示。 根據本發明製作的薄膜基底上的TFT能夠得到顯示 構件的擴大以及大規模生産。本發明使移印之前其上要製 作TFT等的第一基底能夠重複使用，從而借助於採用低 成本的薄膜基底而達到了半導體膜的成本降低。 【圖式簡單說明】 圖1A-1E表示出根據本發明的剝離製程。
ζ S -32- (29) 1330871 圖2表示出本發明的實驗樣品。 圖3A和3B表示出本發明的實驗樣品a的TEM照片 和框架格式。 圖4A和4B表示出本發明的實驗樣品b的TEM照片 - 和框架格式。 圖5A和5B表示出本發明的實驗樣品c的TEM照片 和框架格式。 ® 圖6A和6B表示出本發明的實驗樣品〇的TEM照片 和框架格式。 圖7A和7B表示出本發明的實驗樣品e的TEM照片 和框架格式。 圖8A和8B表示出本發明的實驗樣品a的EDX光譜 和定量結果。 圖9A和9B表示出本發明的實驗樣品B的EDX光譜 和定量結果。 ® 圖10A和10B表示出本發明的實驗樣品C的EDX光 譜和定量結果。 圖11A-11D表示出本發明的實驗樣品。 圖12A和12B表示出本發明的實驗樣品1的TEM照片 和框架格式。 圖13A和13B表示出本發明的實驗樣品2的TEM照片 和框架格式。 圖14A和14B表示出本發明的實驗樣品3的TEM照片 和框架格式。 -33- (30) 1330871 圖15A和15B表示出本發明的實驗樣品4的TEM照片 和框架格式。 圖16A-16C表示出本發明的實驗樣品A-C的XPS铷 . 量。 圖17A-17F是其中圖16A-16C所示XPS測量被標準化 的圖。 圖18A-18C表示出本發明的實驗樣品A-C的XPS測 # 量。 圖19A和19B表示出根據本發明分離之後的基底側的 TEM照片和框架格式。 圖2 0A和2 0B表示出根據本發明分離之後的半導體膜 側的TEM照片和框架格式。 圖21表示出本發明的樣品A的SIMS。 圖22表示出本發明的樣品B的SIMS。 圖23表示出本發明的樣品C的SIMS。 • 圖24A和24B表示出根據本發明分離之後的XPS測量 圖25A和25B表示出圖24A和24B所示XPS測量的波 形分析。 圖26 A和26B表示出根據本發明製作的發光裝置。 圖27A和27B表示出根據本發明製作的液晶顯示裝置 〇 圖28表示出根據本發明製作的CPU。 圖29A-29E表示出根據本發明製作的電子裝置。
v S -34- (32) 1330871 1 224 : p 通道 TFT 1 240 :鍵合材料 1 2 5 0 :氧化物層 ' 13 :第二基底 1301 :信號線驅動電路 13 03:掃描線驅動電路 1 3 04 :第二薄膜基底 籲 1 3 0 5 :密封材料 1310 :第一薄膜基底 1312 :保留體積 1 3 1 4 :層間絕緣膜 1 3 1 6 :對向電極 1317 :定向膜 1 3 1 8 :液晶材料 1321 :開關 TFT 籲1 3 23 : η通道TFT 1324 ： p 通道 TFT 1 3 3 0 : RGB的濾色器 1331 :偏振川 1 340 :鍵合材料 1 3 5 0 :氧化物層 1 4 :第一鍵合材料 15 :第二鍵合材料 16 :第三基底 -36 (33) 1330871 202 : W 膜 203 :保護膜 3 0 0 :基底 * 300 1 :驅動電路 . 3 002 :信號線驅動電路
3 003 ： VRAM 3 004 :解碼器 • 3 006 ： RAM 3 007 :解碼器
3008 ： CPU 3009 ：基底 301 : SiON 膜 302 : W 膜 303 :矽膜 304 :二氧化矽膜 春305 :二氧化矽膜 4002 :聲音輸出構件 4 0 0 3 :顯示構件 4101 :主體 4 1 0 2 :記錄筆 4 1 0 3 :顯示構件 4104 :操作按鈕 4105 :外部介面 4201 :主體 1330871 • (34) 4202 :顯示構件 4203 :操作按鈕 43 0 1 :主體 • 43 02 :聲音輸出構件 . 43 03 :聲音輸入構件 4 3 0 4 :顯示構件 4305 :操作開關 癱 44〇1:顯示構件

Claims (1)

  1. (1) 1330871 十、申請專利範圍 1·一種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 形成金屬膜； 在該金屬膜上形成包括該金屬的氧化物層； • 在該氧化物層上形成半導體膜；以及 分離該金屬膜和該半導體膜， 其中’該分離出現在該氧化物層的層中或該氧化物層 鲁與同該氧化物層接觸的膜之間的介面處。 2. —種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 形成金屬膜； 在該金屬膜上形成氧化物膜； 在該氧化物膜上形成半導體膜；以及 分離該金屬膜和該半導體膜， 其中，當形成該氧化物膜時，與該金屬膜相接觸形成 包括金屬的氧化物層， ® 其中，該分離出現在該氧化物層的層中或該氧化物層 與同該氧化物層接觸的膜之間的介面處。 3. —種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 在基底上形成包含W的膜； 在該膜上形成氧化物膜： 在該氧化物膜上形成半導體膜；以及 分離該膜和該氧化物膜， 其中，當形成該氧化物膜時，與該膜相接觸形成包括 W的氧化物層， -39 - (2) (2)1330871 其中，該氧化物層包含wo2和wo3， 其中，該分離出現在該氧化物層的層中或該氧化物層 與同該氧化物層接觸的膜之間的介面處， 其中，在分離之後，存在於與該氧化物膜接觸的該氧 化物層側上的wo3多於wo2，且 其中，在分離之後，存在於與該半導體膜接觸的該氧 化物層側上的wo3多於wo2。 4. 一種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 在基底上形成包含W的膜； 在該膜上形成包含W的氧化物層； 在該氧化物層上形成絕緣膜； 在該絕緣膜上形成半導體膜；以及 在該氧化物層的層中或該氧化物層與同該氧化物層接 觸的膜之間的介面處，分離該膜和該半導體膜， 其中，該氧化物層包含wo2和wo3， 其中，在分離之後，存在於與該基底接觸的該氧化物 層側上的wo3多於wo2，且 其中，在分離之後，存在於與該半導體膜接觸的該氧 化物層側上的wo3多於wo2 ^ 5. 根據申請專利範圍第2至4項中任何一項的方法，其 中，用熱處理方法來晶化該氧化物層。 6·—種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 在第一基底上形成包含金屬的膜； 在該膜上形成剝離層； -40- (3) (3)1330871 將第二基底粘貼到該剝離層； 分離該剝離層和該第一基底； 將第三基底粘貼到該剝離層的底側；以及 分離該第二基底和該剝離層， 其中，包括該金屬的氧化物層被形成在該膜上，且 其中，該分離出現在該氧化物層的層中或在該氧化物 層與該膜之間或該氧化物層與該剝離層之間的介面處。 7. —種製造半導體裝置的方法，包含下列步驟： 在第一基底上形成包含W的膜； 在該膜上形成剝離層； 將第二基底粘貼到該剝離層； 分離該剝離層和該第一基底； 將第三基底粘貼到該剝離層的底側；以及 分離該第二基底和該剝離層， 其中，包括W的氧化物層被形成在該膜上，且 其中，該分離出現在該氧化物層的層中或在該氧化物 層與該膜之間或該氧化物層與該剝離層之間的介面處。 8. 根據申請專利範圍第6和7項中任何一項的方法，其 中，該第三基底是薄膜基底。 9. 根據申請專利範圍第6和7項中任何一項的方法，其 中，該剝離層包括薄膜電晶體。 10·根據申請專利範圍第2至4、6以及7項中任何—項 的方法，其中，該半導體裝置被組合到電子裝置中，該電 子裝置選自由個人數位助理、蜂巢電話、行動電腦、可攜 -41 - (4) 1330871 式遊戲機、電子書、視頻照相機、數位;I 器、顯示器、和導航系統所組成之群組C 11_根據申請專利範圍第1項的方法， ' 在分離該金屬膜和該半導體膜之前 • 來將該包括金屬之氧化物層加熱。 I2·根據申請專利範圍第2項的方法， 在分離該金屬膜和該半導體膜之前 鲁來將該包括金屬之氧化物層加熱。 13. 根據申請專利範圍第3項的方法， 在分離該膜和該氧化物膜之前，藉【 該包括W之氧化物層加熱。 14. 根據申請專利範圍第4項的方法， 在分離該膜和該半導體膜之前，藉〖 該包括W之氧化物層加熱。 15. 根據申請專利範圍第6項的方法， ® 在分離該剝離層和該第一基底之前 來將該包括金屬之氧化物層加熱。 16·根據申請專利範圍第7項的方法， 在分離該剝離層和該第一基底之前 來將該包括W之氧化物層加熱。 ;目機 '風鏡式顯示 μ。 更包含： ’藉由使用加熱爐 更包含： ，藉由使用加熱爐 更包含： 由使用加熱爐來將 更包含： 白使用加熱爐來將 更包含： ，藉由使用加熱爐 更包含： ，藉由使用加熱爐 -42-
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