JP4193314B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種ＩＣ（集積回路）やセンサなどの半導体装置の製造方法に関し、特に、これらの半導体チップ（以下、単にチップという）の構造とチップ上を被覆する絶縁被膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリイミドに代表される液状コーティング材は電気絶縁性、耐熱性に優れているために、ＩＣやセンサなどの各種半導体装置に利用されている。
従来、こうしたコーティング材は、チップ形成後、モールド樹脂の応力緩和の目的で緩衝材として用いられ、チップのメタル配線が形成された後、最終段階で成膜される場合が殆どだった。しかしながら、近年、ＩＣやセンサなどの半導体装置の高密度化に伴って、半導体装置内に集積される素子間、配線と素子間、および配線間の絶縁膜には、高い絶縁性が要求される。さらに、半導体装置は、高い温度や高い湿度あるいは汚れた環境で使用されることも多くなり、この絶縁膜には、より過酷な条件での高い信頼性が要求される。これらの要求を満足させるために、高絶縁性を有し、しかも、耐環境性に優れたチップの構成部材としてポリイミド膜が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリイミド膜は高い絶縁性を有するため、半導体装置のチップ表面のアルミニウムまたはアルミニウムに少量のシリコンや銅を混在させたものからなる金属膜上にポリイミド膜が成膜される。
半導体装置は、チップ形成工程の中間段階あるいは最終段階でポリイミド膜を成膜した後、高温多湿の環境や塩素やナトリウムなどのイオン成分の混じった環境に晒される場合が多い。
【０００４】
この場合、金属膜との界面の接着性が不十分だとポリイミド膜の表面や下地の金属膜の界面を通じて水分やイオン成分が侵入し、ポリイミド膜との界面にある金属膜を溶解し簡単に、ポリイミド膜が金属膜から剥離してしまったり、金属膜の界面での高絶縁性が損なわれ、半導体装置を劣化させてしまう場合がある。そのため、チップの構成部材としてポリイミド膜を使用することは困難な場合が多い。
【０００５】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ポリイミド膜と金属膜との密着性を向上させ、ポリイミド膜をチップの構成部材として使用できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、半導体基板上にアルミニウムもしくはアルミニウムに少量のシリコンもしくは銅を混在させたものからなる金属膜を形成し、金属膜上に電気的絶縁膜としてポリイミドを硬化して形成したポリイミド膜を被覆する半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面を覆う金属酸化膜をアルカリ水溶液に浸漬して除去し、その後シラン系化合物を含む膜で前記金属膜表面を被覆し、該シラン系化合物を含む膜上をポリイミド膜で被覆する製造方法とする。
【０００７】
前記アルカリ水溶液がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドまたはテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドであるとよい。
前記シラン系化合物がヘキサメチルジシラザンおよびヘキサエチルジシラザンの少なくともいずれかを含むとよい。
【０００８】
前記ポリイミドを酸素濃度１８％以上の空気中で硬化させるとよい。
【０００９】
前記アルカリ水溶液の濃度が３％以下で、前記浸漬の時間が１０分以下であるとよい。
【００１０】
また、半導体基板上にアルミニウムもしくはアルミニウムに少量のシリコンもしくは銅を混在させたものからなる金属膜を形成し、該金属膜上に電気的絶縁膜としてポリイミドを硬化して形成したポリイミド膜を被覆する半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面を覆う金属酸化膜をフッ化水素酸水溶液に浸漬して除去し、該フッ化水素酸水溶液によるフッ化物で前記金属膜表面を被覆し、その後ポリイミド膜で被覆する方法とする。
前記フッ化水素酸水溶液の濃度が、５％以下で、前記浸漬の時間が１分以下であるとよい。
前記ポリイミドの硬化を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気で行うとよい。
【００１１】
このように、ポリイミド膜を形成する前の前処理として、アルカリ水溶液やフッ化水素酸水溶液でアルミニウムからなる金属膜あるいはアルミニウムを主成分とする金属膜の表面をエッチングし、アルミニウム膜の表面を被覆している薄い酸化膜（自然酸化膜など）を除去し、しかも表面で、フッ化物が形成されて、水分やイオンとの反応を抑制する。こうすることで、アルミニウム膜とポリイミド膜との接着性が向上し、剥離が抑制される。またアルミニウム膜表面の腐食が抑制される。さらに、高絶縁性が確保され、半導体装置の電気的特性も損なわれない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造工程を示す図であり、同図（ａ）から同図（ｈ）は工程順に示した他の配線との接続パッド部を形成する要部製造工程断面図である。
シリコンウエハ１にアルミニウム膜２をスパッタにより５μｍ程度の膜厚で成膜する。このとき、アルミニウム酸化膜３でアルミニウム膜２の表面が覆われる（同図（ａ））。このアルミニウム膜２を成膜したシリコンウエハ１をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド濃度２．５％の水溶液に５分間浸漬し、表面のアルミニウム酸化膜３を除去し、その後水洗乾燥する。（同図（ｂ））。尚、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの代わりにテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いてもよい。このとき、さらに高濃度の水溶液で１０分以上浸漬すると、アルミニウム膜２が過度にエッチングされて好ましくない。
【００１３】
その後、窒素ガスでバブリングして気化させたヘキサメチルジシラザンに２分間暴露する。このとき、ヘキサメチルジシラザンを含む膜４がアルミニウム膜２の表面を被覆する（同図（ｃ））。尚、ヘキサメチルジシラザンを含む膜の代わりにヘキサエチルジシラザンを含む膜、または、これらの両方を含む膜を用いてもよい。
【００１４】
つぎに、スピンコーター（回転塗布器）で、表面がヘキサメチルジシラザンを含む膜４で被覆されたアルミニウム膜２が成膜されたシリコンウエハ１を１２００回転／分で１５秒回転させ、ポリイミド（例えば、ＨＤマイクロシステムズ株式会社製ＰＩＸ１４００）を塗布する。その後、ホットプレート（熱板）上で、１１０℃程度で５分程度加熱し、溶剤を飛ばして、キュアし、膜厚６μｍ程度のポリイミド膜５をアルミニウム膜２が成膜されたシリコンウエハ１に被覆する（同図（ｄ））。
【００１５】
このポリイミド膜５を成膜したシリコンウエハ１をスピンコーターで１２００回転／分で１５秒回転させ、レジスト（例えば、クラリアントジャパン製ＡＺ６１２４）を塗布する。その後、ホットプレート上で、９０℃程度で９０秒程度加熱し、溶剤を飛ばして、キュアし、膜厚３μｍ程度のレジスト膜６をポリイミド膜５が成膜されたシリコンウエハ１上に被覆する（同図（ｅ））。これにマスクアライナーを用いて、レジスト６に２００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線８（ｇ線またはｉ線）を同図（ｆ）で使用したフォトマスク７を介して照射する（同図（ｆ））。尚、５ａは非感光部で、５ｂは感光部である。
【００１６】
ポリイミド膜５が被覆しているシリコンウエハ１を現像液（例えば、クラリアントジャパン製ＡＺ６００ＭＩＦ）で２５℃で５分間浸漬して、感光部５ｂのレジスト６とポリイミド５を同時に現像し、水洗する。これで、ポリイミド膜５がパターニングされる（同図（ｇ））。その後、シリコンウエハ１をアセトン溶剤中に２分間浸漬し、レジスト６を除去した後、水洗乾燥させる。その後、シリコンウエハ１を酸素濃度１８％以上の空気中で乾燥炉に入れて、３５０℃で１時間程度加熱する（同図（ｈ））。これによりパッド部１０が形成される。
【００１７】
同図（ｄ）の工程に示したように、ポリイミド膜５とアルミニウム膜２との間にヘキサメチルジシラザンを含む膜４を介在させることで、アルミニウム膜２と水分とが直接反応することを阻害するとともに、ポリイミド膜５とヘキサメチルジシラザンを含む膜４との密着性が向上し、剥離を抑制でき、腐食発生を抑制できる。尚、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの効果を発揮し、且つ、アルミニウムが過度にエッチングされないためには、２から２．５％の濃度で、３分から１０分の範囲で行うのが好ましい。
【００１８】
図２は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造工程を示す図であり、同図（ａ）から同図（ｇ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
シリコンウエハ１１にアルミニウム膜１２をスパッタにより５μｍ程度の膜厚で成膜する。このとき、アルミニウム酸化膜１３でアルミニウム膜２の表面が覆われる（同図（ａ））。このアルミニウム膜１２を成膜したシリコンウエハ１１をフッ化水素酸濃度２％の水溶液に３０秒間浸漬し、表面のアルミニウム酸化膜１３を除去し、その後水洗乾燥する。このとき、フッ化物１９がアルミニウム膜１２の表面に残留する（同図（ｂ））。このとき、さらに高濃度の水溶液で長時間処理すると、アルミニウム膜１２が過度にエッチングされて好ましくない。
【００１９】
その後、スピンコーターで、フッ化物１９で被覆された、アルミニウム膜１２が成膜されたシリコンウエハ１１を１２００回転／分で１５秒回転させ、ポリイミド（例えば、ＨＤマイクロシステムズ株式会社製ＰＩＸ１４００）を塗布する。その後、ホットプレート上で、１１０℃程度で５分程度過熱し、溶剤を飛ばして、キュアし、膜厚６μｍ程度のポリイミド膜１５をアルミニウム膜１２が成膜されたシリコンウエハ１１上に被膜する（同図（ｃ））。
【００２０】
このポリイミド膜１５が被覆された、アルミニウム膜１２が成膜されたシリコンウエハ１１をスピンコーターで１２００回転／分で１５秒回転させ、レジスト１６（例えば、クラリアントジャパン製ＡＺ６１２４）を塗布する。その後、ホットプレート上で、９０℃程度で９０秒程度加熱し、溶剤を飛ばして、キュアし、膜厚３μｍ程度のレジスト膜１６をポリイミド膜１５で成膜されたシリコンウエハ１１上に被覆する（同図（ｄ））。これにマスクアライナーを用いて、レジスト６に２００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線１８（ｇ線またはｉ線）を同図（ｅ）で使用したフォトマスク１７を介して照射する（同図（ｅ））。尚、１５ａは非感光部で、１５ｂは感光部である。
【００２１】
ポリイミド膜１５が被覆している、アルミニウム膜１２が成膜されたシリコンウエハ１１を現像液（例えば、クラリアントジャパン製ＡＺ６００ＭＩＦ）で２５℃で５分間浸漬して、感光部１５ｂのレジスト１６とポリイミド膜１５を同時に現像し、水洗する。これで、ポリイミド膜１５がパターニングされる（同図（ｆ））。その後、シリコンウエハ１１をアセトン溶剤中に２分間浸漬し、レジスト１６を除去した後、水洗乾燥させる。その後、シリコンウエハ１１を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気で乾燥炉に入れて、３５０℃で１時間程度加熱する（同図（ｇ））。これにより、パッド部２０が形成される。
【００２２】
同図（ｃ）の工程に示したように、ポリイミド膜１５とアルミニウム膜１２との間にフッ化物１９を介在させることで、アルミニウム膜１２と水分とが直接反応することを阻害でき、腐食発生を抑制できる。尚、フッ化水素酸の効果を発揮し、且つ、アルミニウム膜１２が過度にエッチングされないためには、１から２．５％の濃度で、１０秒から３０秒の範囲で行うのが好ましい。
尚、第１実施例および第２実施例のアルミニウム膜２、１２は少量のシリコンまたは銅が混在するアルミニウム膜の場合にも、本発明は適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明によれば、アルミニウム膜もしくは少量のシリコンまたは銅が混在するアルミニウム膜の表面をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドまたはテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドを含む水溶液でアルカリ処理すると腐食しやすい酸化膜を除去でき、腐食の発生を抑制することができ、且つ、アルミニウム膜とポリイミド膜の密着性を向上させることができる。
【００２４】
さらに、ヘキサメチルジシラザンで処理することで、水分とアルミニウム膜との直接の接触を防止でき、腐食発生を抑制することができる。これを空気中で硬化することで、アルミニウム膜とポリイミド膜との相互作用が強くなり、密着性が向上し、腐食の発生を抑制することができる。
また、アルミニウム膜の表面をフッ化水素酸などの酸処理をすることで腐食しやすい酸化膜を除去でき、かつアルミニウム膜表面にフッ化物を形成することができ、水分とアルミニウム膜との直接の接触を防止でき、腐食発生を抑制することができる。
【００２５】
さらに、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気で硬化させると、フッ化物が酸化されることなく保持され、アルミニウム膜の水分との直接の接触を抑制し、腐食を抑制できる。
こうすることで、ポリイミド膜をチップの構成部材として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｈ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【図２】 この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｇ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【符号の説明】
１、１１ シリコンウエハ
２、１２ アルミニウム膜
３、１３ アルミニウム酸化膜
４、 ヘキサメチルジシラザンを含む膜
５、１５ ポリイミド膜
５ａ、１５ａ 非感光部
５ｂ、１５ｂ 感光部
６、１６ レジスト
７、１７ フォトレジスト
８、１８ 紫外線
１０、２０ パッド部
１９ フッ化物

Claims (8)

1. 半導体基板上にアルミニウムもしくはアルミニウムに少量のシリコンもしくは銅を混在させたものからなる金属膜を形成し、該金属膜上に電気的絶縁膜としてポリイミドを硬化して形成したポリイミド膜を被覆する半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面を覆う金属酸化膜をアルカリ水溶液に浸漬して除去し、その後シラン系化合物を含む膜で前記金属膜表面を被覆し、該シラン系化合物を含む膜上をポリイミド膜で被覆することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記アルカリ水溶液がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドまたはテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドであ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. 前記シラン系化合物がヘキサメチルジシラザンおよびヘキサエチルジシラザンの少なくともいずれかを含む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。
4. 前記ポリイミドを酸素濃度１８％以上の空気中で硬化させ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。
5. 前記アルカリ水溶液の濃度が３％以下で、前記浸漬の時間が１０分以下であ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。
6. 半導体基板上にアルミニウムもしくはアルミニウムに少量のシリコンもしくは銅を混在させたものからなる金属膜を形成し、該金属膜上に電気的絶縁膜としてポリイミドを硬化して形成したポリイミド膜を被覆する半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面を覆う金属酸化膜をフッ化水素酸水溶液に浸漬して除去し、該フッ化水素酸水溶液によるフッ化物で前記金属膜表面を被覆し、その後ポリイミド膜で被覆することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 前記フッ化水素酸水溶液の濃度が、５％以下で、前記浸漬の時間が１分以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記ポリイミドの硬化を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気で行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

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