JP2004103765A

JP2004103765A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004103765A
Application number: JP2002262501A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kai; 甲斐　慎一; Tsutomu Kato; 加藤　勉
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP3879637B2

Abstract

【課題】保護膜であるポリイミド膜を被覆したときの薄いウエハの反りを短時間で解消できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリイミド膜３やフォトレジスト膜７を被覆した２００μｍ以下の薄いウエハを７０％以上の高湿度雰囲気で保管することで、短時間に反りを解消する。また、これらの膜の加熱硬化後の冷却の雰囲気を７０％以上の高湿度とすることで、冷却過程での反り量を減じ、その後、反り量を元に戻すための７０％以上の高湿度での保管時間をさらに短縮することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、保護膜形成工程での半導体ウエハの曲がりを防止する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの半導体装置の製造プロセスにおいては、ハンドリングの関係で、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の厚みは２００μｍから３５０ｍｍが必要である。そのため、６００Ｖから１２００ＶクラスのＩＧＢＴでは、厚い支持基板上に、活性層となるドリフト層またはドリフト層とバッファ層をエピタキシャル成長で６０μｍから１００μｍ程度形成した２５０μｍ程度の厚さの高価なエピタキシャルウエハを採用している。このような厚いウエハでは、保護膜であるポリイミド膜などをウエハに被覆しても、熱膨張率の差でウエハが大きく反る（曲がる）ということはない。
【０００３】
しかし、近年、ＩＧＢＴの特性改善（オン電圧とスイッチング特性のトレードオフの改善など）と低コスト化を狙いとして、製造工程の途中で１００μｍ程度まで薄膜化した安価なＦＺウエハをハンドリングできる製造プロセスが確立し、薄膜化したＮＰＴ（Ｎｏｎ　Ｐｕｎｃｈ　Ｔｈｒｏｕｇｈ）−ＩＧＢＴやバッファ層を有するＦＳ（Ｆｉｅｌｄ　Ｓｔｏｐ）−ＩＧＢＴなどが製作されている（例えば、特願２００１−１０３３８８号の明細書、非特許文献１参照）。この薄いウエハを用いた場合、保護膜であるポリイミド膜などを薄いウエハ上に形成すると、シリコンとポリイミドの熱膨張率の差により、ウエハに数ｍｍ程度の大きな反り（曲がり）が生じ、フォト工程での加工精度の悪化や搬送工程での引っ掛かりが生じるので、その反りを是正する必要がある。
【０００４】
図４は、従来の薄膜化した半導体装置の製造方法であり、特に保護膜形成工程のフローを説明した図である。
（１）保護膜となるポリイミド液をスピンコートでウエハ上全面に塗布する。
（２）塗布したポリイミド液を７０〜１８０℃、１〜５分程度ソフトベーク（半硬化）してポリイミド膜を形成する。
（３）室温と同じ温度のクーリングプレートに乗せ、４０〜６０％の湿度雰囲気で室温に戻す。このときシリコンウエハとポリイミド膜の熱膨張率の違いによりウエハに反りが発生する（ポリイミド膜面が凹状となるように反り、反り量は数ｍｍ程度となる）。
（４）つぎに、２０％以下の湿度のデシケータで保管する（放置する）。この保管はウエハの反りが元に戻るまで（曲がりがなくなるまで）の時間が必要となる。
（５）フォトレジスト液をスピンコートなどの方法でポリイミド膜全面に塗布する。
（６）塗布したフォトレジスト液を７０〜１２０℃、１〜３分程度ベークして、フォトレジスト膜を形成する。
（７）室温と同じ温度のクーリングプレート（冷却板）に乗せ、４０から６０％の湿度雰囲気で室温に戻す。このときシリコンウエハとフォトレジスト膜およびポリイミド膜の熱膨張率の違いにより反りが再び発生する（ポリイミド膜のみの場合より反り量は大きくなる）。
（８）つぎに、２０％以下の湿度のデシケータで保管する（放置する）。この保管は反りが元に戻るまで（曲がりがなくなるまで）の時間が必要となる。
（９）フォトレジスト膜を露光させる。
（１０）露光させた後、現像によって所望の形状にフォトレジスト膜をパターニングし、そのフォトレジスト膜をマスクにポリイミド膜をパターニングする。
（１１）フォトレジスト膜を除去する。
（１２）ポリイミド膜を３００〜４００℃の高温で数時間ベークして硬化させ、保護膜としてのポリイミド膜を形成する。
【０００５】
ポリイミド液塗布後またはフォトレジスト液塗布後は、これに含まれている溶剤成分を揮発させるためにホットプレートでベークし、クーリングプレートで冷却に戻した後、数１０分から数時間で自然に反りが元に戻る（反りが０．５ｍｍ以内となる）。このときの雰囲気はクリーンルーム内で通常制御されている湿度（４０％〜６０％）であるか、あるいは窒素で充填された低湿度（２０％以下程度）のデシケータの中に保管されているのが普通である。
【０００６】
反りが元に戻り、露光時に必要とされる平面性が回復した後、次のフォトレジスト液塗布工程または露光工程に移ることが出来る。
その後、ポリイミド膜を残す部分と除去する部分をパターニングするため露光装置でフォトレジスト膜を露光させて現像工程で不要な部分を除去し、レジストを溶剤で除去してから最終的にポリイミド膜を硬化させて保護膜を形成する。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｔ．ｌａｓｋａ，ｅｔ．ａｌ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　１２ｔｈＩＳＰＳＤ２０００　ｐｐ３５５−３５８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、自然に反りが戻るまでの時間は長い場合で数時間にも及ぶことがあるが、反りが戻るまで次の（５）の工程であるフォトレジスト液塗布または（９）の工程である露光工程に移ることが出来ない。そのため、生産性が低下するという課題がある。搬送系の許容範囲を超える反りがウエハにあると、搬送時に装置各部への接触、ウエハ収納用キャリアに収納できないという課題がある。
【０００９】
この発明の目的は、ウエハの反りを短時間で解消できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド液を塗布する工程と、塗布後に該ポリイミド液に含有される溶剤成分を揮発させ、半硬化（ソフトベーク）させるために半導体ウエハを加熱する工程と、半硬化（ソフトベーク）したポリイミド膜が被覆された半導体ウエハを室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有する製造方法とする。
【００１１】
また、厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド膜を被覆する工程と、該ポリイミド膜上にフォトレジスト液を塗布する工程と、塗布後に該フォトレジスト液に含有される溶剤成分を揮発させるために半導体ウエハを加熱する工程と、硬化して形成されたフォトレジスト膜が被覆されたポリイミド膜付き半導体ウエハを室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有する製造方法とする。
【００１２】
また、厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド液を塗布する工程と、塗布後に該ポリイミド液に含有される溶剤成分を揮発させ、半硬化（ソフトベーク）させるために半導体ウエハを加熱する工程と、半硬化（ソフトベーク）したポリイミド膜が被覆された半導体ウエハを７０％以上の高湿度雰囲気中で室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有する製造方法とする。
【００１３】
また、厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド膜を被覆する工程と、該ポリイミド膜上にフォトレジスト液を塗布する工程と、塗布後に該フォトレジスト液に含有される溶剤成分を揮発させるために半導体ウエハを加熱する工程と、硬化して形成されたフォトレジスト膜が被覆されたポリイミド膜付き半導体ウエハを７０％以上の高湿度雰囲気中で室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有する製造方法とする。　また、前記高湿度を８０％以上とすると効果的である。
〔作用〕
前記したように、厚さが２００μｍ以下の薄膜ウエハ上にポリイミド液塗布またはフォトレジスト液塗布し、溶剤成分を揮発させるためのソフトベークをした後、クーリングプレートでの冷却あるいは室温の保管容器での雰囲気を７０％以上の高湿度にすることで、ソフトベークしたポリイミド膜またはフォトレジスト膜に水分を吸収（吸湿）させ、それらの膜を膨潤させることで、膜の引っ張り応力を低減させる。この応力低減により、ウエハの反りを短時間で元の状態に戻すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、保護膜形成プロセスのフローを示す図である。また、図２は図１のフローにおける半導体装置の主な製造工程断面図である。
（１）保護膜となるポリイミド液２をスピンコートで、２００μｍ以下の厚みのウエハ１上全面に塗布する。このポリイミド液２は、例えば、東レ社製ＳＰ８００シリーズ（または日立化成社製ＰＩＱなど）などである（図２（ａ））。
（２）塗布したポリイミド液２を７０〜１８０℃、１〜５分程度ベークして硬化させ、ポリイミド膜３を形成する。
（３）室温と同じ温度のクーリングプレート４に乗せ、７０％以上の湿度雰囲気で室温に戻す。このときウエハ１とポリイミド膜３の熱膨張率の違いによりウエハに反りが発生する（ポリイミド膜面が凹状となるように反り、その反り量は６インチウエハで数ｍｍ程度である）（図２（ｂ））。
（４）つぎに、室温で、７０％以上の湿度の保管容器５で保管する（放置する）。この保管はウエハ１の反りが元に戻るまで（曲がりがなくなるまで、元の状態に戻るまで）行う（この放置時間は数分から数十分程度で、従来の放置時間の半分以下である）（図２（ｃ））。
（５）フォトレジスト液６をスピンコートなどの方法でポリイミド膜２全面に塗布する。このフォトレジスト液６は、例えば、東京応化社製ＯＦＰＲ８００シリーズなどである（図２（ｄ））。
（６）塗布したフォトレジスト液６を７０〜１２０℃、１〜３分程度ベークしてフォトレジスト膜７を形成する。
（７）室温と同じ温度のクーリングプレート（冷却板）に乗せ、７０％以上の湿度雰囲気で室温に戻す。このときウエハ１とフォトレジスト膜７およびポリイミド膜３の熱膨張率の違いにより反りが再び発生する（ポリイミド膜のみの場合より反り量は大きくなる）（図２（ｅ））。
（８）つぎに、室温で、７０％以上の湿度の保管容器５で保管する（放置する）。この保管は反りが元に戻るまで（曲がりがなくなるまで）行う（ポリイミド膜のみの場合より多少時間が掛かるが、従来の放置時間の半分以下である）（図２（ｆ））。
（９）平坦になったフォトレジスト膜を露光する。
（１０）露光した後、現像によって所望の形状にフォトレジスト膜をパターニングし、そのフォトレジスト膜をマスクにポリイミド膜をパターニングする。
（１１）フォトレジスト膜を乳酸エチルなどを用いて除去する。
（１２）ポリイミド膜を３００〜４００℃の高温で数時間ベークして硬化させ、保護膜としてのポリイミド膜を形成する。
【００１５】
前記のように、ポリイミド液塗布またはフォトレジスト液塗布し、加熱硬化させた後のクーリングプレートによる冷却あるいは次の工程までの保管容器の雰囲気を通常のクリーンルーム（４５％から６０％）よりも高湿度（７０％以上で、高いほど効果が大きく８０％以上が望ましい）にすることで、ポリイミド膜またはフォトレジスト膜に早く水分を吸湿させ、それらの膜を膨潤させることで、膜の引っ張り応力を低減させる。この応力低減により、ウエハの反りを短時間で元の状態に戻すことができる。例えば、湿度５０％に対して８０％では、ウエハ反りの戻り時間（放置時間）を半分程度以下に短縮することができる。
【００１６】
また、（３）、（７）の工程でウエハの反りが元に戻っている場合は、（４）、（８）の工程は不要となる。つまり、この場合は反りを戻すための保管容器による保管時間（放置時間）は零となる。
尚、本来、保護膜には絶縁性能も要求されるため吸湿させることは絶縁性を低下させる要因にもなる可能性があり好ましいことではないとされるが、ポリイミドによる保護膜形成プロセスでは最終的に３００〜４００℃程度の高温でポリイミドを硬化させる必要があり、このときにこれまでポリイミド内に含まれていた水分も蒸発してしまうため、絶縁性低下の原因とはならない。
【００１７】
図３は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法で、保護膜形成プロセスのフローを示す図である。
図１との違いは、図１の（３）と（７）に相当する工程で、湿度を４０％から６０％にした点である。ウエハの反りが元に戻る時間は、図１の場合よりも多少多めに掛かるが、図１の（４）と（８）の工程により従来の場合と比べて大幅に短縮することができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上に保護膜としてのポリイミド膜を形成する工程で、ポリイミド液塗布後これに含まれる溶剤成分を揮発させ、硬化させるための加熱をした後、４０％から６０％の湿度で冷却し、さらに７０％以上の湿度で室温放置することで、ウエハの反りが元に戻る放置時間を短縮することができる。反りが元の状態に戻ることで、次工程のフォトプロセスが正常に実施できるようになる。
【００１９】
また、ポリイミド液塗布後これに含まれる溶剤成分を揮発させ、ソフトベークさせるための加熱をした後、７０％以上の湿度で冷却し、さらに７０％以上の湿度で室温放置することで、ウエハの反りが元に戻る放置時間をさらに短縮することができる。
また、前記工程の後のフォト工程において、フォトレジスト液を塗布後これに含まれる溶剤成分を揮発させるための加熱をした後、４０％から６０％の湿度で冷却し、さらに７０％以上の湿度で室温放置することで、ウエハの反りが元に戻る放置時間を短縮することができる。反りが元の状態に戻ることで、高精度の露光ができる。また、露光装置や現像装置など次工程の装置へウエハをスムーズに搬送することができる。
【００２０】
また、フォトレジスト液塗布後これに含まれる溶剤成分を揮発させるための加熱をした後、７０％以上の湿度で冷却し、さらに７０％以上の湿度で室温放置することで、ウエハの反りが元に戻る放置時間をさらに短縮することができる。
前記のように、ウエハの反りが元に戻る放置時間を短縮することで、製造コストを低減でき、また、ウエハの処理効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、保護膜形成プロセスのフローを示す図
【図２】図１の工程の主な半導体装置の製造工程断面図
【図３】この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法で、保護膜形成プロセスのフローを示す図
【図４】従来の薄膜化した半導体装置の製造方法であり、特に保護膜形成工程のフローを説明した図
【符号の説明】
１　　ウエハ
２　　ポリイミド液
３　　ポリイミド膜
４　　クーリングプレート
５　　保管容器
６　　フォトレジスト液
７　　フォトレジスト膜

Claims

厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド液を塗布する工程と、塗布後に該ポリイミド液に含有される溶剤成分を揮発させ、半硬化させるために半導体ウエハを加熱する工程と、半硬化したポリイミド膜が被覆された半導体ウエハを室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド膜を被覆する工程と、該ポリイミド膜上にフォトレジスト液を塗布する工程と、塗布後に該フォトレジスト液に含有される溶剤成分を揮発させるために半導体ウエハを加熱する工程と、硬化して形成されたフォトレジスト膜が被覆されたポリイミド膜付き半導体ウエハを室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド液を塗布する工程と、該塗布後に該ポリイミド液に含有される溶剤成分を揮発させ、半硬化させるために半導体ウエハを加熱する工程と、半硬化したポリイミド膜が被覆された半導体ウエハを７０％以上の高湿度雰囲気中で室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
厚さが２００μｍ以下の半導体ウエハ上にポリイミド膜を被覆する工程と、該ポリイミド膜上にフォトレジスト液を塗布する工程と、塗布後に該フォトレジスト液に含有される溶剤成分を揮発させるために半導体ウエハを加熱する工程と、硬化して形成されたフォトレジスト膜が被覆されたポリイミド膜付き半導体ウエハを７０％以上の高湿度雰囲気中で室温まで冷却する工程と、該半導体ウエハを室温で７０％以上の高湿度雰囲気中で保管する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記高湿度を８０％以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。