JP5451066B2 - 可撓性ディスプレイ基板 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、ここに引用される、２００５年４月２５日に出願された、「可撓性ディスプレイ基板」と題する米国仮特許出願第６０／６７４９８３号の恩恵を主張する。

本発明は、薄膜半導体に関し、特に、ポリマー基板を有する薄膜半導体を製造する方法、および単結晶シリコン膜およびポリマー基板を有する構造体に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、およびアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）装置などの様々なディスプレイ装置が益々必要とされてきた。これらのディスプレイ装置は、薄膜半導体材料を用いた技術に基づく。この薄膜半導体材料は、入力信号で出力電流が制御される三端子装置である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するために用いられる。ＴＦＴは、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン、または単結晶シリコン（ＳＣＳ）薄膜半導体材料を用いたものに分類される。ＴＦＴは、切換えおよび増幅機能を果たし、集積回路のビルディングブロックとしてまたは別個の素子として動作できる。例えば、ＬＣＤ装置では、ディスプレイ・プロセスを制御するためにＴＦＴのアレイが使用されている。ＯＬＥＤ装置は、薄膜有機半導体中の正孔相互作用の結果として、発光する。ＡＭＬＣＤ装置は、ＬＣＤの高性能版であり、個々のピクセルを制御するためにＴＦＴのアレイが使用されている。

アモルファスシリコンを用いて製造されたＴＦＴは、標準集積回路により駆動しなければならない。アモルファスシリコンは、長距離結晶秩序を持たない非晶質シリコンである。その結果、アモルファスシリコン膜は、電気的性質が不十分であり、安定性が本質的に不十分である。アモルファスシリコン膜は、個々のピクセルのオンとオフを切り換えるためのトランジスタを製造するのには適しているが、高性能装置に必要とされる論理およびＭＳ(Mixed Signal)機能を取り扱うことはできない。

ｐｏｌｙ−Ｓｉを技術を用いて製造されたＴＦＴは、アモルファスシリコンにより製造されたものより優れている。ｐｏｌｙ−Ｓｉは、原子が制限粒内に特定のパターン（長距離秩序）にしたがって配列されている結晶性シリコンである。この新たに出現した技術は、アモルファスシリコンから製造されたＴＦＴに要求される別個のディスプレイ・ドライバの必要をなくし、ｐｏｌｙ−Ｓｉ自体の上にドライバを製造することができ、ディスプレイ装置の費用とサイズを減少させることが期待されているが、ｐｏｌｙ−Ｓｉ技術は、数年に亘り開発中であり、不十分な均一性および高い製造費用の問題がまだ解決されていない。

ＳＣＳ膜を使用すると、アモルファスシリコン膜およびｐｏｌｙ−Ｓｉ膜と比較して、優れた電子的および光子的性質が造り出される。ＳＣＳは、材料の全片に亘り長距離秩序が存在し、著しく低い荷電粒子移動度を向上させる結晶性固体である。また、その膜の単結晶の性質のために、アモルファスシリコン膜やｐｏｌｙ−Ｓｉ膜よりも良好な均一性が提供される。

ＳＣＳ膜の酸化基板上への転写プロセスが当該技術分野において公知である。剥離はそのような技法の内の１つである。水素イオン注入法による剥離は一般に、シリコンウェハーにイオンを注入して、そのウェハー内に欠陥構造を形成する工程を含む。一般に、注入イオンは水素イオンである。次いで、ウェハーのイオンが注入された側を、酸化されたシリコン基板と接触させる。ウェハーと酸化されたシリコン基板は、一般に１，０００℃よりも高い、高温に加熱される。この熱処理により、シリコンウェハーのイオン注入された側と酸化されたシリコン基板との間に結合が形成される。その熱により、シリコンウェハーのイオン注入された部分がシリコンウェハーから分離する。

基板上にＳＣＳ膜を得るプロセスは、比較的高い温度を必要とするために、ポリマー基板には適していない。その結果、ディスプレイ装置に用いられるほとんどのＴＦＴは、ガラス基板を用いて製造される。しかしながら、ガラス基板では、その中に用いられるガラスの密度が高いために、ディスプレイ装置が相当な質量になってしまう。また、ガラス基板は剛性であり、曲げ応力の許容度が低い。さらに、ガラスは脆く、落とされると、ガラス基板により製造されたＴＦＴは、破損する虞が高い。

多くの用途で、軽量かつ可撓性のディスプレイが要望されている。ガラスよりもはるかに可撓性であり、ガラスの密度のほぼ半分未満のポリマー材料が数多くある。その結果、ガラス基板をポリマー基板で置き換えるために技術を開発するために、ある労力が払われてきた。これらの技術では、ポリマー基板に転写されるアモルファスシリコン膜またはｐｏｌｙ−Ｓｉ膜いずれかを利用しており、上述した欠点を被る。したがって、ポリマー基板上のＳＣＳ膜を利用した装置が、当該技術分野において必要とされている。

本発明は、絶縁体構造体上に半導体を製造する方法であって、半導体膜をポリマー基板に転写して可撓性半導体材料を作製する工程を有してなる方法を提供する。そのような方法は、ある実施の形態において、半導体ドナーウェハー内の所定の深さの領域にイオンを注入し、注入されたイオンの領域に欠陥を形成するのに効果的な期間に亘り効果的な温度で支持基板上の注入済み半導体ドナーウェハーを熱処理し、半導体の薄膜をドナーウェハーからポリマー基板上に剥離させる各工程を含む。

ある実施の形態において、イオン注入され熱処理された半導体ドナーウェハーをポリマー基板に付着させ、ＳＣＳ膜をその半導体ドナーウェハーから分離する。ある実施の形態において、シリコンドナーウェハーはＳＣＳウェハーである。

本発明の方法は、向上した低荷電粒子移動度を持つ実質的に均一な膜をポリマー基板に転写して、可撓性で、軽量であり、より耐破損性の半導体構造体を形成する工程を含む。本発明による方法では、高温や酸化されたシリコン層を使用する必要がない。

ある実施の形態によれば、本発明は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造体、特に、半導体・オン・ポリマー構造体を製造する方法であって、第１と第２の基板を提供する工程であって、第１の基板が、第２の基板に結合するための第１の外面（第１の結合表面）、第１の基板に力を印加するための第２の外面（第１の力印加表面）、および第１の基板を第１の部分と第２の部分に分離させるための内部区域（内部区域は以後「分離区域」と称され、これは、例えば、水素イオン注入区域であって差し支えない）を含み、第１の結合表面、第１の力印加表面および分離区域は、互いに対して実質的に平行である工程を有してなる方法を提供する。さらに、第２の部分は分離区域と第１の結合表面との間にあり、第１の基板は半導体材料からなる。

第１の基板は、第２の部分のその後の剥離を促進させるために熱処理を施され、次いで、冷却される。熱処理は、ガラス基板などの基板上で行ってよい。

第２の基板は、一方は第１の基板に結合するためのものであり（第２の結合表面）、他方は第２の基板に力を印加するためのものである（第２の力印加表面）、２つの外面を含み、第２の結合表面および第２の力印加表面は互いから距離Ｄ₂だけ離れており、第２の基板はポリマーからなる。

第２の基板は加熱される。第１と第２の結合表面は、第１と第２の結合表面を互いに押し付けるように第１と第２の力印加表面に力が印加される条件下で、第１と第２の結合表面で（すなわち、界面で）、第１と第２の基板を互いに結合させるのに十分な期間に亘り、接触させられる（一旦接触されると、第１と第２の結合表面は、第１と第２の基板の間の「界面」と称されるものを形成する）。適切な期間の後、第２の基板への加熱は中断され、そのアセンブリは、室温などの常温に冷却される。圧力が除かれ、第１と第２の部分が分離区域で分離される。第１と第２の基板は、分離区域での分離を促進させるために、収縮差を経験すると考えられる。

本発明は、改良された半導体・オン・インシュレータ構造体を提供する。ある実施の形態において、本発明は、直接的にまたは１つ以上の中間層を介してのいずれかで、互いに接合されたＳＣＳ膜およびポリマー基板を含む。

先の説明は、本発明の例示のみであり、特許請求の範囲により定義された本発明の性質および特徴を理解するための概要を提供することが意図されているのが理解されよう。添付の図面は、本発明をさらに理解させるために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、その説明と共に、本発明の原理および動作を説明するように働く本発明の様々な特徴および実施の形態を例示する。

本発明の実施の形態のより詳しい説明を図面を参照して記載する。以下の記載において、説明の目的で、本発明を十分に理解できるように、特定の数、材料および構成が挙げられている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細を持たずに実施できることが当業者には明らかであろう。ある場合には、よく知られた特徴は、本発明を分かりにくくしないように、省かれていたり、簡略化されているかもしれない。さらに、本明細書における「ある実施の形態」または「１つの実施の形態」への言及は、その実施の形態に関して記載された特定の特性、構造または特徴が本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所で「ある実施の形態において」という語句が出現することは、必ずしも全てが、同じ実施の形態を参照するものではない。

第１の実施の形態によれば、図１〜４は、本発明の方法に用いられる構造体を示している。

ここで図１を参照すると、第１の基板１０が開示されている。基板１０は半導体材料からなっていてよい。基板１０の半導体材料は、シリコン系の半導体、または半導体のＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＩＶ、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族などの、任意の他のタイプの半導体であって差し支えない。第１の基板１０に使用できるシリコン系材料の例としては、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料が挙げられる。第１の基板に使用できる他の半導体の例としては、Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，およびＩｎＰ材料が挙げられる。ある実施の形態において、第１の基板１０の半導体は、実質的に単結晶（「ＳＣＳ」）材料の形態にある。「実質的に」という単語は、半導体材料は通常、格子欠陥やいくつかの粒界などの内部または表面欠陥が少なくともいくつか本質的に含まれるか意図的に加えられるという事実を考慮するために、第１の基板１０を記載する上で用いられる。「実質的に」という単語は、あるドーパントがバルク半導体の結晶構造を歪めるまたはそれらに他の様式で影響を与えるであろうという事実も反映している。

第１の基板１０は、結合表面を構成する第１の外面１２、力印加表面を構成する第２の外面１４、および第１の基板を第１の部分１８と第２の部分２０に分離するための内部分離区域１６を有し、第２の部分２０の厚さはＤ_sである。第１の基板１０の全厚は一般に、１００〜１０００マイクロメートルの範囲にあり、ある実施の形態において、その厚さは、約３００〜７００マイクロメートルの間の範囲にある。Ｄ_Sは一般に、約０．０５マイクロメートルから約１００マイクロメートルの範囲にあり、ある実施の形態においては、その厚さは、０．０５マイクロメートルから１０マイクロメートルの範囲にある。第２の部分２０は０．０５マイクロメートルより薄くて差し支えないが、半導体層が薄すぎると、一般に、半導体素子の製造にとって満足な材料が得られない。より薄い半導体層は、酸化または当該技術分野に公知の他の方法により形成してもよい。

ある実施の形態において、外面１２と１４および分離区域１６は互いに平行である。しかしながら、１つ以上の表面および／または区域の間に、例えば、１〜２度までのわずかな角度があるかもしれないことを考慮すると、外面１２と１４および区域１６は、好ましくは、完全に平行な場合とわずかに角度のある場合の両方を含む「実質的に平行」としてここに記載されている。「実質的に平行」という語句は、１つ以上の外面１２または１４もしくは区域１６が完全には平らではないかもしれない可能性も含んでいる。

分離区域１６は、当業者に現在知られているタイプの注入技法または将来開発されるかもしれない注入技法を用いて形成してよい。現在、分離区域１６は、上述した水素イオン注入技法を用いて形成される。水素イオンとヘリウムイオンまたは水素イオンとホウ素イオンの複合注入などの他の現在知られている技法を用いて、分離区域１６を形成してもよい。どの技法を選択しようとも、第１の基板１０は、分離区域１６で、第１の部分１８と第２の部分２０に分離可能である必要がある。それゆえ、分離区域１６は、第１の基板１０の第１の部分１８と第２の部分２０への分割が行えるように弱くなることによって、以下に論じる熱処理／冷却プロセスの影響を受ける必要がある。

イオン注入は、外面１２に水素、ヘリウムまたは他の希ガスイオン１００を衝突させることによって行われる。薄膜分離を促進するため、またはイオンの吸収量を減らすために、イオンの組合せを用いてもよい。ある実施の形態において、水素イオン注入が利用される。シリコンウェハー１０に水素イオンを注入することにより、ウェハー中に結晶構造の不完全部を含有する欠陥形成層３０が形成される。欠陥形成層３０の深さは注入線量により制御される。注入線量は、注入された固体の表面の１平方センチメートルを横切るイオンの量として定義され、イオンビーム流および注入時間により制御される。イオンビーム流は、ある実施の形態において、約１０ＫｅＶから約２００ＫｅＶであり、別の実施の形態において、約６０ＫｅＶから約１５０ＫｅＶであり、さらに別の実施の形態において、約１００ＫｅＶである。注入線量は、ある実施の形態において、約１×１０¹⁶イオン／ｃｍ²から約３×１０¹⁷イオン／ｃｍ²であり、別の実施の形態において、約３×１０¹⁶イオン／ｃｍ²から約１２×１０¹⁶イオン／ｃｍ²であり、さらに別の実施の形態において、約８×１０¹⁶イオン／ｃｍ²から約９×１０¹⁶イオン／ｃｍ²である。

ここで図２を参照すると、支持体６０上に配置されたイオン注入済み基板１０が示されている。基板１０の注入側（第１の外面１２）が、この外面１２が支持体６０と接触するように支持体６０上に配置されている。ある実施の形態において、支持体６０は、剛性であり、変形せずに５００℃より高い温度に耐えることができる（例えば、滑らかな高歪み点ガラス）。イオン注入済み基板１０は、分離区域１６中の注入イオンを拡大させ、かつ欠陥を形成するのに効果的な温度で効果的な期間に亘り熱処理される。熱処理温度は、ある実施の形態において、約３００℃から約５００℃に及び、さらに約４００℃から約５００℃に及んでも差し支えなく、さらに別の実施の形態において、約４５０℃である。その熱処理は、約１分から約１２０分の範囲の期間に亘り維持してよく、さらに約３０分から約９０分に及んでも差し支えなく、さらに別の実施の形態において、熱処理は約６０分に亘り維持する。次いで、熱処理された基板１０は、ほぼ室温まで冷却される。熱処理によっては、基板１０の第１の部分１８は第２の部分２０から分離しない。ここで図３を参照する。基板１０を熱処理することにより、分離区域１６中の注入イオン欠陥１６ａが拡大する。

図３は、熱処理されたイオン注入済み基板１０および第２の基板７０を示している。第２の基板７０は、結合表面７２および力印加表面７４を有する。結合表面７２と力印加表面７４は、互いから距離Ｄ₂だけ離れている。表面７２および７４は、互いに対して実質的に平行であってよい。このＳＯＩ構造が、例えば、円形ウェハーの半径方向において、均一な性質、例えば、第１と第２の基板１０および７０の間の界面で均一な結合強度を有することを確実にするために、外面１２，１４，７２および７４並びに分離区域１６の平行からのどのような逸脱も最小に維持されることが有利である。上述したことにもかかわらず、平行からの逸脱は、界面で均一な結合強度を達成できる限り、許容されることが当業者には明白であろう。

図３に示されているように、第２の基板７０は厚さＤ₂を有し、この厚さは、ある実施の形態において、０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲にあり、別の実施の形態において、０．５ｍｍから１ｍｍの範囲にあるであろう。第２の基板７０の厚さは、ある実施の形態において、約１マイクロメートルほど小さくてもよいことが理解されよう。一般論として、第２の基板７０は、本発明の方法の各工程の間中、並びに、ＳＯＩ構造体９０に行われるかもしれない任意のその後の加工の間中、第１の基板１０を支持するのに十分に厚いべきであり、その構造体９０が以下に記載されている。第２の基板７０の厚さには理論的な上限はないが、厚さが増すにつれ、基板全体の可撓性が減少するであろう。

第２の基板７０はポリマーから構成されてよい。熱可塑性ポリマー、ガラスとポリマーのブレンド、およびガラスフイルムで被覆されたポリマーが、ポリマー基板７０として最も一般的に用いられるが、破壊歪みの高い熱硬化性ポリマーを用いてもよい。本発明に使用するのに適したポリマーの例としては、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリオレフィン、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、ポリアミド・イミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマー（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル・スチレンコポリマー、ブタジエン・スチレンコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレンコポリマー、およびエチレン・酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）；環状ポリオレフィン；変性ポリオレフィン；ポリ−（４−メチルペンテン−１）；アイオノマー；エチレン・ビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）；ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、およびポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）；ポリエーテル・ケトン（ＰＥＫ）；ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）；ポリエーテル・イミド；ポリアセタール（ＰＯＭ）；ポリフェニレンオキシド；変性ポリフェニレンオキシド；ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）；ポリアクリレート；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；他のフッ素樹脂；熱可塑性エラストマー、例えば、スチレン−、ポリオレフィン−、ポリ塩化ビニル−、ポリウレタン−、ポリエステル−、ポリアミド−、ポリブタジエン−、トランス・ポリイソプレン−、フッ素ゴム−、および塩素化ポリエチレン−タイプ；エポキシ樹脂；フェノール樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；不飽和ポリエステル；シリコーン樹脂；およびポリウレタン；これらの合成樹脂から実質的になるコポリマー、ブレンド、およびポリマーアロイが挙げられる。ポリマー基板は、押出成形、加圧成形、または溶液注型により製造されるであろう。

ある用途、例えば、ディスプレイ用途に関して、第２の基板７０は、可視、近紫外、および／または赤外波長範囲において透明である、例えば、３５０ｎｍから２マイクロメートルの波長範囲において透明である。

別の実施の形態において、所望であれば、積層構造からなる基板７０を用いても差し支えない。積層構造を用いる場合、基板１０の第２の部分２０に最も近い積層体の層は、単一のポリマーからなる第２の基板７０についてここに記載した性質を有するべきである。基板１０の第２の部分２０から遠い層は、それらの性質を有していても差し支えないが、あるいは、それらは基板１０の第２の部分２０と直接相互作用しないので、緩和された性質を有していてもよい。後者の場合には、第２の基板７０は、第２の基板７０に指定された性質がもはや満足されないときに、終端となると考えられる。

これらの同じ線に沿って、基板１０および７０のいずれかまたは両方は、外面の一部または全部に亘る表面層、例えば、半導体上の酸化物層を含んでも差し支えない。基板１０の外面１２および／または第２の基板７０の表面７２の上に存在する場合、そのような表面層は、それぞれ、第１と第２の基板１０および７０の間の強力な結合が形成されるのを防ぐ組成および／または厚さを有すべきではない。特に、基板１０の外面１２上の酸化物層が約１００ナノメートルよりも厚い厚さを有すると、ポリマー基板との結合が弱くなるか、または結合が生じなくなることがある。

熱処理後に、第１の基板１０の第１の外面１２を第２の基板７０の結合表面７２と接触するように配置する。ある実施の形態において、支持体６０から第１の基板１０を基板７０に移動させるときに、ことによると壊れやすい熱処理された基板１０を破損しないように、第１の基板１０の取扱いにおいて注意する。ある実施の形態において、第１の基板１０を第２の基板７０と接触させる前に、第２の基板７０は、第２の基板７０の結合表面７２の第１の基板１０の第１の外面１２への付着を行うのに適した温度に予熱され、その温度に維持される。

ここで図４を参照する。第１の基板１０および第２の基板７０からなるアセンブリ８０を、熱処理されたイオン注入済み基板１０を第２の基板７０に付着させるのに効果的な温度と圧力で、効果的な期間に亘り接触させる。基板の第１の外面１２を第２の基板７０の結合表面７２に付着させるのに要求される温度は、基板７０の結合表面７２の組成に応じて、様々である。結合表面７２がポリマーである場合、一般に、その温度は、そのポリマーのガラス転移温度のプラスまたはマイナス約１００℃以内である。ある実施の形態において、この工程中に供給される熱だけが、予熱中に第２の基板７０に供給される熱である。

ある実施の形態において、第１の外面１２および結合表面７２をこの工程中に結合させるように、第２の外面１４および力印加表面７４にある量の力が印加される。本発明の任意の特定の用途に使用すべき特定の圧力値は、この開示から当業者によって容易に決定できる。印加される圧力の量は、一般に、約０ｐｓｉ（約０Ｐａ）から約３ｐｓｉ（約２０．７ｋＰａ）の範囲にあり、ある実施の形態において、約１ｐｓｉ（約６．９０ｋＰａ）である。第１の外面１２と結合表面７２との間に結合を形成するのに要求される時間の量は、約１分から約６０分に及び、別の実施の形態において、約２０分から約４０分に及び、さらに別の実施の形態において、約３０分であろう。適切な期間の後、上述したように、第２の基板７０を加熱するためだけに施されるであろう加熱は、中断され、アセンブリは、室温などの常温まで冷却される。アセンブリ８０に印加された任意の圧力は除かれる。

代わりの実施の形態において、熱処理されたイオン注入済み基板１０を第２の基板７０に付着させるために接着剤が用いられる。以下に限られないが、シラン接着剤などの、ＳＣＳなどの半導体材料を高分子材料に接着させるのに当業者に公知の適切な接着剤をこの目的のために用いてもよい。

ここでさらに図５を参照する。第１の部分１８および第２の部分２０が分離区域１６で分離されて、第１の基板１０の第２の部分２０および第２の基板７０からなる構造体９０が形成される。冷却中、それぞれ、第１と第２の基板１０および７０の間の熱膨張係数の差により生じる熱応力で第２の部分２０の第１の部分１８からの分離および基板７０への付着が可能になる。この第２の部分２０は半導体薄膜を含むことが好ましい。冷却中に分離区域１６が弱化するので、この分離は、第２の部分２０と第２の基板７０との間の結合を妨げたり、第２の部分２０や第２の基板７０を損傷したりせずに、行うことができる。多くの場合、この分離は、第１の基板１０の第１と第２の部分１８および２０を互いから離れるように移動させることのみを含む。何故ならば、この冷却中に、それらの部分は、互いに完全に自由になるからである。ある場合には、２つの部分を分離するために、冷却の終わりに、滑らかな物体から家庭用のプラスチック製ラップを取り除くために用いられる作用のようなわずかな剥がし動作が用いられるが、第１と第２の基板の収縮差および分離区域１６の結果として生じた弱化のために、これ以上のことは必要ない。

一般に、分離によって、分離区域１６の一部分が、第１の基板１０の第１の部分１８に付いたまま残り、残りの部分が第２の部分２０と付いたままになる。加工条件および最終的な末端用途に応じて、この分離により生じた第１と第２の部分１８および２０のこれらの表面、すなわち、剥離表面は、そのまま使用可能であるかもしれないし、または使用前に、その後の処理、例えば、研磨、エッチング、ドーピングなどを必要とするかもしれない。例えば、全体のプロセスをもう一度繰り返す際に第１の基板１０として再利用する前に、新たな第２の基板７０に結合するための十分に滑らかな表面を提供するために、第１の部分１８の剥離表面に従来の接触研磨を施してもよい。そのような研磨または他の表面処理は、薄膜トランジスタまたは他の電子素子の製造に使用する前に、第２の部分２０の剥離表面にも相応しいであろう。

ここに記載した本発明は、１つの第１の基板１０および１つの第２の基板７０を用いて実施することができる。あるいは、１つの第２の基板７０上に複数のＳＯＩ構造体を形成するために、本発明の方法を用いることもできる。例えば、本発明による方法を用いて、第２の基板７０の全区域を被覆しない第１の基板１０を第２の基板７０上に配置することができる。その後、本発明の方法を必要に応じて繰り返して、第１の配置された基板１０により被覆されていない区域の全てまたは一部を被覆するさらに別の基板１０を配置してもよい。その後の基板１０の追加は、第１の基板１０と同じであっても異なっていてもよい。例えば、その基板１０は、第１のＳＯＩ構造体を製造するのに用いた第１の基板１０の半導体材料と同じまたは異なる実質的に単結晶の半導体材料からなる第１の基板を用いて製造しても差し支えない。

別の実施の形態において、多数（すなわち、２つ以上）の第１の基板１０を提供し、それら第１の基板１０の全てを１つの第２の基板７０と接触させ、次いで、本発明の方法によるその後の各工程を、そのように得られた多数の第１の基板／１つの第２の基板のアセンブリに実施することによって、多数のＳＯＩ構造体を１つの第２の基板７０上に同時に形成してもよい。多数の第１の基板１０は、全てが同じでも、全てが異なっていても、またはいくつかが同じでいくつかが異なっていても差し支えない。

どの手法を用いても、１つのポリマー基板上のこのように形成された多数のＳＯＩ構造体は、本発明の特定の用途にとって適するように、隣接していても、離れていても差し支えない。所望であれば、隣接する構造体のいくつかまたは全ての間の間隔は、例えば、任意の所望のサイズのポリマー基板７０上に１つ以上の連続半導体層を得るために半導体材料が充填されていても差し支えない。

本発明によれば、ポリマー基板上のＳＣＳ膜から構成された装置９０は、可撓性であり、ガラス基板を用いた素子よりも耐損傷性が高く、低密度であり、アモルファスまたはｐｏｌｙ−Ｓｉ系のＴＦＴにおいて提供される性能よりも優れた性能を有する。本発明による装置は、ＳＣＳ系装置により提供される増加した安定性および高電流能力のために、ＯＬＥＤ系ディスプレイにおいて特に有用である。

具体例１
この具体例において、本発明によるポリマー基板にＳＣＳ膜が転写する。１〜１０Ω・ｃｍの抵抗率および約５００マイクロメートルの厚さを持つホウ素ドープＳＣＳウェハーに、１００ＫｅＶおよび８×１０¹⁶イオン／ｃｍ²の線量で水素イオンを注入した。イオン注入されたシリコンウェハーを、空気中において滑らかなガラス支持体上で約１時間に亘り４５０℃で熱処理し、ほぼ室温まで冷却した。約１ミリメートルの厚さを持つポリスルホン膜を、約２２５℃に加熱された表面上に配置し、この膜をその温度まで加熱した。冷却されたシリコンウェハーを滑らかなガラス支持体から注意深く取り外し、シリコンウェハーの注入側がポリスルホン膜と接触するように、加熱されたポリスルホン膜上に配置した。約１ｐｓｉ（約６．９０ｋＰａ）の荷重を約３０分間に亘りシリコンウェハーとポリスルホン膜に印加した。加熱をやめ、シリコンウェハーとポリスルホン膜をほぼ周囲温度まで冷却し、その時に荷重を除いた。

シリコンウェハーとポリスルホン膜は容易に分離でき、ポリスルホン膜に付着した薄いＳＣＳ膜が残された。

具体例２
比較のために、滑らかなガラス支持体上のイオン注入済みシリコンウェハーを最初に熱処理せずに、ＳＣＳ膜をポリマー基板に転写することを試みた。この具体例において、シリコンウェハーは、具体例１におけるようにイオン注入した。約１ミリメートルの厚さを持つポリスルホン膜を、２２５℃に加熱された表面上に配置し、その温度まで加熱した。イオン注入済みシリコンウェハーを、シリコンウェハーの注入側がポリスルホン膜と接触するように、ポリスルホン膜上に配置した。約１ｐｓｉ（約約６．９０ｋＰａ）の荷重をシリコンウェハーとポリスルホン膜に印加した。その温度を約３０分間に亘り約２２５℃に維持した。シリコンウェハーとポリスルホン膜をほぼ周囲温度まで冷却し、荷重を除いた。

シリコンウェハーとポリスルホン膜は非常に協力に結合し、分離するのが困難であることが分かった。それらの試料を無理矢理離すと、シリコンウェハーが破損し、ポリスルホン膜に結合したウェハーの大きな塊が残った。この結果は、単に、イオン注入済みシリコンウェハーとポリマー基板を接触させ、温度を上昇させるだけでは、初めのＳＣＳ膜をポリマー基板に転写できないことを示している。

特許請求の範囲に定義された本発明の精神すなわち範囲から逸脱せずに、ここに記載した本発明の好ましい実施の形態に様々な改変を行えることが当業者には明らかである。

注入イオンの層を製造するためのイオン衝撃に曝露された半導体基板の断面図 支持体上に配置された図１に示されたイオン注入された基板の断面図 熱処理されたイオン注入基板および第２の基板の断面図 第２の基板と接触している熱処理されたイオン注入基板の断面図 本発明による剥離を描写する断面図

符号の説明

１０ 第１の基板
１６ 分離区域
１８ 第１の部分
２０ 第２の部分
６０ 支持体
７０ 第２の基板

Claims (6)

1. 半導体膜をポリマー基板に転写および付着して可撓性半導体材料を製造する方法であって、
   少なくとも１つの半導体基板の第１の部分および第２の部分を画成する分離区域を前記少なくとも１つの半導体基板内に形成するために前記少なくとも１つの半導体基板に所定の深さまでイオンを注入する工程、
   前記分離区域を形成し、且つ前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分から前記少なくとも１つの半導体基板の前記第１の部分を分離させることなく前記分離区域を弱めるために、イオン注入された前記少なくとも１つの半導体基板を、前記イオンが注入された領域に欠陥を形成するのに効果的な温度で効果的な時間に亘り熱処理する工程、
   前記イオン注入され熱処理された少なくとも１つの半導体基板を冷却することを許容する工程、
   少なくとも１つのポリマー基板を前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分の前記少なくとも１つのポリマー基板への付着を行うのに適した温度に予熱するとともに該温度を維持する工程、
   前記予熱された少なくとも１つのポリマー基板からの熱が（ａ）前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分が前記少なくとも１つのポリマー基板に付着し、且つ（ｂ）前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分から前記分離区域に沿って前記少なくとも１つの半導体基板の前記第１の部分が分離するのに十分であって、その間、前記少なくとも１つのポリマー基板のみに熱が供給されている時間に亘り、冷却されイオン注入され熱処理された前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分を前記予熱された少なくとも１つのポリマー基板に力が印加された条件下で接触させる工程、および
   前記少なくとも１つの半導体基板の前記第２の部分から前記少なくとも１つの半導体基板の前記第１の部分を取り除く工程、
   を有してなり、
   前記少なくとも１つのポリマー基板を予熱する工程が、該少なくとも１つのポリマー基板を該ポリマー基板のガラス転移温度のプラスまたはマイナス約１００℃の温度まで加熱することを含む方法。
2. 前記半導体膜が実質的に単結晶のシリコン膜を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記イオンを注入する工程が、１０ＫｅＶから２００ＫｅＶにおいて注入線量が１×１０¹⁶イオン／ｃｍ²から３×１０¹⁷イオン／ｃｍ²の水素イオンを注入することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記イオン注入された半導体基板を熱処理する工程が、該イオン注入された半導体基板を３００°Ｃから５００°Ｃの温度に加熱することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 可撓性半導体・オン・ポリマー構造体を製造する方法であって、
   第１の結合表面と第１の力印加表面、および第１の基板を第１の部分と第２の部分に分離するための内部分離区域を有する、少なくとも１つの半導体材料からなる第１の基板を提供する工程であって、前記第２の部分が前記分離区域と前記第１の結合表面との間にあるものである工程、
   前記第２の部分の後の剥離を促進させるために前記分離区域に沿って前記第１の基板を弱めるように前記第１の基板に熱処理を施す工程、
   前記第１の基板を冷却する工程、
   少なくとも１つのポリマーからなり、第２の結合表面および第２の力印加表面を構成する２つの反対の外面を有する第２の基板を提供する工程、
   前記第２の基板を加熱する工程、
   前記加熱された第２の基板からの熱が（ａ）アッセンブリを形成するために前記第１と第２の基板を前記第１と第２の結合表面で互いに結合させ、且つ（ｂ）前記第１の基板の前記第２の部分から前記分離区域に沿って前記第１の基板の前記第１の部分を分離させるのに十分な期間に亘り、前記冷却された第１の基板の前記第１の結合表面と前記第２の基板の前記第２の結合表面を接触させる工程、
   前記第２の基板に施された加熱を停止する工程、
   前記アセンブリを冷却する工程、
   印加された前記力を除く工程、および
   前記第１の基板の前記第２の部分から前記第１の基板の前記第１の部分を取り除く工程、
   を有してなる方法。
6. 前記半導体材料が少なくとも１つの単結晶シリコン膜を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。

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