(57)【要約】【課題】剥離層を用いた薄膜素子構造の作製において、前記剥離層を汚染物質に相当しない新規な材料から構成し、その作製方法の実用性を向上させる。【解決手段】基体１１上に、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層１２を形成する。次いで、剥離層１２上に、膜構造１３を形成する。次いで、剥離層１２を含む積層体を所定の溶液２１中に浸漬させて、剥離層１２を除去し、薄膜素子構造１３を基体１１から剥離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層を形成する工程と、
前記剥離層上に、薄膜素子構造を形成する工程と、
前記剥離層を除去し、前記薄膜素子構造を前記基体から剥離する工程と、
を具えることを特徴とする、薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２】
前記基体上に、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層を形成する工程と、
前記剥離層上に、薄膜素子構造を形成する工程と、
少なくとも前記薄膜素子構造を含む積層体に対して、その厚さ方法において、前記剥離層の上面が露出するような、少なくとも１つのスルーホールを形成する工程と、
前記剥離層を除去し、前記薄膜素子構造を前記基体から剥離する工程と、
を具えることを特徴とする、薄膜素子構造の作製方法。
【請求項３】
前記基体上に、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層を形成する工程と、
前記剥離層上に、この剥離層の全体を覆うようにして被覆層を形成する工程と、
前記被覆層上に、薄膜素子構造を形成する工程と、
前記被覆層の、前記剥離層の側面を覆う部分を除去して、前記剥離層の前記側面を露出させる工程と、
前記剥離層を除去し、前記薄膜素子構造を前記基体から剥離する工程と、
を具えることを特徴とする、薄膜素子構造の作製方法。
【請求項４】
前記剥離層中の酸素濃度が５−８０原子％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項５】
前記剥離層の厚さが１００−１００００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項６】
前記剥離層の除去は、非アルカリ性の溶液を用いて行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項７】
前記非アルカリ性溶液は酸性溶液であることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項８】
前記非アルカリ性溶液は水であることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項９】
前記剥離層の除去は、前記剥離層を前記非アルカリ性溶液に浸漬させて行うことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１０】
前記剥離層の除去は、前記剥離層を所定温度に加熱した前記非アルカリ性溶液に浸漬させて行うことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１１】
前記非アルカリ性溶液は１０−９０℃の温度に加熱することを特徴とする、請求項１０に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１２】
前記剥離層の除去は、前記剥離層に対して前記非アルカリ性溶液を噴射させて行うことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１３】
前記剥離層の除去は、前記剥離層に対して１００−３００℃の温度範囲にある高温水蒸気を暴露させて行うことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１４】
前記高温水蒸気は、前記剥離層に対して３０ＭＰａ以上の圧力で噴出することを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１５】
前記剥離層の除去において、前記剥離層に対して応力付加を行うことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１６】
前記応力付加は、前記剥離層上方に弾性体を形成し、この弾性体の変形を通じて行うことを特徴とする、請求項１５に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１７】
前記応力付加における応力は引張応力であることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１８】
前記剥離層の除去は、前記薄膜素子構造上に保護層を設けた後に行うことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項１９】
前記薄膜素子構造を前記基体から剥離した後に、前記薄膜素子構造上に、この薄膜素子構造を転写形成するための支持基板を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２０】
前記支持基板は、高分子材料を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２１】
前記支持基板は、前記薄膜素子構造よりも大きな面積を有することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２２】
前記薄膜素子構造は複数の素子を含むとともに、前記支持基板は前記薄膜素子構造よりも小さい面積の複数の基板要素を含む、前記複数の素子はそれぞれ対応する前記基板要素上に転写形成することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２３】
前記剥離層は、前記酸化ゲルマニウムを含む複数の材料からなるとともに、前記複数の材料それぞれからなる領域を有し、前記剥離層の、前記酸化ゲルマニウムを含む領域のみを除去し、前記剥離層を所定の立体構造を呈するように残存させることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一に記載の薄膜素子構造の作製方法。
【請求項２４】
所定の基体と、
前記基体上に形成された、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層と、
前記剥離層上に形成された、薄膜素子構造と、
を具えることを特徴とする、薄膜素子構造作製用の機能性基体。
【請求項２５】
少なくとも前記薄膜素子構造を含む積層体に対して、その厚さ方法において、前記剥離層の上面が露出するような、少なくとも１つのスルーホールを形成したことを特徴とする、請求項２４に記載の薄膜素子構造作製用の機能性基体。
【請求項２６】
前記剥離層上に、この剥離層の全体を覆うようにして形成した、被覆層を具えることを特徴とする、請求項２４に記載の薄膜素子構造作製用の機能性基体。
【請求項２７】
前記剥離層中の酸素濃度が５−８０原子％であることを特徴とする、請求項２４〜２６のいずれか一に記載の薄膜素子構造作製用の機能性基体。
【請求項２８】
前記剥離層の厚さが１００−１００００ｎｍであることを特徴とする、請求項２４〜２７のいずれか一に記載の薄膜素子構造作製用の機能性基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜素子構造の作製方法、及び薄膜素子構造作製用の機能性基体に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン表面に形成されるバイポーラ及びMOS型トランジスタは良好な特性を有し、広く電子デバイスを構成する素子として用いられている。さらに、現在では素子サイズの微細化に対応するため、シリコン表面に絶縁膜を介して作製された薄膜シリコン上にトランジスタが作製されている。
【０００３】
これらの素子形成は熱酸化法等１０００℃の高温の熱処理プロセス技術を基本としている。最近、レーザ結晶化、プラズマＣＶＤ等比較的低温で、多結晶シリコン薄膜トランジスタ(poly-Si TFT)又はアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a-Si:H TFT)が作製できるようになった。さらに、大画面直視型ディスプレイの駆動回路への薄膜トランジスタの応用が期待されている。そのため、大型基板処理技術の確立が必須となっている。
【０００４】
上述のシリコントランジスタプロセス技術は高温の熱処理技術を基本としているために、耐熱性の無い基板上に形成されるトランジスタ作製には適用出来ない問題点があった。レーザ結晶化、プラズマＣＶＤ等の新規技術によってプロセス温度の低温化が図られてはいるが、なお３００℃以上が必要であり、プラスチック等の非耐熱基板上のトランジスタ回路作製は困難であった。さらに、大面積基板上に直接トランジスタ回路を作製する場合、基板サイズの大型化によって、作製プロセス装置の巨大化、低精度、且つコスト高になる問題点があった。
【０００５】
このような問題に鑑み、特許第３１１６０８５号公報には、剥離層を使用した剥離手法によって半導体薄膜素子を製造するいくつかの手法が知られている。この方法によれば、剥離層を介して半導体薄膜素子を構成する膜構造を形成した後、前記剥離層を溶解除去し、前記膜構造を前記剥離層から剥離した後、別体の支持基板上に転写形成するようにしている。この支持基板は前記半導体薄膜素子の実際の基板として機能するものであるが、前記支持基板は前記膜構造を作製する際の高温プロセスに晒されることがない。したがって、前記支持基板は安価な高分子材料などから構成することができるとともに、上述した転写形のプロセスによって作製プロセスが簡易化され、上述したような作製プロセス装置の巨大化、低精度及びコスト高などの問題を回避することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３１１６０８５号公報
【０００７】
前記剥離層は、前記膜構造作製中の高温プロセスにおいて変質及び剥離することなく、また、化学的に不安定で酸性溶液などに可溶し、その除去を簡易に行うことが必要である。かかる観点より、前記剥離層は主としてクロム、ニッケルなどの金属材料を用いて形成していた。しかしながら、このような金属材料から剥離層を形成すると、この剥離層を廃棄する際に、前記剥離層を汚染物質として処理しなければならず、環境保全との関係上、実用上好ましくなかった。したがって、前記剥離層を構成する材料を汚染物質と位置づけられる以外の材料から構成することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、剥離層を用いた薄膜素子構造の作製において、前記剥離層を汚染物質に相当しない新規な材料から構成し、その作製方法の実用性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明は、
基体上に、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層を形成する工程と、
前記剥離層上に、薄膜素子構造を形成する工程と、
前記剥離層を除去し、前記薄膜素子構造を前記基体から剥離する工程と、
を具えることを特徴とする、薄膜素子構造の作製方法に関する。
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、酸性溶液などに浸漬した場合に容易に溶解し、その除去を極めて簡易に行うことができるとともに、汚染に寄与しない、金属材料に代わる新規な材料を見出すべく鋭意検討を実施した。その結果、前記剥離層が酸化ゲルマニウムを含むようにすることによって、前記剥離層を所定の溶液中に浸漬させた場合に、前記酸化ゲルマニウムが還元されて、前記溶液中に溶出するようになり、その結果、前記剥離層が溶解除去できることを見出した。
【００１１】
すなわち、酸化ゲルマニウムは還元されやすく、酸のような水素イオン濃度の多い溶液中で、ゲルマニウムは酸素と解離してＧｅＨｘとなり溶液中に溶出ようになる。酸化ゲルマニウムは、クロム、ニッケルなどの金属材料などのように汚染物質の範疇には入らないため、前記剥離層を前記酸化ゲルマニウムを含むようにすることによって、前記剥離層を用いた薄膜素子構造の作製の実用性を向上させることができるようになる。したがって、上述した転写形成プロセスなどを用いることにより、剥離層を用いた薄膜素子構造本来の作用効果である、作製プロセスの簡易化、作製プロセス装置の巨大化、低精度及びコスト高などの問題を、実用上の問題を解決した上で回避することができる。
【００１２】
前記剥離層は、非アルカリ性溶液を用いて除去することができる。前記非アルカリ性溶液としては、ｐＨ＝０．１〜７未満の酸性溶液、あるいは中性の水を用いることができる。前記剥離層は、前記非アルカリ性溶液に浸漬させて除去することもできるし、前記非アルカリ性溶液を噴射させて除去することもできる。なお、この際に、前記非アルカリ性溶液は、好ましくは１０−９０℃の温度に加熱する。これによって、前記剥離層に対するエッチング速度が増大し、前記剥離層の除去をより短時間で行うことができる。
【００１３】
また、前記剥離層は、例えば１００−３００℃の高温水蒸気に暴露することによっても除去することができる。この際、前記高温水蒸気の噴射圧力は３０ＭＰａ程度まで増大させる。
【００１４】
なお、本発明の好ましい態様においては、少なくとも前記薄膜素子構造を含む積層体に対して、その厚さ方法において、前記剥離層の上面が露出するような、少なくとも１つのスルーホールを形成し、その後に前記剥離層を除去する。この場合、上述した非アルカリ性溶液は、前記剥離層の側面部分のみではなく、前記スルーホールに露出した前記上面からも浸漬するようになるので、前記剥離層のエッチング時間が短縮化され、前記剥離層の除去操作を短時間化することができる。
【００１５】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記剥離層上に、この剥離層の全体を覆うようにして被覆層を形成し、この被覆層上に、薄膜素子構造を形成する。この場合、前記薄膜素子構造の形成過程において、前記剥離層は前記被覆層によって覆われているので、前記薄膜素子構造の形成過程におけるウエットプロセスなどにおいて、その際に使用するエッチング溶液などに前記剥離層が晒されるようなことがない。したがって、前記薄膜素子構造の形成過程において前記剥離層の剥離などが生じるのを防止することができ、前記薄膜素子構造の形成歩留りの低下を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明のさらに他の好ましい態様においては、前記剥離層の除去において、前記剥離層に対して応力付加を行うことが好ましい。前記応力付加は、例えば前記剥離層上方に弾性体を形成し、この弾性体を変形させ、前記剥離層に対して引張応力を付加するようにすることが好ましい。これによって、前記剥離層の端部が、基体から若干浮き上がって、前記基体との間に微小の隙間を形成するようになり、前記隙間を通じて前記非アルカリ性溶液などが前記剥離層内に徐々に浸漬するようになるので、前記剥離層の除去をより簡易に行うことができるようになる。なお、この態様は、前記剥離層の厚さに対して、面積が極めて大きい場合に特に有効である。
【００１７】
なお、本発明における「薄膜素子構造」とは、目的とする半導体素子などの基本的及び主たる機能を果たす部分の構造を意味し、その素子の機能に応じて、所定の薄膜回路素子、又は単なる単一の層あるいは複数の層の積層体など、任意の形態を採るものである。
【００１８】
また、本発明は、上記薄膜素子構造の作製に用いる機能性基体に関するものであって、
所定の基体と、
前記基体上に形成された、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質を有する剥離層と、
前記剥離層上に形成された、薄膜素子構造と、
を具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、剥離層を用いた薄膜素子構造の作製において、前記剥離層を汚染物質に相当しない新規な材料から構成し、実用性を向上させた作製方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の詳細、その他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて説明する。
本発明の方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の薄膜素子構造の作製方法の一例を示す工程図である。なお、以下に示す図面において、同一又は類似の構成要素に関しては、同一の参照符号を用いている。最初に、図１（ａ）に示すように、所定の基体１１上に剥離層１２を形成し、さらにその上に、所定の薄膜電子回路素子形成に必要な単層又は複数の層からなる膜構造１３を形成する。剥離層１２は、少なくとも酸化ゲルマニウムを含む物質から構成する。
【００２２】
次いで、図１（ｂ）に示すように、剥離層１２を含む積層体を所定の溶液２１中に浸漬する。酸化ゲルマニウムは還元しやすく、前記溶液中への浸漬中において、前記溶液が比較的高い水素イオン濃度を含む場合において、ゲルマニウムは酸素と解離してＧｅＨｘとなり前記溶液中に溶出するようになる。この結果、剥離層１２を基体１１から容易に除去できるようになる。なお、剥離層１２は、酸化ゲルマニウム又はこれを含む物質とエッチング不可能な物質の混合又は積層によって構成してもよい。
【００２３】
剥離層１２は、基体１１上に、例えば、スパッタリング法、プラズマ気化学反応法、真空蒸着法などの公知の方法を用いて形成することができる。
【００２４】
また、剥離層１２内の酸素濃度は５−８０原子％であることが好ましく、その厚さは１００−１００００ｎｍであることが好ましい。これによって、剥離層１２自体の被剥離機能を増大させることができ、以下に詳述する種々の好ましい剥離手段によって簡易に剥離することができる。
【００２５】
なお、膜構造１３は、それ自身が物理的支持を必要としないときは、そのまま半導体素子として、又はそれを用いる回路デバイスとして使用することができる。また、薄膜電子回路素子として、又はそれを用いる回路デバイスの形成工程を続けて行うことができる。
【００２６】
さらに剥離した基体１１は繰り返し用いることができ、再び、剥離層１２と所定の電子回路素子に必要な膜構造１３の形成に利用することができる。
【００２７】
溶液２１は、非アルカリ性溶液から構成することが好ましい。これによって、剥離層１２の剥離操作をより簡易化及び短時間化することができる。非アルカリ性溶液としては、ｐＨ＝０．１〜７未満の酸性溶液、具体的には、塩酸、硝酸、燐酸、酢酸などの溶液を用いることができる。なお、エッチング速度は塩酸濃度が高いほど大きくなることが実験的に確かめられている。また、上述した酸性溶液に加えて、中性の水を用いても剥離層１２の剥離除去を十分に行うことができ、実験的にも確認されている。
【００２８】
なお、前記非アルカリ性溶液は、好ましくは１０−９０℃の温度に加熱する。これによって、前記剥離層に対するエッチング速度が増大し、前記剥離層の除去をより短時間で行うことができる。
【００２９】
図２は、図１に示す作製方法の変形例を示す図である。図２に示す例では、図２（ａ）に示すように、膜構造３０上に保護層１４を形成している。この場合、剥離層１２を剥離すべく、図２（ｂ）に示すように、剥離層１２を含む積層体を溶液２１内に浸漬した場合において、膜構造３０が直接的に溶液２１に接触するのを防止し、膜構造３０の劣化を抑制することができる。また、このような操作の際のハンドリングにおいて、膜構造３０に対して機械的なダメージが及ぶのを抑制することができる。
【００３０】
図３は、図１に示す作製方法の変形例を示す図である。図３に示す例においては、図１に示す例における、例えば酸性溶液などの非アルカリ性溶液に剥離層を浸漬させる代わりに、前記剥離層に対して前記溶液を噴射するようにしている。このような場合、図３（ａ）に示すように、溶液２１が、液滴あるいは蒸気の状態で剥離層１２に接触するようになる。したがって、この場合においても、図３（ｂ）に示すように、剥離層１２を効率良くエッチングして剥離することができる。また、溶液２１の、剥離層１２以外への接触を抑制できることから、特に膜構造１３などのダメージを抑制することができる。
【００３１】
図４は、図１に示す作製方法の変形例を示す図である。図４に示す例においては、図１に示す例における、例えば酸性溶液などの非アルカリ性溶液に剥離層を浸漬させる代わりに、前記剥離層を含む積層体を高温水蒸気に暴露するようにしている。本例においては、隔離壁を有する所定の容器２２内に、基体１１、剥離層１２及び膜構造１３（必要に応じて保護層なども形成することができる）が形成された積層体を、容器２２の、前記隔離壁の下方の部屋を配置し、容器２２内を高温水蒸気２２で満たし、剥離層１２をこの高温水蒸気２２に接触させることによってエッチング除去する。
【００３２】
高温水蒸気２２の温度は１００−３００℃であることが好ましく、その圧力は３０ＭＰａ程度であることが好ましい。
【００３３】
図５は、さらに、図１に示す作製方法の変形例を示す図である。最初に、図５（ａ）に示すように、絶縁性基板１１の上に剥離層としての酸化ゲルマニウム膜１２を成膜し、更に第１のカバー膜１５を成膜し、その上に薄膜デバイス１３を形成し、最後に薄膜デバイス１３の上面に保護層１４を形成する。
【００３４】
次いで、図５（ｂ）に示すように、酸化ゲルマニウム膜１２を含む積層体を溶液２１中に浸漬させる。溶液２１は、例えば酸性溶液から構成され、前記酸化ゲルマニウムの、酸溶液に対するエッチング速度が非常に高速であるため、横方向から急速にエッチングが進行し、酸化ゲルマニウムの一部又は全部が溶解する。また、保護層１４及び被覆層１５の存在により、薄膜デバイス１３は酸溶液のダメージに曝されることが無い。これにより、絶縁性基板１１から薄膜デバイス１３を非常に容易に且つ歩留まり良く剥離できる。
【００３５】
次いで、図５（ｃ）に示すように、絶縁性基板１１を除去した面に支持基体１６を貼り付け、薄膜デバイス１３を支持基体１６上に転写形成する。次いで、図５（ｄ）に示すように、保護層５を剥離することによって、薄膜デバイス１３を含む電子デバイスが完成する。
【００３６】
なお、図５（ｄ）に示すように、支持基体１６は前記電子デバイスを構成する基板として機能するが、上述した説明から明らかなように、薄膜デバイス１３の形成時には存在しないので、その形成時における高温プロセスの影響などを受けることがない。したがって、支持基体１６は、前記電子デバイスの使用態様などに応じて任意の材料から構成することができ、例えば安価であって柔軟性に富む、高分子フィルムなどから構成することもできる。
【００３７】
図６は、図５に示す作製方法に従って、ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を作製する具体例を示すものである。ＭＯＳＦＥＴの作製工程として、結晶性シリコン膜5１の形成、ゲート絶縁膜５２の形成、ドープシリコンによるソース・ドレイン領域５３、５４の形成、ゲート電極５５、ソース電極５６、ドレイン電極５７の形成、さらには層間絶縁膜５８、５９、及びパッシベーション膜６０の形成及びトランジスタ間或いは外部回路との金属配線７１、７２の形成が含まれる。図６（ａ）は、トランジスタ回路１３を構成する総ての要素が基体１１上において剥離層２０を介して形成された様子を示しているものである。
【００３８】
結晶性膜形成、ゲート絶縁膜形成、ドープシリコン領域形成のための不純物活性化等には、基体１１が石英等のように耐熱性を有するときは、高温（＞６００℃）の加熱処理工程を用いることができる。さらには、レーザ結晶化、レーザ活性化、プラズマＣＶＤ等の比較的低温度で処理できる技術を用いることもできる。 次に、図６（ｂ）に示すように、保護層１４をトランジスタ回路１３上に接着させ、剥離層１２を含む積層体を、酸性溶液などの所定の溶液中に浸漬させて除去する。次いで、図６（ｃ）に示すように、剥離したトランジスタ回路１３を別の支持基体１６上に転写形成し、図６（ｄ）に示すように、保護層１４を除去することによって、支持基体１６を含むトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を形成することができる。
【００３９】
なお、図６に示す工程において、例えば金属配線７１及び７２は、トランジスタ回路１３を構成する要素を支持基体１６上に転写形成した後に、形成するようにすることができる。
【００４０】
図７は、図５に示す作製方法の変形例を示す工程図である。図７に示す工程において、図７（ａ）及び（ｂ）に示す工程は、図５（ａ）及び（ｂ）に示す工程と同様であって、図７（ｃ）及び（ｄ）に示す工程において異なる。本例においては、図７（ｂ）に示すようにして、酸化ゲルマニウム膜１２を含む積層体を溶液２１中に浸漬し、剥離層１２を除去した後、図７（ｃ）に示すように、薄膜デバイス１３を、その面積よりも大きな面積を有する支持基板１６上に転写形成する。そして、図７（ｄ）に示すように、保護層１４を除去して薄膜デバイス１３が大面積支持基板１６上に転写形成した電子デバイスを得ることができる。
【００４１】
本例によれば、大面積支持基板上に薄膜デバイスを転写して形成するようにしているので、前記支持基板上に複数の薄膜デバイスを転写形成することによって、前記複数の薄膜デバイスを集積させるようにすることができる。したがって、高精度のパターニング技術などを必要とすることなく、前記薄膜デバイスが集積した半導体回路などを形成することができるようになる。
【００４２】
図８は、図５に示す作製方法の他の変形例を示す工程図である。本例においては、図８（ａ）に示すように、絶縁性基板１１の上に剥離層としての酸化ゲルマニウム膜１２を成膜し、更に被覆層１５を成膜した後、その上に複数の微細な薄膜デバイス１３を形成し、最後に薄膜デバイス１３の上面に保護層１４を形成する。
【００４３】
次いで、図８（ｂ）に示すように、酸化ゲルマニウム膜１２を含む積層体を溶液２１中に浸漬させ、酸化ゲルマニウム膜１２を除去した後、図８（ｃ）に示すように、薄膜デバイス１３のそれぞれを対応した支持基板１６上に転写形成する。その後、図８（ｄ）に示すように、保護層１４を除去して、支持基板１６上に転写形成された薄膜デバイス１３を有する電子デバイスを複数同時に作製することができる。
【００４４】
なお、図７及び図８に示す例においても、保護層１４及び被覆層１５を設けているので、薄膜デバイス１３が酸溶液のダメージに曝されることが無く、絶縁性基板１１から薄膜デバイス１３を非常に容易に且つ歩留まり良く剥離できる。
【００４５】
また、図５〜図８に示す例における作製方法では、特に図６に関連させて、ＭＯＳＦＥＴを作製する場合について説明したが、その他の半導体素子、例えば、バイポーラ素子、太陽電池素子、アモルファスシリコンＴＦＴ、アモルファスイメージセンサなどに適用することができる。
【００４６】
図９は、本発明の薄膜素子構造の作製方法の他の例を示す工程図である。最初に、図９（ａ）に示すように、所定の基体１１上に剥離層１２を形成し、この剥離層１２上に、順次被覆層１５、膜構造１３及び保護層１４を形成する。次いで、図９（ｂ）に示すように、被覆層１５、膜構造１３及び保護層１５を含む積層体の、膜構造１３が存在しない部分に、剥離層１２の上面が露出するようにしてスルーホール１９を形成する。その後、図９（ｃ）に示すように、前記積層体を上述したような溶液２１中に浸漬すると、溶液２１は剥離層１２の端部のみからでなく、その上面からも浸漬するようになる。したがって、前記剥離層のエッチング時間が短縮化され、前記剥離層の除去操作を短時間化することができる。
【００４７】
図１０は、本発明の薄膜素子構造の作製方法のその他の例を示す工程図である。最初に、図１０（ａ）に示すように、所定の基体１１上に剥離層１２を形成し、この剥離層１２の全体を覆うようにして被覆層１５を形成し、さらに膜構造１３及び保護層１４を順次形成する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）に示す積層体を、剥離層１２の側面が露出するようにして厚さ方向に切断する。その後、図１０（ｃ）に示すように、前記積層体を上述したような溶液２１中に浸漬すると、溶液２１は剥離層１２の側面から浸漬し、その結果、剥離層１２はエッチング除去されるようになる。
【００４８】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、基体１１から剥離した膜構造１３を支持基体１６上に転写形成した後、図１０（ｅ）に示すように、保護層１４を除去することによって、目的とする（薄膜）素子構造を得ることができる。
【００４９】
本例によれば、膜構造１３の形成過程において、剥離層１２は被覆層１５によって覆われているので、膜構造１３の形成過程におけるウエットプロセスなどにおいて、その際に使用するエッチング溶液などに剥離層１２が晒されるようなことがない。したがって、膜構造１３の形成過程において剥離層１２の剥離などが生じるのを防止することができ、膜構造１３、すなわち素子構造の形成歩留りの低下を抑制することができる。
【００５０】
図１１は、図１に示す作製方法の好ましい態様を示す例である。図１１に示す例では、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基体１１、剥離層１２、膜構造１３及び保護層１４が順次に形成されてなる積層体上に、さらに応力付加のための固体形状の弾性体３１が周回状に形成されている。次いで、図１１（ｃ）に示すように、弾性体３１を含むアセンブリを溶液２１内に浸漬するとともに、弾性体３１を変形させて剥離層１２に対して引張応力が作用するようにする。
【００５１】
これによって、剥離層１２の端部が、基体１１から若干浮き上がって、基体１１との間に微小の隙間を形成するようになり、前記隙間を通じて溶液２１が剥離層１２内に徐々に浸漬するようになるので、前記剥離層の除去をより簡易に行うことができるようになる。なお、この態様は、剥離層１２の厚さに対して、面積が極めて大きい場合に特に有効である。具体的に、基体１１としてメートルオーダの直径のガラス基板などを用いる場合、上述したように、剥離層１２の好ましい厚さが１００−１００００ｎｍであって、前記ガラス基板の前面に剥離層１２を形成すると、剥離層１２の厚さと面内の長さ（面積）とが数桁のオーダで異なるようになる。したがって、このような場合、本例の方法は極めて有効である。
【００５２】
図１２は、図１１に示す作製方法の変形例である。図１２に示す例では、図１１に示す固体形状の弾性体の代わりに、バルーンを用いている。バルーン３２は、保護層１４に対して接着させ、この状態でバルーン３２内にエアーを送り込む。すると、バルーン３２は膨らんで、所定の曲率を呈するようになり、これに伴って保護層１４もその端部が外側へ変形するようになる。したがって、この場合においても、剥離層１２の端部が、基体１１から若干浮き上がって、基体１１との間に微小の隙間を形成するようになり、前記隙間を通じて溶液２１が剥離層１２内に徐々に浸漬するようになるので、前記剥離層の除去をより簡易に行うことができるようになる。
【００５３】
図１３は、図１に示す作製方法の応用例である。図１３に示す例では、剥離層１２を、酸化ゲルマニウム層１２１とその他の材料、具体的には、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３などの材料からなる層１２２とから構成する。この場合、剥離層１２を上述したような溶液２１に浸漬することにより、剥離層１２中の、酸化ゲルマニウム層１２１のみが除去されるようになり、層１２２は残存するようになる。したがって、この場合、基体１１が支持基体となり、膜構造１３は層１２２を介して基体１１上に残存するようになる。
【００５４】
このような素子構造において、層１２２は全体として見た場合、多孔質となるので熱伝導率などが低くなる。したがって、このようにして得た素子構造は高感度センサーなどに適用することができる。
【００５５】
なお、層１２２を構成する材料は、酸化ゲルマニウム層１２１がエッチング除去される条件下において、エッチング除去されない材料から構成されることが必要であるが、上記に例示したＳｉＯ２などはこの条件を満足する。
【００５６】
また、図１４に示すように、図１３で得た素子構造（図１４（ａ））に対して、さらに同様の操作（図１４（ｂ））を施すことによって、図１４（ｃ）に示すような、多孔質の層１２２が積層された素子構造を得ることができる。
【００５７】
図１３に示すような剥離層１２は、最初に酸化ゲルマニウム層１２１又は層１２２を一様に形成し、その後のこの層に対してフォトリソグラフィの技術などを通じて部分的にエッチング除去した領域を形成し、この領域内を埋設するようにして層１２２又は酸化ゲルマニウム層１２１を形成し、その後、前記領域からはみ出した余分な部分をＣＭＰなどによって除去することによって形成することができる。なお、酸化ゲルマニウム層１２１及び層１２２の形成は公知の成膜技術を用いて実施することができる。
【００５８】
なお、図１３及び図１４に示す例では、剥離層１２を２種類の材料（層）から構成する場合について述べているが、３種類以上の材料（層）から構成するようにすることもできる。
【００５９】
図１５には、酸化ゲルマニウム膜を塩酸水溶液に浸すことによって除去する工程を実時間観測した概念図を示す。レーザ光６１をプローブ光として塩酸溶液２１に通し、光検出器６２を用いてレーザ光強度を測定する。剥離層１２を形成した基体１１をレーザ光を横切るように酸性溶液に浸す。剥離層１２の屈折率は基体１１の屈折率と異なった値を持つので、光干渉効果により透過強度は剥離層１２の膜厚に依存する。したがって、レーザ光強度の時間変化を測定することにより、剥離層１２の除去の様子を測定することができる。
【００６０】
図１６には、石英基板上に形成した３ミクロン厚酸化ゲルマニウム膜１２を、図１５に示す方法を用いて、塩酸０．１モル％の溶液を用いたときに測定した光強度の時間変化を示す。基体１１及び剥離層１２を溶液２１に浸漬した後、光強度は特有の強くあるいは弱くなる振動パターンを示した。そして２．５秒後に一定の値になった。これは塩酸によって剥離層１２が除去され、膜厚が薄くなることに伴って光強度が変化したことを示している。そして光強度が一定になったとき剥離層１２は完全に除去されたことを示している。
【実施例】
【００６１】
図５に示す工程に基づいて、薄膜素子構造の作製を実施した。最初に、５０ｍｍ角のガラス基板１１の上に酸化ゲルマニウム膜１２を厚さ２μｍに成膜し、次いで、被覆層として酸化シリコン膜１５を厚さ０．３μｍに成膜した。その後、ポリシリコン膜からなる薄膜トランジスタアレイ１３を形成し、最後に薄膜トランジスタアレイ１３の上面に保護層としてポリエチレンフィルム１４を貼り付けた。
【００６２】
ここで酸化ゲルマニウム膜１２は、ゲルマニウムをターゲットとして、アルゴンと酸素の混合ガスを用いたスパッタリング法で成膜した。アルゴン流量４０ｓｃｃｍ、酸素流量２０ｓｃｃｍの条件にて成膜したところ、４０℃におけるこの酸化ゲルマニウムの塩酸に対するエッチングレートは１００μｍ／分であった。塩酸の濃度は、０．１ｍｏｌ／ｌである。また、薄膜トランジスタアレイは、熱ＣＶＤ法で成膜したアモルファスシリコンをエキシマレーザー照射で多結晶化したポリシリコン膜をベースとして作成した。
【００６３】
次いで、図５（ｂ）に示すように、上述のようにして得た積層体を、濃度０．１ｍｏｌ／ｌの塩酸溶液２１中に室温で浸漬させた。なお、浸漬中は塩酸溶液を十分攪拌した。そ２時間の浸漬が経過した後、酸化ゲルマニウム膜１２はほぼ溶解して、ガラス基板１１からポリエチレンフィルム１４付き薄膜トランジスタアレイ１３を剥離することができた。
【００６４】
次いで、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板を除去した面に、支持基体として厚さ１００μｍのポリイミドフィルム１６を接着剤を介して貼り付けた。最後に、図５（ｄ）に示すように、ポリエチレンフィルム１４を剥がして、フレキシブル薄膜トランジスタ基板を完成させた。
【００６５】
ガラス基板上の初期のトランジスタ特性と、ガラス基板から剥離してポリイミドフィルム基板上へ転写した後のトランジスタ特性とはほとんど差が無く、良好な特性を有するフレキシブル薄膜トランジスタ基板を実現することができた。
【００６６】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の薄膜素子構造の作製方法の一例を示す工程図である。
【図２】図１に示す作製方法の変形例を示す図である。
【図３】図１に示す作製方法の変形例を示す図である。
【図４】図１に示す作製方法の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す作製方法の変形例を示す図である。
【図６】図５に示す作製方法に従って、ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を作製する具体例を示すものである。
【図７】図５に示す作製方法の変形例を示す工程図である。
【図８】図５に示す作製方法の他の変形例を示す工程図である。
【図９】本発明の薄膜素子構造の作製方法の他の例を示す工程図である。
【図１０】本発明の薄膜素子構造の作製方法のその他の例を示す工程図である。
【図１１】図１に示す作製方法の好ましい態様を示す例である。
【図１２】図１１に示す作製方法の変形例である。
【図１３】図１に示す作製方法の応用例である。
【図１４】図１３に示す作製方法の変形例である。
【図１５】酸化ゲルマニウム膜を塩酸水溶液に浸すことによって除去する工程を実時間観測するための概念図である。
【図１６】石英基板上に形成した３ミクロン厚酸化ゲルマニウム膜を、図１５に示す方法を用いて、塩酸０．１モル％の溶液を用いたときに測定した光強度の時間変化を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１１  基体
１２  剥離層、酸化ゲルマニウム膜
１３  膜構造、薄膜デバイス
１４  保護層
１５  被覆層
１６  支持基体
１９  スルーホール
２１  溶液
２２  高温水蒸気
３１  弾性体
３２  バルーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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