JP2875556B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体素子の製造に際してのポリイミド
ウェハコートプロセスにおける感光性ポリイミド塗布層
に対し、下地パターンの検査が可能で、かつスルーホー
ルを防止できるようにした半導体素子の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 第３図は従来のポリイミドウェハコートプロセスの工
程断面図であり、まず、第３図（ａ）に示すように、Si
基板１上にAlボンディングパッド２を設けた後、第３図
（ｂ）に示すように、第1CVD膜３、第2CVD膜４を順次形
成した半導体素子上に、感光性ポリイミド膜５を６〜10
μｍスピンコートして成膜する。

このとき、付着したごみ、気泡などにより、パターン
欠陥などによる穴などの欠損９が感光性ポリイミド膜５
に生じる場合がある。

次に、第３図（ｃ）に示すように、ネガ型マスク６を
用い、反射プロジェクションアライナなどの露光機（図
示せず）により露光７を行う。

さらに、ホトレジスト工程と同様な現像プロセスを行
い、第３図（ｄ）に示すように、感光性ポリイミド膜５
はAlボンディングパッド２の開口マスクとなる。

次に、第３図（ｅ）に示すように、エッチングプロセ
スを用い、第2CVD膜４をRIE（反応性イオンエッチン
グ）によりドライエッチングする。

次に、上記第1CVD膜３をウエットエッチングし、Alボ
ンディングパッド２の表面を露出させる（第３図ｆ）。

このとき、スピンコートにより発生した欠損９による
穴部分の第1CVD膜３もエッチングされる。

その後、感光性ポリイミド膜５を高温処理により熱硬
化させ、第３図（ｇ）に示すように、熱硬化後ポリイミ
ド膜８に変化する。この熱硬化後ポリイミド膜８は半導
体素子保護膜となるが、スピンコート時に発生した欠損
９の穴が熱硬化により、さらに大面積となる。

また、第４図（ａ）〜第４図（ｇ）は従来の別の例の
ポリイミドウェハコートプロセスの工程断面図であり、
この第４図（ａ）〜第４図（ｇ）において、第３図
（ａ）〜第３図（ｇ）と同一部分には同一符号を付して
述べる。

まず、第４図（ａ）に示すように、Si基板１上にAlボ
ンディングパッド２を設けた後、第４図（ｂ）に示すよ
うに、第1CVD膜３、第2CVD膜４を順次形成された半導体
素子上に感光性ポリイミド膜５を６〜10μｍスピンコー
トし、成膜する。

次に、第４図（ｃ）に示すように、ポジ型マスク6aに
より反射プロジェクションアライナ（図示せず）などの
露光機で露光７を行う。

さらに、ホトレジスト工程と同様な現像プロセスを行
い、感光性ポリイミド膜５は第４図（ｄ）に示すよう
に、Alボンディングパッド２の開口マスクとなる。

次にエッチングプロセスを用い、第４図（ｅ）に示す
ように、第2CVD膜４をRIEによりドライエッチングす
る。

さらに、第４図（ｆ）に示すように、第1CVD膜３をウ
エットエッチングし、Alボンディングパッド２の表面を
露出させる。

その後、第４図（ｇ）に示すように、感光性ポリイミ
ド膜５を高温処理により熱硬化させ、熱硬化後ポリイミ
ド膜８となし、半導体素子表面保護膜となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第３図（ａ）〜第３図（ｇ）のポリイ
ミドウェハコートプロセスでは、感光性ポリイミド塗布
後発生した穴などの欠損９が露光，現像，エッチングプ
ロセスを行うことにより、下地の第1CVD膜３と第2CVD膜
４にも欠損９が転写され、半導体素子に悪影響を与え
る。

また、第４図（ａ）〜第４図（ｇ）のポリイミドウェ
ハコートプロセスでは、高温処理した感光性ポリイミド
膜５の表面が一般に茶褐色になる傾向にある。

この茶褐色になる原因は、感光剤が熱硬化の際の高温
処理によって変化することが知られている。

感光性ポリイミド膜５が茶褐色になると、下地のパタ
ーンの検査が非常に難かしくなるという問題点があっ
た。

第１発明は前記従来技術が持っている問題点のうち、
感光性ポリイミド塗布後に発生する欠損が下地の第1,第
2CVD膜に転写されて半導体素子に悪影響を及ぼすという
点について解決した半導体素子の製造方法を提供するも
のである。

更にまた、第２発明は、前記従来技術が持っている問
題点のうち、感光性ポリイミド膜の高温処理後茶褐色に
変色することによる下地パターンの検査が困難になる点
について解決した半導体素子の製造方法を提供するもの
である。

（課題を解決するための手段） 第１発明は前記問題点を解決するために、半導体素子
の製造方法において、半導体基板上に形成された半導体
デバイス表面に第１感光性ポリイミドを比較的薄膜に塗
布した後に第２感光性ポリイミドを厚膜塗布する工程を
導入したものである。

また、第２発明は前記問題点を解決するために、半導
体基板上に形成された半導体デバイス表面に非感光性ポ
リイミド及び感光性ポリイミドを順次塗布する工程と、
露光，現像を行って感光性ポリイミドを除去した領域で
同時に非感光性ポリイミドを除去する工程とを導入した
ものである。

（作用） 第１の発明においては、半導体素子の製造にあたり、
上述のような工程を導入したので、仮りに第１感光性ポ
リイミド膜に欠損が生じても、第２感光性ポリイミド膜
により該欠損が埋め込まれ、しかもこれら第1,第２両感
光性ポリイミド膜の同一位置に上記欠損が発生する可能
性は極めて少なくなり、その結果上述の欠損による問題
点を除去できる。

次に、第２の発明によれば、ポリイミド膜が２層構造
であって上述の欠陥発生を抑制すると同時に、上記１層
の感光性ポリイミド膜を露光により所定のパターンで除
去し、現像処理を行って感光性ポリイミド膜を除去した
領域において、非感光性ポリイミド膜を除去するから、
茶褐色の原因となる感光性ポリイミド膜が除去され、茶
褐色の傾向を抑制するように作用し、したがって、前記
問題点を除去できる。

（実施例） 第１図（ａ）ないし第１図（ｈ）はこの発明の第１実
施例を示す工程断面図であり、第３図（ａ）〜第３図
（ｇ）および第４図（ａ）〜第４図（ｇ）と同一部分に
は同一符号を付して述べる。

まず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板として
のSi基板１上に半導体デバイスとしての半導体素子を形
成するとともに、Alボンディングパッド２を設ける。

次に、第１図（ｂ）に示すように、第1CVD膜３、第2C
VD膜４を順次形成した後に、薄膜の第１感光性ポリイミ
ド5aを１〜２μｍスピンコートする。

この場合、第１感光性ポリイミド5aをスピンコート回
転数が3200回転程度で30秒コートし、粘度は３ポイズで
塗布する。

次いで、この第１感光性ポリイミド5aを公知のホット
プレートで乾燥させる。このとき、パターン欠陥として
穴10が生じたとする。

次に、第１図（ｃ）に示すように、第２感光性ポリイ
ミド5aを4.8μｍの上記第１感光性ポリイミドより厚膜
となるように、スピンコートする。

この場合、スピンコート回転数は3000回転程で、30秒
コートし、10ポイズの粘度とする。

上記下層の第１感光性ポリイミド5aの塗布後、上層の
第２感光性ポリイミド5bの塗布を行うと、第２感光性ポ
リイミド5bの滴下の際に、第１感光性ポリイミド5aが溶
解され、滴下部分の第２感光性ポリイミド5bが薄膜部11
となり、膜厚にバラツキが生じるが、第１感光性ポリイ
ミド5aを上記のごとく、薄膜にすることにより、バラツ
キを低減している。

また、下層の第１感光性ポリイミド5aおよび上層の第
２感光性ポリイミド5bのスピンコート時のスピン回転数
は3000回転〜4000回転程度が望ましく、これらの第１感
光性ポリイミド5a、第２感光性ポリイミド5bの膜厚を設
定する際に、同粘度では不可能であるから、上述のごと
き粘度およびスピン回転数としている。

このようにして、上層の第２感光性ポリイミド5bの塗
布後、公知のホットプレートで約100℃で第２感光性ポ
リイミド5bを乾燥させる。

このとき、第１感光性ポリイミド5aのスピンコート時
に発生した穴10が埋まり、第２感光性ポリイミド5bの薄
膜部11ができる。

次に、第１図（ｄ）に示すように、ネガ型マスク６を
用い、反射プロジェクションアライナなどの露光機によ
り、所定のパターンで露光７を行い、第１図（ｅ）に示
すように、第１感光性ポリイミド5a、第２感光性ポリイ
ミド5bの膜を所定のパターンで除去する。

さらに、第１図（ｆ）に示すように、ホトレジスト工
程と同様な現像プロセスを用い、第2CVD膜４をRIE（反
応性イオンエッチング）によりドライエッチングする。

さらに、第１図（ｇ）に示すように、第1CVD膜３をウ
エットエッチングし、Alボンディングパッド２を露出さ
せ、しかる後に、第１図（ｈ）に示すように、高温処理
によりパターニングした感光性ポリイミドを熱硬化さ
せ、熱硬化後ポリイミド12とし、半導体デバイスの表面
保護膜となる。

以上のように、この発明の第１実施例によれば、第１
感光性ポリイミド5aを比較的薄膜に塗布し、さらにこの
上に第２感光性ポリイミド5bを厚膜に塗布して、２層構
造にすることにより、上層と下層のポリイミド膜で上下
の同じ位置に欠陥が発生する可能性が極めて少なくな
り、上層の第１感光性ポリイミド5aの膜欠損となる穴10
を無くすることが期待できる。

第２図（ａ）ないし第２図（ｈ）はこの発明の第２実
施例の工程断面図であり、第１図（ａ）〜第１図（ｈ）
と同一部分には同一符号を付して述べる。

まず、第２図（ａ）に示すように、半導体基板として
のSi基板１上に半導体デバイスとしての半導体素子を形
成するとともに、Alボンディングパッド２を設ける。

次に、第２図（ｂ）では示されていないが、第２図
（ｃ）に示すように、第1CVD膜３、第2CVD膜４を順次形
成した後、第２図（ｂ）に示すように、非感光性ポリイ
ミド13を６〜10μｍスピンコートする。

再び第２図（ｃ）に示すように、非感光性ポリイミド
13の塗布後に、感光性ポリイミド14を１〜２μｍスピン
コートし、ホットプレートにより約100℃で乾燥する。

次に、第２図（ｄ）に示すように、ネガ型マスク６に
より反射プロジェクションアライナなどの露光機で所定
のパターンの露出７を行う。

さらに、第２図（ｅ）に示すように、ホトレジスト工
程と同様な現像プロセスを行う。この際、非感光性ポリ
イミド13は非感光性なため、通常ポリイミド現像液で
は、パターニングできないので、同時に溶解可能な現像
液を用いて行う。

このようにして、露光，現像を行うことにより、非感
光性ポリイミド13、感光性ポリイミド14が所定のパター
ンで除去される。

次に、第２図（ｆ）に示すごとく、エッチングプロセ
スを用い、第2CVD膜４をRIEによりドライエッチングす
る。

さらに、第２図（ｇ）に示すごとく、第1CVD膜３をウ
エットエッチングし、Alボンディングパッド２を露出さ
せる。

その後、非感光性ポリイミド13を300℃〜400℃程度で
高温処理により熱硬化させ、熱硬化後ポリイミド12と
し、それを半導体デバイス表面の保護膜とする。

以上のように、第２実施例によれば、非感光性ポリイ
ミド13と感光性ポリイミド14の２層塗布工程により、非
感光性ポリイミド13のみを残し、感光性ポリイミド14を
除去し、高温処理すると茶褐色になる傾向が抑えられ、
下地パターンなどの検査が容易にできることが期待され
る。

また、パターン形成に感光性ポリイミド14を使用する
のは、引き続くエッチング工程で、膜減り量が変動し、
感光性ポリイミド14が一部残存しても膜特性的に問題が
ないためである。

しかるに、フォトレジストなどを使用すると、レジス
トを完全に除去する必要があるため、レジスト除去工程
によるポリイミド膜厚の減少が大きくなり、残存膜厚の
制御が難かしくなるなどの理由からである。

上述のポリイミドの茶褐色変色は、もっぱら感光性ポ
リイミドに由来している。そしてかかる感光性ポリイミ
ドは保護膜として残されることから上述の検査上の問題
が生じて来る。

したがって、第２実施例において具体的に説明したよ
うに、上記茶褐色変色による不利益を避けるように、上
層の感光性ポリイミドが露光及びエッチング工程で全て
除去される厚さが好ましい。

しかし他方、第１実施例の如く保護膜多層化によるス
ルーホール防止効果のためには感光性ポリイミド残存に
よる２層膜が好適である。

これらのことから、感光性ポリイミドの茶褐色変色に
よる影響を、その膜厚減によって変色量を検査可能な程
度にまで低下させるような配慮を行うことが必要とな
る。

これらによって、上述のスルーホールの問題及び検査
上の問題の解消の効果が同時に達成される。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、第１の発明によれば、
下層の第１感光性ポリイミドを薄膜とするとともに、上
層の第２感光性ポリイミドを厚膜としたので、前記第１
感光性ポリイミドの乾燥時などに、第１感光性ポリイミ
ドに欠損が生じても、第２感光性ポリイミドの塗布によ
り、この欠損が埋め込まれるから、前記欠損の発生を防
止でき、第1,第2CVD膜に欠損が転写されることを防止で
きる。

また、第２発明によれば、半導体基板上の半導体デバ
イス表面に非感光性ポリイミドを塗布した後に、感光性
ポリイミドを塗布して乾燥させて、露光，現像処理を行
い、高温処理により、茶褐色化傾向を呈する感光性ポリ
イミドを除去して非感光性ポリイミドのみを残すように
したから、茶褐色傾向を抑制でき、下地パターンの検査
を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないし第１図（ｈ）はこの発明の半導体素
子の製造方法の第１実施例の工程断面図、第２図（ａ）
ないし第２図（ｈ）はこの発明の半導体素子の製造方法
の第２実施例の工程断面図、第３図（ａ）ないし第３図
（ｇ）および第４図（ａ）ないし第４図（ｇ）はそれぞ
れ従来の異なる半導体素子の製造方法の工程断面図であ
る。 １…Si基板、２…Alボンディングパッド、３…第1CVD
膜、４…第2CVD膜、5a…第１感光性ポリイミド、5b…第
２感光性ポリイミド、６…ネガ型マスク、6a…ポジ型マ
スク、10…穴、12…熱硬化後ポリイミド、13…非感光性
ポリイミド、14…感光性ポリイミド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−144161（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−193730（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/26 G03F 7/095

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に、 所定の粘度及び膜厚を持つ第１感光性ポリイミドを前記
   半導体基板全面に塗布して加熱させる工程と、 前記第１感光性ポリイミドの粘度より高い粘度でかつ前
   記第１感光性ポリイミドの膜厚より厚い膜厚の第２感光
   性ポリイミドを、前記第１感光性ポリイミドの上全面に
   塗布して加熱させる工程と、 前記第１及び第２感光性ポリイミドを露光、現像処理し
   て所定のパターンを形成する工程と、 前記第１及び第２感光性ポリイミドに所定の熱処理を行
   う工程と、 を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板上に、 非感光性ポリイミドを前記半導体基板全面に塗布して加
   熱させ、該非感光性ポリイミドの上全面に感光性ポリイ
   ミドを塗布して加熱させる工程と、 前記感光性ポリイミドを露光する工程と、 現像処理により、前記感光性ポリイミドを所定のパター
   ンに形成し、かつ、該所定のパターンの感光性ポリイミ
   ドで被覆されていない領域の前記非感光性ポリイミドを
   除去する工程と、 前記所定のパターンに形成した感光性ポリイミドを除去
   する工程と、 前記非感光性ポリイミドに所定の熱処理を行う工程と、 を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。