專(zhuān)利名稱(chēng)：柔性半導(dǎo)體基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在柔性基板上具備半導(dǎo)體裝置的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
近幾年，正在開(kāi)發(fā)具有撓性的顯示裝置(柔性顯示器)，而撓性是顯示裝置的高附 加值化的一種。作為柔性顯示器，正在開(kāi)發(fā)液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示裝置、電泳顯示裝置。例如，非專(zhuān)利文獻(xiàn)1-3公開(kāi)了如下工藝在形成在玻璃基板上的聚酰亞胺層上制 作出TFT之后，從玻璃基板側(cè)對(duì)聚酰亞胺層照射激光，從玻璃基板剝離聚酰亞胺層。在該 方法中，在玻璃基板上添加聚酰亞胺的前軀體(即，聚酰胺酸(polyamic acid/polyamide acid))的溶液，將由使其亞胺化而得到的聚酰亞胺層用作柔性基板。另外，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)4中提出了在聚酰亞胺膜上制作出TFT的、聚酰亞胺上的高區(qū) 域器件(例如大型傳感器)、壁紙顯示器等概念。非專(zhuān)禾Ij文獻(xiàn) 1 :SID 07, DIGEST, 58. 4, I. French et al.，1680，"Flexible Displays and Electronics Made in AM-LCD Facilities by the EPLaRTM Process，，非專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :IBM Journal of Research and Development Volume 41,numbers 1/2 19970ptical lithography,Holmes,A. S. ,et al. "Laser release process of obtain free standing multilayer metal-polyimide circuit，，非專(zhuān)利文獻(xiàn) 3 Journal of Microelectromechanical systems, Volume 7, issue 4, Dec. 1998, pp. 416-422, Holmes, A. S. , et al. "Sacrificial laser process with laser-driven release for batchassembly operations"非專(zhuān)禾Ij 文獻(xiàn) 4:Applied Physics Letters, vol. 74, No. 8, Feb. 22,1999, pp.1177-1179, Z.Suo, et al. , "Mechanics of Rollable and Foldable Film-on Foil Electronics，，

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題在上述非專(zhuān)利文獻(xiàn)1-3所記載的方法中，存在如下問(wèn)題當(dāng)聚酰亞胺層比較薄時(shí)， 在從玻璃基板剝離之后會(huì)在其與半導(dǎo)體層等之間產(chǎn)生應(yīng)力，由此，柔性基板會(huì)發(fā)生翹曲，在 嚴(yán)重的情況下基板會(huì)變成圓形。因此，以往通過(guò)形成充分厚的聚酰亞胺層來(lái)抑制翹曲。根據(jù) 本發(fā)明人的研究，為了抑制柔性基板的翹曲，至少也需要形成厚度為IOym的聚酰亞胺層。然而，本發(fā)明人在研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)形成厚度為ΙΟμπι以上的聚酰亞胺層時(shí)， 在聚酰亞胺層中殘存的水分量變多，其結(jié)果，在用于形成TFT的之后的工藝中，例如在利用 CVD法的成膜工序中，有時(shí)水分會(huì)作為排出氣體而產(chǎn)生，真空度發(fā)生惡化，或者有時(shí)沉積的 無(wú)機(jī)膜的質(zhì)量會(huì)發(fā)生惡化。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其主要目的在于提供量產(chǎn)性?xún)?yōu)良的柔性半
3導(dǎo)體基板的制造方法。用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法是具備柔性基板和形成在上述柔性基板上 的半導(dǎo)體元件的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法，包含(a)準(zhǔn)備無(wú)機(jī)基板的工序；(b)在上述 無(wú)機(jī)基板上利用溶液狀的材料形成厚度為IOym不到的聚酰亞胺層的工序；(c)在上述工 序(b)之后，在上述聚酰亞胺層上形成上述半導(dǎo)體元件的工序；以及(d)在上述工序(C)之 后，從上述無(wú)機(jī)基板剝離上述聚酰亞胺層的工序，還包含(el)在上述工序(c)之后并且在 上述工序(d)之前，在上述半導(dǎo)體元件上形成厚度在上述聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二 甲苯樹(shù)脂層的工序，或者(U)在上述工序(d)之后，在上述聚酰亞胺層的與上述半導(dǎo)體元 件相反的一側(cè)形成厚度在上述聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工序。當(dāng)然， 上述工序(el)和工序(U) 二者均執(zhí)行亦可。優(yōu)選上述聚酰亞胺層的厚度在5μπι以上。在一個(gè)實(shí)施方式中，上述工序(b)包含工序(bl)在上述無(wú)機(jī)基板上添加包含聚 酰胺酸的溶液；和( )將添加到上述無(wú)機(jī)基板上的上述聚酰胺酸亞胺化。在一個(gè)實(shí)施方式中，上述無(wú)機(jī)基板是透過(guò)規(guī)定波長(zhǎng)的光的無(wú)機(jī)基板，還包括在上 述工序(C)之后從上述無(wú)機(jī)基板側(cè)對(duì)上述聚酰亞胺層照射上述規(guī)定波長(zhǎng)的光的工序。在一個(gè)實(shí)施方式中，上述工序(C)還包含在形成上述半導(dǎo)體元件的表面形成無(wú)機(jī) 基底層的工序，上述半導(dǎo)體元件形成在上述無(wú)機(jī)基底層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，還包含在上述工序(el)和上述工序(d)之后，或者在上述工 序(^)之后，進(jìn)一步地形成聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工序。利用本發(fā)明的柔性半導(dǎo)體基板，能夠制造液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示裝置、電泳 顯示裝置等的柔性顯示器、用于這些顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電路裝置、進(jìn)而存儲(chǔ)裝置、傳感裝置。 這些具有柔性半導(dǎo)體基板的柔性電子裝置，也可由如下工序制造出利用上述制造方法在 玻璃基板上的聚酰亞胺層上形成半導(dǎo)體元件，接著在執(zhí)行制造各個(gè)電子裝置所需的工序之 后，進(jìn)行從玻璃基板剝離聚酰亞胺層的工序。發(fā)明效果在本發(fā)明的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法中，利用溶液狀的材料形成厚度為10 μ m 不到的聚酰亞胺層，其后形成半導(dǎo)體元件，其后在半導(dǎo)體層上部或者聚酰亞胺層下部形成 厚度在聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層，因此在該聚酰亞胺層中不會(huì)殘存大量 的水分，能夠穩(wěn)定地形成半導(dǎo)體元件。另外，形成具有聚酰亞胺層的厚度以上的厚度的聚對(duì) 二甲苯樹(shù)脂層，由此抑制了柔性基板的翹曲，確保了充分的機(jī)械強(qiáng)度。因此，根據(jù)本發(fā)明可 提供量產(chǎn)性?xún)?yōu)良的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法。


圖1的(a) (c)是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法的 示意圖(在圖2中繼續(xù))。圖2的(a) (d)是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法的 示意圖(圖1的繼續(xù))。圖3是表示本發(fā)明的另一實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的截面構(gòu)造的示意圖。圖4的(a) (c)是用于說(shuō)明適用于本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的TFT的構(gòu)造和其制造方法的例子的示意圖。圖5是用于說(shuō)明適用于本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的TFT的構(gòu)造的其它 例子的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明11 無(wú)機(jī)基板；21 溶液狀的材料(聚酰胺酸溶液)；22 聚酰亞胺層；35、37 聚 對(duì)二甲苯樹(shù)脂層；56 平坦化膜；57a、57b 接觸孔；61 無(wú)機(jī)基底層；63a =SiO2層；63b =SiNx 層；64 半導(dǎo)體層(p-Si層)；65 :絕緣層；6 =SiO2層；6 =SiNx層；66 第2無(wú)機(jī)絕緣膜 (SiNx層)；68 柵極電極；72a 源極電極；72b 漏極電極；82 鈍化膜100 柔性基板；100A、 100B 柔性半導(dǎo)體基板(有源矩陣基板)。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法。在此，例示 用于柔性顯示器的有源矩陣基板。此外，本發(fā)明不限于在此所例示的實(shí)施方式。本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法包含準(zhǔn)備無(wú)機(jī)基板(例如玻璃 基板)的工序；在無(wú)機(jī)基板上利用溶液狀的材料形成厚度為10 μ m不到的聚酰亞胺層的工 序；在聚酰亞胺層上形成半導(dǎo)體元件的工序；在形成半導(dǎo)體元件之后，從無(wú)機(jī)基板剝離聚 酰亞胺層的工序；以及形成具有在聚酰亞胺層厚度以上的厚度的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工 序。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層在剝離工序之前形成在半導(dǎo)體元件上亦可，在剝離工序之后，形成在 上述聚酰亞胺層的與上述半導(dǎo)體元件相反的一側(cè)亦可。參照?qǐng)D1和圖2，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法。首先，如圖1的(a)所示，準(zhǔn)備無(wú)機(jī)基板11。作為無(wú)機(jī)基板11，從操縱性等觀(guān)點(diǎn)出 發(fā)，優(yōu)選具有適度剛直性和機(jī)械強(qiáng)度的無(wú)機(jī)基板，適合使用用于液晶顯示裝置等的無(wú)堿玻 璃基板。另外，無(wú)堿玻璃基板有具有透光性(包含紫外線(xiàn))的優(yōu)點(diǎn)。下面，利用無(wú)堿玻璃基 板11作為無(wú)機(jī)基板11。下面，如圖1的(b)所示，在玻璃基板11上添加用于形成聚酰亞胺層的溶液狀的 材料21。典型的溶液狀的材料是包含作為聚酰亞胺前軀體的聚酰胺酸的溶液。在此，聚酰 胺酸包含一部分被亞胺化了的聚酰胺酸。另外，在利用可溶性聚酰亞胺的情況下，能夠利用 包含聚酰亞胺的溶液作為溶液狀的材料。在玻璃基板11上添加溶液狀的材料21的工序能夠利用例如旋涂法、狹縫式噴涂 法等涂覆法、狹縫式印刷等印刷法。之后，以120°C干燥3分鐘，以350 500°C燒成1小時(shí)， 得到聚酰亞胺層。此時(shí)，調(diào)整由溶液狀的材料21所形成的膜的厚度，以使最終得到的聚酰 亞胺層22的厚度為10 μ m不到。溶液狀的材料21的厚度能夠通過(guò)調(diào)整溶液狀的材料21 的粘度、涂敷條件來(lái)控制。在難以調(diào)整粘度的材料的情況下，通過(guò)利用濕蝕刻法或者干蝕刻 法對(duì)已經(jīng)形成的厚度為10 μ m以上的聚酰亞胺層進(jìn)行薄膜化使之厚度為10 μ m不到亦可。聚酰亞胺層22作為用于從玻璃基板剝離聚酰亞胺層22和在其上形成的TFT等的 犧牲層而利用，因此不要求機(jī)械強(qiáng)度。因此，聚酰亞胺層22的厚度在Iym以下亦可。優(yōu)選 聚酰亞胺層的熱膨脹系數(shù)為與無(wú)機(jī)基板(在此為無(wú)堿玻璃)的熱膨脹系數(shù)相同或者近似的 值。一般的無(wú)堿玻璃的熱膨脹系數(shù)為4 6ppm/°C，優(yōu)選利用具有與其相同程度的熱膨脹系 數(shù)的聚酰亞胺材料。
這樣，如圖1的(c)所示，在玻璃基板11上按照該順序形成聚酰亞胺層22。之后， 通過(guò)將聚酰亞胺層22從玻璃基板11剝離，能夠?qū)⒕埘啺穼?2用作柔性基板。將玻璃基 板11和在其之上所形成的聚酰亞胺層22作為一體，作為通常的基板，在聚酰亞胺層22上 制作TFT。形成TFT的工序包含半導(dǎo)體層的形成、絕緣層的形成以及配線(xiàn)層(包含電極和 配線(xiàn))的形成，為了簡(jiǎn)單，有時(shí)將包含半導(dǎo)體層、絕緣層以及配線(xiàn)層的層稱(chēng)為“包含TFT的 層”。此外，從耐濕可靠性等觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在制作TFT之前形成無(wú)機(jī)基底層(例如SiNx、 SiO2膜)，半導(dǎo)體元件形成在無(wú)機(jī)基底層上。TFT的制作工藝在后面進(jìn)行說(shuō)明。制作TFT的 工藝的各個(gè)工序能夠利用公知的工序。下面，參照?qǐng)D2的(a) (d)。首先，如圖2的(a)所示，在形成在玻璃基板11上的聚酰亞胺層22a (厚度為10 μ m 不到)上制作TFT。優(yōu)選聚酰亞胺層22a的厚度在5μπι以上。此外，在制作TFT之前形成 無(wú)機(jī)基底層，在無(wú)機(jī)基底層上形成TFT亦可。接著，形成平坦化膜56，以覆蓋TFT。作為平 坦化膜56，能夠使用例如厚度為3 μ m的樹(shù)脂層。省略平坦化膜56亦可。平坦化膜56在制 作半導(dǎo)體元件之后形成，因此無(wú)需要求高耐熱性，能夠不限于聚酰亞胺等耐熱性樹(shù)脂，而利 用各種樹(shù)脂來(lái)形成。另外，能夠在平坦化膜56上形成TFT，因此也稱(chēng)為層間絕緣膜56。接著，如圖2的(b)所示，形成具有聚酰亞胺層2 的厚度以上的厚度的聚對(duì)二甲 苯樹(shù)脂層35。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35的厚度在聚酰亞胺層2 的厚度以上，由此能夠抑制柔 性基板(圖2的(c)的半導(dǎo)體基板100A)的翹曲。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂是作為導(dǎo)管等醫(yī)療器械的保護(hù)膜、鐵氧體磁芯的絕緣保護(hù)膜而使 用的透明樹(shù)脂，是將對(duì)二甲苯二聚體熱分解并在室溫下利用減壓CVD方法沉積單體而得到 的樹(shù)脂。該樹(shù)脂能夠在室溫下成膜，也能夠在TFT、其驅(qū)動(dòng)的元件的耐熱溫度低的情況下使用。此外，一般地，從對(duì)二甲苯直接生成的二聚體稱(chēng)為聚對(duì)二甲苯(parylene N)，已知 有用氯置換芳香環(huán)的氫后的聚氯化對(duì)二甲苯(parylene C) O置換)和聚二氯化對(duì)二甲苯 (paryleneN D) G置換)。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂和其制造方法，記載在例如吉田等、生產(chǎn)研究、55 卷、6號(hào)、502 505頁(yè)、2003。為了參照，在本說(shuō)明書(shū)中援引該文獻(xiàn)的全部公開(kāi)內(nèi)容。在此，利用例如二甲苯C，在23°C、1I^的條件下形成聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35。然后，如圖2的(c)所示，從玻璃基板11側(cè)照射紫外線(xiàn)(優(yōu)選準(zhǔn)分子激光、例如波 長(zhǎng)為308nm)，由此降低玻璃基板11與聚酰亞胺層2 之間的界面的粘結(jié)性，從玻璃基板11 剝離聚酰亞胺層22a。當(dāng)照射短波長(zhǎng)的激光時(shí)，由于光和熱的作用，聚酰亞胺層2 與玻璃 基板11之間的鍵被切斷，能夠部分地去除(切除)有機(jī)部分或者使其升華。此外，準(zhǔn)分子激 光是脈沖寬度為1 μ sec以下的脈沖光，因此不會(huì)對(duì)形成在聚酰亞胺層2 上的TFT等造成 損害。優(yōu)選對(duì)玻璃基板11相對(duì)地掃描激光，由此對(duì)玻璃基板11的整個(gè)面照射激光。這樣， 為了利用激光來(lái)從玻璃基板11剝掉聚酰亞胺層22a，需要玻璃基板透過(guò)該激光的至少一部 分，優(yōu)選對(duì)該激光具有高的透射率。此外，聚酰亞胺層22a的一部分殘留在玻璃基板11上 亦可。此外，在此，說(shuō)明了利用激光從玻璃基板11剝離聚酰亞胺層2 的工序，但是不限 于此，利用聚酰亞胺用的蝕刻液(亦稱(chēng)為剝離液)亦可。能夠利用由這樣得到的聚酰亞胺層2 和聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35夾著包含TFT的
6層的構(gòu)造作為柔性半導(dǎo)體基板100A。并且，如圖2的(d)所示，根據(jù)需要，在聚酰亞胺層22a的背面進(jìn)一步形成聚對(duì)二 甲苯樹(shù)脂層37亦可。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37能夠利用與聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35相同的方法 形成，優(yōu)選聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37的厚度在聚酰亞胺層22a的厚度以上。這樣在背面形成聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37，能夠得到柔性半導(dǎo)體基板100B，上述柔性 半導(dǎo)體基板100B具有包含TFT的層和聚酰亞胺層2 被聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35和聚對(duì)二甲 苯樹(shù)脂層37夾住的構(gòu)造。對(duì)于僅在單面形成聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的構(gòu)造，在50°C以上的高溫 下基板有時(shí)會(huì)產(chǎn)生翹曲。這是因?yàn)闃?gòu)成包含TFT的層的無(wú)機(jī)膜和聚酰亞胺層2 的熱膨脹 系數(shù)低到約5ppm/°C以下，與此相對(duì)，聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)高達(dá)30ppm/°C。如圖2 的(d)表示的柔性半導(dǎo)體基板100B所示，通過(guò)采用在聚酰亞胺層2 的兩側(cè)形成聚對(duì)二甲 苯樹(shù)脂層35和聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37的結(jié)構(gòu)，即使在50°C以上的高溫下使用也能夠抑制基 板的翹曲。從機(jī)械特性的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，上述的柔性半導(dǎo)體基板100A和柔性半導(dǎo)體基板100B的 聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35和聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37的厚度被分別設(shè)定在聚酰亞胺層2 的厚度 以上，典型的被設(shè)定在IOym以上和30 μ m以下的范圍內(nèi)。此外，采用省略聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35而僅設(shè)置聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37的結(jié)構(gòu)亦可。 該情況下，聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層37、聚酰亞胺層22a (和平坦化層56)構(gòu)成柔性基板。在此，說(shuō)明了僅設(shè)置一層包含TFT的層的例子，但是當(dāng)然不限于此，設(shè)置多個(gè)包含 TFT的層亦可。例如如圖3所示，在聚酰亞胺層2 上形成TFT，進(jìn)一步地形成聚酰亞胺層 22b，在聚酰亞胺層22b上形成TFT亦可。省略平坦化層56a、56b亦可。最終的柔性半導(dǎo)體 基板在圖3中省略了，但是在TFT上或者聚酰亞胺層22a的與TFT相反一側(cè)具有聚對(duì)二甲 苯樹(shù)脂層。下面，參照?qǐng)D4和圖5，說(shuō)明適用于本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板的TFT的 構(gòu)造和其制造方法的例子。具備TFT的半導(dǎo)體基板(有源矩陣基板)具有半導(dǎo)體層、無(wú)機(jī) 絕緣膜(例如柵極絕緣膜)、配線(xiàn)膜(包括柵極電極、源極電極、漏極電極、以及柵極總線(xiàn)、源 極總線(xiàn))等由剛性高且脆的材料構(gòu)成的層。因此，當(dāng)它們形成在柔性基板的整個(gè)面上時(shí)，會(huì) 阻礙撓性、或者其一部分被破壞而降低特性、可靠性。成為T(mén)FT活性層的半導(dǎo)體層形成為島狀，配線(xiàn)形成為在規(guī)定方向上延伸。與此相 對(duì)，一般地，柵極絕緣膜等絕緣膜形成在整個(gè)面上。另外，配線(xiàn)在用金屬材料形成的情況下， 能夠具有充分的撓性。另一方面，為了確保TFT的可靠性，如本發(fā)明人在特愿2007-255940號(hào)所記載的那 樣，優(yōu)選具有密閉構(gòu)造。為了參考，特愿2007-255940號(hào)的公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容被援用到本說(shuō)明 書(shū)中。因此，為了在柔性基板上的至少一個(gè)方向上確保撓性，在該至少一個(gè)方向上不連 續(xù)地(使柔性基板的表面一部分露出地)形成阻礙撓性的絕緣膜。例如，形成柵極絕緣膜， 以密閉柵極總線(xiàn)，在相鄰的柵極總線(xiàn)之間設(shè)置不存在柵極絕緣膜的區(qū)域，由此能夠確保與 柵極總線(xiàn)正交的方向的撓性。即，能夠彎曲出在與柵極總線(xiàn)平行的方向延伸的谷或者峰。能夠適用例如如圖4所示的具有密閉構(gòu)造的TFT。首先，參照?qǐng)D4的(a) (c)，說(shuō)明具有密閉構(gòu)造的TFT的構(gòu)造和制造方法。在此，為了使說(shuō)明簡(jiǎn)單化，說(shuō)明在柔性基板100上形成TFT的工序，但是如上所述的形成TFT的工 序能夠在玻璃基板11上執(zhí)行。如圖4的(a)所示，在柔性基板100上形成無(wú)機(jī)基底層61。無(wú)機(jī)基底層61是例如 SiO2膜(膜厚為Iym)。在此，無(wú)機(jī)基底層61被選擇性地設(shè)置在TFT和柵極總線(xiàn)下，具有與 柵極總線(xiàn)平行的端部。即，形成無(wú)機(jī)基底層61而不損害與柵極總線(xiàn)正交的方向的撓性。此 外，該無(wú)機(jī)基底層61省略亦可。在無(wú)機(jī)基底層61上形成密閉構(gòu)造。密閉構(gòu)造具有島狀的第1無(wú)機(jī)絕緣膜63a、 63b;作為形成在第1無(wú)機(jī)絕緣膜上的層疊體的，包含半導(dǎo)體層64和與其相鄰的絕緣層 65a、65b的層疊體；以及覆蓋層疊體的第2無(wú)機(jī)絕緣膜66。當(dāng)然，第1無(wú)機(jī)絕緣膜63a、63b 和絕緣層6如、6恥分別是單層亦可。這樣，半導(dǎo)體層64和半導(dǎo)體層64與絕緣層6 之間 的界面被第1無(wú)機(jī)絕緣膜和第2無(wú)機(jī)絕緣膜密閉。因此，對(duì)TFT的特性和可靠性造成最大 影響的半導(dǎo)體層64和半導(dǎo)體層64與絕緣層6 之間的界面被從柔性基板100、其它的構(gòu)件 隔離，受到保護(hù)以免受水分等雜質(zhì)的侵入。 作為第1無(wú)機(jī)絕緣膜，在此利用SiNx層6 (厚度為40nm)/SiA層63a(厚度為 50nm)的2層膜。取代2層膜而使用單層膜亦可?；蛘?，利用3層以上的多層膜(例如，SW2 層/SiNx層/SiO2層)亦可。SiO2層63a、SiNx層63b以及a_Si層(最終成為p_Si層64) 能夠以300°C 350°C的溫度、利用CVD等公知的薄膜沉積技術(shù)形成。然后，通過(guò)對(duì)a-Si層照射激光，進(jìn)行脫氫處理，并且使非晶硅晶化，由此得到多晶 硅(p-Si)層64。通常，一次激光照射得不到具有充分結(jié)晶性的ρ-Si層，因此進(jìn)行兩次激光 照射工序，由此得到由例如平均結(jié)晶粒徑在IOOnm以上的結(jié)晶粒構(gòu)成的p-Si層64。這樣， 利用結(jié)晶性高的P-Si層64制作出的TFT能夠用作顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電路用的TFT。當(dāng)然，根 據(jù)需要控制結(jié)晶性亦可。P-Si層64與用于制作TFT的區(qū)域(活性區(qū)域)相對(duì)應(yīng)地被圖案 化。圖案化能夠以利用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)的公知的方法進(jìn)行。下面，在氫氣中暴露被圖案化了的p-Si層64。另外，為了在氫氣中暴露之前除去 附著在P-Si層64等的表面的雜質(zhì)等，優(yōu)選進(jìn)行UV照射、臭氧清洗、HF清洗、水清洗、堿清 洗等清洗處理。下面，形成絕緣層6 和絕緣層65b，以覆蓋暴露在氫氣中的p-Si層64。在此所 例示的結(jié)構(gòu)中，在此，形成SiO2層65a (厚度為50nm)和SiNx層65b (厚度為20nm)。它們發(fā) 揮柵極絕緣膜的功能。柵極絕緣膜設(shè)置在柵極電極與半導(dǎo)體層的溝道區(qū)域之間，半導(dǎo)體層 側(cè)的面與半導(dǎo)體層相接。在此，與P-Si層64相接地形成SiO2層65a。SiO2層65a和SiNx 層6 能夠利用公知的薄膜沉積技術(shù)在200°C 300°C的溫度范圍沉積而成。當(dāng)然，柵極絕 緣膜是單層(例如SW2層65a)亦可，但是通過(guò)沉積SiNx層65b，能夠提高對(duì)水分、Na等侵 入的抗性，得到穩(wěn)定TFT的閾值電壓的優(yōu)點(diǎn)。下面，將層疊構(gòu)造(從下開(kāi)始的順序?yàn)?102層63￡1和51隊(duì)層6313、？^層64、5士仏 層65a以及SiNx層65b)圖案化成規(guī)定的形狀。該圖案化可以利用例如濕蝕刻或者干蝕刻 來(lái)進(jìn)行。其結(jié)果，該層疊構(gòu)造成為在島狀的無(wú)機(jī)基底層61上具有末端的島狀。下面，沉積成為第2無(wú)機(jī)絕緣膜的SiNx膜66 (厚度為20nm)，以覆蓋島狀的層疊構(gòu) 造。SiNx膜66成為柵極絕緣膜的第3層。p-Si層64、Si&層6 和SiNx層6 被第1無(wú) 機(jī)絕緣膜(SiNx層63b/Si&層63a)和第2無(wú)機(jī)絕緣膜(SiNx膜66)三維地密閉。S卩，當(dāng)從
8P-Si層64的法線(xiàn)方向看時(shí)，p-Si層64和p-Si層64與SW2層6 之間的界面的外周被 第1無(wú)機(jī)絕緣膜(SiNx層63b/Si&層63a)和第2無(wú)機(jī)絕緣膜(SiNx膜)66包圍。這樣能 夠得到密閉構(gòu)造。下面，將SiNx膜66蝕刻成規(guī)定的圖案。在此，SiNx膜66的末端形成在 無(wú)極基底層61的表面上。之后，在SiNx膜66上形成柵極電極68。柵極電極68采用例如Ti層(厚度為 50nm)和Al層(或者Al合金層)(厚度為250nm)的層疊構(gòu)造亦可，可采用單層或者3層 以上的多層構(gòu)造等公知的結(jié)構(gòu)。作為形成柵極電極68的材料，能夠例示出W/TaN、W、M0、Ta寸。在形成柵極電極68之后，將柵極電極68作為掩模，注入雜質(zhì)，由此在p_Si層64 內(nèi)自我整合地形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域(均未圖示)。之后，進(jìn)行雜質(zhì)的活性化處理?；钚曰幚碛?a)利用短波長(zhǎng)激光的方法、(b)利 用長(zhǎng)波長(zhǎng)激光或者燈的方法。在采用任一方法的情況下，均優(yōu)選還進(jìn)行300°C 410°C、約 1小時(shí)、禾Ij用電爐的活性化退火處理。該活性化退火處理能夠兼做P-Si氫化處理(用于使 懸空鍵終結(jié)的處理)。用于氫化的氫能夠利用SiNx層6 或者SiNx層6 所包含的氫。柵極電極68的結(jié)構(gòu)優(yōu)選根據(jù)采用上述方法(a)和(b)的哪一個(gè)而選擇。在對(duì)源極區(qū)域/漏極區(qū)域的p-Si優(yōu)先進(jìn)行加熱的情況下，采用上述方法(a)。利 用例如準(zhǔn)分子激光、或者固體激光的第2高次諧波。此時(shí)，優(yōu)選在柵極電極68的最上層利 用A1、A1的合金等高反射率材料。另一方面，在對(duì)柵極電極68下的溝道區(qū)域的p-Si優(yōu)先進(jìn)行加熱的情況下，采用上 述方法(b)。利用固體激光的第1高次諧波或者鹵素?zé)舻墓獾炔ㄩL(zhǎng)比1 μ m長(zhǎng)的光對(duì)柵極 電極68進(jìn)行加熱。此時(shí)，優(yōu)選柵極電極68的最上層采用光吸收率高的材料(例如，從包括 Mo、Ti、Ta以及W的組選擇出的至少一種金屬或者包含這些金屬的合金)。下面，形成覆蓋它們的有機(jī)層間絕緣膜56 (厚度在1 μ m)。有機(jī)層間絕緣膜56能 夠利用例如氟樹(shù)脂或者聚酰亞胺來(lái)形成。若利用有機(jī)樹(shù)脂形成有機(jī)層間絕緣膜56，則即使 覆蓋柔性基板100的整個(gè)面地形成有機(jī)層間絕緣膜56，也能夠維持撓性(柔軟性)。之后，如圖4的(b)所示，在SiO2層65a、SiNx層65b、SiNx膜66以及有機(jī)層間絕 緣膜56上形成到達(dá)p-Si層64的接觸孔57a、57b，形成接觸孔部、源極電極72a以及漏極電 極72b，由此得到TFT。進(jìn)而，如圖4的(c)所示，利用有機(jī)樹(shù)脂形成鈍化膜82。若利用有機(jī)樹(shù)脂形成鈍化 膜82，則即使覆蓋柔性基板100的整個(gè)面地形成鈍化膜82，也能夠維持撓性(柔軟性)。并且，也能夠采用如圖5所示的結(jié)構(gòu)。在如圖5所示的結(jié)構(gòu)中，無(wú)機(jī)基底層61也被選擇性地設(shè)置在TFT和柵極總線(xiàn)之 下，具有與柵極總線(xiàn)平行的端部。即，形成無(wú)機(jī)基底層61而不阻礙與柵極總線(xiàn)正交的方向 的撓性。在圖5所示的TFT中，利用單層的SW2層65形成柵極絕緣膜，設(shè)有覆蓋柵極電極 68的第1層間絕緣膜66a和第2層間絕緣膜66b。另外，源極電極7 和漏極電極72b在 貫通第1層間絕緣膜66a、第2層間絕緣膜66b以及柵極絕緣膜65而到達(dá)p-Si層64的接 觸孔中分別接觸P-Si層64的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。第1層間絕緣膜66a和第2層間絕緣 膜66b被與無(wú)機(jī)基底層61相同地圖案化，具有與柵極總線(xiàn)平行的端部。
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包含TFT的層的構(gòu)造不限于上述的例子，能夠進(jìn)行各種變更。另外，用于構(gòu)成液晶 顯示裝置、有機(jī)EL裝置、電泳顯示裝置、它們的驅(qū)動(dòng)裝置或者傳感裝置、存儲(chǔ)裝置的其它的 結(jié)構(gòu)要素能夠利用公知的各種方法來(lái)制作。在如上述那樣所得到的柔性半導(dǎo)體基板的表面，還設(shè)有導(dǎo)電層亦可。至少在觀(guān)察 者側(cè)所設(shè)置的導(dǎo)電層需要是透明導(dǎo)電層(例如ΙΤ0)，但是背面?zhèn)鹊膶?dǎo)電層是金屬層亦可。 通過(guò)設(shè)置導(dǎo)電層能夠提高對(duì)靜電的抵抗性。利用本發(fā)明的實(shí)施方式的柔性半導(dǎo)體基板，能夠制造液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示 裝置、電泳顯示裝置等柔性顯示器、用于這些顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電路裝置、乃至存儲(chǔ)裝置、傳 感器裝置。這些具有柔性半導(dǎo)體基板的柔性電子裝置能夠由如下的工序制造而成利用上 述制造方法在玻璃基板上的聚酰亞胺層上形成半導(dǎo)體層，接著執(zhí)行制造各個(gè)電子裝置所需 要的工序之后，進(jìn)行從玻璃基板剝離聚酰亞胺層的工序。因此，這些柔性電子裝置能夠?qū)崿F(xiàn) 與玻璃基板相同的大型化，能夠制造超大柔性顯示器、卷曲顯示器等。工業(yè)上的可利用件本發(fā)明能夠很好地用于柔性顯示器等所使用的柔性半導(dǎo)體基板的制造。
權(quán)利要求
1.一種柔性半導(dǎo)體基板的制造方法，上述柔性半導(dǎo)體基板具備柔性基板和形成在上述 柔性基板上的半導(dǎo)體元件，上述柔性半導(dǎo)體基板的制造方法的特征在于包含(a)準(zhǔn)備無(wú)機(jī)基板的工序；(b)在上述無(wú)機(jī)基板上利用溶液狀的材料形成厚度為10μ m不到的聚酰亞胺層的工序；(c)在上述工序(b)之后，在上述聚酰亞胺層上形成上述半導(dǎo)體元件的工序；以及(d)在上述工序(c)之后，從上述無(wú)機(jī)基板剝離上述聚酰亞胺層的工序， 還包含(el)在上述工序(c)之后并且在上述工序(d)之前，在上述半導(dǎo)體元件上形成厚度在 上述聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工序，或者，(e2)在上述工序(d)之后，在上述聚酰亞胺層的與上述半導(dǎo)體元件相反的一側(cè)形成厚 度在上述聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法，上述工序(b)包含(bl)在上述無(wú)機(jī)基板上添加包含聚酰胺酸的溶液的工序；和(b2) 將添加到上述無(wú)機(jī)基板上的上述聚酰胺酸亞胺化的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法， 上述無(wú)機(jī)基板是透過(guò)規(guī)定波長(zhǎng)的光的無(wú)機(jī)基板，還包括在上述工序(c)之后，從上述無(wú)機(jī)基板側(cè)對(duì)上述聚酰亞胺層照射上述規(guī)定波長(zhǎng) 的光的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法，上述工序(c)還包含在形成上述半導(dǎo)體元件的表面形成無(wú)機(jī)基底層的工序，上述半導(dǎo) 體元件形成在上述無(wú)機(jī)基底層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法，還包含在上述工序(el)和上述工序(d)之后，或者在上述工序(U)之后，進(jìn)一步地形 成聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層的工序。
全文摘要
本發(fā)明的柔性半導(dǎo)體基板的制造方法包含準(zhǔn)備無(wú)機(jī)基板11的工序；在無(wú)機(jī)基板上利用溶液狀的材料形成厚度為10μm不到的聚酰亞胺層22a的工序；在聚酰亞胺層上形成半導(dǎo)體元件的工序；在形成半導(dǎo)體元件之后從無(wú)機(jī)基板剝離聚酰亞胺層的工序；以及形成厚度在聚酰亞胺層的厚度以上的聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層35、37的工序。聚對(duì)二甲苯樹(shù)脂層在剝離工序之前形成在半導(dǎo)體元件上亦可，在剝離工序之后形成在聚酰亞胺層的與半導(dǎo)體元件相反的一側(cè)亦可。本發(fā)明的制造方法在量產(chǎn)性方面優(yōu)良。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102089858SQ20098010524
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者安松拓人 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社