JP5408848B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)支持基板の上層に樹脂フィルム(a)を形成する工程と、樹脂フィルム(a)の上層に半導体素子を形成する工程と、半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程とを含む半導体装置の製造方法であって、樹脂フィルム(a)は、膜厚が1μm以上30μm以下であり、波長400nm以上800nm以下の可視光の透過率が80%以上であり、3%重量減少温度が300℃以上であり、融点が280℃以上である、前記半導体装置の製造方法。
(2)樹脂フィルム(a)がポリベンゾオキサゾールを含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(3)樹脂フィルム(a)が脂環式構造を有するポリアミドイミドを含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(4)樹脂フィルム(a)が脂環式構造を有するポリイミドを含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(5)樹脂フィルム(a)がポリアミドを含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(6)ポリアミドが脂環式構造を有するものである、(5)に記載の半導体装置の製造方法。
(7)樹脂フィルム(a)がポリ(p−キシリレン)を含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(8)支持基板と樹脂フィルム(a)との間に樹脂層(b)を形成する工程をさらに含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(9)樹脂層(b)の熱膨張係数が樹脂フィルム(a)の熱膨張係数よりも小さいものである、(8)に記載の半導体装置の製造方法。
(10)樹脂層(b)がポリイミドを含む、(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(12)無機膜が、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン及び酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも1種を含む、(11)に記載の半導体装置の製造方法。
(13)支持基板の上層に樹脂フィルム(a)を形成する工程が加熱処理を含み、加熱処理温度が250℃以上であり、かつ半導体素子を形成するプロセス温度以上である、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(14)加熱処理が、窒素下又は真空下での加熱処理である、(13)に記載の半導体装置の製造方法。
(15)支持基板がガラス基板又は石英基板である、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(17)半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程の前に、半導体素子の表面に保護層を形成する工程をさらに含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(18)半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)を、樹脂基板(c)に貼り付ける工程をさらに含む、(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(19)第1の基板と、第2の基板と、第1の基板と第2の基板との間に狭持された液晶とを有する表示用半導体装置であって、
第1の基板は、樹脂基板(c)と、樹脂基板(c)上に設けられた接着層と、接着層上に設けられた樹脂フィルム(a)を有し、
表示用半導体装置は、さらに、樹脂フィルム(a)上に形成されたアクティブ素子と、アクティブ素子よりも上層に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜よりも上層に設けられた第1の電極と、第1の電極よりも上層に設けられた第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜よりも上層に設けられた第2の電極とを有し、
第1の絶縁膜は、第1のコンタクトホールを有し、
第2の絶縁膜は、第1の電極と第2の電極との間と、第1のコンタクトホール内とに形成されており、
第1のコンタクトホール内の第2の絶縁膜には、第2のコンタクトホールが形成されており、
第2の電極は画素電極であり、
第2の電極は、第2のコンタクトホールを介してアクティブ素子に電気的に接続されており、
第1の電極と、第2の電極と、第2の絶縁膜とによって、保持容量が形成されており、
樹脂フィルム(a)は、膜厚が1μm以上30μm以下であり、波長400nm以上800nm以下の可視光の透過率が80%以上であり、3%重量減少温度が300℃以上である、
前記表示用半導体装置。
本発明において支持基板の上層に形成する樹脂フィルム(a)は、耐熱性を有し透明な樹脂フィルムである。より具体的には、樹脂フィルム(a)は、膜厚が1μm以上30μm以下であり、波長400nm以上800nm以下の可視光の透過率が80%以上であり、3%重量減少温度が300℃以上であり、融点が280℃以上である。
ポリ(p−キシリレン)は、真空装置を用いて化学蒸着をすることが好ましい。
樹脂フィルム(a)を形成する支持基板としては、特に制限されないが、ガラス基板、石英基板、シリコン基板(例えば、Siウエハ)、金属基板等が挙げられる。後述するように裏面からの光照射等を行えるといった意味で、透明なガラス基板及び石英基板等が好ましい。また本発明では、半導体素子を形成した後、最終的には、支持基板を樹脂フィルムから剥離する。従って、支持基板は影響を受けず、再生が可能であり、半導体装置製造のコストの低減につながる。
樹脂フィルム(a)は、先に示した樹脂の溶液又は樹脂の前駆体の溶液を、支持基板上に、スピンコートやスリットコートをすることにより形成することができる。通常、スピンコートやスリットコートをした後に、溶媒を揮発させるためのプリベークを行う。その後に、窒素ガスのような不活性ガスの雰囲気下又は真空下で、250℃以上で硬化ベークを行う。不活性ガスの雰囲気下又は真空下で硬化ベークを行うことにより、酸化による樹脂フィルム(a)の着色を防止できる。なおこの硬化ベークの温度は、樹脂フィルム(a)に含まれる樹脂材料が分解しない温度で、かつその後の半導体素子の形成プロセスの温度より高い温度が好ましい。具体的には、300℃以上400℃以下で硬化ベークをすることが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法においては、支持基板と樹脂フィルム(a)との間に樹脂層(b)を形成してもよい。樹脂層(b)は、熱膨張係数が支持基板と樹脂フィルム(a)との間の値にあるものが好ましい。支持基板としてガラス基板やシリコン基板を用いる場合、これらの熱膨張係数は数ppm/Kの値である。これに対して、樹脂フィルム(a)の熱膨張係数は、通常、数十〜100ppm/Kとそれより一桁以上大きい。従って、支持基板と樹脂フィルム(a)の熱膨張係数の差が大きいために内部に応力が発生したり、樹脂フィルム(a)の硬化の際にフィルムに亀裂が入ったりする可能性がある。熱膨張係数の値が支持基板と樹脂フィルム(a)との間にあるような樹脂層(b)を用いることにより、上記問題を軽減することができる。
本発明の半導体装置の製造方法においては、樹脂フィルム(a)と半導体素子との間に無機膜を形成してもよい。無機膜としては、酸化シリコン(SiO)、酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)及び酸化アルミニウム(AlO)から選ばれる少なくとも1種を含むものが好ましい。これらを単独で含んでいてもよいし、組み合わせて含んでいてもよい。無機膜は、樹脂フィルム(a)から不純物、例えば、水や酸素が樹脂フィルム(a)上に形成される半導体素子に侵入するのを防ぐバリア層として機能する。
本発明では、支持基板の上層に樹脂フィルム(a)を形成し、その上層に半導体素子を形成する。樹脂フィルム(a)の上層に形成する半導体素子は、特に制限されないが、本発明は、半導体素子としてTFTを形成する場合に特に好適である。従って、本発明は、表示用半導体装置の製造に特に好適である。
本発明において半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程は、紫外線照射を含むことが好ましい。ここで支持基板として、ガラス基板及び石英基板のような透明基板を用いる場合は、これらに対する透過率が90%以上である波長の光を、半導体素子を形成した面ではなく、支持基板の面から照射することが好ましい。紫外線としては、波長200nm以上450nm以下のものが好ましい。具体的には、水銀ランプ、キセノン水銀ランプの輝線であるg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)、313nm、254nmの光が好ましい。さらには波長308nmのXeClエキシマレーザ光や、波長248nmのKrFエキシマレーザ光といったレーザ光、YAGレーザー(波長1064nm)の第3高調波(波長355nm)や第4高調波(波長266nm)を使うこともできる。用いる光の波長は、より好ましくは波長300nm以上400nm以下である。この範囲の波長の光は、支持基板としてのガラス基板を効率的に透過するが、樹脂フィルム(a)を透過しにくい場合が多い。また、樹脂フィルム(a)に対する透過率が50%以下となる波長の光であることがより好ましい。樹脂フィルム(a)に対する透過率が10%以下となる波長の光はさらに好ましい。樹脂フィルム(a)に対する透過率が低い光は、支持基板の裏面から照射したときに、支持基板と樹脂フィルム(a)の界面で吸収されて効率的に働き、剥離が起きやすくなる。
厚さ0.6mmの石英の支持基板上にポリベンゾオキサゾール前駆体(VIII)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)/γ-ブチロラクトン(BLO)(9/1)溶液をスピンコートした。その後、120℃で3分間プリベークを行い、厚さ5.5μmの塗布膜を得た。
図1は、本発明の透過型の液晶表示パネルの1サブピクセルの構成を示す平面図である。図2は、図1に示すA-A’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。以下、図2を用いて、本実施例の液晶表示パネルの構造について説明する。
図4は、図1に示すB-B’切断線に沿った、透明基板(100A)側の断面構造を示す断面図である。なお、図4では、偏向板11Aの図示は省略している。図4に示すように、支持基板としてのガラス基板10A上に耐熱透明樹脂フィルム(樹脂フィルム(a))17を実施例1に示したように形成し、その上にバリア層(無機膜)16Aを形成した。さらにその上にSiNとSiO2の積層膜等からなる下地膜12Aを形成し、その後、半導体層3を形成した。なお、半導体層3は、アモルファスシリコン膜、あるいはポリシリコン膜で構成される。
実施例2の図5で示した薄膜トランジスタの形成方法に関して、その変形例を図6に示す。図6は、図4又は図2で示した薄膜トランジスタ及びそれを用いた液晶デバイスの形成方法である。
本発明の別の実施例として、透過型のIPS方式の液晶表示パネルの1サブピクセルの構成を示す平面図を図14に、図14のx-x’でのTFTの断面図を図15に示した。本実施例の特徴は、あらかじめ支持基板上に耐熱透明樹脂フィルムを形成した上に、TFT構造を上下反転した構造で形成しておき、それを反転させることにある。図16にはその形成方法を断面図の形で示した。以下、図16を用いて、形成方法を説明する。
実施例1の(B-3)に示した材料を用いて、窒素下、320℃で60分硬化を行い、支持基板としての石英基板に厚さ5.5μmの耐熱透明樹脂フィルムを形成した。そこに、実施例2で図4に示した薄膜トランジスタを図5の作成法に従い作成した。本実施例では、支持基板に石英を用いたので、ガラスでは透過しにくいより短波長の紫外光が透過する。それを利用して、保護層21を接着したあとに、波長248mのKrFエキシマレーザ光(50mJ/cm2/パルス、1パルスは20ナノ秒)を石英基板面から照射した。本発明で用いる耐熱透明樹脂フィルムは、波長248nmの光を効率的に吸収し、その結果、石英基板/耐熱透明樹脂フィルムの界面での密着性が低下して、2パルスつまり100mJ/cm2の照射量で基板を剥離させることができた。このあとは実施例2と同様の方法で半導体装置を形成した。
支持基板としてのガラス基板上に、樹脂層(b)として、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のポリイミドPIX-L110SXを塗布し、窒素下、200℃で30分、その後400℃で60分硬化させて、厚さ3.1μmの硬化膜を得た。本材料は、熱膨張係数(CTE)が10ppm/Kと小さい低熱膨張タイプのポリイミドであったが、得られた硬化膜は見た目に褐色であった。
ガラス基板上に、樹脂フィルム(a)として、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のポリイミドPIX-3400を塗布し、窒素下、200℃で30分、その後、350℃で60分硬化させて、厚さ4.0μmの硬化膜を得た。このポリイミドは、一部の構造をキナゾリン環変性した芳香族系のポリイミドである。本材料は、耐熱性が高く、3%重量減少温度は495℃と高く、ガラス転移温度も290℃と高温であった。昇温脱ガス分析を行った結果も、硬化温度である350℃までは脱ガスが見られず、耐熱性が高いことがわかった。しかしながら、本材料は見た目に黄色であり、透過率を測定したところ、波長500nm〜800nmの領域では、85%以上の透過率を示すものの、より短波長では、透過率が低下して、波長400nmでは、0%の透過率であるとがわかった。従って、透過型のデバイスを形成するには、不適当であることがわかった。
樹脂フィルム(a)として、ピロメリット酸二無水物と4,4'-ジアミノジフェニルエーテルから得られたポリアミック酸溶液を窒素下、200℃で30分、その後、350℃で60分硬化させて、厚さ8.0μmの硬化膜を得た。本材料は、耐熱性が高く、3%重量減少温度は501℃と高く、ガラス転移温度も372℃と高温であった。昇温脱ガス分析を行った結果も360℃までは脱ガスが見られず、耐熱性が高いことがわかった。しかしながら、本材料は見た目に黄色であり、透過率を測定したところ、波長500nm〜800nmの領域では85%以上の透過率を示すものの、より短波長では透過率が低下して、波長400nmでは0%の透過率であることがわかった。従って、透過型のデバイスを形成するには、不適当であることがわかった。
ガラス基板上に、樹脂フィルム(a)として、アデカ製ナノハイブリッドシリコーンFX-T350を塗布し、窒素下、300℃で30分硬化させて、厚さ4.0μmの硬化膜を得た。本材料は,ポリシロキサン主骨格として架橋させた材料である。本材料は透明性が高く400nmでの透過率が95%であった。また耐熱性も高く、3%重量減少温度は、450℃であった。昇温脱ガス分析を行った結果も、硬化温度である300℃までは脱ガスが見られず、耐熱性が高いことがわかった。しかしながら、膜が脆く、デバイスを形成したあとに剥離ができず、不適当であることがわかった。
実施例1に示した(B-3)の材料を用い、ガラス基板上に塗布膜を形成し、窒素下、300℃で60分硬化させて、厚さ100μmの硬化膜を形成した。本硬化膜の透過率を測定したところ、400nmでは22%、450nmでは29%であった。膜厚が100μmと厚いために、可視光の透過率の低下が起き、不適当であることがわかった。
実施例1に示した(B-1)の材料を用い、ガラス基板上に塗布膜を形成し、窒素下、300℃で60分硬化させて、厚さ0.5μmの硬化膜を形成した。本硬化膜の透過率を測定したところ、400nmでは93%、450nmでは94%と高透過率であった。しかし、膜厚が0.5μmと薄いために、フィルムとしての強度が弱く、剥離工程を行う際に、破壊が起き易く、歩留まりが低下して不適当であることがわかった。
150℃〜250℃に加熱したガラス基板に、下記の表2に示す樹脂材料のフィルムを圧着した。
1a モリブデン(Mo)
1b アルミニウム(Al)
2 ゲート電極
3 半導体層
4 ソース電極
10A、10B プラスチック基板
11A、11B 偏光板
12 絶縁膜
12A 下地膜
12B ゲート絶縁膜
12C、12D 層間絶縁膜
13A 層間絶縁膜
13B オーバーコート層
15A、15B 配向膜
16A、16B バリア膜
17 耐熱透明樹脂フィルム
18 接着層
20 透明絶縁膜
21 仮保護層
21a 基材
21b 粘着層
30 カラーフィルタ部
LC 液晶層
BM 遮光膜
CF カラーフィルタ層
ITO1 画素電極
ITO2 透明電極
ITO3 対向電極
D 映像線(ドレイン線、ソース線)
G 走査線(ゲート線)
SH1〜SH4 スルーホール
C1〜C3 コンタクトホール
Claims (13)
- 支持基板の上層に樹脂フィルム(a)を形成する工程と、樹脂フィルム(a)の上層に半導体素子を形成する工程と、半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程とを含む半導体装置の製造方法であって、樹脂フィルム(a)は、膜厚が1μm以上30μm以下であり、波長400nm以上800nm以下の可視光の透過率が80%以上であり、3%重量減少温度が300℃以上であり、融点が280℃以上であり、ガラス転移温度が250℃以上であり、
前記樹脂フィルム(a)は、下記式(I)にて示されるポリベンゾオキサゾール、及び下記式(v)にて示される脂環式構造を有するポリイミドからなる群から選択される少なくとも1つの高分子材料を含む、前記半導体装置の製造方法。
Y4の脂環式基としては下記式で示され、
- 支持基板と樹脂フィルム(a)との間に樹脂層(b)を形成する工程をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 樹脂層(b)の熱膨張係数が樹脂フィルム(a)の熱膨張係数よりも小さいものである、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 樹脂層(b)がポリイミドを含む、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 樹脂フィルム(a)と半導体素子との間に無機膜を形成する工程をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 無機膜が、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン及び酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも1種を含む、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 支持基板の上層に樹脂フィルム(a)を形成する工程が加熱処理を含み、加熱処理温度が250℃以上であり、かつ半導体素子を形成するプロセス温度以上である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 加熱処理が、窒素下又は真空下での加熱処理である、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 支持基板がガラス基板又は石英基板である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程が紫外線照射を含み、紫外線の波長が300nm以上400nm以下である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)から支持基板を剥離する工程の前に、半導体素子の表面に保護層を形成する工程をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体素子を形成した樹脂フィルム(a)を、樹脂基板(c)に貼り付ける工程をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1の基板と、第2の基板と、第1の基板と第2の基板との間に狭持された液晶とを有する表示用半導体装置であって、
第1の基板は、樹脂基板(c)と、樹脂基板(c)上に設けられた接着層と、接着層上に設けられた樹脂フィルム(a)を有し、
表示用半導体装置は、さらに、樹脂フィルム(a)上に形成されたアクティブ素子と、アクティブ素子よりも上層に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜よりも上層に設けられた第1の電極と、第1の電極よりも上層に設けられた第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜よりも上層に設けられた第2の電極とを有し、
第1の絶縁膜は、第1のコンタクトホールを有し、
第2の絶縁膜は、第1の電極と第2の電極との間と、第1のコンタクトホール内とに形成されており、
第1のコンタクトホール内の第2の絶縁膜には、第2のコンタクトホールが形成されており、
第2の電極は画素電極であり、
第2の電極は、第2のコンタクトホールを介してアクティブ素子に電気的に接続されており、
第1の電極と、第2の電極と、第2の絶縁膜とによって、保持容量が形成されており、
樹脂フィルム(a)は、膜厚が1μm以上30μm以下であり、波長400nm以上800nm以下の可視光の透過率が80%以上であり、3%重量減少温度が300℃以上である、
前記表示用半導体装置。
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