(57)【要約】【課題】直描塗布法により半導体基板上に膜厚の面内均一性の高い膜を形成することが可能な膜の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板に対して膜の構成材料を含む溶液を吐出する移動可能なノズル（６１）と、半導体基板上に吐出された溶液を硬化する移動可能な硬化手段（６２）とを用いて、膜を形成する。ノズル（６１）および硬化手段（６２）を形成しようとする膜の最外周部に沿って移動させながら、ノズル（６１）からの溶液の吐出と硬化手段（６２）による吐出された溶液の硬化とを行って、膜の最外周部を形成する工程（１）と、形成しようとする膜の最外周部より内側の領域に対して、ノズル（６１）を移動させながらノズル（６１）からの溶液の吐出を行って、未硬化膜（５０）を形成する工程（２）と、未硬化膜（５０）を硬化する工程（３）とを順次実施する。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に対して膜の構成材料を含む溶液を吐出する移動可能なノズルと、前記半導体基板上に吐出された前記溶液を硬化する移動可能な硬化手段とを用いる膜の製造方法であって、
前記ノズルおよび前記硬化手段を形成しようとする前記膜の最外周部に沿って移動させながら、前記ノズルからの前記溶液の吐出と前記硬化手段による吐出された前記溶液の硬化とを行って、前記膜の最外周部を形成する工程（１）と、
形成しようとする前記膜の前記最外周部より内側の領域に対して、前記ノズルを移動させながら前記ノズルからの前記溶液の吐出を行って、未硬化膜を形成する工程（２）と、
前記未硬化膜を硬化する工程（３）とを順次有する、膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に膜を形成する膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の一つとして、ゲート電極膜、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース電極膜、およびドレイン電極膜等の複数の膜を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が知られている。塗布法により、低コストに製造できることから、ゲート絶縁膜および半導体膜等を有機材料により構成した有機ＴＦＴが開発されている。従来、有機ＴＦＴのゲート絶縁膜の製造方法として、シリコンウエハ等の半導体基板上に、ポリイミドを含む溶液をスピンコート法により塗布し、焼成する方法が知られている。この方法では、スピンコート法による塗布時に半導体基板が高速回転するため、ポリイミドを含む溶液の一部が遠心力で半導体基板の外側に飛ばされてしまう。そのため、材料損失が多く、好ましくない。
【０００３】
材料損失を低減する成膜方法として、膜の構成材料を含む溶液を吐出する移動可能なノズルを用いた直描塗布法がある。例えば、特許文献１には、半導体材料を含む溶液を吐出するノズルを用い、前記溶液を吐出させながら前記ノズルを移動させることで前記溶液を塗布し、前記溶液を乾燥させながら結晶を成長させる半導体膜の製造方法が開示されている（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直描塗布法において、ノズルから半導体基板上に吐出された溶液の断面は、表面張力の作用により、表面が円弧状になる。例えば、平面視にて渦巻き状に半導体基板上に溶液の塗布を行った場合、異なる径で平面視円状に塗布された複数の溶液部が径方向に連続的に形成される。この場合、断面視で、表面が円弧状の複数の溶液部が径方向に連続的に連なる（図３を参照されたい。）。この状態から時間が経過すると、溶液が流動して、互いに隣り合う溶液部の溶液同士が馴染むことで、全体的に平坦化が進む。しかしながら、最外周部の溶液部はそれより外側に溶液部が存在しないため、外側からの溶液の流入がなく、溶液の外側への流れ広がりのみが起こり、膜厚が相対的に薄くなってしまう。この問題は、膜を形成しようとする領域に任意のノズル移動順序で塗布された溶液が未硬化のまま時間が経過することで、起こる。膜厚の薄い最外周部は、所望の性能が得られなくなる恐れがある。例えば、ゲート絶縁膜であれば、膜厚の薄い最外周部は、所望の絶縁性能が得られなくなる恐れがある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、直描塗布法により半導体基板上に膜厚の面内均一性の高い膜を形成することが可能な膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の膜の製造方法は、
半導体基板に対して膜の構成材料を含む溶液を吐出する移動可能なノズルと、前記半導体基板上に吐出された前記溶液を硬化する移動可能な硬化手段とを用いる膜の製造方法であって、
前記ノズルおよび前記硬化手段を形成しようとする前記膜の最外周部に沿って移動させながら、前記ノズルからの前記溶液の吐出と前記硬化手段による吐出された前記溶液の硬化とを行って、前記膜の最外周部を形成する工程（１）と、
形成しようとする前記膜の前記最外周部より内側の領域に対して、前記ノズルを移動させながら前記ノズルからの前記溶液の吐出を行って、未硬化膜を形成する工程（２）と、
前記未硬化膜を硬化する工程（３）とを順次有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直描塗布法により半導体基板上に膜厚の面内均一性の高い膜を形成することが可能な膜の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明に係る一実施形態の膜の製造方法を示す工程図である。
【図１Ｂ】本発明に係る一実施形態の膜の製造方法を示す工程図である。
【図２Ａ】工程（１）を実施している最中の様子を示す部分拡大模式斜視図である。
【図２Ｂ】工程（２）を実施している最中の様子を示す全体模式斜視図である。
【図２Ｃ】工程（２）を終えた状態を示す全体模式斜視図である。
【図３】工程（２）を終えた後の、形成しようとする膜の最外周部より内側の領域の部分模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、シリコンウエハ等の半導体基板上に膜を形成する膜の製造方法に関する。
本発明の膜の製造方法は例えば、ゲート電極膜、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース電極膜、およびドレイン電極膜等の複数の膜を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子、および、かかる半導体素子を含む半導体チップ等に適用することができる。
本発明の製造方法は、有機ＴＦＴを構成する、ゲート電極膜、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース電極膜、およびドレイン電極膜等の膜に好ましく適用することができる。
【００１１】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の膜の製造方法について、説明する。図１Ａ、図１Ｂは、各工程を示す全体模式斜視図および部分拡大模式断面図である。
ここでは有機ＴＦＴのゲート絶縁膜の製造を例に挙げて説明するが、本発明は半導体基板上に形成される任意の膜の製造に適用可能である。
【００１２】
はじめに、図１Ａに示すように、表層にキャリア層１１が形成されたシリコンウエハ等の半導体基板１０を用意する。図１Ａの上図に示すように、半導体基板１０は複数のチップ形成領域）１０Ａを有している。
図１Ａの下図に拡大図を示すように、公知方法にて、半導体基板１０の各チップ形成領域１０Ａ内に、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜２０とゲート電極３０を所望のパターンで形成することができる。
次いで、図１Ｂに示すように、上記の半導体基板１０の表面全体に、ポリイミドからなる絶縁膜５１を形成することができる。基板の表面全体に形成された絶縁膜５１は、必要に応じてパターニングされる（図示略）。絶縁膜５１の少なくとも一部は、ゲート絶縁膜として機能することができる。
さらに、ソース電極膜、ドレイン電極膜、およびチャネル層を含む有機半導体膜等を形成することで、各チップ形成領域１０Ａ内に有機ＴＦＴを形成することができる（図示略）。有機ＴＦＴの形成と同時にまたは別工程で、配線等の他の要素を形成することができる（図示略）。各チップ形成領域１０Ａ内に有機ＴＦＴおよび配線等の回路パターンを形成した後、各チップ形成領域１０Ａの輪郭に沿ってダイシングし、複数の半導体チップを製造することができる（図示略）。
【００１３】
ポリイミドからなる絶縁膜５１の形成工程に、本発明の製造方法を適用することができる。
本実施形態では、図２Ａに示すように、半導体基板１０に対して絶縁膜５１の構成材料を含む溶液を吐出する移動可能なノズル６１と、半導体基板１０上に吐出された溶液を硬化する移動可能な硬化手段６２とを用いる。本実施形態において、ノズル６１は、ポリイミドと溶媒を含むポリイミド溶液を吐出する。本実施形態において、硬化手段６２は、レーザ光、赤外光、および温風等を用いて局所的に加熱する局所加熱ユニットである。硬化手段６２は好ましくは、局所レーザ加熱ユニットである。
膜の構成材料を含む溶液が紫外線および電子線等の活性エネルギー線照射により硬化する材料を含む場合、硬化手段６２として、紫外線および電子線等の活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線照射ユニットを用いることができる。
【００１４】
本実施形態の絶縁膜５１の製造方法では、はじめに、ノズル６１および硬化手段６２を形成しようとする絶縁膜５１の最外周部に沿って移動させながら、ノズル６１からの溶液の吐出と硬化手段６２による吐出された溶液の硬化とを行って、絶縁膜５１の最外周部を形成する（工程（１））。ノズル６１から吐出された溶液は、硬化手段６２による局所加熱により直ちに硬化される。
図２Ａは、工程（１）を実施している最中の様子を示す部分拡大模式斜視図である。符号５０は未硬化の溶液からなる未硬化膜であり、符号５１は加熱により未硬化膜から溶媒が除去されて硬化した硬化膜（絶縁膜）である。
工程（１）を終えた後、図２Ｂに符号５１で示すように、絶縁膜５１の最外周部が形成される。
【００１５】
次に図２Ｂに符号５０で示すように、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に対して、ノズル６１を移動させながらノズル６１からの溶液の吐出を行って、未硬化膜５０を形成する（工程（２））。図２Ｂは、工程（２）を実施している最中の様子を示す全体模式斜視図である。工程（２）を終えた後、図２Ｃに符号５０で示すように、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に未硬化膜５０が形成される。
【００１６】
工程（２）では例えば、図２Ｂに示すように、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に対して、平面視にて渦巻き状に外側から中心に向かって、溶液を塗布することができる。この場合、図３に示すように、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に形成された未硬化膜５０は断面視で、表面が円弧状の複数の溶液部５０Ｘが径方向に連続的に連なった構造となる。図３は、工程（２）を終えた後の、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部より内側の領域の部分模式断面図である。
図３に示した状態からある程度時間が経過すると、溶液が流動して、互いに隣り合う溶液部５０Ｘの溶液同士が馴染むことで、全体的に平坦化が進む。
【００１７】
最後に、図２Ｃに示す、最外周部が硬化膜（絶縁膜５１）からなり、それより内側の領域が未硬化膜５０からなる中間膜に対して、加熱炉等の加熱手段を用いて、全体を加熱することで、未硬化膜５０を硬化する（工程（３））。未硬化膜５０の硬化方法は、適宜変更することができる。
以上のようにして、半導体基板１０の表面全体に絶縁膜５１を形成することができる。
【００１８】
本実施形態の製造方法では、はじめに工程（１）において、形成しようとする絶縁膜５１の最外周部については、溶液の塗布と硬化を同時に行うことで、塗布された溶液の流動性を塗布と同時に消失させ、溶液の外側への流れ広がりを抑制することができる。本実施形態では、絶縁膜５１の最外周部より内側の領域については、次の工程（２）において、硬化させずに領域全体に溶液を塗布する。本実施形態では、絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に塗布された溶液が全体的に馴染み、全体的にある程度平坦化した後、工程（３）において、絶縁膜５１の最外周部より内側の領域に塗布された溶液を硬化する。
本実施形態の製造方法では、最外周部に塗布された溶液の外側への流れ広がりを抑制できるので、最外周部の膜厚が相対的に薄くなることを抑制でき、膜厚の面内均一性の高い絶縁膜５１を形成することができる。
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、直描塗布法により半導体基板上に膜厚の面内均一性の高い膜を形成することが可能な膜の製造方法を提供することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  半導体基板
５０  未硬化膜
５０Ｘ  溶液部
５１  絶縁膜
６１  ノズル
６２  硬化手段
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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