JP2005353856A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みの異なるポジ型感光性ポリイミド膜のパターニングにおいて、厚い箇所での露光不足によるポリイミド残りと浅い箇所での過露光によるパターン乱れを防止して、完全なパターニングができる半導体装置の製造方法を提供すること
【解決手段】パッド電極を形成する箇所１のポジ型感光性ポリイミド前駆体８ａに紫外線９露光を第１マスクを用いて１回行い、スクライブラインを形成する箇所２のポジ型感光性ポリイミド前駆体８ｂに紫外線９露光を第１マスクと第２マスク１０ｂを用いて２回行うことで、厚いポリイミド前駆体８ｂに対する露光不足を解消してポリイミド残りを防止し、薄いポリイミド前駆体８ａに対する過露光によるパターン乱れを防止して、最終保護膜であるポジ型感光性ポリイミド膜の完全なパターニングをすることができる。
【選択図】 図７

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に、保護膜として感光性ポリイミド膜（感光性ポリイミド前駆体を硬化させて形成されるポリイミド膜のこと）を用いた場合の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において、最終保護膜としてポリイミド膜を用いる場合がある。近年、ポリイミド膜の前駆体として、フォトレジストのように感光性を備えた感光性ポリイミド前駆体が使用されている。この感光性ポリイミド前駆体を用いると、フォトレジストが不要となり、製造プロセスが簡便化できる。また、フォトレジストと、そのフォトレジストを現像する現像液が不要となるため、環境に与える影響が小さく、感光性ポリイミド前駆体が多用されている。
図１３は、半導体ウェハに最終保護膜として、ポジ型感光性ポリイミド膜を形成した図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。尚、ここでは、ポジ型感光性ポリイミド膜とはポジ型感光性ポリイミド前駆体を硬化させて形成したポリイミド膜のことをいう。

同図（ａ）、（ｂ）に示すように、ウェハ２１には多数のチップとなる箇所２２とチップを切り出すためのスクライブラインが形成されている。
同図（ｃ）に示すように、スクライブラインを形成する箇所１２では、半導体基板１３が露出しており、パッド電極を形成する箇所１１では積層された酸化膜１４上にパッド電極となるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜１５が露出し、その他の領域は例えば窒化膜１７が被覆し、この上に最終保護膜である厚いポジ型感光性ポリイミド膜１８ｃが被覆している。前記の酸化膜１４はＬＯＣＯＳ酸化膜（選択酸化膜）、ＨＴＯ膜（熱酸化膜）、ＢＰＳＧ膜（ボロンドープドリンガラス膜）などで構成される。
図１４から図２０は、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成工程を示し、工程順に示した要部工程断面図である。これらの断面図はパッド電極とスクライブラインを形成する箇所の要部断面図を示す。

通常の集積回路製造プロセスより所望の集積回路を作りこみ、最終的にパッド電極となる例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜１５を堆積する（図１４）。
つぎに、バッド電極（および図示しない金属配線）を形成する箇所１１にマスクとなるレジストパターン１６を残す（図１５）。
つぎに、ドライエッチングによりパッド電極を形成する箇所１１以外とスクライブラインを形成する箇所１２上のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜１５をエッチングで除去する（図１６）。 つぎに、第１の保護膜である窒化膜１７を堆積し、レジストパターンをマスクとして、パッド電極を形成する箇所１１とスクライブラインを形成する箇所１２の窒化膜１７を開口する（図１７）。
つぎに、最終保護膜となるポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を回転塗布し、所定の熱処理を行う。回転塗布されるため、ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８の表面は下地の凹凸と関係なくほぼ平坦になる（図１８）。

つぎに、パッド電極を形成する箇所１１とスクライブラインを形成する箇所１２のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を除去するために、マスク２０を用いて、選択的に紫外線露光を行いポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を感光させる。ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８ａがこの露光で感光した箇所である（図１９）。
つぎに、アルカリ現像液に可溶になった紫外線暴露部分のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を選択的に除去する。最後にパターン形成したポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を３５０℃程度の温度で加熱処理を行い、ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を硬化（イミド化）することで最終的な保護膜であるポジ型感光性ポリイミド膜１８ｃ（ポリイミド膜）を形成する（図２０）。
前記の他に、スクライブラインにポリイミド膜を残さないパターニングとして、段差が深いスクライブラインに第１のレジスト膜を被覆し、その上に非感光性ポリイミド膜を被着し、その上に第２のレジスト膜を被着して、第２のレジスト膜をマスクに非感光性ポリイミド膜をパターニングし、その後、第１および第２のポリイミド膜を除去する方法などが開示されている（例えば、特許文献１など）。
特開平５−２５１３３６号公報 図１

図１４から図２０のような従来技術では、ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８の塗布の際にスクライブラインを形成する箇所１２は半導体基板１上で表面高さが最も低いため、スクライブラインを形成する箇所１２のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８が最も厚く塗布される。
また、スクライブラインを形成する箇所１２にはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜１５が存在しないため、露光のための紫外線の反射率が小さくなる。そのため、ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８を紫外線露光により加工する際に、パッド電極を形成する箇所１１とスクライブラインを形成する箇所１２との間に、紫外線の反射率に大きな差が生じてしまう。また、ポジ型感光性ポリイミド前駆体１８の膜厚にも大きな差が生じてしまう。
そのため、パッド電極を形成する箇所１１と比較して、スクライブラインを形成する箇所１２のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８ａの紫外線１９露光が十分でなく（図１９）、スクライブラインを形成する箇所１２にポリイミド残り１８ｂを生じてしまう（図２０）。

このスクライブラインを形成する箇所１２のポリイミド膜が残った場合、図２１のように、チップダイシング時に発生する異物（ポリイミド膜片などのゴミ１８ｄ）や、ポリイミド残り１８ｂを起因としたポリイミド膜１８ｃのクラックやダイシングソー３１の劣化等の原因となり得る。
また、スクライブラインを形成する箇所１２のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８ａを完全に露光するために、図２２のように露光量を増大させると、パッド電極を形成する箇所１１のポジ型感光性ポリイミド前駆体１８ａが過露光され、光の回折や反射の影響でポジ型感光性ポリイミド前駆体１８の端部も露光され、現像時にポジ型感光性ポリイミド前駆体１８端部の窒化膜１７との界面が現像液に可溶となり、図２３のように、ポジ型感光性ポリイミド膜１８ｃの端部近傍の界面３２で剥がれが生じて、最終保護膜の役割をしなくなる。また、ポリイミド膜１８ｃが剥がれることで図２４のようにパターン乱れを生じる。

つまり、従来の方法では、スクライブラインを形成する箇所１２（ポリイミド膜が厚い箇所）に露光不足によりポリイミド残り１８ｂが生じたり、また、パッド電極を形成する箇所１１（ポリイミド膜が薄い箇所）のポリイミド膜が過露光により剥がれてパターン乱れを生じたりして、最終保護膜であるポジ型感光性ポリイミド膜１８ｃの完全なパターニングが行われないことになる。
さらに、露光量が増大すると、露光装置のレンズ系が高温になり、露光装置の故障の原因となる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、厚みの異なるポジ型感光性ポリイミド膜のパターニングにおいて、厚い箇所での露光不足によるポリイミド残りと浅い箇所での過露光によるパターン乱れを防止して、完全なパターニングができる半導体装置の製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、選択的に絶縁膜と金属膜が積層形成され、表面が凹凸の半導体基板上に、保護膜として厚みが異なる感光性ポリイミド膜（例えば、ポジ型感光性ボリイミド膜など）が形成された半導体装置の製造方法において、感光性ポリイミド前駆体を半導体基板上の表面に塗布し、該感光性ポリイミド前駆体を熱処理する工程と、厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所を、それより薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所より露光量を増やして露光・現像して前記感光性ポリイミド前駆体をパターニングする工程と、前記感光性ポリイミド前駆体を熱処理して硬化し、パターニングされた感光性ポリイミド膜を形成する工程とを有する製造方法とする。
また、前記パターニングする工程の第１マスクを用いて、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所と前記薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所を同時に露光する工程と、第２マスクを用いて、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所のみ追加露光して、前記感光性ポリイミド前駆体をパターニングする工程とを有する製造方法とするとよい。

また、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、スクライブラインを形成する箇所であり、薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、パッド電極を形成する箇所であるとよい。
また、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、チップとなる箇所で表面高さが低い箇所であり、前記薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、前記チップとなる箇所で表面高さが前記の低い箇所より高い箇所であるとよい。

この発明によれば、ポジ型感光性ポリイミド前駆体の露光を行う際に、スクライブを形成する箇所の厚いポリイミド前駆体と、パッド電極を形成する箇所の薄いポリイミド前駆体とを同一マスクを用いて同時に露光し、その後、厚いポリイミド前駆体のみを専用マスクを用いて追加の露光することで、厚いポリイミド前駆体の露光不足によるポリイミド残りの発生を防止し、薄いポリイミド前駆体の過露光によるポリイミド膜の剥がれで発生するパターン乱れを防止して、膜厚の異なるポジ型感光性ポリイミド膜の完全なパターニングをすることができる。
また、完全なパターニングをすることで、信頼性の高い半導体装置を提供できる。また、ポリイミド残りに起因するダイシングソーの劣化等を防止することができる。

実施の最良の形態は、膜厚の厚い感光性ポリイミド前駆体を薄い感光性ポリイミド前駆体より露光量を増やすことで、膜厚の異なる感光性ポリイミド膜の完全なパターニングをすることである。詳細は実施例で説明する。

図１から図９は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法を示す図であり、工程順に示した要部工程断面図である。ここでは、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた最終保護膜形成方法の要部断面図である。
通常の集積回路製造プロセスより所望の集積回路を半導体基板３に作りこみ、最終的にパッド電極となる例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜５を酸化膜４の上に堆積する。酸化膜４はＬＯＣＯＳ酸化膜（選択酸化膜）、ＨＴＯ膜（熱酸化膜）、ＢＰＳＧ膜（ボロンドープドリンガラス膜）などで構成される（図１）。
つぎに、図示しない金属配線とパッド電極（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜５）を形成する箇所１にマスクとなるレジストパターン６を残す（図２）。
つぎに、ドライエッチングによりパッド電極を形成する箇所１以外とスクライブラインを形成する箇所２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜５をエッチングする（図３）。

つぎに、第１の保護膜である窒化膜７を堆積し、レジストパターンをマスクとして、パッド電極を形成する箇所１とスクライブラインを形成する箇所２の窒化膜７を開口する（図４）。
つぎに、最終保護膜となるポジ型感光性ポリイミド前駆体８を回転塗布し、所定の熱処理を行う。回転塗布されるため、ポジ型感光性ポリイミド前駆体の表面は下地の凹凸に関係なくほぼ平坦になる（図５）。
つぎに、ポジ型感光性ポリイミド前駆体８の１回目の露光として、ポジ型フォトレジストの加工を行うときと同様、ポジ型感光性ポリイミド前駆体８を除去したいパッド電極を形成する箇所１（ポリイミド前駆体８が薄い箇所）とスクライブラインを形成する箇所２（ポリイミド前駆体８が厚い箇所）を第１マスク１０ａを用いて選択的に紫外線９露光を行い感光させる。１回目の露光で感光した箇所がポジ型感光性ポリイミド前駆体８ａとなる（図６）。

つぎに、ポジ型感光性ポリイミド前駆体８の２回目の露光として、１回目の露光とは異なる第２マスク１０ｂを使用して、段差の大きいスクライブラインを形成する箇所２のみを選択的に紫外線９露光を行い感光させ、露光不足を解消する。このとき、パッド電極を形成する箇所１は露光されないため過露光（基板から反射した赤外線９ａも含めて）が防止される。２回目の露光で感光した箇所がポジ型感光性ポリイミド前駆体８ｂとなる（図７）。
つぎに、アルカリ現像液に可溶になった紫外線暴露部分のポジ型感光性ポリイミド前駆体８ａ、８ｂを除去してポジ型感光性ポリイミド前駆体８のパターニングをする。この場合、スクライブラインを形成する箇所２は多重露光（露光量の追加）によって露光不足は解消されポリイミド残りは発生しない。また、パッド電極を形成する箇所１は過露光されないので、ポジ型感光性ポリイミド前駆体８の剥がれやパターン乱れは生じない（図８）。

つぎに、完全なパターンを形成したポジ型感光性ポリイミド前駆体８を３５０℃程度の温度で加熱処理を行い、硬化（イミド化）することで最終的な保護膜であるポリイミド膜を形成する。こうすることで、厚みの異なるポジ型感光性ポリイミド膜の完全なパターニングを行うことができる（図９）。
前記のポジ型感光性ポリイミド前駆体８のスクライブラインを形成する箇所２の厚みは６μｍ程度であり、パッド電極を形成する箇所１の厚みは３μｍ程度である。
ここではパッド電極となる金属膜をＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜５として説明したが、Ａｌ−Ｓｉ膜でもＡｌ−Ｃｕ膜でも良い。またバリアメタルを用いた積層構造であっても良い。
また、第１の保護膜として窒化膜７を使用して説明したが、この保護膜は酸化膜と窒化膜の積層構造であっても良い。

また、第２マスク１０ｂはスクライブラインを形成する箇所２のみではなく、チップ内部でも段差の大きい箇所も露光するようなパターンであっても良い。
また、この方法によると、完全なパターニングをすることができるので、ポリイミド残りが防止され、ポリイミド残りに起因するダイシングソーの劣化等を防止することができる。さらに、過露光を防止できるため、厚膜感光性材料を低露光量でパターン形成が可能となり、露光装置のレンズの高温化などレンズ系の負荷を軽減することができる。
また、ネガ型感光性ポリイミド前駆体を用いる場合は、膜厚の薄い箇所のポリイミド前駆体を露光してパターニングするために、１回の露光で膜厚の厚い箇所で完全なパターニングが得られ、本発明の製造方法を用いる必要はない。しかし、チップ内で表面高さの低い箇所にポリイミド膜を残したい場合には、厚いネガ型感光性ポリイミド前駆体で露光不足が生じないように、多重露光する必要がでてきて、本発明の製造方法が有効になる。

図１０〜図１２は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部工程断面図である。この図は、ネガ型感光性ポリイミド前駆体を使用した場合であり、図１０は図６に相当し、図１１は図７に相当し、図１２は図９に相当する図である。
ポジ型感光性ポリイミド前駆体８の代わりにネガ型感光性ポリイミド前駆体５８が形成された状態に、第１マスク６０ａを用いて、紫外線５９露光する。５８ａが紫外線５９で露光して感光したネガ型感光性ポリイミド前駆体である（図１０）。
つぎに、第２マスク６０ｂを用いて、膜厚が厚いネガ型感光性ポリイミド前駆体５８ａに追加の紫外線５９で露光する。５８ｂは２回露光して感光したネガ型感光性ポリイミド前駆体である（図１１）。

つぎに、現像し、露光されないネガ型感光性ポリイミド前駆体５８を除去し、熱処理して硬化させネガ型感光性ポリイミド膜５８ｃを形成する（図１２）。
このように表面高さが低い絶縁膜７上のネガ型感光性ポリイミド前駆体５８ｂを２回露光することで、ネガ型感光性ポリイミド前駆体５８ｂを残して、完全なパターニングの最終保護膜としてのネガ型感光性ポリイミド膜５８ｃを形成することができる。

この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図１に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図２に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図３に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図４に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図５に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図６に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図７に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 図８に続く、この発明の第１実施例の半導体装置の要部工程断面図 この発明の第２実施例の半導体装置の要部工程断面図 図１０に続く、この発明の第２実施例の半導体装置の要部工程断面図 図１１に続く、この発明の第２実施例の半導体装置の要部工程断面図 半導体ウェハに最終保護膜として、ポジ型感光性ポリイミド膜を形成した図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図 ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１４に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１５に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１６に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１７に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１８に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 図１９に続く、ポジ型感光性ポリイミド前駆体を用いた従来の最終保護膜形成方法を示す要部工程断面図 チップダイシング時に異物が発生する図 過露光を示す図 剥がれが生じた図 パターン乱れが生じた図

符号の説明

１ パッド電極を形成する箇所
２ スクライブラインを形成する箇所
３、５３ 半導体基板
４、５４ 酸化膜
５ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜
６ レジスト
７ 窒化膜
８ ポジ型感光性ポリイミド前駆体
８ａ ポジ型感光性ポリイミド前駆体（１回の露光で感光した前駆体）
８ｂ ポジ型感光性ポリイミド前駆体（２回の露光で感光した前駆体）
８ｃ ポジ型感光性ポリイミド膜
９ 紫外線
９ａ 基板から反射した紫外線
１０ａ、６０ａ 第１マスク
１０ｂ、６０ｂ 第２マスク
５８ ネガ型感光性ポリイミド前駆体
５８ａ ネガ型感光性ポリイミド前駆体（１回の露光で感光した前駆体）
５８ｂ ネガ型感光性ポリイミド前駆体（２回の露光で感光した前駆体）
５８ｃ ネガ型感光性ポリイミド膜

Claims (4)

1. 選択的に絶縁膜と金属膜が積層形成され、表面が凹凸の半導体基板上に、保護膜として厚みが異なる感光性ポリイミド膜が形成された半導体装置の製造方法において、
   感光性ポリイミド前駆体を半導体基板上の表面に塗布し、該感光性ポリイミド前駆体を熱処理する工程と、厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所を、それより薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所より露光量を増やして露光・現像して前記感光性ポリイミド前駆体をパターニングする工程と、前記感光性ポリイミド前駆体を熱処理して硬化し、パターニングされた感光性ポリイミド膜を形成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。
2. 前記パターニング工程の第１マスクを用いて、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所と前記薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所を同時に露光する工程と、第２マスクを用いて、前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所のみ追加露光して、前記感光性ポリイミド前駆体をパターニングする工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、スクライブラインを形成する箇所であり、薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、パッド電極を形成する箇所であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記厚い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、チップとなる箇所で表面高さが低い箇所であり、前記薄い感光性ポリイミド前駆体が被覆された箇所が、前記チップとなる箇所で表面高さが前記の低い箇所より高い箇所であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

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