JP2004134487A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004134487A
JP2004134487A JP2002295852A JP2002295852A JP2004134487A JP 2004134487 A JP2004134487 A JP 2004134487A JP 2002295852 A JP2002295852 A JP 2002295852A JP 2002295852 A JP2002295852 A JP 2002295852A JP 2004134487 A JP2004134487 A JP 2004134487A
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Takanobu Ikeda
池田 貴宣
Masao Tomikawa
富川 真佐夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a very reliable semiconductor device through a simple manufacturing process, which is equipped with electrodes that are less contaminated. <P>SOLUTION: The semiconductor device is equipped with protruding electrodes used for external connection, and a protective film whose main component is heat-resistant resin having a thermal decomposition temperature of 300°C or above. Its manufacturing method comprises a first step of applying a positive-type photosensitive heat-resistant resin composition or its precursor composition on a semiconductor element where the protruding electrodes have been formed, a second step of making the whole surface of the semiconductor element undergo an exposure process, a third process of keeping developing the exposed semiconductor element until the surfaces of the protruding electrodes appear, and a fourth process of making the semiconductor element undergo a curing process. By this setup, the semiconductor device which is very dependable can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。特に、実装の小型化、薄膜化のために重要なバンプ構造を有した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体や電子機器などの小型化、薄膜化に伴い、半導体装置のパッド部分にバンプと言われる半田や金で形成された端子(凸電極)を形成し、これと基板を直接、面接合することがフリップチップ技術として行われている。
【0003】
このようなバンプを形成して接合する場合、半導体素子の回路を形成した後、半田や金によるバンプを形成して、これを実装することが広く行われている。しかし、このような方法では、半導体素子と基板の接合時に、半導体素子の内部を保護している窒化ケイ素などで形成されているパッシベーション膜が基板と接触してクラックが入ったり、電極が汚染され半導体素子の信頼性低下を起こすことの問題となっていた。
【0004】
これに対してポリイミドなどの耐熱性の有機樹脂による膜を形成して、パッシベーション膜を保護すること、電極に切削屑が入りにくくすることが行われている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、このような方法では、バンプとバンプ保護膜の間に隙間ができ、この隙間にウェハーをチップに切断した時に生じる屑が入る問題があり、また、バンプのパターン上にマスクを通して露光する必要があり、バンプの5〜100μm程度の段差のために必要な解像度が得られず、精度の良いパターンを形成することが困難であった。
【0005】
また、簡便な方法として、スクリーン印刷などの印刷法で保護膜を形成する方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。しかし、この方法でも、印刷の精度からバンプと保護膜の隙間を無くすことは出来ない。また、このようなスクリーン印刷用の材料は、通常、シリカやポリイミドなどの粒子が塗布液内に含まれており、これが異物となる可能性があり、信頼性上好ましくないものであった。
【0006】
また、バンプを形成後にポリイミドなどの耐熱性樹脂膜を形成し、この膜からバンプを露出させるためにバンプの先端を尖った形状にしたもの(例えば特許文献3参照)があるが、このようなバンプの形状では、そのまま外部基板との接合が難しく、このバンプと保護膜の上に再度、外部との接合のためのバンプを形成しており、工程が煩雑であった。
【0007】
また、バンプ形成後に、ポリイミドなどの耐熱性樹脂膜を形成して、その後、バンプ形成したウェハーの裏面を研磨した後、耐熱性樹脂膜を軽くエッチングすることでバンプを露出させるという方法が知られている(例えば特許文献4参照)。しかしこの方法では、簡便なウェットエッチングでは均一なエッチングが進みにくく、膜厚のバラツキが出やすくなること、ドライエッチングでは時間がかかること、またフッ素系の反応性のガスを使うとバンプ表面を汚染し、電気抵抗が上昇するなどの問題があった。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−274129号公報(1〜3頁)
【0009】
【特許文献2】
特開2000−323174号公報(11〜12頁)
【0010】
【特許文献3】
特開2002−110854号公報(3頁)
【0011】
【特許文献4】
特開平5−55278号公報(3頁)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
かかる状況に鑑み、本発明は、凸電極と保護膜の間に隙間を生じることなく、高い信頼性を与える凸電極付きの半導体素子を製造する方法、および半導体素子を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、外部接続用の凸電極を有し、かつ熱分解温度が300℃以上の耐熱性樹脂を主成分とする保護膜を有する半導体装置の製造方法であって、凸電極を形成した後の半導体素子に、ポジ型の感光性耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物を塗布した後、全面露光し、次いで、該凸電極の表面が現れるまで現像した後、キュアする半導体装置の製造方法である。
【0014】
また、別の本発明は、外部接続用の電極と保護膜を有する半導体装置であって、該保護膜から露出した電極と保護膜との間に隙間が存在せず、かつ、該電極表面のXPS法による酸素濃度が40原子%以下である半導体装置をその骨子とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明においては、半導体素子を公知の方法で形成し、その上に凸電極としてのバンプを形成する。バンプとしては、半田を用いる方法、金や銅を用いる方法などがあるが、これ以外の材料を用いても良い。このようなバンプの形成方法としては、蒸着法、メッキ法、ペースト印刷法などがあり、本発明はこれらのどの方法も使用することができる。これらの中で、本発明はバンプ形成後に耐熱性樹脂組成物を塗布、加工することから、反応性が低く、しかもキュアで変形しにくい金バンプを使うことが好ましい。
【0016】
凸電極としてのバンプ形成の後、ポジ型の感光性耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物を全面に略均一に塗布する。塗布方法としては、スピンコート、ディップ、スプレー、ポッティング、スリット塗布、電着、印刷などがあり、基板上に均一に塗布できるものであれば他にどのような方法で塗布しても良い。一般的にはスピンコート法が、均一性から好ましく使用される。
【0017】
ポジ型の感光性耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物は、塗布に供するため、好ましくは溶媒で希釈される。使用する溶媒は特に限定されないが、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ガンマブチロラクトン、ジメチルイミダゾリン等の双極性非プロトン溶媒が好ましく挙げられ、さらにプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、スルホラン、炭酸ジエチル、炭酸プロピレンなどの1種以上を使用することができる。溶媒希釈後の溶液は、略均一であることが好ましく、より好ましくは未溶解物が1%未満であることである。
【0018】
使用する耐熱性樹脂またはその前駆体としては、例えば、ポリイミド、ポリイミド前駆体(ポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリイソイミドなど)、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体(ポリヒドロキシアミド、ポリアゾメチンなど)、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾイミダゾール前駆体(ポリアミノアミドなど)、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾチアゾール前駆体(ポリチオフェノールアミドなど)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリスルホンなどがある。好ましい耐熱性樹脂前駆体の例を下記(1)式に示す。
【0019】
【化1】

Figure 2004134487
【0020】
(式中、Rは炭素数2〜30の2価から6価の有機基。Rは炭素数2〜40の2価から6価の有機基。R、Rは水素、炭素数1〜20の1価の有機基、酸またはアルカリにより脱離する基から選ばれる少なくとも1種を含む基。Y、Zは水酸基、エーテル基、アミノ基、アミド基、チオール基、チオエーテル基から選ばれれる少なくとも1種を含む1価の基、a、b、c、dは0〜4の整数であり、a+b+c+d>0。nは10から100万までの整数である)。
【0021】
本発明に使用する耐熱性樹脂またはその前駆体の製造方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
【0022】
本発明ではバンプの形成後に樹脂組成物を全体に覆うので、樹脂組成物の耐熱性は高いことが好ましい。耐熱性が低いと、例えば、熱処理中のバンプの有機物による汚染が問題になる。
【0023】
かかる理由から、本発明に使用する保護膜は、熱分解温度が300℃以上の耐熱性樹脂を主成分とする必要がある。ここで、主成分とは60モル%以上であることを言う。好ましくは、樹脂成分としては前記した耐熱性樹脂またはその前駆体組成物からなることであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の樹脂成分を添加してもかまわない。
【0024】
有機物がバンプの表面を汚染するとバンプの電気抵抗が大きくなる。この電気抵抗は、熱処理前のものに対して熱処理後に300%以内の上昇であることが好ましく、さらに好ましくは200%以下である。
【0025】
バンプの電気抵抗は、1KΩ以下であることが好ましく、さらに好ましくは500Ω以下である。電気抵抗が大きいと、外部への接続が不十分になり、製品の動作に問題が生じる傾向となる。
【0026】
電気抵抗が大きくなった場合、酸素プラズマ処理、アルゴン逆スパッタ処理、還元雰囲気での高温処理、酸、アルカリ、有機溶媒などによるウェット処理などによる電気抵抗を下げる工程を加えることは可能である。これらの処理は半導体業界では一般的なものである。
【0027】
バンプの汚染レベルは、XPS法(X線光電子分光法)を用い、バンプ表面の金属濃度、炭素濃度、酸素濃度などを測定することで測定可能である。バンプ表面の炭素濃度は40原子%以下が好ましく、さらに好ましくは30原子%以下である。
【0028】
また、XPS法によるバンプ表面の酸素濃度は40原子%以下が好ましい。酸素分が多いとバンプ表面から除去されにくく、固い金属酸化物を形成するので好ましくないのである。このような点から、バンプ表面の酸素濃度は35原子%以下がより好ましい。
【0029】
また、フッ素や硫黄は腐食の原因となるので、合計で10原子%以下、さらに好ましくは5原子%以下が好ましい。
【0030】
本発明に使用する耐熱性樹脂のガラス転移温度は240℃以上、400℃以下であることが好ましい。240℃未満では半田接合時に変形が起こり、バンプにストレスを与える恐れがあり、400℃を越えると下地基材との接着が悪くなり信頼性に問題が生じるためである。さらに好ましい範囲は250℃から380℃であり、特に好ましくは260℃から350℃である。ここで、ガラス転移温度の測定は昇温速度10℃/分で示差熱分析法(DSC法)による一般的な手法で求めることができる。
【0031】
バンプを均一に露出させるためには、耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物を露光した部分の溶解速度が大きくなるポジ型の感光性であることが必要である。ポジ型の感光性であることで、低照度の全面露光後に、現像においてバンプ表面が出るまで素早く溶解し、その後現像速度が大幅に低下するために、全面にわたり均一にバンプの露出した保護膜を得ることが出来るのである。
【0032】
ポジ型の感光性にするために感光剤を加える。感光剤としては特に限定されないが、光照射で酸が発生する感光剤が好ましく使用され、例えば、4−ナフトキノンジアジドスルホン酸、5−ナフトキノンジアジドスルホン酸、6−ナフトキノンジアジドスルホン酸のフェノール、ポリフェノール類とのエステル化合物、オニウム塩、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、スルホンイミド化合物などから選ばれる1種以上を耐熱性樹脂組成物に対して0.5〜40重量%混合することが好ましい。
【0033】
耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物を塗布後、溶媒の乾燥などのためにプリベーク工程を入れることができる。プリベークの条件としては、30℃から200℃の温度でホットプレートを使用する場合30秒から20分、オーブンを使用する場合5分〜2時間の範囲で好ましく処理することができる。
【0034】
この後、全面を露光する。露光する波長は、感光する感度のある範囲であればいずれでもかまわないが、高圧水銀灯のg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)などが好ましく用いられる。これ以外に超高圧水銀灯の紫外線(254nm)、KrFエキシマーによる紫外線(248nm)、ArFエキシマーによる紫外線(193nm)、Fエキシマーによる紫外線(157nm)、Arイオンレーザー(532nm)、キセノンランプ(連続光)などを用いることもできる。また、このような紫外線は1つの波長だけを選択的に照射することも、複数の波長を混合して照射することもできる。
【0035】
露光量としては特に限定されないが、低照度であることが好ましい。すなわち、現像後、バンプが表面から0.5μmから10μm程度露出することが良く、ポジ型の耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物が全て溶解するより少ない露光量を全面に照射する必要があるからである。このような露光量は、目標とする保護膜の膜厚により異なってくるが、一般のパターンを形成する場合の1/10〜1/2程度の露光量が好ましく用いられる。このように本発明ではマスクを必要としないばかりでなく、露光量も小さくできる。
【0036】
露光後、現像する。現像に使用する現像液は特に限定されないが、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、モノエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、コリンなどの有機アルカリ水溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの無機アルカリ水溶液、酢酸、安息香酸、シュウ酸などの有機酸の水溶液、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸の水溶液、双極性非プロトン溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ガンマブチロラクトンなどに、メタノール、エタノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類を混合したものなどが挙げられる。
【0037】
現像条件は特に限定されず、バンプ表面が現れるまで現像できる条件を適宜選択することができる。
【0038】
バンプ表面を現像で露出させた後、キュアする。ここで、キュアとは耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物からなる膜を熱処理、電磁波処理、薬品処理、紫外線処理などを行い、耐薬品性のある膜に変換する工程を言う。
【0039】
キュアとして、熱処理を行う場合、150℃から450℃の範囲でオーブンを使用する場合最高温度で5分〜2時間処理を行い、ホットプレート処理の場合最高温度で30秒から20分程度の処理を行うのが好ましい。 また、電磁波処理を行う場合、1GHz〜30GHz程度の高周波を出力10W〜10KWで5秒から1時間加えることが好ましい。
【0040】
熱処理、電磁波処理を行う雰囲気は特に限定されず、例えば、空気中や窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス中、不活性ガスに水素ガスが混合された還元ガス雰囲気中、真空中などで行うことが出来る。このような処理の時の圧力は、0.1torr以下の高真空下から1000気圧程度の高圧下までいずれでも行うことが出来る。
【0041】
また、キュアとして薬品による処理を行う場合、耐熱性樹脂前駆体組成物からなる膜の場合は、耐熱性樹脂前駆体を耐熱性樹脂に変換するための触媒を該薬品として用いることが好ましい。該触媒としては、例えば、ピリジン、トリエチルアミン、ピペリジン、イミダゾール、ピラゾール、テトラゾールなどの有機塩基、ホウ素塩類、リン酸、ポリリン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸などの酸化合物などが好ましく用いられる。反応させる温度としては、通常、常温から400℃程度で行う。雰囲気、圧力などは上記した熱処理と同様の条件を用いることができる。
【0042】
薬品による処理を行う場合、より耐薬品性を向上させるために、耐熱性樹脂を架橋させる化学処理を行うことが好ましい。このような化学処理に使用する化合物としては、例えば、ジメチロール化合物、ビスマレイミド類、ジエチニルベンゼン、アクリルモノマー類、アルコキシシラン類などを挙げることができる。これらの処理も温度を常温から400℃程度加え、雰囲気、圧力などは上記熱処理と同様の条件を用いることができる。
【0043】
紫外線を用いて架橋させて耐薬品性を向上させることもできる。このような紫外線としては、150nmから500nmまでの紫外線、電子線、γ線などを用いることができる。紫外線のエネルギーとしては10mJ/cm〜10J/cm程度のエネルギーを好ましく使用することができる。紫外線照射による架橋効率を高めるために、ジメチロール化合物、ビスマレイミド類、ジエチニルベンゼン、アクリルモノマー類、アルコキシシラン類などを加えることもできるし、増感剤としてビス(4−ジメチルアミノフェニル)ケトン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、オニウム塩などを添加することもできる。これらの処理も温度を常温から400℃程度加え、雰囲気、圧力などは上記熱処理と同様の条件を用いることができる。
【0044】
耐熱性樹脂の架橋が進行すると収縮ストレスが大きくなり、金属との接着性が低下傾向となる。これを改善し、金属との接着性を向上させるために、金属と錯体を形成する基と樹脂と反応する基の両方を有した化合物を組成物中に添加することも出来る。具体的には、例えば、金属と200℃以上の高温処理で錯体を形成するシアノ基、アミノ基、チオール基やそれらの誘導体基および耐熱性樹脂と反応するアミノ基、カルボキシル基、エステル基、水酸基、スルホニル基などを有した化合物を耐熱性樹脂に対して0.5〜20重量%添加する方法が好ましく用いられる。0.5%未満では効果が得にくく、20重量%を越えると、耐薬品性、耐熱性が低下傾向となり、クラックや、バンプの汚染の原因となることがある。これらの化合物として特に好ましいものは、ジシアノアニリン、ジチオ安息香酸、シアノフェノール、アミノシアノプロパン、アミノチオフェノール、チオシアノプロパン、エチレンジアミン、エチレンジアミンジアセテート、エチレンジアミン4酢酸、シアノフェニルスルホン酸、チオフェニルカルボン酸などがある。特に、アミノシアノプロパン、アミノチオフェノール、チオシアノプロパン、エチレンジアミン、エチレンジアミンジアセテートなどが好ましい。
【0045】
本発明の方法を用いると、露出した電極と保護膜との間に隙間が存在しない半導体装置を容易に製造することができる。
【0046】
次に本発明の半導体装置について説明する。
【0047】
本発明の半導体装置は、外部接続用の電極と保護膜を有する半導体装置であって、該保護膜から露出した電極と保護膜との間に隙間が存在せず、かつ、該電極表面のXPS法による酸素濃度が40原子%以下である半導体装置である。
【0048】
ここで、隙間が存在しないとは、窪みの存在を否定するものではない。窪みが存在する場合、その深さは好ましくは保護膜厚みの50%以下であり、より好ましくは30%以下である。
【0049】
本発明の半導体装置は、半導体素子をチップに切断する時に生じる切りくずが隙間に入らず、これによる不良が発生しない、また、バンプ以外の全面を保護膜で覆うことが出来るので、バンプの衝撃保護効果が大きく、より高い信頼性のある半導体素子を提供することが出来るのである。
【0050】
本発明の半導体装置は、例えば、上記した製造方法で容易に製造できるが、それに限定されない。
【0051】
保護膜としては、ポジ型の感光性を有する耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物をキュアして得られる保護膜であることが好ましい。
【0052】
本発明の半導体装置において、半導体素子上に冗長回路があり、これを動作テストにより切断する必要がある場合、その部分のみ保護膜を無くすことでレーザーなどにより冗長回路のヒューズを切断することもできる。この場合は、ヒューズ部分のみ保護膜の底まで十分反応させる露光を行い、その他は少量の露光を行うことで、一度の現像処理で必要なパターンを形成することができる。同様のことをスクライブ線などの形成にも使うことが出来る。
【0053】
このようにして保護膜を形成した後、半導体素子をチップに切ることが一般的であるが、チップに切断した素子に保護膜を上記方法で形成することも可能である。
【0054】
半導体素子の基板への実装方法は特に限定されないが、本発明の半導体装置の場合、フリップチップ接続で接続することが一般的である。
【0055】
本発明の半導体装置の用途は、例えば、小型液晶表示素子、薄膜が必要な液晶表示素子、ビデオカメラ、携帯電話、デジタルカメラなどに用いることができるが、これ以外にも使用可能である。
【0056】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中の耐熱性樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。
【0057】
(電極表面の酸素濃度の測定)
4インチシリコンウェハーに直径20μm、高さ10μmの金バンプを形成した基板を用意した。ここに感光性耐熱性樹脂組成物、感光性耐熱性樹脂前駆体組成物のワニスを大日本スクリーン製造(株)製の塗布現像装置SCW−636の塗布装置を用いて120℃で3分のプリベーク後の膜厚が12μmになるようにスピン塗布し、同じSCW−636のホットプレートを用いて120℃で3分間処理した。キャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501を用いて所定の条件で露光を行った。露光後、所定の現像液に所定時間浸漬して、パッドの頂上部を露出させ、その後、超純水でリンスした。
【0058】
このようにパターンを形成したウェハーを、光洋サーモシステム(株)製のイナートオーブンINH−21CDに入れ、酸素濃度20ppm以下の窒素ガス雰囲気で140℃で30分処理後、3.5℃/分で昇温し、250℃から350℃の範囲で60分処理した。
【0059】
このパターン形成により金の露出した部分をSSX−100(SSI社製)を用いて、励起X線に単結晶アルミのKα1,2線(1486.6eV)、X線径1mm、X線出力10kV、20mAで検出器の角度を45度にし、中性炭素のC1sピーク位置を284.6eVに合わせて金上に付着している元素の分析を行った。酸素のO1sに帰属されるピークは525evから535eVの範囲に現れる。
【0060】
(熱分解温度の測定)
4インチシリコンウェハーに感光性耐熱性樹脂組成物、感光性耐熱性樹脂前駆体組成物のワニスを大日本スクリーン製造(株)製の塗布現像装置SCW−636の塗布装置を用いて120℃で3分のプリベーク後の膜厚が8μmになるようにスピン塗布し、同じSCW−636のホットプレートを用いて120℃で3分間処理した。このウェハーを光洋サーモシステム(株)製のイナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後、昇温速度3.5℃/分で350℃まで上げ、350℃で1時間処理し、100℃以下になるまで自然冷却した。その後、ウェハーをオーブン内より取り出した。
【0061】
このウェハーのついたキュア膜を、47%フッ化水素酸(和光純薬(株)製、特級)に5分間浸漬した後、水道水で洗浄し、シリコンウェハから剥離し、ヤマト科学(株)製イナートオーブンDT−42を用いて、200℃で1時間加熱処理し、吸水した水を除去した。
【0062】
上記、耐熱性樹脂組成物のキュア膜約10mgを丸めて白金製のセルに入れて、(株)島津製作所製の熱重量分析装置TG−50に入れて、昇温速度10℃/分で室温から800℃の範囲で熱重量減少を測定し、重量減少が5%起こった点を熱分解温度とした。
【0063】
合成例1:ナフトキノンジアジド化合物1の合成
乾燥窒素気流下、4,47−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン)ビスフェノール(本州化学(株)製)21.2g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド(東洋合成(株)製)32.2g(0.12モル)を1,4−ジオキサン(林純薬(株)製)500gに溶解させ、40℃に加熱した。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン(和光純薬(株)製)12.1g(0.12モル)を系内の温度が45度以上にならないように滴下した。滴下後、40度で2時間攪拌した。副生したトリエチルアミンの塩酸塩を濾過し、ろ液を1%塩酸3lに投入させた。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。さらに、水10lで洗浄を2度繰り返し、50℃の真空乾燥機で20時間乾燥させ、ナフトキノンジアジド化合物を得た。
【0064】
合成例2:ナフトキノンジアジド化合物2の合成
乾燥窒素気流下、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン(本州化学(株)製)19.9g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド(東洋合成(株)製)34.9g(0.13モル)を1,4−ジオキサン(林純薬(株)製)500gに溶解させ、40℃に加熱した。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン(和光純薬(株)製)13.1g(0.13モル)を系内の温度が45度以上にならないように滴下した。滴下後40度で2時間攪拌した。副生したトリエチルアミンの塩酸塩を濾過し、ろ液を1%塩酸3lに投入させた。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。さらに、水10lで洗浄を2度繰り返し、50℃の真空乾燥機で20時間乾燥させ、ナフトキノンジアジド化合物を得た。
【0065】
合成例3:酸無水物1(TMDA)の合成
攪拌羽、温度計、窒素導入管を取り付けた、1Lの3つ口フラスコに2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(セントラル硝子(株)製、以下BAHFと略する)18.3g(0.05モル)をはかり入れ、アセトン(300mLに溶解させた。ここにグリシジルメチルエーテル(東京化成(株)製、以下GMEと略する)80g(0.91モル)を加え、溶液の温度を5℃に冷却した。ここに無水トリメリット酸クロリド(東京化成(株)製)21.1g(0.1モル)をアセトン(特級、佐々木化学薬品(株)製)200mLに溶解させた溶液を15分かけて、溶液の温度が10℃を越えないように滴下した。
【0066】
滴下後、5℃で2時間攪拌し、その後、30分かけて25℃にした。25℃で30分攪拌した後、ろ過を行い、黄色い沈殿物を回収した。集めた沈殿物をさらにアセトンで2回洗浄した。この沈殿を80℃の真空乾燥機で24時間乾燥させ、表記の酸無水物1(TMDA)を得た。
【0067】
合成例4:ジアミン1(HFHA)の合成
攪拌羽、温度計、窒素導入管を取り付けた、2Lの3つ口フラスコにBAHF18.3g(0.05モル)をはかり入れ、アセトン200mLに溶解させた。ここにGME80mL(0.91モル)を加えて溶液の温度を5℃に冷却した。ここに3−ニトロ安息香酸クロリド(東京化成(株)製)18.6g(0.1モル)をアセトン200mLに溶解させた溶液を15分かけて、溶液の温度が10℃を越えないように滴下した。
【0068】
滴下後、5℃で2時間攪拌し、その後、30分かけて25℃にした。25℃で30分攪拌した後、ろ過を行い、沈殿物を回収した。集めた沈殿物をさらにアセトンで2回洗浄した。この沈殿を安息香酸メチルで再結晶し、100℃の真空乾燥機で48時間乾燥し、白色粉体33gを得た。
【0069】
白色粉体13.4gをはかり取り、テトラヒドロフラン(和光純薬(株)製)100mLとメタノール(片山化学(株)製)50mLの混合溶媒を40℃にして溶解させた。ここに5%パラジウム−炭素(和光純薬(株)製)0.2gを加え、飽水ヒドラジン(和光純薬(株)製)8gを30分かけて徐々に滴下した。その後、溶液の温度を40℃のまま4時間攪拌を続けた。
【0070】
その後、ろ過によりパラジウム−炭素を除去し、水1Lに投入して、薄黄色の沈殿を得た。これをろ過で集め、さらに水、メタノールで洗浄し、80℃の真空乾燥機で48時間乾燥させ、HFHAを得た。
【0071】
実施例1
乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山精化(株)製)19.0g(0.095モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学(株)製、APDS)1.24g(0.005モル)をN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学(株)製、NMP)50gに40℃で溶解させた。ここに合成例1で合成したTMDA71.4g(0.1モル)を一度に加えた。40℃で2時間攪拌を続けた後、ジメチルホルムアミドジメチルアセタール(三菱レーヨン(株)製、DMA)11.9g(0.1モル)をNMP30mLで希釈した溶液を10分かけて滴下した。
【0072】
滴下終了後、40℃で2時間攪拌を続け、その後酢酸10mLを加え、過剰なDMAを分解した。その後、水1Lに投入し白色沈殿を得た。この沈殿をろ過で集め、その後、水で2回洗浄した。洗浄後の沈殿を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥させポリマー1を得た。このポリマー1を10gはかり取り、合成例1で合成した感光剤2g、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン1gをガンマブチロラクトン(三菱化学(株)製、GBL)20gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0073】
この溶液をバンプを形成したウェハーに120℃で3分のホットプレート処理後の膜厚が12μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、120℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0074】
このウェハーをキャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で30mJ/cmの露光を全面に均一に行った。
【0075】
本ウェハーを23℃の2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に入れ、1分間エッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、280℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。このようにして作成したバンプ表面の炭素濃度は30原子%、酸素濃度は31原子%であった。このものの熱分解温度は530℃であった。
【0076】
実施例2
乾燥窒素気流下、合成例4で合成したHFHA27.2g(0.045モル)、APDS 1.24g(0.005モル)をNMP50gに40℃で溶解させた。ここに合成例2で合成した3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物15.1g(マナック(株)製、0.05モル)を一度に加えた。40℃で2時間攪拌を続けた後、ジメチルホルムアミドジメチルアセタールDMA11.9g(0.1モル)をNMP30mLで希釈した溶液を10分かけて滴下した。
【0077】
滴下終了後、40℃で2時間攪拌を続け、その後酢酸10mLを加え、過剰なDMAを分解した。その後、水1Lに投入し白色沈殿を得た。この沈殿をろ過で集め、その後水で2回洗浄した。洗浄後の沈殿を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥させポリマー2を得た。このポリマー2を10gはかり取り、合成例1で合成した感光剤2g、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン1gをGBL20gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0078】
この溶液をバンプを形成したウェハーに120℃で3分のホットプレート処理後の膜厚が12μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、120℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0079】
このウェハーをキャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で30mJ/cmの露光を全面に均一に行った。
【0080】
本ウェハーを23℃の2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に入れ、1分間エッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、280℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。このようにして作成したバンプ表面の炭素濃度は30原子%、酸素濃度は31原子%であった。このものの熱分解温度は520℃であった。
【0081】
実施例3
乾燥窒素気流下、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール27.0g(HBT、黒金化成(株)製、0.2モル)、トリエチルアミン20.2g(東京化成(株)製、0.2モル)をNMP200gに溶解し、3℃に冷却した。この溶液に4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリド29.5g(DEDC、日本農薬(株)製、0.1モル)をアセトン100gに溶解させた溶液を内温が10℃を越えないように滴下した。この溶液を3℃で2時間攪拌し、その後室温に上昇して30分攪拌を続けた。攪拌終了後、溶液をろ過して反応して副生したトリエチルアミンの塩酸塩を除き、ろ液をエバポレーターでアセトンを除去して濃縮した。この濃縮した溶液を水1Lに投入して、白色沈殿を得た。この沈殿をろ過で集め、2度水とメタノールで洗浄し、50度の真空乾燥機で24時間乾燥した、DEDCのHBTエステルを得た。
【0082】
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.05モル)、DEDCのHBTエステル23.6g(0.05モル)をNMP150g、ピリジン10gに溶解させ、70度で6時間攪拌を続けた。攪拌終了後、溶液を室温に戻し、水3Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を水3Lで洗浄し、50度の真空乾燥機で48時間乾燥し、ポリヒドロキシアミド(ポリベンゾオキサゾール前駆体)のポリマー粉体を得た。
【0083】
このポリヒドロキシアミド10g、合成例1で合成した感光剤2g、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン1gをGBL20gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0084】
この溶液をバンプを形成したウェハーに120℃で3分のホットプレート処理後の膜厚が12μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、120℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0085】
このウェハーをキャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で30mJ/cmの露光を全面に均一に行った。
【0086】
本ウェハーを23℃の2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に入れ、45秒間エッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、320℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリベンゾオキサゾール膜を得た。
【0087】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。バンプ表面の炭素濃度は20原子%、酸素濃度は35原子%であった。このものの熱分解温度は480℃であった。
【0088】
実施例4
乾燥窒素気流下、3,3’,4,4’−テトラアミノベンチジン10.7g(東京化成(株)製、0.05モル)、実施例3で得たDEDCのHBTエステル23.6g(0.05モル)をNMP200g、ピリジン10gに溶解させ、70度で6時間攪拌を続けた。その後、溶液を40℃にして、N−アセチルイミダゾール8.8g(東京化成(株)製、0.08モル)を加え、40℃で4時間攪拌続けた。溶液を室温に戻し、水3Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を水3Lで洗浄し、50度の真空乾燥機で48時間乾燥し、部分的にアセチル化されたポリアミノアミド(ポリベンズイミダゾール前駆体)のポリマー粉体を得た。
【0089】
このポリアミノアミド10g、光塩基発生剤としてANC−01(みどり化学(株)製)0.5gをNMP30gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0090】
この溶液をバンプを形成したウェハーに100℃で4分のホットプレート処理後の膜厚が12μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、100℃×4分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0091】
このウェハーをキャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で2J/cmの露光を全面に均一に行った。露光後、再度ホットプレートで100℃×1分の加熱を行った。
【0092】
本ウェハーを23℃の1%の塩酸水溶液に入れ、90秒間エッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、280℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリベンズイミダゾール膜を得た。
【0093】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。バンプ表面の炭素濃度は22原子%、酸素濃度は35原子%であった。このものの熱分解温度は530℃であった。
【0094】
実施例5
乾燥窒素気流下、ポリエーテルイミド(日本GEプラスティックス(株)製、ウルテム−1000)10g、合成例1で合成した感光剤2g、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン1gをNMP30gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0095】
この溶液をバンプを形成したウェハーに100℃で3分のホットプレート処理後の膜厚が12μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、100℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0096】
このウェハーをキャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で1J/cmの露光を全面に均一に行った。露光後、再度ホットプレートで100℃×1分の加熱を行った。
【0097】
本ウェハーを23℃の5%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にNMPを20%混合した現像液に入れ、120秒間エッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、250℃で1時間処理した。
【0098】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。バンプ表面の炭素濃度は30原子%、酸素濃度は20原子%であった。このものの熱分解温度は460℃であった。
【0099】
実施例6
乾燥空気気流下、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸2無水物15.5g(マナック(株)製、0.05モル)、3−ヒドロキシフェニルエタノール13.8g(東京化成(株)製、0.1モル)をガンマブチロラクトン200mlとピリジン7.9g(東京化成(株)製、0.1モル)を加え、50℃で6時間攪拌を続けた。その後、溶液を−10℃に冷却して、ジシクロヘキシルカルボジイミド20.6g(東京化成(株)製、0.1モル)をガンマブチロラクトン200mlに溶解した溶液を内部の温度が0℃を越えないように滴下していった。滴下終了後、−10℃で30分攪拌を続け、その後温度を徐々に上げていき、20℃にした。20℃で4,4’−ジアミノジフェニルエーテル5.1g(和歌山製化(株)製、0.04モル)、3,5−ジアミノ安息香酸(東京化成(株)製、0.01モル)を加えた。このまま、20℃で2時間、その後40℃で2時間攪拌を続けた。攪拌終了後、ろ過して反応で生じた副生物を除去し、この溶液を水10Lに投入して、白色沈殿を得た。この沈殿をろ過で集めて、さらに水5Lで洗浄した。この白色沈殿を50℃の真空乾燥機で48時間乾燥して、ポリアミド酸エステルの粉体を得た。
【0100】
ポリアミド酸エステル10g、合成例1で合成した感光剤1 2g、ジフェニルヨードトリフレート0.1g(みどり化学(株)製)をNMP20gに溶解させた。この溶液を、1μmのメンブレンフィルターでろ過した。
【0101】
この溶液をバンプを形成したウェハーに110℃で3分のベーク後の膜厚が10μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、110℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0102】
キャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で100mJ/cmの露光を行った。露光終了後、本ウェハーをSCW−636の現像装置を用いて、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて1分間浸漬して、バンプの表面を露出させた。
【0103】
50L/分の流量で窒素の流れた光陽サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、300℃で1時間を処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。
【0104】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。バンプ表面の炭素濃度は35原子%、酸素濃度は35原子%であった。このものの熱分解温度は440℃であった。
【0105】
比較例1
乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山製化(株)製、0.095モル)19.0g、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(東レダウコーニングシリコーン(株)製、0.005モル)1.2gをNMP200gに40℃で溶解させた。ここに無水ピロメリット酸10.9g(ダイセル化学(株)製、0.05モル)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物16.1g(ダイセル化学(株)製、0.05モル)を一度にNMP50mlとともに加えた。40℃で2時間攪拌し、その後、75℃で3時間攪拌を続けた。反応終了後、1μmのメンブレンフィルターでろ過した。
【0106】
この溶液をバンプを形成したウェハーに130℃で3分のベーク後の膜厚が10μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、130℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。このウェハーの上にポジ型フォトレジストOFPR−800(東京応化(株)製)を100℃で90秒のベーク後の膜厚が2μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、100℃×90秒のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0107】
キャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で200mJ/cmの露光をバンプとその周囲10μmの部分にだけ紫外線が照射できるマスクを通して行った。これにより、バンプとその周囲10μmだけが露光される。露光終了後、本ウェハーを23℃の2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に入れ、2分30秒間、上層部のポジ型フォトレジストをマスクにエッチングした。その後水でリンスし、50L/分の流量で窒素の流れた光陽サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、350℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。
【0108】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。
【0109】
本法で作成したウェハーからチップ上に切断する際に、削り屑の一部が、バンプとポリイミドの保護膜の間に入り込んでおり、半導体チップ表面を傷つける恐れがあった。このバンプ表面の炭素濃度は30原子%であったが、酸素濃度は45原子%と多くなっていた。このものの熱分解温度は560℃であった。
【0110】
比較例2
バンプとその周囲1μmの部分にだけ紫外線が照射できるマスクを通して行った以外は比較例1と同じ条件でバンプ形成したウェハー上にポリイミド膜を形成した。本法で作成したバンプ上には、ポリイミドが部分的に付着しており、評価することが出来なかった。
【0111】
比較例3
乾燥空気気流下、無水ピロメリット酸10.9g(ダイセル化学(株)製、0.05モル)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物16.1g(ダイセル化学(株)製、0.05モル)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート27.6g(東京化成(株)製、0.2モル)をガンマブチロラクトン200mlとピリジン15.8g(東京化成(株)製、0.2モル)を加え、50℃で6時間攪拌を続けた。その後、溶液を−10℃に冷却して、ジシクロヘキシルカルボジイミド41.2g(東京化成(株)製、0.2モル)をガンマブチロラクトン200mlに溶解した溶液を内部の温度が0℃を越えないように滴下していった。滴下終了後、−10℃で30分攪拌を続け、その後温度を徐々に上げていき、20℃にした。20℃で4,4’−ジアミノジフェニルエーテル20.0g(和歌山製化(株)製、0.1モル)を加えた。このまま、20℃で2時間、その後40℃で2時間攪拌を続けた。攪拌終了後、ろ過して反応で生じた副生物を除去し、この溶液を水10Lに投入して、白色沈殿を得た。この沈殿をろ過で集めて、さらに水5Lで洗浄した。この白色沈殿を50℃の真空乾燥機で48時間乾燥して、ポリアミド酸エステルの粉体を得た。
【0112】
ポリアミド酸エステル10g、N−フェニルグリシン0.2g(東京化成(株)製)、イルガキュア369 0.2g(チバスペシャリティーケミカル(株)製)、エチレングリコールジメタクリレート1g(新中村化学(株)製)をNMP20gに溶解させた。この溶液を、1μmのメンブレンフィルターでろ過した。
【0113】
この溶液をバンプを形成したウェハーに95℃で3分のベーク後の膜厚が10μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、95℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0114】
キャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で200mJ/cmの露光をバンプとその周囲10μmの部分にだけ覆われ、他は通すマスクを通して行った。これにより、バンプとその周囲10μmだけが露光されない。露光終了後、本ウェハーをSCW−636の現像装置を用いて、NMPが60部、キシレンが37部、水が3部の現像液をウェハーを2000回転で回転させながらスプレーで60秒間噴霧した。その後、イソプロピルアルコールを10秒間2000回転で回転させながらスプレー噴霧し、最後に3000回転で回転して乾燥させ、バンプだけポリイミド前駆体膜の無いパターンを形成した。
【0115】
50L/分の流量で窒素の流れた光陽サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで170℃で30分、その後5℃/分で昇温し、380℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。
【0116】
本法で作成したウェハーからチップ上に切断する際に、削り屑の一部が、バンプとポリイミドの保護膜の間に入り込んでおり、半導体チップ表面を傷つける恐れがあった。このバンプ表面の炭素濃度は45原子%、酸素濃度は50原子%と非常に多かった。このものの熱分解温度は520℃であった。
【0117】
比較例4
乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山製化(株)製、0.12モル)24.2gをNMP150gに40℃で溶解させた。ここに無水ピロメリット酸26.4g(ダイセル化学(株)製、0.12モル)を加えた。40℃で2時間攪拌し、その後、トルエン(和光純薬(株)製)50mlを加えて、150℃で4時間、共沸で系外に出てくる水とトルエンを除きながら攪拌を続けた。反応終了後、溶液を攪拌したまま30℃以下に冷却した。4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山製化(株)製、0.095モル)19.0g、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(東レダウコーニングシリコーン(株)製、0.005モル)1.2gを溶解させ、ここに3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸2無水物31.0g(マナック(株)製、0.1モル)をNMP20mlとともに加え、50℃で4時間攪拌した。
【0118】
この溶液をバンプを形成したウェハーにスクリーン印刷機を用いて、バンプの部分とその周囲10μmの部分に塗布されないようにしたステンレス製のスクリーンを用いて、硬化後の膜厚が20μmになるように塗布した。
【0119】
このウェハーを50L/分の流量で窒素の流れた光陽サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで80℃で60分、その後5℃/分で昇温し、350℃で1時間処理することでウェハー上に耐熱性樹脂であるポリイミド膜を得た。
【0120】
この後、ヤマト科学(株)製プラズマリアクターPR−500を用いて、圧力1torr、酸素流量5sccm、高周波出力300Wで5分間酸素プラズマ処理を行った。
【0121】
本法で作成したウェハーからチップ上に切断する際に、削り屑の一部が、バンプとポリイミドの保護膜の間に入り込んでおり、半導体チップ表面を傷つける恐れがあった。また、スクリーン印刷の精度が十分でなく、一部のバンプの表面にポリイミドが付着しており、電気抵抗が測定できないバンプがあった。このバンプ表面の炭素濃度は20〜40原子%、酸素濃度は30〜45原子%とバラツキが大きく、全体的に酸素分が多めであった。このものの熱分解温度は540℃であった。
【0122】
比較例5
カルボキシル基と不飽和基を有したアクリル樹脂であるサイクロマーP ACA200(ダイセル化学(株)製)10g、合成例1で合成した感光剤3g、1,1,2,2−テトラ(4−ヒドロキシフェニル)エタン1g、架橋剤としてヘキサメトキシメチルメラミン(三井サイテック(株)製、サイメル300)1gをガンマブチロラクトン(GBL)10gとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート10gに溶解させた。溶解した後、1μmのメンブレンフィルターでろ過をした。
【0123】
この溶液をバンプを形成したウェハーに95℃で3分のベーク後の膜厚が10μmになるように大日本スクリーン製造(株)製のSCW−636のコーターを用いてスピンコートした。スピンコート後、95℃×3分のホットプレート処理をSCW−636のホットプレートを用いて行った。
【0124】
キャノン(株)製コンタクトアライナーPLA−501Aを用いて、365nm、405nm、436nmの紫外線が混合した状態で、365nmの測定で50mJ/cmの露光を行った。露光終了後、23℃の0.5%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に1分間浸漬してバンプ表面を露出させた。
【0125】
50L/分の流量で窒素の流れた光洋サーモシステム製イナートオーブンINH−21CDで200℃で30分処理することでウェハー上に架橋して耐熱性を向上させたアクリル樹脂膜を得た。
【0126】
このバンプ表面の炭素濃度は50原子%、酸素濃度は40原子%と非常に多かった。このものの熱分解温度は280℃と低かった。
【0127】
【発明の効果】
本発明により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a bump structure which is important for miniaturization and thinning of mounting.
[0002]
[Prior art]
As semiconductors and electronic devices become smaller and thinner, terminals (convex electrodes) made of solder or gold, called bumps, are formed on the pads of semiconductor devices, and these are directly surface-bonded to the substrate. Has been implemented as flip chip technology.
[0003]
When such a bump is formed and joined, it is widely practiced to form a bump of solder or gold after forming a circuit of a semiconductor element, and to mount the bump. However, in such a method, when the semiconductor element and the substrate are joined, the passivation film formed of silicon nitride or the like that protects the inside of the semiconductor element comes into contact with the substrate, causing cracks or contamination of the electrodes. There has been a problem that the reliability of the semiconductor element is reduced.
[0004]
On the other hand, a film made of a heat-resistant organic resin such as polyimide is formed to protect the passivation film and to prevent cutting chips from entering the electrode (for example, see Patent Document 1). However, in such a method, a gap is formed between the bump and the bump protective film, and there is a problem that dust generated when the wafer is cut into chips enters the gap. In addition, it is necessary to expose the bump pattern through a mask. The required resolution was not obtained due to the step of about 5 to 100 μm of the bump, and it was difficult to form an accurate pattern.
[0005]
Further, as a simple method, a method of forming a protective film by a printing method such as screen printing has been proposed (for example, see Patent Document 2). However, even with this method, the gap between the bump and the protective film cannot be eliminated due to the printing accuracy. In addition, such a material for screen printing usually contains particles such as silica and polyimide in a coating liquid, which may become foreign matters, and is not preferable in terms of reliability.
[0006]
Further, there is a method in which a heat-resistant resin film such as polyimide is formed after the bump is formed, and the tip of the bump is sharpened in order to expose the bump from the film (for example, see Patent Document 3). With the shape of the bump, it is difficult to bond the bump to the external substrate as it is, and a bump for bonding to the outside is formed again on the bump and the protective film, and the process is complicated.
[0007]
Also, a method is known in which a heat-resistant resin film such as polyimide is formed after bump formation, and then the back surface of the bumped wafer is polished, and then the heat-resistant resin film is lightly etched to expose the bumps. (For example, see Patent Document 4). However, with this method, uniform etching is difficult to proceed with simple wet etching, and the film thickness tends to vary, dry etching takes time, and the use of fluorine-based reactive gas contaminates the bump surface. However, there are problems such as an increase in electric resistance.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-274129 A (pages 1 to 3)
[0009]
[Patent Document 2]
JP 2000-323174 A (pages 11 to 12)
[0010]
[Patent Document 3]
JP-A-2002-110854 (p. 3)
[0011]
[Patent Document 4]
JP-A-5-55278 (page 3)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In view of such a situation, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor element with a convex electrode that provides high reliability without generating a gap between the convex electrode and the protective film, and a semiconductor element.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a convex electrode for external connection and a protective film having a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or higher and a heat-resistant resin as a main component, wherein the convex electrode is formed. After applying the positive photosensitive heat-resistant resin composition or its precursor composition to the subsequent semiconductor element, exposing the entire surface, and then developing until the surface of the convex electrode appears, then curing the semiconductor device. It is a manufacturing method.
[0014]
Another aspect of the present invention is a semiconductor device having an electrode for external connection and a protective film, wherein no gap exists between the electrode exposed from the protective film and the protective film, and A semiconductor device whose oxygen concentration by the XPS method is 40 atomic% or less is the main feature.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, a semiconductor element is formed by a known method, and a bump as a convex electrode is formed thereon. As the bump, there are a method using solder, a method using gold and copper, and the like, but other materials may be used. As a method for forming such a bump, there are a vapor deposition method, a plating method, a paste printing method and the like, and the present invention can use any of these methods. Among these, in the present invention, since the heat-resistant resin composition is applied and processed after the formation of the bump, it is preferable to use a gold bump having low reactivity and being hard to be deformed.
[0016]
After the formation of the bumps as the convex electrodes, a positive photosensitive heat-resistant resin composition or a precursor composition thereof is applied substantially uniformly over the entire surface. Examples of the application method include spin coating, dip, spray, potting, slit application, electrodeposition, and printing, and any other method may be used as long as it can be applied uniformly on the substrate. Generally, a spin coating method is preferably used from the viewpoint of uniformity.
[0017]
The positive photosensitive heat-resistant resin composition or its precursor composition is preferably diluted with a solvent in order to be used for coating. Although the solvent to be used is not particularly limited, for example, dipolar aprotic solvents such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, gamma-butyrolactone, and dimethylimidazoline are preferable. Further, one or more of propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, cyclohexanone, cyclopentanone, sulfolane, diethyl carbonate, and propylene carbonate can be used. The solution after solvent dilution is preferably substantially uniform, and more preferably less than 1% of undissolved matter.
[0018]
As the heat-resistant resin or its precursor to be used, for example, polyimide, polyimide precursor (polyamic acid, polyamic acid ester, polyisoimide, etc.), polybenzoxazole, polybenzoxazole precursor (polyhydroxyamide, polyazomethine, etc.), Examples include polybenzimidazole, a polybenzimidazole precursor (such as polyaminoamide), polybenzothiazole, a polybenzothiazole precursor (such as polythiophenolamide), polyetherimide, polyetherketone, and polysulfone. Preferred examples of the heat-resistant resin precursor are shown in the following formula (1).
[0019]
Embedded image
Figure 2004134487
[0020]
(Where R 1 Is a divalent to hexavalent organic group having 2 to 30 carbon atoms. R 2 Is a divalent to hexavalent organic group having 2 to 40 carbon atoms. R 3 , R 4 Is a group containing at least one selected from hydrogen, a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, and a group eliminated by an acid or alkali. Y and Z are a hydroxyl group, an ether group, an amino group, an amide group, a thiol group, a monovalent group containing at least one selected from thioether groups, a, b, c, and d are integers of 0 to 4, a + b + c + d> 0. n is an integer from 10 to 1,000,000).
[0021]
The method for producing the heat-resistant resin or its precursor used in the present invention is not particularly limited, and a known method can be used.
[0022]
In the present invention, since the resin composition is entirely covered after the formation of the bumps, the resin composition preferably has high heat resistance. If the heat resistance is low, for example, contamination of the bumps by an organic substance during the heat treatment becomes a problem.
[0023]
For this reason, the protective film used in the present invention needs to contain a heat-resistant resin having a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or higher as a main component. Here, the main component means that it is 60 mol% or more. Preferably, the resin component is composed of the above-described heat-resistant resin or a precursor composition thereof, but other resin components may be added as long as the effects of the present invention are not impaired.
[0024]
When an organic substance contaminates the surface of the bump, the electrical resistance of the bump increases. This electric resistance preferably increases by 300% or less after heat treatment, more preferably 200% or less, before heat treatment.
[0025]
The electric resistance of the bump is preferably 1 KΩ or less, more preferably 500 Ω or less. If the electric resistance is large, the connection to the outside becomes insufficient, and a problem tends to occur in the operation of the product.
[0026]
When the electric resistance increases, it is possible to add a step of lowering the electric resistance by oxygen plasma treatment, argon reverse sputtering treatment, high-temperature treatment in a reducing atmosphere, wet treatment with an acid, alkali, organic solvent, or the like. These processes are common in the semiconductor industry.
[0027]
The contamination level of the bump can be measured by measuring the metal concentration, the carbon concentration, the oxygen concentration, and the like on the bump surface by using the XPS method (X-ray photoelectron spectroscopy). The carbon concentration on the bump surface is preferably at most 40 at%, more preferably at most 30 at%.
[0028]
The oxygen concentration on the bump surface by the XPS method is preferably 40 atomic% or less. If the oxygen content is high, it is difficult to remove from the bump surface, and a hard metal oxide is formed, which is not preferable. From such a point, the oxygen concentration on the bump surface is more preferably 35 atomic% or less.
[0029]
Further, since fluorine and sulfur cause corrosion, the total content is preferably 10 atomic% or less, more preferably 5 atomic% or less.
[0030]
The glass transition temperature of the heat-resistant resin used in the present invention is preferably 240 ° C. or more and 400 ° C. or less. If the temperature is lower than 240 ° C., deformation occurs at the time of soldering, which may give stress to the bumps. If the temperature is higher than 400 ° C., the adhesion to the underlying substrate is deteriorated, which causes a problem in reliability. A more preferred range is from 250 ° C to 380 ° C, particularly preferably from 260 ° C to 350 ° C. Here, the glass transition temperature can be measured by a general method using a differential thermal analysis (DSC) at a heating rate of 10 ° C./min.
[0031]
In order to uniformly expose the bumps, it is necessary that the photosensitive composition be a positive type in which the dissolution rate of the exposed portion of the heat-resistant resin composition or its precursor composition increases. Positive photosensitivity means that after low-illumination full-surface exposure, the bump quickly dissolves during development until the bump surface comes out, and then the development speed drops significantly. You can get it.
[0032]
A photosensitizer is added to make a positive type photosensitivity. The photosensitizer is not particularly limited, but a photosensitizer which generates an acid upon irradiation with light is preferably used. And at least one compound selected from the group consisting of an ester compound, an onium salt, a halogen-containing compound, a diazoketone compound, a diazomethane compound, a sulfone compound, a sulfonate compound, and a sulfonimide compound with respect to the heat-resistant resin composition. It is preferable to mix by weight%.
[0033]
After the application of the heat-resistant resin composition or its precursor composition, a pre-bake step can be performed for drying the solvent and the like. Prebaking conditions are preferably 30 seconds to 20 minutes when using a hot plate at a temperature of 30 ° C. to 200 ° C., and 5 minutes to 2 hours when using an oven.
[0034]
Thereafter, the entire surface is exposed. The wavelength to be exposed may be any wavelength as long as the sensitivity is sufficient, but g-line (436 nm), h-line (405 nm), i-line (365 nm) of a high-pressure mercury lamp is preferably used. In addition, ultraviolet light (254 nm) of an ultra-high pressure mercury lamp, ultraviolet light (248 nm) by KrF excimer, ultraviolet light (193 nm) by ArF excimer, F 2 Ultraviolet light (157 nm) by an excimer, Ar ion laser (532 nm), a xenon lamp (continuous light), or the like can also be used. Further, such ultraviolet rays can be selectively irradiated with only one wavelength, or can be irradiated by mixing a plurality of wavelengths.
[0035]
The exposure amount is not particularly limited, but is preferably low illuminance. That is, after development, the bumps are preferably exposed from the surface by about 0.5 μm to 10 μm, and it is necessary to irradiate the entire surface with a smaller exposure amount than the positive heat-resistant resin composition or its precursor composition is completely dissolved. Because there is. Such an exposure amount varies depending on a target film thickness of the protective film, but an exposure amount of about 1/10 to 1/2 that in the case of forming a general pattern is preferably used. As described above, according to the present invention, not only the mask is not required but also the exposure amount can be reduced.
[0036]
After exposure, develop. The developer used for the development is not particularly limited. For example, an aqueous solution of an organic alkali such as tetramethylammonium hydroxide, monoethanolamine, diethylaminoethanol, or choline, or an inorganic solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, or sodium carbonate. Alkaline aqueous solution, aqueous solution of organic acid such as acetic acid, benzoic acid and oxalic acid, aqueous solution of inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide which are dipolar aprotic solvents , N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, gamma-butyrolactone, alcohols such as methanol, ethanol, diacetone alcohol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, methyl ethyl Ketones such as ketone, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, a mixture of esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate.
[0037]
The development conditions are not particularly limited, and conditions under which development can be performed until a bump surface appears can be appropriately selected.
[0038]
After the bump surface is exposed by development, it is cured. Here, curing refers to a step of subjecting a film made of a heat-resistant resin composition or a precursor composition thereof to heat treatment, electromagnetic wave treatment, chemical treatment, ultraviolet treatment, or the like, to convert the film into a chemical-resistant film.
[0039]
As a cure, when performing heat treatment, when using an oven in the range of 150 ° C. to 450 ° C., perform the treatment at the maximum temperature for 5 minutes to 2 hours, and in the case of the hot plate treatment, perform the treatment at the maximum temperature for about 30 seconds to 20 minutes. It is preferred to do so. When performing electromagnetic wave treatment, it is preferable to apply a high frequency of about 1 GHz to 30 GHz at an output of 10 W to 10 kW for 5 seconds to 1 hour.
[0040]
The atmosphere in which the heat treatment and the electromagnetic wave treatment are performed is not particularly limited. For example, the treatment is performed in air, in an inert gas such as nitrogen, argon, or helium, in a reducing gas atmosphere in which a hydrogen gas is mixed with an inert gas, in a vacuum, or the like. I can do it. The pressure at the time of such a process can be any from a high vacuum of 0.1 torr or less to a high pressure of about 1000 atm.
[0041]
Further, in the case of performing treatment with a chemical as a cure, in the case of a film made of a heat-resistant resin precursor composition, it is preferable to use a catalyst for converting the heat-resistant resin precursor into a heat-resistant resin as the chemical. As the catalyst, for example, organic bases such as pyridine, triethylamine, piperidine, imidazole, pyrazole and tetrazole, boron salts, acid compounds such as phosphoric acid, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and trifluoroacetic acid are preferably used. The reaction is usually carried out at a temperature from room temperature to about 400 ° C. The atmosphere, pressure, and the like can be the same conditions as in the above heat treatment.
[0042]
When performing treatment with a chemical, it is preferable to perform a chemical treatment for crosslinking the heat-resistant resin in order to further improve the chemical resistance. Examples of compounds used for such chemical treatment include dimethylol compounds, bismaleimides, diethynylbenzene, acrylic monomers, and alkoxysilanes. In these treatments, the temperature is applied from room temperature to about 400 ° C., and the same conditions as those of the above heat treatment can be used for the atmosphere, pressure, and the like.
[0043]
Crosslinking with UV light can also improve chemical resistance. As such ultraviolet rays, ultraviolet rays from 150 nm to 500 nm, electron beams, γ rays, and the like can be used. UV energy is 10mJ / cm 2 -10 J / cm 2 Of energy can preferably be used. In order to increase the crosslinking efficiency by ultraviolet irradiation, dimethylol compounds, bismaleimides, diethynylbenzene, acrylic monomers, alkoxysilanes, etc. can be added, and bis (4-dimethylaminophenyl) ketone as a sensitizer, Benzophenone, benzoin methyl ether, onium salts and the like can also be added. In these treatments, the temperature is applied from room temperature to about 400 ° C., and the same conditions as those of the above heat treatment can be used for the atmosphere, pressure, and the like.
[0044]
As the crosslinking of the heat-resistant resin proceeds, the shrinkage stress increases, and the adhesiveness to the metal tends to decrease. In order to improve this and improve the adhesion to the metal, a compound having both a group that forms a complex with the metal and a group that reacts with the resin can be added to the composition. Specifically, for example, a cyano group, an amino group, a thiol group or a derivative group thereof which forms a complex with a metal at a high temperature treatment of 200 ° C. or more, and an amino group, a carboxyl group, an ester group, a hydroxyl group which reacts with a heat-resistant resin A method of adding a compound having a sulfonyl group or the like to the heat-resistant resin in an amount of 0.5 to 20% by weight is preferably used. If it is less than 0.5%, it is difficult to obtain an effect, and if it exceeds 20% by weight, chemical resistance and heat resistance tend to decrease, which may cause cracks and contamination of bumps. Particularly preferred as these compounds are dicyanoaniline, dithiobenzoic acid, cyanophenol, aminocyanopropane, aminothiophenol, thiocyanopropane, ethylenediamine, ethylenediamine diacetate, ethylenediaminetetraacetic acid, cyanophenylsulfonic acid, and thiophenylcarboxylic acid. and so on. Particularly, aminocyanopropane, aminothiophenol, thiocyanopropane, ethylenediamine, ethylenediamine diacetate and the like are preferable.
[0045]
By using the method of the present invention, a semiconductor device having no gap between an exposed electrode and a protective film can be easily manufactured.
[0046]
Next, the semiconductor device of the present invention will be described.
[0047]
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having an electrode for external connection and a protective film, wherein there is no gap between the electrode exposed from the protective film and the protective film, and the XPS on the surface of the electrode. This is a semiconductor device having an oxygen concentration of 40 atomic% or less according to a method.
[0048]
Here, the absence of the gap does not deny the existence of the depression. If there is a depression, the depth is preferably 50% or less of the thickness of the protective film, more preferably 30% or less.
[0049]
In the semiconductor device of the present invention, chips generated when a semiconductor element is cut into chips do not enter gaps, thereby preventing defects. Further, since the entire surface other than the bumps can be covered with the protective film, the impact of the bumps can be reduced. It is possible to provide a semiconductor device having a high protection effect and higher reliability.
[0050]
The semiconductor device of the present invention can be easily manufactured by, for example, the above manufacturing method, but is not limited thereto.
[0051]
The protective film is preferably a protective film obtained by curing a heat-resistant resin composition having positive photosensitivity or a precursor composition thereof.
[0052]
In the semiconductor device of the present invention, when there is a redundant circuit on the semiconductor element and it is necessary to cut it by an operation test, the fuse of the redundant circuit can be cut by a laser or the like by eliminating the protective film only in that portion. . In this case, a necessary pattern can be formed by a single development process by performing exposure for sufficiently reacting only the fuse portion to the bottom of the protective film, and performing a small amount of exposure for the other portions. The same can be used for forming scribe lines and the like.
[0053]
After forming the protective film in this manner, it is general that the semiconductor element is cut into chips, but it is also possible to form a protective film on the element cut into chips by the above method.
[0054]
The method of mounting the semiconductor element on the substrate is not particularly limited, but in the case of the semiconductor device of the present invention, it is general that the semiconductor device is connected by flip-chip connection.
[0055]
The semiconductor device of the present invention can be used for, for example, a small liquid crystal display element, a liquid crystal display element requiring a thin film, a video camera, a mobile phone, a digital camera, and the like.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, evaluation of the heat resistant resin composition in an Example was performed by the following method.
[0057]
(Measurement of oxygen concentration on electrode surface)
A substrate in which a gold bump having a diameter of 20 μm and a height of 10 μm was formed on a 4-inch silicon wafer was prepared. Here, a varnish of the photosensitive heat-resistant resin composition and the photosensitive heat-resistant resin precursor composition was pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes using a coating apparatus of a coating and developing apparatus SCW-636 manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Thereafter, spin coating was performed so that the film thickness became 12 μm, and treatment was performed at 120 ° C. for 3 minutes using the same SCW-636 hot plate. Exposure was performed under predetermined conditions using a contact aligner PLA-501 manufactured by Canon Inc. After the exposure, the pad was immersed in a predetermined developer for a predetermined time to expose the top of the pad, and then rinsed with ultrapure water.
[0058]
The wafer on which the pattern is formed as described above is placed in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd., and treated at 140 ° C. for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less, and then at 3.5 ° C./min. The temperature was raised and the treatment was performed at a temperature in the range of 250 ° C. to 350 ° C. for 60 minutes.
[0059]
By using SSX-100 (manufactured by SSI), the exposed portion of the gold by this pattern formation was excited to X-rays using single crystal aluminum Kα1,2 lines (1486.6 eV), X-ray diameter 1 mm, X-ray output 10 kV, At 20 mA, the angle of the detector was set to 45 degrees, and the C1s peak position of neutral carbon was adjusted to 284.6 eV to analyze the elements adhering to the gold. The peak attributed to oxygen O1s appears in the range of 525 eV to 535 eV.
[0060]
(Measurement of thermal decomposition temperature)
A photosensitive heat-resistant resin composition and a varnish of a photosensitive heat-resistant resin precursor composition are applied to a 4-inch silicon wafer at 120 ° C. using a coating apparatus of a coating and developing apparatus SCW-636 manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. The substrate was spin-coated so that the film thickness after pre-baking for 8 minutes became 8 μm, and treated at 120 ° C. for 3 minutes using the same SCW-636 hot plate. The wafer was heated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd., then heated to 350 ° C. at a rate of 3.5 ° C./min, and treated at 350 ° C. for 1 hour. It cooled naturally until it became below. Thereafter, the wafer was taken out of the oven.
[0061]
The cured film with the wafer was immersed in 47% hydrofluoric acid (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for 5 minutes, washed with tap water, peeled from the silicon wafer, and then removed from Yamato Scientific Co., Ltd. Heat treatment was performed at 200 ° C. for 1 hour using an inert oven DT-42 to remove absorbed water.
[0062]
About 10 mg of the cured film of the heat-resistant resin composition is rolled, put into a platinum cell, and put into a thermogravimetric analyzer TG-50 manufactured by Shimadzu Corporation at room temperature at a rate of 10 ° C./min. From 800 ° C. to 800 ° C., and the point at which the weight loss occurred by 5% was defined as the pyrolysis temperature.
[0063]
Synthesis Example 1: Synthesis of naphthoquinonediazide compound 1
Under dry nitrogen flow, 21.2 g (0.05) of 4,47- [1- [4- [1- (4-hydroxyphenyl) -1-methylethyl] phenyl] ethylidene) bisphenol (manufactured by Honshu Chemical Co., Ltd.) Mol) and 32.2 g (0.12 mol) of 5-naphthoquinonediazidosulfonyl chloride (manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) were dissolved in 500 g of 1,4-dioxane (manufactured by Hayashi Junyaku Co., Ltd.), and heated to 40 ° C. Heated. Here, 12.1 g (0.12 mol) of triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) mixed with 50 g of 1,4-dioxane was added dropwise so that the temperature in the system did not become 45 ° C. or more. After the addition, the mixture was stirred at 40 degrees for 2 hours. The by-product triethylamine hydrochloride was filtered, and the filtrate was poured into 3 liters of 1% hydrochloric acid. Thereafter, the deposited precipitate was collected by filtration. Further, the washing was repeated twice with 10 l of water and dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 20 hours to obtain a naphthoquinonediazide compound.
[0064]
Synthesis Example 2: Synthesis of naphthoquinonediazide compound 2
Under a dry nitrogen stream, 19.9 g (0.05 mol) of 1,1,2,2-tetra (4-hydroxyphenyl) ethane (manufactured by Honshu Chemical Co., Ltd.) and 5-naphthoquinonediazidosulfonyl chloride (Toyo Gosei Co., Ltd.) (34.9 g, 0.13 mol) was dissolved in 500 g of 1,4-dioxane (manufactured by Hayashi Junyaku Co., Ltd.) and heated to 40 ° C. Here, 13.1 g (0.13 mol) of triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) mixed with 50 g of 1,4-dioxane was added dropwise so that the temperature in the system did not become 45 ° C. or more. After the addition, the mixture was stirred at 40 degrees for 2 hours. The by-product triethylamine hydrochloride was filtered, and the filtrate was poured into 3 liters of 1% hydrochloric acid. Thereafter, the deposited precipitate was collected by filtration. Further, the washing was repeated twice with 10 l of water and dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 20 hours to obtain a naphthoquinonediazide compound.
[0065]
Synthesis Example 3: Synthesis of acid anhydride 1 (TMDA)
A 2-L (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane (manufactured by Central Glass Co., Ltd .; hereinafter, abbreviated as BAHF) is placed in a 1 L three-necked flask equipped with a stirring blade, a thermometer, and a nitrogen inlet tube. 18.3 g (0.05 mol) was weighed, and acetone (dissolved in 300 mL; glycidyl methyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .; hereinafter abbreviated as GME)) 80 g (0.91 mol). In addition, the temperature of the solution was cooled to 5 ° C. Here, 21.1 g (0.1 mol) of trimellitic anhydride chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to 200 mL of acetone (special grade, manufactured by Sasaki Chemical Co., Ltd.). Was added dropwise over 15 minutes such that the temperature of the solution did not exceed 10 ° C.
[0066]
After the dropwise addition, the mixture was stirred at 5 ° C for 2 hours, and then heated to 25 ° C over 30 minutes. After stirring at 25 ° C. for 30 minutes, filtration was performed, and a yellow precipitate was collected. The collected precipitate was further washed twice with acetone. The precipitate was dried with a vacuum dryer at 80 ° C. for 24 hours to obtain the indicated acid anhydride 1 (TMDA).
[0067]
Synthesis Example 4: Synthesis of diamine 1 (HFHA)
18.3 g (0.05 mol) of BAHF was weighed and dissolved in 200 mL of acetone in a 2 L three-necked flask equipped with a stirring blade, a thermometer, and a nitrogen inlet tube. To this, 80 mL (0.91 mol) of GME was added, and the temperature of the solution was cooled to 5 ° C. Here, a solution prepared by dissolving 18.6 g (0.1 mol) of 3-nitrobenzoic acid chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 200 mL of acetone is used for 15 minutes so that the temperature of the solution does not exceed 10 ° C. It was dropped.
[0068]
After the dropwise addition, the mixture was stirred at 5 ° C for 2 hours, and then heated to 25 ° C over 30 minutes. After stirring at 25 ° C. for 30 minutes, filtration was performed to collect a precipitate. The collected precipitate was further washed twice with acetone. This precipitate was recrystallized from methyl benzoate and dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 48 hours to obtain 33 g of a white powder.
[0069]
13.4 g of the white powder was weighed, and a mixed solvent of 100 mL of tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 50 mL of methanol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.) was dissolved at 40 ° C. 0.2 g of 5% palladium-carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto, and 8 g of saturated hydrazine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was gradually added dropwise over 30 minutes. Thereafter, stirring was continued for 4 hours while maintaining the temperature of the solution at 40 ° C.
[0070]
Thereafter, palladium-carbon was removed by filtration, and the mixture was poured into 1 L of water to obtain a pale yellow precipitate. This was collected by filtration, further washed with water and methanol, and dried in a vacuum dryer at 80 ° C. for 48 hours to obtain HFHA.
[0071]
Example 1
Under a stream of dry nitrogen, 19.0 g (0.095 mol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether (manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.) and 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane (Shin-Etsu Chemical ( 1.24 g (0.005 mol) of APDS (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was dissolved at 40 ° C. in 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). To this, 71.4 g (0.1 mol) of TMDA synthesized in Synthesis Example 1 was added at a time. After continuing stirring at 40 ° C. for 2 hours, a solution prepared by diluting 11.9 g (0.1 mol) of dimethylformamide dimethyl acetal (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., DMA) with 30 mL of NMP was added dropwise over 10 minutes.
[0072]
After completion of the dropwise addition, stirring was continued at 40 ° C. for 2 hours, and then 10 mL of acetic acid was added to decompose excess DMA. Thereafter, the mixture was poured into 1 L of water to obtain a white precipitate. The precipitate was collected by filtration and then washed twice with water. The precipitate after washing was dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 72 hours to obtain Polymer 1. 10 g of this polymer 1 was weighed, and 2 g of the photosensitizer synthesized in Synthesis Example 1 and 1 g of 1,1,2,2-tetra (4-hydroxyphenyl) ethane were added to 20 g of gamma-butyrolactone (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, GBL). Dissolved. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0073]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using an SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after hot plate treatment at 120 ° C. for 3 minutes was 12 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 120 ° C. × 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0074]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., the wafer was mixed with ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm to measure 30 mJ / cm at 365 nm. 2 Exposure was performed uniformly over the entire surface.
[0075]
This wafer was placed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C. and etched for 1 minute. After that, it was rinsed with water, and then heated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System which flowed nitrogen at a flow rate of 50 L / min, then heated at 5 ° C./min and treated at 280 ° C. for 1 hour. As a result, a polyimide film as a heat-resistant resin was obtained on the wafer. The carbon concentration on the surface of the bump thus formed was 30 atomic%, and the oxygen concentration was 31 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 530 ° C.
[0076]
Example 2
Under dry nitrogen flow, 27.2 g (0.045 mol) of HFHA synthesized in Synthesis Example 4 and 1.24 g (0.005 mol) of APDS were dissolved in 50 g of NMP at 40 ° C. Here, 15.1 g of 3,3 ', 4,4'-diphenylethertetracarboxylic dianhydride (manufactured by Manac Co., 0.05 mol) synthesized in Synthesis Example 2 was added all at once. After continuing stirring at 40 ° C. for 2 hours, a solution obtained by diluting 11.9 g (0.1 mol) of dimethylformamide dimethyl acetal DMA with 30 mL of NMP was added dropwise over 10 minutes.
[0077]
After completion of the dropwise addition, stirring was continued at 40 ° C. for 2 hours, and then 10 mL of acetic acid was added to decompose excess DMA. Thereafter, the mixture was poured into 1 L of water to obtain a white precipitate. The precipitate was collected by filtration and then washed twice with water. The precipitate after washing was dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 72 hours to obtain Polymer 2. 10 g of this polymer 2 was weighed, and 2 g of the photosensitizer synthesized in Synthesis Example 1 and 1 g of 1,1,2,2-tetra (4-hydroxyphenyl) ethane were dissolved in 20 g of GBL. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0078]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using an SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after hot plate treatment at 120 ° C. for 3 minutes was 12 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 120 ° C. × 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0079]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., the wafer was mixed with ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm to measure 30 mJ / cm at 365 nm. 2 Exposure was performed uniformly over the entire surface.
[0080]
This wafer was placed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C. and etched for 1 minute. After that, it was rinsed with water, and then heated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System which flowed nitrogen at a flow rate of 50 L / min, then heated at 5 ° C./min and treated at 280 ° C. for 1 hour. As a result, a polyimide film as a heat-resistant resin was obtained on the wafer. The carbon concentration on the surface of the bump thus formed was 30 atomic%, and the oxygen concentration was 31 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 520 ° C.
[0081]
Example 3
27.0 g of 1-hydroxybenzotriazole (HBT, 0.2 mol, manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) and 20.2 g of triethylamine (0.2 mol, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) in 200 g of NMP under a stream of dry nitrogen. Dissolve and cool to 3 ° C. To this solution, a solution prepared by dissolving 29.5 g of 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid dichloride (DEDC, manufactured by Nippon Agrochemicals Co., Ltd., 0.1 mol) in 100 g of acetone was added dropwise so that the internal temperature did not exceed 10 ° C. did. The solution was stirred at 3 ° C. for 2 hours, then raised to room temperature and continued stirring for 30 minutes. After the completion of stirring, the solution was filtered to remove triethylamine hydrochloride by-produced by reaction, and the filtrate was concentrated by removing acetone with an evaporator. This concentrated solution was poured into 1 L of water to obtain a white precipitate. The precipitate was collected by filtration, washed twice with water and methanol, and dried with a 50 ° C vacuum drier for 24 hours to obtain an HBT ester of DEDC.
[0082]
Under a dry nitrogen stream, 18.3 g (0.05 mol) of BAHF and 23.6 g (0.05 mol) of the HBT ester of DEDC were dissolved in 150 g of NMP and 10 g of pyridine, and stirring was continued at 70 ° C. for 6 hours. After completion of the stirring, the solution was returned to room temperature and poured into 3 L of water to obtain a white precipitate. The precipitate was washed with 3 L of water and dried with a vacuum dryer at 50 degrees for 48 hours to obtain a polymer powder of polyhydroxyamide (polybenzoxazole precursor).
[0083]
10 g of this polyhydroxyamide, 2 g of the photosensitizer synthesized in Synthesis Example 1, and 1 g of 1,1,2,2-tetra (4-hydroxyphenyl) ethane were dissolved in 20 g of GBL. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0084]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using an SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after hot plate treatment at 120 ° C. for 3 minutes was 12 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 120 ° C. × 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0085]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., the wafer was mixed with ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm to measure 30 mJ / cm at 365 nm. 2 Exposure was performed uniformly over the entire surface.
[0086]
This wafer was placed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C. and etched for 45 seconds. After that, it is rinsed with water, and is heated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System where nitrogen flows at a flow rate of 50 L / min, then heated at 5 ° C./min and treated at 320 ° C. for 1 hour. As a result, a polybenzoxazole film as a heat-resistant resin was obtained on the wafer.
[0087]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes. The carbon concentration on the bump surface was 20 atomic%, and the oxygen concentration was 35 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 480 ° C.
[0088]
Example 4
Under a stream of dry nitrogen, 10.7 g of 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobenzidine (0.05 mol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 23.6 g of the HBT ester of DEDC obtained in Example 3 ( (0.05 mol) was dissolved in 200 g of NMP and 10 g of pyridine, and stirring was continued at 70 ° C. for 6 hours. Thereafter, the temperature of the solution was raised to 40 ° C., 8.8 g of N-acetylimidazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 0.08 mol) was added, and stirring was continued at 40 ° C. for 4 hours. The solution was returned to room temperature and poured into 3 L of water to obtain a white precipitate. The precipitate was washed with 3 L of water and dried in a vacuum dryer at 50 degrees for 48 hours to obtain a partially acetylated polymer powder of polyaminoamide (polybenzimidazole precursor).
[0089]
10 g of this polyaminoamide and 0.5 g of ANC-01 (manufactured by Midori Kagaku) as a photobase generator were dissolved in 30 g of NMP. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0090]
This solution was spin-coated on a bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after hot plate treatment at 100 ° C. for 4 minutes was 12 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 100 ° C. for 4 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0091]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Co., Ltd., the wafer was mixed with ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm to measure 2 J / cm at 365 nm. 2 Exposure was performed uniformly over the entire surface. After the exposure, heating was performed again on a hot plate at 100 ° C. × 1 minute.
[0092]
The wafer was placed in a 1% hydrochloric acid aqueous solution at 23 ° C. and etched for 90 seconds. After that, it was rinsed with water, and then heated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System which flowed nitrogen at a flow rate of 50 L / min, then heated at 5 ° C./min and treated at 280 ° C. for 1 hour. As a result, a polybenzimidazole film as a heat-resistant resin was obtained on the wafer.
[0093]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes. The carbon concentration on the bump surface was 22 atomic%, and the oxygen concentration was 35 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 530 ° C.
[0094]
Example 5
10 g of polyetherimide (Ultem-1000, manufactured by GE Plastics Japan), 2 g of the photosensitizer synthesized in Synthesis Example 1, 1,1,2,2-tetra (4-hydroxyphenyl) ethane under a stream of dry nitrogen 1 g was dissolved in 30 g of NMP. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0095]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after hot plate treatment at 100 ° C. for 3 minutes was 12 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 100 ° C. for 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0096]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., the wafer was mixed with ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm to measure 1 J / cm at 365 nm. 2 Exposure was performed uniformly over the entire surface. After the exposure, heating was performed again on a hot plate at 100 ° C. × 1 minute.
[0097]
This wafer was placed in a developing solution obtained by mixing 20% of NMP in a 5% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C., and was etched for 120 seconds. Thereafter, the substrate was rinsed with water and treated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System, which had flowed nitrogen at a flow rate of 50 L / min, and then heated at 5 ° C./min and treated at 250 ° C. for 1 hour.
[0098]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes. The carbon concentration on the bump surface was 30 atomic%, and the oxygen concentration was 20 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 460 ° C.
[0099]
Example 6
Under a stream of dry air, 15.5 g of 3,3 ′, 4,4′-diphenylethertetracarboxylic dianhydride (manac Co., Ltd., 0.05 mol), 13.8 g of 3-hydroxyphenylethanol (Tokyo Kasei ( (0.1 mol), 200 ml of gamma-butyrolactone and 7.9 g of pyridine (0.1 mol, produced by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added, and stirring was continued at 50 ° C. for 6 hours. Thereafter, the solution was cooled to −10 ° C., and a solution prepared by dissolving 20.6 g of dicyclohexylcarbodiimide (0.1 mol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 200 ml of gamma-butyrolactone so that the internal temperature did not exceed 0 ° C. I dripped. After completion of the dropwise addition, stirring was continued at −10 ° C. for 30 minutes, and then the temperature was gradually increased to 20 ° C. At 20 ° C., 5.1 g of 4,4′-diaminodiphenyl ether (0.04 mol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.) and 3,5-diaminobenzoic acid (0.01 mol, manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) were added. Was. The stirring was continued at 20 ° C. for 2 hours and then at 40 ° C. for 2 hours. After completion of the stirring, the mixture was filtered to remove by-products generated by the reaction, and the solution was poured into 10 L of water to obtain a white precipitate. This precipitate was collected by filtration and washed with 5 L of water. The white precipitate was dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 48 hours to obtain a polyamic acid ester powder.
[0100]
10 g of a polyamic acid ester, 12 g of the photosensitive agent synthesized in Synthesis Example 1, and 0.1 g of diphenyliodotriflate (manufactured by Midori Kagaku Co., Ltd.) were dissolved in 20 g of NMP. This solution was filtered with a 1 μm membrane filter.
[0101]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after baking at 110 ° C. for 3 minutes was 10 μm. After spin coating, a hot plate treatment at 110 ° C. for 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0102]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., in a state where ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm are mixed, 100 mJ / cm is measured at 365 nm. 2 Was exposed. After the completion of the exposure, the wafer was immersed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 1 minute using an SCW-636 developing device to expose the surface of the bump.
[0103]
Inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System with nitrogen flow at a flow rate of 50 L / min. At 170 ° C. for 30 minutes, and then heated at 5 ° C./min. A polyimide film, which is a conductive resin, was obtained.
[0104]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes. The carbon concentration on the bump surface was 35 atomic%, and the oxygen concentration was 35 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 440 ° C.
[0105]
Comparative Example 1
In a dry nitrogen stream, 19.0 g of 4,4′-diaminodiphenyl ether (0.095 mol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.), 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane (Toray Dow Corning Silicone) 1.2 g) was dissolved at 40 ° C. in 200 g of NMP. Here, 10.9 g of pyromellitic anhydride (manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd., 0.05 mol) and 16.1 g of 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd.) , 0.05 mol) was added all at once with 50 ml of NMP. The mixture was stirred at 40 ° C. for 2 hours, and then was stirred at 75 ° C. for 3 hours. After the completion of the reaction, the mixture was filtered with a 1 μm membrane filter.
[0106]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after baking at 130 ° C. for 3 minutes was 10 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 130 ° C. for 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate. A positive photoresist OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is placed on this wafer so that the film thickness after baking at 100 ° C. for 90 seconds becomes 2 μm, SCW-636 manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Was spin-coated using a coater. After the spin coating, a hot plate treatment at 100 ° C. × 90 seconds was performed using a SCW-636 hot plate.
[0107]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., 200 mJ / cm was measured at 365 nm in a state where ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm were mixed. 2 Exposure was performed through a mask capable of irradiating only the bump and its surrounding portion of 10 μm with ultraviolet rays. Thus, only the bump and its surroundings of 10 μm are exposed. After the exposure was completed, the wafer was placed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C., and was etched for 2 minutes and 30 seconds using the positive photoresist of the upper layer as a mask. After that, it is rinsed with water and treated at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System in which nitrogen flows at a flow rate of 50 L / min, and then heated at 5 ° C./min and treated at 350 ° C. for 1 hour. As a result, a polyimide film as a heat-resistant resin was obtained on the wafer.
[0108]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes.
[0109]
When cutting the wafer from the wafer prepared by this method onto a chip, a part of the shavings enters between the bump and the protective film of polyimide, and there is a possibility that the semiconductor chip surface may be damaged. The carbon concentration on the bump surface was 30 atomic%, but the oxygen concentration was as high as 45 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 560 ° C.
[0110]
Comparative Example 2
A polyimide film was formed on a bump-formed wafer under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the process was performed through a mask capable of irradiating ultraviolet rays only to the bump and its surrounding portion of 1 μm. The polyimide was partially adhered to the bumps produced by this method, and could not be evaluated.
[0111]
Comparative Example 3
Under a stream of dry air, 10.9 g of pyromellitic anhydride (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., 0.05 mol), 16.1 g of 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (Daicel Chemical ( 27.6 g of 2-hydroxyethyl methacrylate (0.2 mol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 200 ml of gamma-butyrolactone and 15.8 g of pyridine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 0.2 mol). 2 mol) and stirring was continued at 50 ° C. for 6 hours. Thereafter, the solution was cooled to −10 ° C., and a solution in which 41.2 g of dicyclohexylcarbodiimide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 0.2 mol) was dissolved in 200 ml of gamma-butyrolactone so that the internal temperature did not exceed 0 ° C. I dripped. After completion of the dropwise addition, stirring was continued at −10 ° C. for 30 minutes, and then the temperature was gradually increased to 20 ° C. At 20 ° C., 20.0 g of 4,4′-diaminodiphenyl ether (0.1 mol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.) was added. The stirring was continued at 20 ° C. for 2 hours and then at 40 ° C. for 2 hours. After completion of the stirring, the mixture was filtered to remove by-products generated by the reaction, and the solution was poured into 10 L of water to obtain a white precipitate. This precipitate was collected by filtration and washed with 5 L of water. The white precipitate was dried with a vacuum dryer at 50 ° C. for 48 hours to obtain a polyamic acid ester powder.
[0112]
Polyamic acid ester 10 g, N-phenylglycine 0.2 g (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), Irgacure 369 0.2 g (manufactured by Ciba Specialty Chemical Co., Ltd.), 1 g of ethylene glycol dimethacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) ) Was dissolved in 20 g of NMP. This solution was filtered with a 1 μm membrane filter.
[0113]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after baking at 95 ° C. for 3 minutes was 10 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 95 ° C. for 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0114]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., 200 mJ / cm was measured at 365 nm in a state where ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm, and 436 nm were mixed. 2 Exposure was carried out through a mask which covers only the bump and a portion of 10 μm surrounding the bump, and passes the others. As a result, only the bump and its surroundings of 10 μm are not exposed. After the completion of the exposure, the wafer was sprayed with a developer containing 60 parts of NMP, 37 parts of xylene and 3 parts of water for 60 seconds by using a SCW-636 developing device while rotating the wafer at 2,000 rotations. Thereafter, isopropyl alcohol was spray-sprayed while rotating at 2000 rotations for 10 seconds, and finally dried by rotating at 3000 rotations to form a pattern without the polyimide precursor film only on the bumps.
[0115]
Heat resistance at 170 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD made by Koyo Thermo System which flowed nitrogen at a flow rate of 50 L / min for 30 minutes, then heated at 5 ° C./min, and treated at 380 ° C. for 1 hour to provide heat resistance on the wafer. A polyimide film as a resin was obtained.
[0116]
When cutting the wafer from the wafer prepared by this method onto a chip, a part of the shavings enters between the bump and the protective film of polyimide, and there is a possibility that the semiconductor chip surface may be damaged. The carbon concentration on this bump surface was very high, 45 atomic%, and the oxygen concentration was 50 atomic%. Its thermal decomposition temperature was 520 ° C.
[0117]
Comparative Example 4
Under a dry nitrogen stream, 24.2 g of 4,4'-diaminodiphenyl ether (0.12 mol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.) was dissolved in 150 g of NMP at 40 ° C. To this, 26.4 g of pyromellitic anhydride (0.12 mol, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was added. After stirring at 40 ° C. for 2 hours, 50 ml of toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and stirring was continued at 150 ° C. for 4 hours while removing water and toluene coming out of the system by azeotropic distillation. . After completion of the reaction, the solution was cooled to 30 ° C. or lower while stirring. 19.0 g of 4,4′-diaminodiphenyl ether (0.095 mol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.), 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) Then, 31.0 g of 3,3 ′, 4,4′-diphenylethertetracarboxylic dianhydride (manufactured by 0.1 mol) was added together with 20 ml of NMP. And stirred at 50 ° C. for 4 hours.
[0118]
This solution was applied to the bump-formed wafer using a screen printer, using a stainless steel screen that was not applied to the bump portion and the surrounding 10 μm portion, so that the film thickness after curing became 20 μm. Applied.
[0119]
The wafer was treated at 80 ° C. for 60 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System with nitrogen flow at a flow rate of 50 L / min, then heated at 5 ° C./min, and treated at 350 ° C. for 1 hour. A polyimide film as a heat-resistant resin was obtained.
[0120]
Thereafter, using a plasma reactor PR-500 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., oxygen plasma treatment was performed at a pressure of 1 torr, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a high frequency output of 300 W for 5 minutes.
[0121]
When cutting the wafer from the wafer prepared by this method onto a chip, a part of the shavings enters between the bump and the protective film of polyimide, and there is a possibility that the semiconductor chip surface may be damaged. In addition, the accuracy of screen printing was not sufficient, and some bumps could not be measured for electrical resistance because polyimide adhered to the surfaces of some of the bumps. The carbon concentration on the surface of the bumps varied widely from 20 to 40 atomic% and the oxygen concentration from 30 to 45 atomic%, and the oxygen content was generally large. Its thermal decomposition temperature was 540 ° C.
[0122]
Comparative Example 5
10 g of Cyclomer PCA200 (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), which is an acrylic resin having a carboxyl group and an unsaturated group, 3 g of the photosensitive agent synthesized in Synthesis Example 1, 1,1,2,2-tetra (4-hydroxy 1 g of phenyl) ethane and 1 g of hexamethoxymethyl melamine (Cymel 300, manufactured by Mitsui Cytec Co., Ltd.) as a crosslinking agent were dissolved in 10 g of gamma-butyrolactone (GBL) and 10 g of propylene glycol monomethyl ether acetate. After dissolution, the solution was filtered through a 1 μm membrane filter.
[0123]
This solution was spin-coated on the bump-formed wafer using a SCW-636 coater manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. so that the film thickness after baking at 95 ° C. for 3 minutes was 10 μm. After the spin coating, a hot plate treatment at 95 ° C. for 3 minutes was performed using a SCW-636 hot plate.
[0124]
Using a contact aligner PLA-501A manufactured by Canon Inc., in a state where ultraviolet rays of 365 nm, 405 nm and 436 nm are mixed, 50 mJ / cm is measured at 365 nm. 2 Was exposed. After the exposure, the bump surface was exposed by immersing in a 0.5% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C. for 1 minute.
[0125]
By treating at 200 ° C. for 30 minutes in an inert oven INH-21CD manufactured by Koyo Thermo System in which nitrogen flowed at a flow rate of 50 L / min, an acrylic resin film crosslinked on the wafer and having improved heat resistance was obtained.
[0126]
The carbon concentration on this bump surface was very large, 50 atomic%, and the oxygen concentration was 40 atomic%. Its thermal decomposition temperature was as low as 280 ° C.
[0127]
【The invention's effect】
According to the present invention, a highly reliable semiconductor device can be provided.

Claims (3)

外部接続用の凸電極を有し、かつ熱分解温度が300℃以上の耐熱性樹脂を主成分とする保護膜を有する半導体装置の製造方法であって、凸電極を形成した後の半導体素子に、ポジ型の感光性耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物を塗布した後、全面露光し、次いで、該凸電極の表面が現れるまで現像した後、キュアする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a convex electrode for external connection, and having a protective film mainly composed of a heat-resistant resin having a thermal decomposition temperature of 300 ° C. or more, wherein the semiconductor element after the convex electrode is formed A method of manufacturing a semiconductor device in which a positive photosensitive heat-resistant resin composition or a precursor composition thereof is applied, the whole surface is exposed, and then developed until the surface of the convex electrode appears, and then cured. 外部接続用の電極と保護膜を有する半導体装置であって、該保護膜から露出した電極と保護膜との間に隙間が存在せず、かつ、該電極表面のXPS法による酸素濃度が40原子%以下である半導体装置。A semiconductor device having an electrode for external connection and a protective film, wherein there is no gap between the electrode exposed from the protective film and the protective film, and the oxygen concentration of the electrode surface by the XPS method is 40 atoms. % Of semiconductor devices. 保護膜が、ポジ型の感光性を有する耐熱性樹脂組成物またはその前駆体組成物をキュアして得られる保護膜である請求項2に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, wherein the protective film is a protective film obtained by curing a heat-resistant resin composition having positive photosensitivity or a precursor composition thereof.
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