專利名稱：半導體器件及其制造方法、層離方法、以及轉移方法
技術領域：
本發明涉及到功能薄膜的層離方法，確切地說是涉及到各配備有各種元件的薄膜或層的層離方法。此外，本發明涉及到用于將分離的薄膜粘合到薄膜襯底的轉移方法。還涉及到包含根據轉移方法制作的薄膜晶體管(以下成為TFT)的半導體器件及其制造方法。
背景技術：
新近，利用制作在配備有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜(厚度約為幾十nm到幾百nm)來制作TFT的技術正受到注意。TFT被廣泛地應用于諸如集成電路或電光器件之類的電子器件，且特別被開發作為顯示器件的開關元件或驅動電路。
借助于執行切片來得到多個平板，能夠大規模生產這種顯示器件。多半采用玻璃襯底和石英襯底；但玻璃襯底和石英襯底的缺點是易碎且增大重量。因此，正在試驗在典型為柔性塑料膜的柔性襯底上制作TFT元件。
然而，當復雜的多晶硅薄膜被用作TFT的有源層時，在制造工藝中，幾百℃高溫下的工藝是必須的，致使多晶硅薄膜無法直接形成在塑料膜上。
因此，提出了一種利用其間的分離層將層離層從襯底分離的方法。例如，提供了包含諸如非晶硅、半導體、氮化物陶瓷、或有機聚合物的分離層，并通過襯底將其暴露于激光束；襯底在分離層中被層離等分離(參考文獻1日本專利公開No.10-125929)。此外，有參考文獻描述了一種借助于將層離層(稱為待要轉移的層)粘貼到塑料膜而完成液晶顯示器件的例子(參考文獻2日本專利公開No.10-125930)。在有關柔性顯示器的論文中，介紹了各個公司的技術(參考文獻3NikkeiMicrodevices，Nikkei Bussiness Publications，pp.71-72，July 1，2002)。
然而，在上述文獻所述的方法中，要求采用對光高度透明的襯底。而且，為了賦予足夠的能量以通過襯底釋放包含在非晶硅中的氫，必須有能量相當高的激光束。這就引起損傷層離層的問題。而且，上述文獻描述的結構中，為了防止對層離層的損傷而提供了抗光層或反射層；但在此情況下，就難以制造向下發光的透射液晶顯示器件或發光器件。還有，利用上述方法難以分離大面積的層離層。
發明內容
考慮到上述各種問題，提出了本發明，且本發明的目的是提供一種技術，在提供被形成在襯底上的金屬膜，且提供形成在金屬膜上包含包括上述金屬的氧化物膜的層離層和包含硅的薄膜的狀態下，利用物理方法或機械方法來執行襯底與層離層之間的分離。具體地說，制作了借助于在金屬膜上形成包括上述金屬的氧化物層，用熱處理方法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界面處執行分離而得到的TFT。
根據本發明制作的TFT能夠被應用于頂部發射型或底部發射型的任何發光器件，或透射型、反射型、或半透射型的任何液晶顯示器件等。
圖1A-1E示出了根據本發明的層離工藝。
圖2示出了本發明的實驗樣品。
圖3A和3B示出了本發明的實驗樣品A的TEM照片和框架格式。
圖4A和4B示出了本發明的實驗樣品B的TEM照片和框架格式。
圖5A和5B示出了本發明的實驗樣品C的TEM照片和框架格式。
圖6A和6B示出了本發明的實驗樣品D的TEM照片和框架格式。
圖7A和7B示出了本發明的實驗樣品E的TEM照片和框架格式。
圖8A和8B示出了本發明的實驗樣品A的EDX光譜和定量結果。
圖9A和9B示出了本發明的實驗樣品B的EDX光譜和定量結果。
圖10A和10B示出了本發明的實驗樣品C的EDX光譜和定量結果。
圖11A-11D示出了本發明的實驗樣品。
圖12A和12B示出了本發明的實驗樣品1的TEM照片和框架格式。
圖13A和13B示出了本發明的實驗樣品2的TEM照片和框架格式。
圖14A和14B示出了本發明的實驗樣品3的TEM照片和框架格式。
圖15A和15B示出了本發明的實驗樣品4的TEM照片和框架格式。
圖16A-16C示出了本發明的實驗樣品A-C的XPS測量。
圖17A-17F是其中圖16A-16C所示XPS測量被標準化的圖。
圖18A-18C示出了本發明的實驗樣品A-C的XPS測量。
圖19A和19B示出了根據本發明分離之后的襯底側的TEM照片和框架格式。
圖20A和20B示出了根據本發明分離之后的半導體薄膜側的TEM照片和框架格式。
圖21示出了本發明的樣品A的SIMS。
圖22示出了本發明的樣品B的SIMS。
圖23示出了本發明的樣品C的SIMS。
圖24A和24B示出了根據本發明分離之后的XPS測量。
圖25A和25B示出了圖24A和24B所示XPS測量的波形分析。
圖26A和26B示出了根據本發明制作的發光器件。
圖27A和27B示出了根據本發明制作的液晶顯示器件。
圖28示出了根據本發明制作的CPU。
圖29A-29E示出了根據本發明制作的電子器件。
圖30A和30B示出了本發明的實驗結果。
圖31示出了本發明的實驗結果。
圖32示出了本發明的實驗結果。
具體實施例方式 參照附圖來解釋根據本發明的實施方案模式。
實施方案模式1 首先，如圖1A所示，金屬膜11被形成在第一襯底10上。然后注意，具有承受疊層工藝的剛性的任何襯底，例如玻璃襯底、石英襯底、陶瓷襯底、硅襯底、金屬襯底、或不銹鋼襯底，能夠被用作第一襯底。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，以金屬作為靶，將金屬膜形成在第一襯底上。注意，金屬膜的膜厚度為10-200nm，最好為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氛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。
于是，當上述金屬的金屬合金(例如W和Mo的合金WxMo1-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。
當用濺射方法形成金屬膜時，襯底外圍的膜厚度有時變得不均勻。因此，最好用干法腐蝕方法清除外圍部分的膜；此時，可以在第一襯底10與金屬膜11之間形成大致100nm的諸如SiON膜或SiNO膜的絕緣膜，使第一襯底不被腐蝕。
借助于如上所述恰當地設定金屬膜的形成，層離過程能夠被控制，并擴大了工藝范圍。例如，當采用金屬合金時，借助于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。
層離層12被形成在金屬膜11上。層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。層離層的半導體膜可以處于這樣一種狀態，其中，TFT、有機TFT、薄膜二極管、包含硅的PI N結的光電變換器、硅電阻器、傳感器元件(典型為采用多晶硅的壓敏指紋掃描儀)之類在所希望的制造工藝中被制作。
可以用濺射方法或CVD方法來形成氧化硅、氮氧化硅等作為氧化物膜。順便說一下，氧化物膜的厚度最好二倍大于金屬膜11的厚度。此處，用濺射方法，利用硅靶，氧化硅膜被形成為具有150-200nm的厚度。
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為膜厚度為0.1nm到1微米，優選是0.1nm到100nm，0.1nm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采用借助于對具有硫酸、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；或臭氧水進行處理而得到的薄氧化物膜。作為另一變通，可以用在氧氣氛中等離子體處理方法，或借助于用紫外線在含氧的氣氛中產生臭氧，來進行氧化，或可以借助于在潔凈爐子中于大約200-350℃下進行加熱，來形成薄的氧化物膜。
在層離層12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為基底膜，以便防止雜質或滲透金屬膜或襯底外部的垃圾的浸入。
然后，在380-410℃，例如400℃下進行熱處理。借助于這一熱處理，氧化物層被晶化，且包含在層離層12中的氫，確切地說是半導體膜的氫被擴散。半導體器件制造工藝中的熱處理可以與上述步驟的熱處理同時進行，從而減少了工藝數目。當形成非晶半導體膜并用加熱爐或用激光輻照方法來形成結晶半導體膜時，可以執行至少500℃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。
如圖1B所示，利用第一粘合材料(鍵合材料)14，固定層離層12的第二襯底13被粘貼到層離層12。注意，最好用剛性高于第一襯底10的襯底作為第二襯底13。例如，諸如可紫外層離的粘合劑的可層離粘合劑或用熱清除的可熱層離的粘合劑；可溶于水的粘合劑；或雙面膠帶，最好被用作第一鍵合材料14。
接著，利用物理方法來分離配備有金屬膜11的第一襯底10(圖1C)。雖然未示出，但由于圖示出了框架格式，故分離發生在晶化的氧化物層中或氧化物層二個表面的界面處，亦即在氧化物層與金屬膜之間的界面處或氧化物層與層離層之間的界面處。于是，層離層12能夠從第一襯底10被分離。
如圖1D所示，用第二鍵合材料15，將被分離的層離層12粘貼到是為轉移體的第三襯底16。諸如環氧樹脂粘合劑、樹脂添加劑、雙面膠帶之類的可紫外線固化的樹脂，可以被用作第二鍵合材料15。注意，當第三襯底的表面是粘合劑時，可以不必使用第二鍵合材料。而且，可以用第三襯底覆蓋層離層12的側表面。具有柔性和薄膜厚度的襯底(這種襯底以下被稱為薄膜襯底)，例如諸如聚碳酸酯、多芳基化合物、聚醚砜襯底的塑料襯底；聚四氟乙烯襯底；或陶瓷襯底，可以被用作第三襯底16。
隨后，清除第一鍵合材料14，并層離第二襯底13(圖1E)。具體地說，可以執行紫外線輻照、熱處理、或水洗，來層離第一鍵合材料。而且，有可能用氬氣和氧氣來執行等離子體清洗或鐘罩清潔清洗。
配備有適合各種用途的TFT的多個層離層，可以被轉移到待要成為轉移體的第三襯底。例如，象素區的TFT和驅動電路的TFT的層離層可以被形成，且然后被轉移到第三襯底的預定區域。
被制作在如上得到的薄膜襯底上的TFT等，能夠被用作發光器件和液晶顯示器件的半導體元件。
借助于在層離層12上形成發光元件，然后形成待要成為包封劑的保護膜，制作了發光器件。當發光元件被制作在層離層12上時，由于配備有TFT的薄膜襯底是柔性的，故用諸如膠帶之類的鍵合材料，層離層可以被固定到另一個玻璃襯底，從而用真空淀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于大氣是優選的。
制作發光器件的順序沒有特別的限制，可以采用下列順序發光元件被形成在層離層上；粘合第二襯底；分離具有發光元件的層離層，并將其粘貼到用作第三襯底的薄膜襯底。而且，在形成發光元件之后，整個器件可以在設計得更大的用作第三襯底的薄膜襯底中被彎曲。
當制造液晶顯示器件時，在分離第二襯底之后，用密封材料將反襯底粘合，并可以將液晶材料注入其間。制作液晶顯示器件的順序沒有特別的限制，也可以采用下列順序第二襯底被粘合作為反襯底；粘合第三襯底；并將液晶注入其間。
當制造液晶顯示器件時，通常形成或撒布間隔體來保持襯底間距；但為了保持柔性襯底與反襯底之間的間距，可以形成或撒布具有大約3倍量的間隔體。而且，這些間隔體最好被形成得比應用于一般玻璃襯底的更柔軟。而且，必須將間隔體固定成不會由于薄膜襯底是柔性的而運動。
利用這種層離方法，TFT等能夠被制作在柔性薄膜襯底上，在整個表面上獲得層離和高成品率。此外，在本發明中，激光器等引起的負荷不被加到TFT上。這樣，具有TFT等的發光器件、液晶顯示器件、或其它的顯示器件就變薄，即使跌落也不容易破損，且重量輕。而且，在彎曲表面上或以畸形顯示也變得有可能。提供在根據本發明形成的薄膜襯底上的TFT，能夠達到顯示裝置的擴大以及大規模生產。本發明使第一襯底能夠重復使用，并借助于采用低成本的薄膜襯底而達到顯示裝置的成本降低。
實施方案 下面描述本發明的實驗結果、根據本發明制造的發光器件、液晶顯示器件、以及其它電子器件。
[實施方案1] 在本實施方案中，將描述層離實驗的結果以及透射電子顯微鏡(TEM)的檢查觀測。
首先，對于圖2所示的樣品，作為襯底的AN 100玻璃襯底(126×126mm2)與作為金屬膜的用濺射方法淀積的主要由鎢組成的薄膜(以下稱為W膜)，被層疊。然后，用濺射方法淀積的作為保護膜形成層離層的二氧化硅膜、用CVD方法淀積的作為基底膜的SiON膜、以及用CVD方法淀積的作為半導體膜的非晶硅膜，被層疊在其上。
在上述樣品中，對其不執行熱處理的樣品是A，對其在220℃下執行1小時熱處理的另一個樣品是B，而對其在500℃下執行1小時然后在550℃下執行4小時熱處理的其它樣品是C。用TEM對各個樣品進行觀測。結果被示于圖3A-5A中。對應于各個TEM照片(TEM照片像)的框架格式被示于圖3B-5B中。
發現在用作金屬膜的W膜202與保護膜203之間形成了一個界面。注意，此層不總是一個完整的層，某些情況下被分散開。
執行EDX測量，以便確定層的組成。圖8A-10B示出了對樣品A-C的EDX測量的光譜和定量結果。注意，Al和Mo的峰值是測量過程中樣品固定夾具造成的。圖8A-10B中的結果表明在層(以下稱為氧化物層)中存在鎢和氧。
在對圖3A-5A中的TEM照片進行比較的過程中，發現樣品C具有沿特定方向排列的晶格。還發現A和B的氧化物層具有大約3nm的膜厚度；同時，樣品C的氧化物層被形成為具有甚至更薄的厚度(至多3nm)。
對樣品A-C的這些層離實驗的結果表明，僅僅其中氧化物層具有晶格的樣品C才能夠被分離。
圖6A和7A示出了圖2所示的在400℃下熱處理1小時之后待要成為樣品D的樣品的TEM照片以及圖2所示的在430℃下熱處理1小時之后待要成為樣品E的樣品的TEM照片。圖6B和7B示出了對應于各個TEM照片的框架格式。注意，施加到樣品D的溫度400℃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示出了晶格被形成在樣品D中部分氧化物層上以及晶格被形成在樣品E中整個氧化物層上。
作為上述樣品D和E的層疊實驗結果，發現僅僅樣品E被分離。
上述層離實驗的結果和TEM照片表明，氧化物層被形成在金屬膜與保護膜之間的界面處，且氧化物膜大致在400℃下開始出現晶化。當氧化物層具有結晶性時，就認為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的氧化物層。
因此，由于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，就產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)，且認為分離從其界面發生。
[實施方案2] 接著，在制造保護膜的不同條件下，即當W膜上的保護膜不存在或存在的情況被改變時，進行層離實驗。
如圖11A-11D所示，制備了借助于相繼層疊用CVD方法形成在襯底300上的SiON膜301和用濺射方法形成的W膜302而形成的樣品1(圖11A)；包含利用濺射方法用氬氣形成在W膜上的硅膜303作為保護膜的樣品2(圖11B)；包含利用濺射方法用氬氣和氧氣形成的二氧化硅膜304來代替硅膜的樣品3(圖11C)；以及包含利用CVD方法用硅烷氣體和氮氣形成的二氧化硅膜305的樣品4(圖11D)。
圖12A-15A示出了各個樣品1-4的剖面的TEM照片。圖12B-15B示出了對應于各個TEM照片的框架格式。
如圖12A-15A所示，在樣品3中，氧化物層被形成在W膜上；但在其它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，以致于在TEM照片中此膜未被清楚地顯現。
此氧化物層被認為由于制作樣品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，認為僅僅使用了氬氣，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中的氧化物層被認為不同于形成在樣品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，至于樣品4，用CVD方法，二氧化硅膜被形成在W膜上，借以可以形成氧化物層；但如圖15A所示，氧化物層未被觀察到。
此處考慮其中形成氧化物層的樣品3和樣品4。與樣品3中二氧化硅膜制造工藝中所用的源氣體相比，CVD方法所用的用來形成樣品4的二氧化硅膜的硅烷氣體包含有氫。亦即，由于存在氫，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的狀態能夠被認為由于氫而被改變了。
作為上述情況的結果，可以想像，當保護膜被形成在金屬膜上時，不同于天然氧化物膜的氧化物層被形成。注意，當采用W膜時，認為氧化物層最好約為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，為了執行層離，認為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)用來執行層離。確切地說，當W膜被用作金屬膜時，發現必須至少在400℃下進行熱處理，從而晶化厚度約為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430℃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，并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膜被給定為具體例子時，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。
[實施方案3] 在本實施方案中，將用TEM示出對襯底側和非晶半導體膜側上的氧化物層在分離之后的觀察結果。
用濺射方法，厚度為50nm的W膜被形成在玻璃襯底上；然后用濺射方法，形成厚度為200nm的氧化硅膜；隨后用等離子體CVD方法，形成厚度為100nm的氮氧化硅膜作為基底膜；并用等離子體CVD方法，形成厚度為50nm的非晶膜作為半導體膜。然后，在500℃下進行1小時熱處理以及在550℃下進行4小時熱處理；利用環氧樹脂作為粘合劑來粘合石英襯底；并用物理方法進行分離。此時的W膜和襯底側上的氧化物層的TEM照片被示于圖19A和19B。半導體膜上的氧化物層和氮氧化硅膜的TEM照片被示于圖20A和20B。
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硅膜上。二個照片表明分離發生在氧化物層中或氧化物層的界面處，且氧化物層仍然不均勻地粘合到金屬膜和氧化硅膜。
[實施方案4] 在本實施方案中，示出了用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分別示出了樣品A-C的結果。在圖16A-16C中，水平刻度示出了深度方向(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)，垂直刻度示出了所占鍵比率(％)。
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示出了圖16A-16C的數據的標準化結果。圖17A和17D對應于樣品A的結果。圖17B和17E對應于樣品B的結果。圖17C和17F對應于樣品C的結果。圖17A-17C示出了其中WO3為1，而其它組分的所占鍵比率被標準化的曲線。圖17D-17F示出了其中WO2為1，而其它組分的所占鍵比率被標準化的曲線。
當對圖17A-17C進行比較時，與樣品A和B相比，樣品C中用叉號示出的WO2的相對比率更高。亦即，樣品C具有高的O2比例，且隨著深度從位置1增大到位置3，WO2的比例變得更高。而且，樣品C具有低的WOx比例，且發現隨著深度從位置1增大到位置3，WO2的比例變得更低。當對圖17D-17F進行比較時，樣品A和B具有至少2％的WO2含量，同時，樣品C具有至多2％的含量。如從WO3的標準化曲線可見，與樣品A和B相比，樣品C具有較高的WO2比例。
圖18A-18C示出了當探測到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示出了樣品A在4分鐘15秒濺射工藝之后的結果。圖18B示出了樣品B在4分鐘濺射工藝之后的結果。圖18C示出了樣品C在5分鐘濺射工藝之后的結果。在圖18A-18C中，至于各個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WO3等)，面積比率(％)等于組分比率。
表1示出了從圖18A-18C得到的樣品A-C的各個狀態W1-W4的面積比率。表1還用比率示出了其中W2和W3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35％。亦即，樣品C具有高的鎢比例和低的氧化鎢比例。根據標準化數值，發現樣品C與樣品A和B相比，在氧化鎢中具有高的W2(WO2)比例。
樣品C具有高的W2(WO2)組分比率，且認為氧化物層的組分由于熱處理而被改變。因此，W4(WO3)的組分被改變到W2(WO2)或W3(WOx)，并可想像由于晶體結構的這種差別而分離發生在不同的晶體結構之間。
表1
接著，用XPS測量分離之后的襯底側和分離之后的半導體膜側。圖24A和24B示出了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各示出了XPS測得的被分離表面的光譜。圖24A示出了半導體膜側的被分離表面的光譜。圖24B示出了襯底側的被分離表面的光譜。
表2示出了從圖24A和24B得到的被探測到的元素和定量結果。表2表明保留在襯底側上的鎢為保留在半導體膜側上的鎢的大約10倍。
表2
隨后，圖25A示出了半導體膜側上的光譜的波形分析。圖25B示出了襯底側上的光譜的波形分析。在圖25A和25B中，至于各個4種狀態W1(鎢W)，W2(氧化鎢WOx，x接近2)，W 3(氧化鎢WOx，2＜x＜3)，以及W4(氧化鎢WO3等)，面積比率(％)等于組分比率。
其中形成了天然氧化物膜的樣品1的光譜，被示于圖31的XPS測量中。此光譜的波形分析被示于圖32中。在樣品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，被示于表3中。而且，半導體膜側表面的測量與襯底側表面的測量被一起示于表3中。
表3
而且，圖30A示出了基于表1和3的W1和W4中各個組分的強度比率。圖30B示出了對W4標準化了的W2和W3的強度比率。
分離之后半導體膜側的所占鍵比率如下W1和W2為0％，W3為16％，W4為84％；同時，在襯底側上，W1為44％，W2為5％，W3為10％，而W4為46％。發現樣品1中天然氧化物膜的所占鍵比率如下W1為70，W2為6，W3為1，而W4為23。
此外，發現與其它樣品相比，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的比例明顯地低。
發現在分離之后，與樣品C中的WO2相比，半導體膜側和襯底側上的WO2總量更低。因此，能夠認為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(WO3)以及天然氧化物膜成為主要組分，從而在分離之后穩定了狀態。
當用圖30A和30B對能夠被分離的樣品C以及其中形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界面處，在氧化物層與氧化硅膜之間的界面處，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)保留在襯底側上；2/3的W4(WO3等)保留在半導體膜側上；且其1/3保留在襯底側上。而且，發現氧化物層與天然氧化物膜的組分比率彼此不同。于是認為在氧化物層的層中，特別是在WO2與WOx之間或在WO2與WO3之間的界面處，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，而是粘合到襯底側；然而，WO2有可能粘合到半導體膜側而不存在于襯底側上。
[實施方案5] 在本實施方案中，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。
當提到非晶硅膜中的氫分布時，樣品A和B中的氫濃度約為每立方厘米1.0×1022原子，而樣品C中的氫濃度約為每立方厘米1.0×1020原子，幾乎是樣品A和B的2倍。當觀察氮氧化硅膜(SiON)和氧化硅膜(SiO2)時，顯示了不均勻的濃度分布，例如在樣品A和B中傾向于在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布而沒有降低的傾向。于是，比樣品A和B更多的氫存在于樣品C中。根據上述結果，認為氫的離化效率是不同的，且樣品C的表面組分比率不同于樣品A和B。
接著，當提到氧化硅膜(SiO2)與W膜之間界面處的氮濃度時，樣品A和B中的氮濃度約為每立方厘米1.0×1021原子，而樣品C中的氮濃度約為每立方厘米6.5×1021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在氧化硅膜(SiO2)與W膜之間界面處具有氧化物層的不同組分。
[實施方案6] 在本實施方案中，參照圖26A和26B來描述根據本發明的層離方法的配備有制造在薄膜襯底上的TFT的發光器件。
圖26A示出了發光器件的俯視圖；信號線驅動電路1201、掃描線驅動電路1203、以及象素區1202，被提供在薄膜襯底1210上。
圖26B示出了發光器件沿A-A’線的剖面，且氧化物層1250被其間的鍵合材料1240提供在薄膜襯底1210上。注意，氧化物層可以是分散的而不是被形成為薄膜襯底背面上的一個層。當如上述實施方案所述，W膜被用作金屬膜時，氧化物層具體用作包含鎢作為主要組分的氧化物WO3。
示出了形成在薄膜襯底上的配備有包含n溝道TFT 1223和p溝道TFT 1224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可以由CMOS電路、PMOS電路、或NMOS電路組成。而且，在本實施方案中，示出了其中信號線驅動電路和掃描線驅動電路被形成在襯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襯底外部。
而且，示出了包含開關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布線之一的第一電極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的象素區1220。
由于其中第一電極1213接觸到電流控制TFT 1212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漏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，當采用氮化鈦膜/包含大比例鋁的膜/氮化鈦膜的三層結構時，能夠得到低的布線電阻和形成良好歐姆接觸的性能。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，利用透明導電膜作為第一電極1213，能夠制造雙面發射型的發光器件。
絕緣膜1214可以由有機樹脂膜或包含硅的絕緣膜制成。此處，正性光敏丙烯酸膜被用作絕緣膜1214。
絕緣膜1214的頂部邊沿和底部邊沿最好被形成為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1214時，絕緣膜1214的頂部邊沿最好僅僅具有曲率為0.2-3微米的彎曲表面。而且，無論光照下成為不溶于腐蝕劑的負性還是光照下成為可溶于腐蝕劑的正性，都能夠被采用。
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)或遠程等離子體方法得到的氮化鋁膜；氮氧化鋁膜；諸如包含大比例氮化硅或氮氧化硅的氮化硅膜之類的絕緣膜；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。
第二電極1216通過提供在連接區中絕緣膜1214上的窗口(接觸)被連接到連接布線1208。連接布線1208被各向異性導電樹脂(ACF)連接到柔性印刷電路(FPC)1209。從作為外部輸入端口的FPC 1209接收視頻信號和時鐘信號。此處僅僅示出了FPC；但印刷布線板(PWB)可以被固定到FPC。
當FPC借助于施加壓力或熱利用ACF被連接時，要注意的是，應該防止由熱引起的襯底柔性或軟化造成的破裂。例如，硬度大的襯底可以被排列在與薄膜襯底1210粘合FPC的部分相對的部分上作為一種輔助。
襯底的邊沿部分配備有密封材料1205，且襯底被粘貼到第二薄膜襯底1204，并被包封。最后用環氧樹脂作為密封材料1205。
在本實施方案中，除了玻璃襯底和石英襯底之外，可以采用由FRP(纖維加固的塑料)、PVF(聚氟乙烯)、mylar、聚酯、丙烯酸之類組成的襯底作為用來形成第二薄膜襯底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；諸如聚硅氮烷、氧化鋁、氧化硅、或氮化硅之類的無機材料；或它們的疊層的勢壘膜覆蓋薄膜襯底，以便防止水或氧通過薄膜襯底滲透。
保護膜可以被提供在薄膜襯底上，以便在制造工藝中保護薄膜襯底免受藥劑影響。可以用紫外線可固化的樹脂或熱塑樹脂作為此保護層。
如上所述，完成了包含提供在薄膜襯底上的TFT的發光器件。根據本發明的包含TFT的發光器件即使在跌落時也不容易破裂，且重量輕。薄膜襯底使得能夠擴大發光器件以及大規模生產。
[實施方案7] 在本實施方案中，參照圖27A和27B來描述根據本發明的包含用層離方法形成在薄膜襯底上的TFT的液晶顯示器件。
圖27A示出了液晶顯示器件的俯視圖；信號線驅動電路1301、掃描線驅動電路1303、以及象素區1302，被提供在第一薄膜襯底1310上。
圖27B示出了液晶顯示器件沿A-A’線的剖面，且氧化物層1350被其間的鍵合材料1340形成在薄膜襯底1310上。注意，氧化物層可以是分散的而不是被形成為薄膜襯底背面上的一個層。當如上述實施方案所述，W膜被用作金屬膜時，氧化物層具體用作包含鎢作為主要組分的氧化物WO3。
配備有包含n溝道TFT 1323和p溝道TFT 1324的CMOS電路的信號線驅動電路1301，被形成在薄膜襯底上。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，在本實施方案中，示出了其中信號線驅動電路和掃描線驅動電路被形成在襯底上的一種內置驅動器類型；但各個電路可以被形成在襯底外部。
而且，示出了配備有包含開關TFT 1321和保留體積1312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1317被提供在層間絕緣膜1314上，并用摩擦方法對其進行處理。
第二薄膜襯底1304被制備成反襯底。第二薄膜襯底1304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、反電極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襯底上，并被密封材料1305粘合。液晶材料1318被注入到第一與第二薄膜襯底之間。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襯底之間的間隙。
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；或諸如聚硅氮烷、或氧化硅之類的無機材料；或它們的疊層的勢壘膜覆蓋薄膜襯底，以便防止水或氧通過薄膜襯底滲透。
可以提供保護膜，以便在制造工藝中保護薄膜襯底免受藥劑的影響。可以用紫外線可固化的樹脂或熱塑樹脂作為此保護層。
如在圖26A和26B中那樣，布線和柔性印刷電路(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鐘信號。注意，借助于施加壓力或熱與FPC的連接需要注意防止產生破裂。
如上所述，完成了包含提供在薄膜襯底上的TFT的液晶顯示器件。根據本發明的包含TFT的液晶顯示器件即使在跌落時也不容易破裂，且重量輕。薄膜襯底使得能夠擴大發光器件以及大規模生產。
[實施方案8] 下面參照圖28來描述根據本發明的一個實施方案。在本實施方案中，將解釋具有象素區的平板、用來控制象素區的驅動電路、以及包含絕緣表面上的控制裝置和運算裝置的CPU。
圖28示出了平板的外貌。此平板具有象素區3000，其中，多個象素在襯底3009上被排列成矩陣。掃描線驅動電路3001，掃描線驅動電路3001用來控制象素區3000、以及信號線驅動電路3002，被提供在象素區3000外圍。在象素區3000中，根據饋自驅動電路的信號來顯示圖象。
反襯底可以僅僅被提供在象素區3000以及驅動電路3001和3002上，或可以被提供在整個表面上。注意，可能產生熱的CPU最好鄰近配備有熱沉。
而且，平板還具有VRAM 3003(視頻隨機存取存儲器)，用來控制VRAM3003外圍處的驅動電路3001和3002以及譯碼器3004和3005。此外，平板具有RAM(隨機存取存儲器)3006、RAM 3006外圍處的譯碼器3007、以及CPU 3008。
形成襯底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(多晶硅)形成。因此，多個電路能夠被制作成一個絕緣表面上的集成電路。首先，象素區3000、驅動電路3001和3002、以及其它電路被形成在支持襯底上，并用根據本發明的層離方法來分離，然后被彼此粘貼，從而得到柔性襯底3009上的集成結構。象素區中多個象素的結構借助于對各個多個象素提供SRAM而被形成，但不局限于此。于是，可以省略VRAM 3003和RAM 3006。
[實施方案9] 本發明能夠被應用于各種電子器件。電子器件的例子有個人數字助理(蜂窩電話，移動計算機、便攜式游戲機、電子書等)、攝象機、數碼相機、風鏡式顯示器、顯示器、導航系統等。圖29A-29E示出了這些電子器件。
圖29A示出了一種顯示器，它包括框架4001、聲音輸出單元4002、顯示單元4003等。本發明被用于顯示單元4003。此顯示器包括諸如個人計算機、電視廣播、以及廣告顯示器之類的所有信息顯示器。
圖29B示出了一種移動計算機，它具有主體4101、記錄筆4102、顯示單元4103、操作按鈕4104、外部接口4105等。本發明被用于顯示單元4103。
圖29C示出了一種游戲機，它包括主體4201、顯示單元4202、操作按鈕4203等。本發明被用于顯示單元4202。
圖29D是一種蜂窩電話，它包括主體4301、聲音輸出單元4302、聲音輸入單元4303、顯示單元4304、操作開關4305、天線4306等。本發明被用于顯示單元4304。
圖29E示出了一種電子書閱讀器，它包括顯示單元4401等。本發明被用于顯示單元4401。
由于本發明的應用范圍極為廣闊，故本發明能夠被應用于所有領域的各種電子器件。特別是使器件能夠更薄和/或更輕的本發明對于圖29A-29E所示的電子器件是非常有效的。
利用根據本發明的層離方法，TFT等能夠被制作在柔性薄膜襯底上，由于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中不存在激光器等引起的負荷。于是，具有TFT等的發光器件、液晶顯示器件的顯示單元等能夠被制作得薄，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。
根據本發明制作的薄膜襯底上的TFT能夠得到顯示單元的擴大以及大規模生產。本發明使轉移之前其上要制作TFT等的第一襯底能夠重復使用，從而借助于采用低成本的薄膜襯底而達到了半導體膜的成本降低。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含鎢的膜；
在所述包含鎢的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含鎢的膜之間的包含鎢氧化物的氧化物層；
執行熱處理，因而改變所述氧化物層中所述鎢氧化物的成分；以及
將所述層離層與所述包含鎢的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中或在所述氧化物層與所述包含鎢的膜之間的界面處。
2.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含鎢的膜；
在所述包含鎢的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含鎢的膜之間的包含WO2與WO3的氧化物層；
執行熱處理，因而改變所述氧化物層中所述WO2與WO3的成分比；以及
將所述層離層與所述包含鎢的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中或在所述氧化物層與所述包含鎢的膜之間的界面處。
3.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含鎢的膜；
在所述包含鎢的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含鎢的膜之間的包含WO2與WO3的氧化物層；
執行熱處理，因而在所述氧化物層中將WO3的一部分變為WO2；以及
將所述層離層與所述包含鎢的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中或在所述氧化物層與所述包含鎢的膜之間的界面處。
4.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含鎢的膜；
在所述包含鎢的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含鎢的膜之間的包含WO2與WO3的氧化物層；
執行熱處理，因而改變所述氧化物層中所述WO2與WO3的成分比；以及
將所述層離層與所述包含鎢的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中WO2與WO3之間的界面處。
5.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含鎢的膜；
在所述包含鎢的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含鎢的膜之間的包含WO2與WO3的氧化物層；
執行熱處理，因而在所述氧化物層中將WO3的一部分變為WO2；以及
將所述層離層與所述包含鎢的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中WO2與WO3之間的界面處。
6.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述熱處理至少在430℃進行。
7.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述氧化物膜用濺射方法形成。
8.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述包含鎢的膜的膜厚為10nm-200nm。
9.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述氧化物層的膜厚為0.1nm-5nm。
10.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述半導體元件包含Si。
11.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，其中，所述半導體元件選自包含TFT、薄膜二極管、光電變換器、硅電阻器及傳感器元件的組。
12.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，還包括將所述層離層粘貼到柔性襯底的步驟。
13.如權利要求12所述的制造半導體器件的方法，其中，所述柔性襯底為塑料襯底。
14.如權利要求1-5中任一項所述的制造半導體器件的方法，還包括以下步驟
將第二襯底粘貼到所述層離層；
在分離所述襯底之后將第三襯底粘貼到所述層離層；以及
將所述第二襯底與所述層離層分離；
其中，所述第三襯底為柔性襯底。
15.如權利要求14所述的制造半導體器件的方法，其中，所述柔性襯底為塑料襯底。
16.一種制造半導體器件的方法，包含以下步驟
在襯底上形成包含金屬的膜；
在所述包含所述金屬的膜上形成包含半導體元件與氧化物膜的層離層，因而形成插入在所述氧化物膜與所述包含所述金屬的膜之間的包含金屬氧化物的氧化物層；
執行熱處理，因而改變所述氧化物層中所述金屬氧化物的成分；以及
將所述襯底與所述包含所述金屬的膜分離，
其中，所述半導體元件提供在所述氧化物膜上，以及
其中，所述分離出現在所述氧化物層中或在所述氧化物層與所述包含所述金屬的膜之間的界面處。
全文摘要
本申請為半導體器件及其制造方法、層離方法、以及轉移方法。試驗了一種用來在典型為柔性塑料膜的具有柔性的襯底上制作TFT元件的技術。當結構中用光阻擋層或反射層來防止對層離層的損傷時，難以制造透射型液晶顯示器件或向下發光的發光器件。在金屬膜形成在襯底上的狀態下，用物理方法或機械方法分離了襯底與層離膜，且提供了包含包括金屬的氧化物膜的層離層和形成在金屬膜上的包含硅的膜。具體地說，制作了一種TFT，此TFT借助于在金屬膜上形成包括金屬的氧化物層；用熱處理方法晶化氧化物層；以及在氧化物層中或在氧化物層的二個界面處進行分離而得到。
文檔編號H01L27/12GK101615592SQ20091016141
公開日2009年12月30日 申請日期2003年12月29日 優先權日2002年12月27日
發明者丸山純矢, 高山徹, 大野由美子, 山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所