(57)【要約】【課題】転写体の外観形状が変化したり、転写体構成物質の組成が変化したりすることの無い、電気的特性や物理的強度の高い高性能な３次元デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】第二基板２０１を転写体として、第二基板２０１上に形成された第二薄膜デバイス層２０３上に接着層２０４を介して第一薄膜デバイス層１０３を転写して、第二基板２０１上に第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３を形成する。次に、第三基板３０１を転写体として、第三基板３０１上に形成された第三薄膜デバイス層３０３上に接着層３０４を介して第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３を転写し、最初の転写体であった第二基板２０１を剥離する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜デバイス層が複数積層された３次元デバイスの製造方法において、
第一基板上に形成された第一薄膜デバイス層を前記第一基板から剥離して第二基板上に形成された第二薄膜デバイス層上に転写する第一転写工程と、
前記第二基板上に形成された前記第一薄膜デバイス層と前記第二薄膜デバイス層とを前記第二基板から剥離して第三基板上に形成された第三薄膜デバイス層上に転写する第二転写工程と、
を含むことを特徴とする３次元デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化の実現や、信号遅延等の配線に関わる問題や消費電力増大といった問題を解決することを目的として、複数のデバイスを３次元的に集積した３次元デバイスの開発が進められている。
【０００３】
従来、３次元ＩＣ等の３次元デバイスを製造する場合には、まず、単結晶Ｓｉ基板上に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等を含む第１層を多数工程を経て形成する。次いで、この第１層上に、同様の第２層を形成する。以下、同様にして、第３層以降を形成する。
【０００４】
しかしながら、従来の３次元デバイスの製造方法では、同一基板上に各層を順次重ねていくようにして形成するので、上層の形成は下層に悪影響を与えないようにしなければならず、種々の制約（例えば、下層が変質しないような温度の上限等）を受ける。
【０００５】
また、異なる層を積層する場合、各層を適したデバイスパラメータ（例えば、ゲート線幅、ゲート絶縁膜厚、デザインルール、温度等の製造条件）で形成するのは非常に難しい。
【０００６】
また、従来の３次元デバイスの製造方法では、デバイスを構成する基板上に各層を形成するので、用いる基板はデバイスの基板としての適合性と各層を形成するときの基板としての適合性とを兼ね備えていなければならず、特定の基板しか使用することができなかった。
【０００７】
更には、デバイスを構成する基板上に各層を順に形成していくので、製造時間が非常に長くなるという問題があった。
【０００８】
上記のような問題を解決する為に、特開平５−４１４７８や特開２００１−２５０９１３に示されているような薄膜デバイス層を張り合わせる技術が検討されている。これらの技術は単結晶Ｓｉ基板上に半導体素子を形成し、基板裏面を研磨して基板を薄膜化して、その薄膜デバイスを３次元的に積層するという技術である。
【０００９】
しかし、特開平５−４１４７８や特開２００１−２５０９１３にも課題がある。これらの技術では、基板を薄膜化する為に基板裏面を研磨する。単結晶Ｓｉ基板は、製造に莫大なエネルギーを要し、その価格も高価である。よって、上記の基板裏面研磨工程は、エネルギー的にもコスト的にも非常に大きな無駄を生んでいるのである。
【００１０】
上記の課題は特開平１１−２５１５１７に示されている製造方法によって解決されている。この技術は、基板上に分離層を介して薄膜デバイス層を形成し、前記分離層に光を照射して分離層を剥離し、薄膜デバイス層を他の基板に転写するという技術である。安価なガラス基板を用いることができるため、エネルギー的にもコスト的にも有利である。また、基板研磨工程も不要である。
【００１１】
この転写工程は、特開平１１−２５１５１７の［発明の実施の形態］の中の［００３２］から［０１２０］に詳細に説明されている。以下、図１から図３に示す断面図を参照しながら転写工程を簡単に説明する。まず図１に示す様に基板１上に分離層２を形成する。基板１の具体例としては、石英基板やガラス基板が挙げられる。分離層２の具体例としては、非晶質珪素膜が挙げられる。分離層２の上にＳｉＯ2等の酸化珪素膜を用いて中間層３を形成する。中間層３の上にデバイス層等の被転写層４を形成する。図２に示す様に接着層５を介して被転写層４を別基板等の転写体６に接合する。基板１の裏面側からエキシマレーザ光等の光７を照射すると、分離層２に層内剥離及び／または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅するので、基板１と転写体６とを離間させると、被転写層４が基板１から離脱して、図３に示す様に転写体６へ転写される。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−４１４７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５０９１３号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
こうした従来の製造方法で製造された３次元デバイスにおいては、薄膜デバイス層が転写される転写体の外観形状変化や構成物質組成変化が生じ、薄膜デバイスの電気的特性が劣化したり、３次元デバイスの物理的強度が低下したりするという課題があった。ここで、薄膜デバイス層を転写体へと転写する際、特開平１１−２５１５１７の［０１１９］に記載されているように、薄膜デバイス層を複数積層させる為に転写体に薄膜デバイス層の転写を多数回行う場合を考える。
【００１４】
以下、図４から図７に示す断面図を参照しながら従来の転写工程による３次元デバイスの製造方法を簡単に説明する。
【００１５】
まず、図４に示す様に、基板１１上に分離層１２を形成し、更に被転写層としてのデバイス層１３を形成する。デバイス層には従来の転写工程で説明した中間層も含まれているが記述は省略している。
【００１６】
図５に示す様に接着層１５を介してデバイス層１３を別基板等の転写体１４に接合する。基板１１の裏面側からエキシマレーザ光等の光１６を照射すると、分離層１２に層内剥離及び／または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅するので、基板１１と転写体１４とを離間させると、デバイス層１３が基板１１から離脱して、図６に示す様に転写体１４へ転写される。この転写工程には、接合工程、光照射工程、基板剥離工程が含まれる。よって、転写体やその上のデバイス層が転写工程を経ると、転写体やデバイス層には熱や光、物理的応力等が加わることになる。
【００１７】
同様の転写工程を所望の回数繰り返せば、所望の層数の３次元デバイスを製造することができる。例えば、転写工程を５回繰り返すと、図７のような３次元デバイスを製造することができる。
【００１８】
上記のような方法によって薄膜デバイス層を複数積層させると、転写体に多数回の転写工程の履歴が残ってしまう。図７の３次元デバイスにおける転写体１４は、５回の転写工程を経ることになる。この様に、転写体が多数回の転写工程を経ることによって、転写体は多数回の温度変化や応力印加を経験し、転写体の外観形状が変化したり、転写体構成物質の組成が変化したりするのである。このような転写体の外観形状変化や構成物質組成変化は、薄膜デバイスの電気的特性の劣化や、３次元デバイスの物理的強度の低下を引き起こす。つまり、従来の製造方法では、電気的特性や物理的強度の高い高性能な３次元デバイスを製造することが困難であった。
【００１９】
本明細書で開示する発明は、上記の問題を解決する手段を提供するものである。具体的には電気的特性や物理的強度の高い高性能な３次元デバイスの製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために本発明の３次元デバイスの製造方法は、薄膜デバイス層が複数積層された３次元デバイスの製造方法において、第一基板上に形成された第一薄膜デバイス層を前記第一基板から剥離して第二基板上に形成された第二薄膜デバイス層上に転写する第一転写工程と、前記第二基板上に形成された前記第一薄膜デバイス層と前記第二薄膜デバイス層を前記第二基板から剥離して第三基板上に形成された第三薄膜デバイス層上に転写する第二転写工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記の３次元デバイスの製造方法によれば、薄膜デバイス層が転写される転写体は、第一転写工程では第二基板、第二転写工程では第三基板となっている。更に積層する場合には、上記と同様の転写工程を所望の回数だけ繰り返せばよい。つまり、第三転写工程では第一から第三薄膜デバイス層を第四基板上の第四薄膜デバイス層に転写し、第四転写工程では第一から第四薄膜デバイス層を第五基板上の第五薄膜デバイス層に転写することになる。つまり、本発明の３次元デバイスの製造方法では、薄膜デバイス層が転写される転写体は複数回の転写工程を通じて全て異なるのである。従来の３次元デバイスの製造方法では、転写体は複数回の転写工程を通じて同一であった為、複数回の転写工程を経ることによって転写体の外観形状変化や構成物質組成変化が生じ、それが薄膜デバイスの電気的特性の劣化や、３次元デバイスの物理的強度の低下を引き起こしていた。本発明の製造方法では、転写体は複数回の転写工程を通じて全て異なるので、上記のような問題は生じず、高性能な３次元デバイスを製造することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図８から図１５は、本発明の第１の実施例による３次元デバイスの製造方法を示す断面工程図である。以下、この図を参照しつつ本発明の第１の実施例による３次元デバイスの製造方法を説明する。
【００２４】
図８に示す様に、石英基板やガラス基板等の第一基板１０１上に、分離層１０２を形成する。分離層としては、例えば低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）によって形成された非晶質珪素膜が挙げられる。非晶質珪素膜の原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ4）やジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）が用いられる。分離層１０２の上に第一薄膜デバイス層１０３を形成する。ここで、第一薄膜デバイス層１０３には従来の転写工程で説明した中間層も含まれているが省略している。デバイス層の具体例としては、薄膜半導体装置、電極、ＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）、ＦｅＲＡＭ（強誘電体ＲＡＭ）等のメモリ、等が挙げられるが、デバイス層は前記のものに限定されない。デバイス層として珪素膜を用いた薄膜半導体装置を用い、分離層として非晶質珪素膜を用いた場合、中間層としては珪素膜との相性の良さから酸化珪素膜が適している。
【００２５】
次に、図９に示す様に、図８の工程と同様にして、第二基板２０１上に分離層２０２を形成し、分離層２０２の上に第二薄膜デバイス層２０３を形成する。
【００２６】
図１０に示す様に、接着層２０４を介して、第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３を接合する。接着層として熱硬化型接着剤を用いれば接合工程において基板やデバイス層に熱が加わることになり、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤を用いれば、基板やデバイス層にも光が照射される可能性がある。接着層としては上記のものに限らず、各種硬化型接着剤が挙げられる。また、デバイス層表面に接続電極が形成されているデバイス層同士を電気的に接合する場合には、接着層として異方性導電膜が適している。
【００２７】
第一転写工程として、薄膜構造の転写方法を用いて第一基板１０１を剥離する。具体的には、図１０において、第一基板１０１側から例えばＸｅＣｌエキシマレーザ光（波長３０８ｎｍ）を照射する。すると、光は分離層１０２に吸収され、分離層１０２に層内剥離及び／または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅するので、第一基板１０１を第一薄膜デバイス層１０３から剥離することができる。第一薄膜デバイス層１０３の表面に分離層１０２の一部が残留している場合は、エッチング法等によって分離層１０２の残留物を除去する。こうして図１１に示す様に、第一薄膜デバイス層１０３が第二薄膜デバイス層２０３に転写される。図１１は第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３が３次元的に積層された３次元デバイスである。
【００２８】
次に、第３層目のデバイス層を図８の工程と同様にして作製する。図１２に示す様に第三基板３０１上に分離層３０２を形成し、分離層３０２の上に第三薄膜デバイス層３０３を形成する。
【００２９】
図１３に示す様に、接着層３０４を介して、第一薄膜デバイス層１０３と第三薄膜デバイス層３０３を接合する。
【００３０】
図１０の工程と同様に、第二転写工程として、薄膜構造の転写方法を用いて第二基板２０１を剥離する。具体的には、図１３において、第二基板２０１側から例えばＸｅＣｌエキシマレーザ光（波長３０８ｎｍ）を照射する。すると、光は分離層２０２に吸収され、分離層２０２に層内剥離及び／または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅するので、第二基板２０１を第二薄膜デバイス層２０３から剥離することができる。第二薄膜デバイス層２０３の表面に分離層２０２の一部が残留している場合は、エッチング法等によって分離層２０２の残留物を除去する。こうして図１４に示す様に、第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３が第三薄膜デバイス層３０３に転写される。図１４は第一薄膜デバイス層１０３と第二薄膜デバイス層２０３と第三薄膜デバイス層３０３が３次元的に積層された３次元デバイスである。
【００３１】
ここで、図１３において、第二基板２０１を剥離していることに注意したい。図１０に示す第一転写工程において、第二基板２０１は第一薄膜デバイス層１０３が転写される転写体の一部であった。従来の方法では、この転写体としての第二基板２０１にデバイス層が複数転写されていくことになる。しかし、本発明では、図１３に示す第二転写工程において、第一転写工程における転写体であった第二基板２０１を剥離している。第二転写工程においては、転写体は第三基板３０１になっているのである。この様に、本発明では、一度転写工程を経た転写体は、次の転写工程において剥離される。よって、複数のデバイス層から成る３次元デバイスを製造する為に多数回の転写工程を行っても、転写体が経る転写工程は１回だけとなるので、複数回の転写工程によって転写体の外観形状が変化したり、転写体構成物質の組成が変化したりすることは無いのである。
【００３２】
同様の工程を繰り返すことにより、所望の層数から成る３次元デバイスを製造することができる。図１５は転写工程を４回行って製造した５層のデバイス層から成る３次元デバイスである。ここで、５０１は第五基板、５０２は分離層、１０３と２０３と３０３と４０３と５０３はデバイス層、２０４と３０４と４０４と５０４は接着層である。この３次元デバイスを製造する為に行った転写工程は４回であるが、第五基板５０１が経た転写工程は１回だけであるので、第五基板５０１の外観変化や組成変化は無い。よって、図１５に示す３次元デバイスは高性能なものとなる。この後、更に転写工程を繰り返して、デバイス層数を増やしても良い。デバイス層が５層で良いのであれば、分離層５０２は形成する必要はない。
【００３３】
以上説明したように、本第１の実施例によれば、薄膜デバイス層が転写される転写体となる基板の外観形状が変化したり、転写体構成物質の組成が変化したりすることが無いので、高性能な３次元デバイスを製造することができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例１と同様にして、図１５に示す３次元デバイスを形成する。
【００３５】
次に、図１６に示す様に、転写体としてのプラスチック基板６０１に接着層６０４を介して図１５の３次元デバイスを接合し、実施例１と同様の転写工程を用いて図１６に示す３次元デバイスを形成する。
【００３６】
プラスチック基板６０１は、ガラス基板や石英基板に比べて温度変化や応力印加に弱い。よって、従来の製造方法の様にプラスチック基板６０１を転写体として多数回の転写工程を行うと、プラスチック基板６０１は変形してしまい、基板上のデバイス層の電気特性が悪くなったり、最悪の場合はデバイス層が破壊されたりしてしまう。本発明の製造方法によれば、プラスチック基板６０１が経る転写工程は１回だけであるので、基板の変形等によるデバイス層の電気特性の劣化やデバイス層の破壊は生じず、高性能な３次元デバイスを製造することができる。
【００３７】
ここでは、基板６０１をプラスチック基板としたが、基板６０１はデバイス層を接合できるものであれば何でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上詳細に説明したように、本発明の３次元デバイスの製造方法によれば、転写体が経験する転写工程は１回だけとなるので、転写体の外観形状が変化したり、転写体構成物質の組成が変化したりすることは無く、電気的特性や物理的強度の高い高性能な３次元デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における薄膜構造の転写方法の実施例の工程を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明における薄膜構造の転写方法の実施例の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明における薄膜構造の転写方法の実施例の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の３次元デバイスの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】従来の３次元デバイスの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の３次元デバイスの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の３次元デバイスの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例１の工程を模式的に示す断面図である。
【図１６】本発明の３次元デバイスの製造方法の実施例２の工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１１、１０１、２０１、３０１、５０１・・・基板
２、１２、１０２、２０２、３０２、５０２・・・分離層
３・・・中間層
４・・・被転写層
５、１５、２５、３５、４５、５５、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４・・・接着層
６、１４、６０１・・・転写体
７、１６、１１１、２１１・・・光
１３、２３、３３、４３、５３、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３・・・デバイス層
【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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