JP2009027151A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体用ウエハーに化学増幅型レジストを用いて回路配線を形成する回路形成工程と、前記回路配線を形成した後に、前記回路配線を保護するように硬化膜を形成する硬化膜形成工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記硬化膜は、ポリベンゾオキサゾール構造またはポリベンゾオキサゾール前駆体構造を有するアルカリ可溶性樹脂と、光照射で酸が発生する物質と、溶剤とを含む感光性樹脂組成物の硬化物で構成されてなり、前記感光性樹脂組成物中に、N−メチル−2−ピロリドンを実質的に含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】 図1
Description
このような化学増幅型レジストを用いる場合の欠点として、パターン上部が太くなるT−トップと呼ばれる現象等を生じる場合がある。
(1)半導体用ウエハーに化学増幅型レジストを用いて回路配線を形成する回路形成工程と、前記回路配線を形成した後に、前記回路配線を保護するように硬化膜を形成する硬化膜形成工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記硬化膜は、ポリベンゾオキサゾール構造またはポリベンゾオキサゾール前駆対構造を有するアルカリ可溶性樹脂と、光照射で酸が発生する物質と、溶剤とを含む感光性樹脂組成物の硬化物で構成されてなり、前記感光性樹脂組成物中に、N−メチル−2−ピロリドンを実質的に含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2)前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチル−2−ピロリドンが1wt%以下である上記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(3)前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチル−2−ピロリドンが0.1wt%以下である上記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(4)前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチル−2−ピロリドンが0wt%である上記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
る半導体装置の製造方法を提供することができる。
図1は、半導体装置の製造方法の工程を示すフロー図である。
図1に示すように、半導体装置は、半導体用ウエハーを用意し、それに回路を形成する回路形成工程と、回路配線を保護する硬化膜を形成する硬化膜形成工程と、半導体ウエハーを半導体素子に個片化するダイシング工程と、個片化した半導体素子を基板に搭載するマウント工程と、半導体素子と基板とを電気的に接続するためのワイヤーボンディング工程と、半導体素子の周囲を封止樹脂で覆う封止工程とにより製造される。
本発明では、前記硬化膜形成工程において、前記硬化膜がポリベンゾオキサゾール構造またはポリベンゾオキサゾール前駆体構造を有するアルカリ可溶性樹脂と、光照射で酸が発生する物質と、溶剤とを含む感光性樹脂組成物の硬化物で構成されてなり、前記感光性樹脂組成物中に、N−メチル−2−ピロリドンを実質的に含まないことを特徴とする。これにより、硬化膜を構成する感光性樹脂組成物に起因して、前記化学増幅型レジストのT−トップの現象を抑制することができる。このT−トップ現象を抑制することができる理由は、下記のように考えられる。
化学増幅型レジストのT−トップ現象は、空気中の塩基性化合物が大きく関与している。なぜならば、露光により発生したレジスト膜表面の酸は、空気中の塩基性化合物と反応し、失活する。従って、PEB(Post Exposure Bake:露光後過熱)までの放置時間が長くなればそれだけ失活する酸の量が増加し、表面が難溶化するためである。これに対して、硬化膜を構成するポリベンゾオキゾール樹脂やポリイミド樹脂の溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンは、上記T−トップ現象を生じる一原因と予想される。したがって、感光性樹脂組成物中にN−メチル−2−ピロリドンを実質的に含まなければT−トップ現象の原因である塩基性化合物の量を低下することができるものである。
(回路形成工程)
回路形成工程では、用意した半導体用ウエハーに、化学増幅型レジストを塗布して、パターニング、エッチング、レジスト剥離を繰り返して、回路を形成する。
硬化膜形成工程では、上述の工程で回路形成された半導体用ウエハーの最上層に感光性樹脂組成物を塗布、パターニング、熱処理を行い、硬化膜を形成する。これにより、保護機能を持った半導体素子を作製することができる。
このような、硬化膜は、ポリベンゾオキサゾール構造またはポリベンゾオキサゾール前駆体構造を有するアルカリ可溶性樹脂と、光照射で酸が発生する物質と、溶剤とを含む感光性樹脂組成物の硬化物で構成されてなり、前記感光性樹脂組成物中に、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPとする)を実質的に含まれないものである。これにより、上述の化学増幅型レジストの問題点であるT−トップの現象を抑制することができる。
ないことを言う。含有量が前記範囲内であると、特にT−トップの抑制効果に優れことに加え、感光性樹脂組成物の粘度上昇を抑制できるという効果も得られる。
このように前記感光性樹脂組成物中に前記NMPを実質的に含まないようにすることにより、粘度の上昇を抑制できるのは、下記の理由によると考えられる。ポジ型の感光剤として用いられる感光性のジアゾキノン化合物は、塩基性物質があると樹脂組成物が変色する。これはキノンジアジド化合物が徐々に分解し、その結果、粘度が上昇するのではないかと思われるが確かではない。
しかし、これら原材料の中でアルカリ可溶性樹脂の合成の反応溶剤がNMPである場合が多く、反応終了後、貧溶媒で再沈して樹脂を得て精製し、乾燥してもその樹脂中にNMPが残存することが多い。そこでNMPの低減のため、NMP以外の溶剤に溶解して、再度再沈、精製、乾燥するという方法が有効である。更に好ましくは、アルカリ可溶性樹脂の合成をNMP以外の溶剤で行うという方法も有効である。これにより、樹脂組成物には実質的にNMPは含まないようにすることができる。
前記フェノール化合物としては、例えば下記式の構造のものが挙げられるが、これらに限定されず、また2種類以上用いてもかまわない。
ダイシング工程では、上述硬化膜が形成された半導体用ウエハーを個片化して半導体素子を得る。
半導体用ウエハーをダイシングするには、例えば半導体用ウエハーの硬化膜が形成されているのと反対側の面にダイシングシートを貼着し、半導体用ウエハーの周囲にリングを設置して半導体用ウエハーを固定する。そして、ブレードで半導体用ウエハーを切断(個片化)する。
マウント工程では、ダイシングシートをエキスパンド装置で伸ばして、個片化した半導体用ウエハー(半導体素子)を一定間隔で開いた後にピックアップして、基板に設置する。
具体的には、まず個片化した半導体用ウエハー(半導体素子)をダイシングシートに搭載した状態で紫外線照射装置によって紫外線を照射して、ダイシングシートを硬化させる。これにより、ダイシングシートの粘着力を低下させる。このように、半導体用ウエハーに対するダイシングシートの粘着力を低下させることで個片化された半導体用ウエハー(半導体素子)をピックアップするのが容易となる。次に、半導体用ウエハーをダイシングシートに貼着した状態でエキスパンド装置に設置する。次に、エキスパンド装置でダイシングシートを伸ばして個片化した半導体用ウエハーを一定間隔に開く。そして、一定間隔に開かれた半導体用ウエハー(半導体素子)をエジェクターヘッドのニードルで突き上げる。
そして、半導体素子をニードルで突き上げるとともに、真空コレット、エアピンセット等で吸着する方法によってピックアップして所定の基板等に搭載する。
ワイヤーボンディング工程は、例えば線径25μmの金ワイヤーを、オートワイヤーボンダーを用いて、熱および超音波振動を加えながら半導体素子と基板等のボンディングパッドに結線する。
封止工程は、例えば低圧トランスファー成形機を用いて、タブレット化した封止用樹脂組成物を180℃の金型に注入し、半導体素子が搭載された基板等を封止成形する。
得られた成形品は175℃/4hrでポストキュア処理する。
図2は、本発明のバンプを有する半導体装置のパット部分の拡大断面図である。図2に示す半導体装置100では、表面に半導体素子および配線の設けられたシリコン基板1の上部に、入出力用のAlパッド2が設けられ、さらにその上にパッシベーション膜3が形成され、そのパッシベーション膜3にビアホールが形成されている。この上に上述の感光性樹脂組成物を塗布、乾燥し、バッファコート膜(硬化膜)4を形成する。更に、金属膜5がAlパッド2と接続されるように形成され、金属膜5のAlパッド2の反対側には配線部6が設けられている。配線部6と、金属膜5の露出部とを覆うように、絶縁膜7が形
成されている。絶縁膜7には、配線部6と、半田バンプ9とを電気的に接続するためのバリアメタル8が設けられる貫通部を有している。
1.アルカリ可溶性樹脂の合成
1.1ジカルボン酸誘導体の合成
ジフェニルエーテル−4、4'−ジカルボン酸258.2g(1モル)と1−ヒドロキ
シベンゾトリアゾール270.3g(2モル)とを、NMP1,500gに溶解した後、NMP500gに溶解したジシクロヘキシルカルボジイミド412.7g(2モル)を反応系の温度を0〜5℃に冷却しながら滴下した。滴下終了後、反応系の温度を室温に戻し、そのまま12時間攪拌した。反応終了後、析出したジシクロヘキシルカルボジウレアを、ろ過処理して取り除き、次ぎに濾液に純水2,000gを滴下した。沈殿物を濾集し、イソプロピルアルコールで充分に洗浄した後、真空乾燥を行い、目的のジカルボン酸誘導体を得た。
ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン217.2g(0.593モル)と上述のジカルボン酸誘導体236.6g(0.480モル)とを、γ−ブチロラクトン1000gに溶解した。その後反応系を80℃にして12時間反応した。次ぎにγ―ブチロラクトンに230gに溶解した5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物46.2g(0.281モル)を加えて、更に3時間反応した。反応混合液を水/IPA=3/1の溶液に投入、沈殿物を回収し純水で充分に洗浄した後、真空下で乾燥し、目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)を得た。
光照射で酸が発生する物質は東洋合成工業社製の以下に示すキノンジアジド化合物(B−1)を使用した。
合成したポリアミド樹脂(A−1)24gと、上述の光照射で酸が発生する物質(B−1)4.8gとを、γ―ブチロラクトン65gに溶解した後、0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過し、ポジ型感光性樹脂組成物を得た。このポジ型感光性樹脂組成物のNMP含有量は、0.01重量%以下(検出限界以下)であった。なお、NMP含有量は、島津製作所製ガスクロマトグラフィーを用いて測定した。測定条件は、次の通りであった。
装置:島津製作所製GC−1700
カラム:J&D製DB−5 30m×0.25μm
図2に示すように、表面に半導体素子および配線の設けられたシリコン基板1の上部に、入出力用のAlパッド2を設け、さらにその上にパッシベーション膜3を形成し、そのパッシベーション膜3にビアホールを形成した。そして、上述の感光性樹脂組成物を塗布、乾燥し、バッファコート膜(硬化膜)4を形成した。更に、金属膜5をAlパッド2と接続するように形成し、金属膜5のAlパッド2の反対側には配線部6を設けた。配線部6と、金属膜5の露出部とを覆うように、絶縁膜7を形成した。絶縁膜7には、配線部6と、半田バンプ9とを電気的に接続するためのバリアメタル8が設けられる貫通部を設けた。
このようにして得られた半導体装置100は、歩留まりが良好であり、高い信頼性を示した。
実施例1と同様の方法でジカルボン酸誘導体の合成を行い、実施例1のポリベンゾオキサゾール前駆体の合成において、γ―ブチロラクトン1,000gの代わりに、NMPに代えて反応を行った。また、γ―ブチロラクトン1,000gの代わりに、NMP230gに溶解した5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物を同様に加えて、更に3時間反応し、反応混合液を水/IPA=3/1の溶液に投入、沈殿物を回収し純水で充分に
洗浄した後、真空下で乾燥し、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂を得た。得られた樹脂350gをγ―ブチロラクトン1400gに再溶解し、その溶液をもう一度、水/IPA=3/1の溶液に投入、沈殿物を回収し純水で充分に洗浄した後、真空下で乾燥し、目的とする再精製したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−2)を得た。
得られたポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂と実施例1で使用したキノンジアジド化合物をγ―ブチロラクトンに溶解した後、0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過し、ポジ型感光性樹脂組成物を得た。
実施例1と同様の方法で得られた感光性樹脂組成物中に含まれるNMPを測定した所が、0.8wt%であった。
1.アルカリ可溶性樹脂の合成
1.1ジカルボン酸誘導体の合成
ジフェニルエーテル−4、4'−ジカルボン酸244.0g(0.945モル)と1−
ヒドロキシベンゾトリアゾール255.4g(1.890モル)とを、γ−ブチロラクトン8000gに溶解した後、γ−ブチロラクトン500gに溶解したジシクロヘキシルカルボジイミド390.0g(1.890モル)を反応系の温度を0〜5℃に冷却しながら滴下した。滴下終了後、反応系の温度を35℃に調整し、そのまま12時間攪拌した。その後、オイルバスを用いて、55℃に昇温し、20分攪拌した後、そのまま熱時濾過を行い、析出したジシクロヘキシルカルボジウレアをろ過処理して取り除き、次ぎに濾液に純水6000gを滴下した。沈殿物を濾集し、イソプロピルアルコールで充分に洗浄した後、真空乾燥を行い、目的のジカルボン酸誘導体を得た。
ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン217.2g(0.593モル)と上述のジカルボン酸誘導体236.6g(0.480モル)とを、γ−ブチロラクトン1000gに溶解した。その後反応系を80℃にして12時間反応した。次ぎにγ―ブチロラクトンに230gに溶解した5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物46.2g(0.281モル)を加えて、更に3時間反応した。反応混合液を水/IPA=3/1の溶液に投入、沈殿物を回収し純水で充分に洗浄した後、真空下で乾燥し、目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−3)を得た。
得られたポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂と実施例1で使用したキノンジアジド化合
物をγ―ブチロラクトンに溶解した後、0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過し、ポジ型感光性樹脂組成物を得た。
実施例1と同様の方法で得られた感光性樹脂組成物中に含まれるNMPを測定した所、0.01wt%以下(検出限界以下)であった。
実施例2においてのポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂の合成において、再精製しないポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂を用いて、実施例2と同様に感光性樹脂組成物を作成し、NMP量の測定を行った所、2.6%であった。
得られた感光性樹脂組成物をスピンコート時に発生するNMP濃度を加熱脱着ガスクロマトグラフ質量分析法で分析を行った。具体的にはシリコンウエハーに感光性樹脂組成物
を塗布し、800rpm/5sec、1,500rpm/30secの順に回転させ、その間、回転しているウエハーの上部約10cmの所での吸着を用いてNMPをサンプリングした。その後、以下の装置で分析を行いNMPの濃度を求めた。
<装置>
加熱脱着冷却トラップ
メーカー:CHROMPACK(CP 4020)
ガスクロマトグラフ質量分析装置
メーカー:Agilent(5973N)
得られた感光性樹脂組成物をイエロールーム内の室温状態で保管し、初日と14日後の粘度を東機産業社製の粘度計VISCOMETER− TV−22で測定を行い、初日の粘度に対する14日後の粘度の増加率を求めた。
得られた感光性樹脂組成物を半導体用ウエハー上にスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で4分プリベークし、膜厚約7.5μmの塗膜を得た。この塗膜に凸版印刷(株)製・マスク(テストチャートNo.1:幅0.88〜50μmの残しパターンおよび抜きパターンが描かれている)を通して、i線ステッパー((株)ニコン製・4425i)を用いて、露光量500mJ/cm2照射した。次に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、30秒浸漬することによって露光部を溶解除去した後、純水で10秒間リンスした。そして、半導体用ウエハーを顕微鏡で観察を行い、解像度を求めた。
更に、別途上述の感光性樹脂組成物を硬化後約10μmになるように半導体用ウエハーに塗布し、クリーンオーブンで150℃×30分間、320℃/30分間、酸素濃度が10ppm以下の雰囲気下で硬化した。
得られた硬化膜を2%のフッ化水素水に漬浸し、硬化膜をシリコンウエハーから剥離した。そして、得られた硬化膜を純水で充分に洗浄した後、60℃×5時間かけてオーブンで乾燥した。そして、硬化膜を幅10mmの短冊状に切断して、引張試験用のサンプルを得た。次に、引張試験機にて、サンプルの引張伸度を測定した。
また、実施例1〜3は、粘度の上昇率が低く、保存性に優れていることも示唆された。
また、実施例1および2は、解像度および引張伸度にも優れていた。
2 Alパッド
3 パッシベーション膜
4 バッファコート膜
5 金属膜
6 配線部
7 絶縁膜
8 バリアメタル
9 ハンダバンプ
100 半導体装置
Claims (4)
- 半導体用ウエハーに化学増幅型レジストを用いて回路配線を形成する回路形成工程と、前記回路配線を形成した後に、前記回路配線を保護するように硬化膜を形成する硬化膜
形成工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記硬化膜は、ポリベンゾオキサゾール構造またはポリベンゾオキサゾール前駆体構造を有するアルカリ可溶性樹脂と、光照射で酸が発生する物質と、溶剤とを含む感光性樹脂組成物の硬化物で構成されてなり、
前記感光性樹脂組成物中に、N−メチル−2−ピロリドンを実質的に含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチル−2−ピロリドンが1wt%以下である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチル−2−ピロリドンが0.1wt%以下である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記感光性樹脂組成物中に含まれるN−メチルー2−ピロリドンが0wt%である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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