JP2020068318A

JP2020068318A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2020068318A
Application number: JP2018200879A
Authority: JP
Inventors: 幸宏若杉; Yukihiro Wakasugi; 成雅副島; Shigemasa Soejima; 泰浦上; Yasushi Uragami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30

Abstract

【課題】絶縁樹脂層の厚さの減少を抑制しながら、絶縁樹脂層から上側に突出する突起部をエッチングする。【解決手段】半導体装置の製造方法であって、絶縁樹脂層形成工程と、開口部形成工程と、突起部エッチング工程を有する。前記絶縁樹脂層形成工程では、半導体層を備える基板の表面に絶縁樹脂層を形成する。前記開口部形成工程では、前記絶縁樹脂層に、前記絶縁樹脂層を貫通する開口部を形成する。前記開口部形成工程では、前記絶縁樹脂層の表面に上側に突出する突起部が前記開口部の縁に沿って形成される。前記突起部エッチング工程では、前記絶縁樹脂層に純水を塗布した後に、前記絶縁樹脂層に現像液を塗布することによって、前記突起部をエッチングする。【選択図】図７

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１に開示の半導体装置の製造方法では、基板の表面に絶縁樹脂層（ポリイミド）を形成し、絶縁樹脂層に開口部（ビアホール）を形成する。絶縁樹脂層に開口部を形成すると、絶縁樹脂層の表面に開口部の縁に沿って突起部（オーバーハング）が形成される。このような突起部が存在すると、突起部に起因するさまざまな不具合が発生する。特許文献１の製造方法では、開口部を形成した後に、純粋で希釈したアルカリ性水溶液を絶縁樹脂層に塗布することによって、突起部をエッチングする。これによって。突起部が除去される。

特開平０６−２６８３７８号公報

特許文献１の製造方法では、突起部をエッチングするときに、絶縁樹脂層全体がエッチングされる。このため、絶縁樹脂層の厚さが減少するという問題が生じる。また、絶縁樹脂層の厚さが減少する結果、絶縁樹脂層の厚さのばらつきが大きくなるという問題が生じる。なお、特許文献１では、突起部が横方向に突出しているが、上側に突出する突起部が形成される場合もある。本明細書では、絶縁樹脂層の厚さの減少を抑制しながら、絶縁樹脂層から上側に突出する突起部をエッチングする技術を提案する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、絶縁樹脂層形成工程と、開口部形成工程と、突起部エッチング工程を有する。前記絶縁樹脂層形成工程では、半導体層を備える基板の表面に、絶縁樹脂層を形成する。前記開口部形成工程では、前記絶縁樹脂層に、前記絶縁樹脂層を貫通する開口部を形成する。前記開口部形成工程では、前記絶縁樹脂層の表面に上側に突出する突起部が前記開口部の縁に沿って形成される。前記突起部エッチング工程では、前記絶縁樹脂層に純水を塗布した後に、前記絶縁樹脂層に現像液を塗布することによって、前記突起部をエッチングする。

この製造方法では、突起部エッチング工程において、絶縁樹脂層に純水を塗布した後に、絶縁樹脂層に現像液を塗布する。このように純水の塗布後に現像液を塗布すると、塗布された溶液（すなわち、純水と現像液を合わせた液）中において、上側ほど現像液の濃度が高くなり、下側ほど現像液の濃度が低くなる。このため、上側に突出する突起部は現像液の濃度が高い部分の溶液によって効率的にエッチングされる。したがって、突起部の高さを低くしたり、突起部を除去したりすることができる。他方、突起部よりも下側に存在する絶縁樹脂層の表面は、現像液の濃度が低い部分の溶液に接触し、それほどエッチングされない。したがって、絶縁樹脂層の厚さが減少し難い。このように、この製造方法によれば、絶縁樹脂層の厚さの減少を抑制しながら、上側に突出する突起部をエッチングすることができる。

実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。実施形態の製造方法の説明図。突起部周辺の拡大断面図。クラックの拡大断面図。突起部がない場合の拡大断面図。高さｈと傾斜角度θとスリットの有無の関係を示す分布図。高さｈと傾斜角度θの説明図。

実施形態の製造方法では、図１に示す半導体基板から半導体装置を製造する。図１に示すように、半導体基板は、半導体層１２と、半導体層１２の表面を覆うＡｌＳｉ電極層１４を有している。

まず、図２に示すように、ＡｌＳｉ電極層１４の表面に、ポリイミド層１６を形成する。ポリイミド層１６は、非感光性ポリイミドによって構成されている。次に、図３に示すように、ポリイミド層１６の表面に、レジスト層１８を形成する。次に、レジスト層１８に開口部１８ａを形成する。次に、アルカリ性の水溶液からなる現像液によって、開口部１８ａ内のポリイミド層１６をエッチングする。これによって、図４に示すように、ポリイミド層１６に開口部１６ａを形成する。開口部１６ａは、ポリイミド層１６を貫通するように形成される。その結果、開口部１６ａ内にＡｌＳｉ電極層１４が露出する。その後、図５に示すように、レジスト層１８が除去される。このように開口部１６ａを形成すると、開口部１６ａの外周縁に沿って、ポリイミド層１６の表面から上側に突出する突起部１６ｂが形成される。

次に、図６に示すように、ポリイミド層１６の表面に純水２０を塗布する。開口部１６ａ内は純水２０で満たされる。また、ポリイミド層１６の表面と突起部１６ｂは、純水２０によって覆われる。次に、ポリイミド層１６の表面にアルカリ性の水溶液からなる現像液を塗布する。すると、図７に示すように、純水と現像液が合わさった溶液２２が形成される。このように、純水２０を塗布した後に現像液を塗布すると、溶液２２中において、上側ほど現像液の濃度が高く、下側ほど現像液の濃度が低くなる。ポリイミド層１６の表面から上側に突出している突起部１６ｂは、現像液の濃度が高い部分の溶液２２に接触するので、突起部１６ｂは効率的にエッチングされる。突起部１６ｂがエッチングされることで、図８に示すように突起部１６ｂが除去されるか、または、突起部１６ｂの高さが低くなる。他方、図７に示すように、ポリイミド層１６の表面及び開口部１６ａの内面は、突起部１６ｂよりも下側に位置するので、現像液の濃度が低い部分の溶液２２に接触する。このため、ポリイミド層１６の突起部１６ｂ以外の部分は、エッチングされ難い。このため、ポリイミド層１６の厚さが減少し難い。したがって、図８に示すように、エッチング後にポリイミド層１６の厚さがほとんど減少しない。

次に、図９に示すように、ポリイミド層１６の表面と開口部１６ａの内面を覆うように、Ｎｉ電極層２４を形成する。次に、図１０に示すように、Ｎｉ電極層２４の表面にはんだ層２６を形成する。はんだ層２６を介して、Ｎｉ電極層２４が図示しない配線部材に接続される。以上の工程によって、半導体装置が製造される。

次に、突起部１６ｂが存在する場合に生じる問題点について説明する。図１１は、突起部１６ｂが存在する半導体装置の突起部１６ｂ近傍の拡大断面図を示している。突起部１６ｂが存在する状態でＮｉ電極層２４を形成すると、図１１に示すように、突起部１６ｂの上部のＮｉ電極層２４の表面にスリット２４ａが形成される。このため、スリット２４ａ内にはんだ層２６が入り込む。このようにスリット２４ａを有する半導体装置に対して、半導体装置を繰り返し発熱させるパワーサイクル試験を行うと、図１２に示すように、はんだ層２６が塑性変形してスリット２４ａ内に移動する。その結果、Ｎｉ電極層２４が開口部１６ａの内面（すなわち、ポリイミド層１６の側面及びＡｌＳｉ電極層１４の表面）から剥離し、ＡｌＳｉ電極層１４にクラック５０が生じる。このように、突起部１６ｂが存在すると、半導体装置の信頼性が低くなる。

これに対し、本実施形態の製造方法では、突起部１６ｂをエッチングすることによって、突起部１６ｂを除去するか、または、突起部１６ｂの高さを低くする。このため、図１３に示すように、開口部１６ａの外周縁の上部においてＮｉ電極層２４が滑らかに接続され、Ｎｉ電極層２４にスリット２４ａが形成されない。したがって、本実施形態の製造方法によれば、信頼性が高い半導体装置を製造することができる。

図１４は、突起部１６ｂの高さｈ（図１５参照）と、突起部１６ｂの傾斜角度θ（図１５参照）と、スリット２４ａの有無との関係を調べた実験結果を示している。図１４から明らかなように、傾斜角度θとスリット２４ａの有無との間には、ほとんど相関がない。他方、突起部１６ｂの高さｈが低いほど、スリット２４ａが形成され難い。特に、突起部１６ｂの高さｈが０．４５μｍ以下であれば、スリット２４ａが全く発生しない。本実施形態の製造方法によって突起部１６ｂの高さｈを０．４５μｍ以下とすれば、スリット２４ａの発生を防止することができる。

また、上述したように、本実施形態の製造方法によれば、突起部１６ｂをエッチングする工程において、ポリイミド層１６の厚さがほとんど減少しない。このため、十分な厚さを有するポリイミド層１６を形成することができるとともに、ポリイミド層１６の厚さにばらつきが生じ難い。また、ポリイミド層１６の表面の面内均一性が向上する。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１２：半導体層
１４：ＡｌＳｉ電極層
１６：ポリイミド層
１６ａ：開口部
１６ｂ：突起部
２０：純水
２２：溶液
２４：Ｎｉ電極層
２４ａ：スリット
２６：はんだ層
５０：クラック

Claims

半導体装置の製造方法であって、
半導体層を備える基板の表面に、絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁樹脂層に、前記絶縁樹脂層を貫通する開口部を形成する工程であって、前記絶縁樹脂層の表面に上側に突出する突起部が前記開口部の縁に沿って形成される工程と、
前記絶縁樹脂層に純水を塗布した後に、前記絶縁樹脂層に現像液を塗布することによって、前記突起部をエッチングする工程、
を有する製造方法。