JP5585133B2 - 半導体素子及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の残留応力を低減して、反りが生じにくい半導体素子及び該半導体素子の製造方法に関する。

図４は、従来の半導体素子の概略図であって、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した断面図である。この半導体素子は、基板６１の表面側に、図示しない半導体部セルを回路でつなぐようにして第１表面電極６２が形成されている。そして、該第１表面電極６２を覆うようにして、基板６１の表面側全面に絶縁膜６３が形成されている。また、第１表面電極６２上には、コンタクト電極６４が複数形成されており、該コンタクト電極６４を介して、絶縁膜６３の膜上に形成された第２表面電極６５に接合している。また、基板６１の裏面側には、裏面電極６６が形成されている。

このように、外部環境の影響による劣化を抑制するため、半導体素子の表面を絶縁膜で被覆している。このような絶縁膜には、熱的、電気的、機械的に良好な特性を有するポリイミドが主に使用されている。

しかしながら、ポリイミドの熱膨張率は、半導体素子の基板材料として使用されているシリコン、ＳｉＣ、ＧａＮ等に比べて高い。このため、半導体素子の製造工程や使用時における加熱や発熱により、半導体素子の表面に被覆したポリイミド膜にクラックが発生したり、ポリイミド膜と基板との熱膨張差により基板に反りが生じ易かった。また、近年では、半導体素子の電気的特性向上を目的に、基板厚の薄板化が検討されているが、基板厚の薄板化に伴い、基板強度が急速に低下して反りが生じやすくなる。このため、このようなトラブルは、基板をより薄膜にした半導体素子や、半導体素子の使用最高温度がより高温に曝されるパワー半導体素子の製造時や使用時に特に生じ易かった。

このような問題の解決策として、熱膨張率の低いポリイミド膜で半導体素子の表面を被覆し、基板と絶縁膜との界面で生じる熱応力を緩和して、半導体素子の使用時や製造時における絶縁膜のクラックや、基板の反りを抑制する試みが行われている。例えば、特許文献１には、シリコンウエハに形成された回路上に、主鎖中にテトラカルボン酸またはその酸無水物とジアミンとの重縮合生成物から形成された繰り返し単位を有し、その両末端に化学線官能基を有する感光性ポリイミド前駆体を成膜することが開示されている。このようにして成膜されたポリイミド膜の熱膨張率は２０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましいと記載されている。

特開２００４−２８５１２９号公報

しかしながら、表面電極に用いる金属材料の熱膨張率は、基板の熱膨張率に比べて高いことから、熱履歴によって第２表面電極が応力剥離し易かった。特に温度使用最高温度が１７５℃以上となる薄板化シリコンパワー半導体素子、高耐電圧次世代パワー半導体素子（ＳｉＣ，ＧａＮ）の場合、このような問題が生じ易かった。

よって、本発明の目的は、長期にわたって信頼性に優れた半導体素子及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するにあたり、本発明の半導体素子は、
基板の表面に形成された第１表面電極と、
前記第１表面電極上を含む基板の表面側に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の表面に形成された第２表面電極と、
前記絶縁膜を連通して前記第１表面電極と前記第２表面電極とを導通するように形成されたコンタクト電極とを備えた半導体素子であって、
前記絶縁膜は、前記基板に隣接する側に形成された熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜と、前記第２表面電極に隣接する側に形成された熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜とを有することを特徴とする。

本発明の半導体素子は、前記絶縁膜の合計膜厚が１〜５０μｍであることが好ましい。

本発明の半導体素子は、前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜が、芳香族テトラカルボン酸及び芳香族テトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上のアシル化合物を、前記芳香族ジアミンよりも１モル％以上多く反応して得られるポリアミド酸を含むポリイミド前駆体組成物をイミド化して得られるポリイミド樹脂で構成されていることが好ましい。この場合、前記芳香族ジアミンが、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−５，５’−ビスベンゾオキサゾール、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノビフェニル及び４，４’−ジアミノベンズアニリドから選ばれる１種以上を７０〜１００モル％含有するものが好ましい。また、前記アシル化合物が、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸及び３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上を７０〜１００モル％含有するものが好ましい。

本発明の半導体素子は、前記絶縁膜と第１表面電極との間に無機薄膜絶縁層が形成されていることが好ましい。この場合、前記無機薄膜絶縁層が、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素で形成されていることが好ましい。

本発明の半導体素子は、前記基板の厚みが１５０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の半導体素子は、前記基板が、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＮから選ばれる一種以上で構成されていることが好ましい。

また、本発明の半導体素子の製造方法の第１の態様は、
基板の一方の面に第１表面電極を形成する第１表面電極形成工程と、
第１表面電極が形成された基板の表面にレジスト組成物を塗布し、プリベークしてレジスト膜を形成し、該レジスト膜を貫通して前記第１表面電極上にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内にコンタクト電極を形成し、前記レジスト膜を剥離するコンタクト電極形成工程と、
第１表面電極が形成された基板の表面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成し、次いで、該第１絶縁膜上に熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を積層して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
コンタクト電極を介して前記絶縁膜上に第２表面電極を形成する第２表面電極形成工程と、
第１表面電極、第２表面電極及び絶縁膜が形成された基板の裏面側を支持体に固定し、第１表面電極側からダイシングして素子ユニットを分離するダイシング工程とを含むことを特徴とする。

本発明の半導体素子の製造方法の第２の態様は、
基板の一方の面に第１表面電極を形成する第１表面電極形成工程と、
第１表面電極が形成された基板の表面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成し、次いで、該第１絶縁膜上に熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を積層して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
絶縁膜形成工程で形成した絶縁膜にビア部分を開口させ、開口したビア部分にコンタクト電極をメッキプロセスで形成した後、コンタクト電極を介して前記絶縁膜上に第２表面電極を形成する第２電極形成工程と、
第１表面電極、第２表面電極及び絶縁膜が形成された基板の裏面側を支持体に固定し、第１表面電極側からダイシングして素子ユニットを分離するダイシング工程とを含むことを特徴とする。

本発明の半導体素子の製造方法は、前記絶縁膜上に第２表面電極を形成した後、前記基板の他方の面を研磨して厚みを１５０μｍ以下に調整し、研磨した側の面に裏面電極を形成するか、あるいは、前記絶縁膜形成工程を終えた後、前記基板の他方の面を研磨して厚みを１５０μｍ以下に調整し、研磨した側の面に裏面電極を形成した後、前記絶縁膜上に第２表面電極を形成することが好ましい。

本発明の半導体素子によれば、絶縁膜の基板に隣接する側には、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜が形成されており、絶縁膜の第２表面電極に隣接する側には、熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜が形成されている。この第１絶縁膜は基板に近い熱膨張率を有しており、第２絶縁膜は第２表面電極に近い熱膨張率を有していることから、基板及び第２電極のそれぞれ界面における残留応力を低減できる。このため、製造時や使用時に半導体素子が高温に過熱されても、基板の反り、第２表面電極の剥離、絶縁膜のクラック等の発生を抑制できる。
また、本発明の半導体素子の製造方法によれば、第１表面電極が形成された基板の表面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成し、次いで、該第１絶縁膜上に熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を積層して絶縁膜を形成するので、製造時に半導体素子が高温に過熱されても、基板の反り、第２表面電極の剥離、絶縁膜のクラック等の発生を抑制でき、長期にわたって信頼性に優れた半導体素子を製造できる。

本発明の半導体素子の概略図である。 本発明の半導体素子の製造工程の第１の実施形態を示す概略図である。 本発明の半導体素子の製造工程の第２の実施形態を示す概略図である。 従来の半導体素子の概略図である。

（半導体素子）
本発明の半導体素子について説明する。

図１は、本発明の半導体素子の概略図であって、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。

この半導体素子は、基板１の表面側に、図示しない半導体部セルを回路でつなぐようして第１表面電極２が形成されている。そして、該第１表面電極を覆うようにして、基板１の表面側全面に絶縁膜３が形成されている。また、第１表面電極２上には、コンタクト電極４が複数形成されており、該コンタクト電極４を介して、絶縁膜３の膜上に形成された第２表面電極５に接合している。また、基板１の裏面側には、裏面電極６が形成されている。

基板１としては、特に限定はない。半導体素子用の基板として用いられているものであればいずれも好ましく使用できる。なかでも、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＮから選ばれる一種以上で構成されているものが好ましく用いられる。

基板１の厚みは、１５０μｍ以下であることが好ましく、１３０μｍ以下がより好ましい。基板の厚みを薄くすることで、半導体素子の小型化が可能となる。１５０μｍを超えると、薄板化による機能向上が十分得られないことがある。

第１表面電極２は、ニッケル合金、アルミ合金等で構成されたものなどが挙げられる。第１表面電極２は、スパッタ、蒸着、メッキプロセス等の従来公知の方法で形成できる。

コンタクト電極４は、銅、アルミ等で構成されたものなどが挙げられる。コンタクト電極４の表面積の合計値は、第１表面電極２の表面積の１０〜５０％であることが好ましく、２５〜３０％であることがより好ましい。コンタクト電極４の表面積の合計値が上記範囲内であれば、第１表面電極２での発熱を上部に伝達し易くなり、放熱性が向上する。コンタクト電極４は、スパッタ、蒸着、メッキプロセス等の従来公知の方法で形成できる。

第２表面電極５は、銅、アルミ上にニッケル／クロム／金の層積層し、半田接合対応配線等で構成されたものなどが挙げられる。第２表面電極５は、スパッタ、蒸着、メッキプロセス等の従来公知の方法で形成できる。

裏面電極６は、Ａｌ層／Ｔｉ層／Ｎｉ層／Ａｕ層の４層構造からなるものが挙げられる。裏面電極６は、基板の裏面全面に形成されていてもよく、一部に形成されていてもよい。裏面電極６は、スパッタ、蒸着、メッキプロセス等の従来公知の方法で形成できる。

本発明において、絶縁膜３は、第１絶縁膜３ａと第２絶縁膜３ｂとで構成されている。

絶縁膜３の合計膜厚は、１〜５０μｍが好ましく、５〜３０μｍがより好ましい。絶縁膜３の合計膜厚が１μｍ未満であると、保護膜としての効果が殆ど得られないことがある。また、５０μｍを超えると、半導体素子の小型化が困難になる。更には、ポリイミド膜由来の残留応力が大きくなり、基板のそりを増加する危険性がある。

第１絶縁膜３ａの熱膨張率は、２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満である。第１絶縁膜３ａの熱膨張率が上記範囲内であれば、基板１の熱膨張率に近いので、基板界面での残留応力を低減できる。

第１絶縁膜３ａの膜厚は、１〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましい。１μｍ未満であると、基板との熱応力緩和機能が減少する。５０μｍを超えると絶縁膜厚が厚くなり、絶縁膜の熱残留応力が大きくなり、コンタクト電極への負荷が増加し、接合部位剥離の危険性が高くなる。

第２絶縁膜３ｂの熱膨張率は、７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下である。第２絶縁膜３ｂの熱膨張率が上記範囲内であれば、第２表面電極５の熱膨張率に近いので、電極界面での残留応力を低減できる。

第２絶縁膜３ｂの膜厚は、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましい。１μｍ未満であると、残留応力緩和能力が低下し、配線剥離の危険性がある。３０μｍを超えると基板との熱応力差が拡大する。

第１絶縁膜３ａ及び第２絶縁膜の弾性率は、２〜８Ｇｐａが好ましく、４〜７Ｇｐａがより好ましい。弾性率が８Ｇｐａ未満であれば、破断伸びに優れ、切削加工時の表面抵抗が好くなる傾向にあり、平坦性など有利に働く。弾性率が８Ｇｐａを超えると、膜表面が硬く、もろくなり切削平坦性が悪くなる。

第１絶縁膜３ａ及び第２絶縁膜のガラス転移温度は、３５０℃以上が好ましく、４００℃が以上より好ましい。ガラス転移温度が３５０℃以上であれば、絶縁膜耐熱性をして充分な耐熱機能を示す。

第１絶縁膜３ａ及び第２絶縁膜は、後述する実施例記載の破断強度、破断伸び測定の方法で測定した常温評価時の伸びが１０％以上であることが好ましく、３０％以上がより好ましい。伸びが３０％以上であれば、コンタクト電極などへの応力を膜の伸びで十分緩和できる。

本発明において、第１絶縁膜３ａ及び第２絶縁膜３ｂは、ポリイミド膜で構成されていることが好ましい。より好ましくは、芳香族ジアミンと、芳香族テトラカルボン酸及び芳香族テトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上のアシル化合物とを反応して得られるポリアミド酸を含むポリイミド前駆体組成物をイミド化して成膜したポリイミド膜である。

芳香族ジアミンとしては、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−５，５’−ビスベンゾオキサゾール、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノビフェニル及び４，４’−ジアミノベンズアニリドから選ばれる１種以上を、７０〜１００モル％含有するものが好ましく用いられる。これらの芳香族ジアミンは、比較的剛直な構造を有し、熱膨張率を低くしつつ耐熱性に優れたポリイミド膜を形成できる。芳香族ジアミン全体に対する上記した芳香族ジアミン（以下、剛直構造ジアミンともいう）の割合が７０モル％未満であると、耐熱性が低下する傾向にある。

剛直構造ジアミンとして、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−５，５’−ビスベンゾオキサゾールを用いた場合、非常に高耐熱性でフレキシブルなポリイミド膜が得られる。また、このポリイミド膜は、比較的小さい弾性率を有し、切削加工時の面平坦性に優れ、更には、フィラー分散性に優れる。

また、剛直構造ジアミンとして、４，４’−ジアミノベンズアニリドを用いた場合、フィラー分散性に非常に優れたポリイミド膜が得られる。

また、剛直構造ジアミンとして、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノビフェニル、４，４’−ジアミノベンズアニリドを使用した場合、これらは薬品コストが低いので製造コストを低減できる。更には、アシル化合物との反応性が高いので、反応時のサイクルタイムを短縮できる。

芳香族ジアミンには、上記した剛直構造ジアミンの他に、柔軟構造のジアミン（以下、柔軟構造ジアミンともいう）を併用しても良い。柔軟構造ジアミンを併用することにより、ポリイミド膜の柔軟性、金属や基板との密着性を高めることができる。

柔軟構造ジアミンを使用する場合、芳香族ジアミン全体に対する柔軟構造ジアミンの割合は、３０モル％以下が好ましく、２〜２０モル％がより好ましく、３〜１０モル％が特に好ましい。柔軟構造ジアミンの割合が３０モル％を超えると、ポリイミド膜の耐熱性が不十分な場合がある。また、３モル％未満であると、添加効果がほとんど得られないことがある。

柔軟構造ジアミンとしては、主鎖にエーテル構造を含有するジアミン、主鎖にヘテロ環を含有するジアミン、主鎖にシロキサン構造を有するジアミン等が挙げられる。

上記主鎖にエーテル構造を含有するジアミンとしては、オキシジアニリン等が挙げられる。

上記主鎖にヘテロ環を含有するジアミンとしては、チオフェン環を有するジアミンが好ましい。具体的には、２，５‐ビス（４−アミノベンゾイル）チオフェンが好ましい一例として挙げられる。２，５‐ビス（４−アミノベンゾイル）チオフェンを使用することにより、金属との密着性に優れたポリイミド膜を形成できる。この理由としては次のように推測できる。すなわち、２，５‐ビス（４−アミノベンゾイル）チオフェンは、柔軟性があり、樹脂の柔軟性によるアンカー効果と同時に、チオフェン環のＳ元素が金属に配位することにより金属との密着性に有効に寄与していると考えられる。

上記主鎖にシロキサン構造を有するジアミンとしては、下式（１）に示すジアミンが好ましく挙げられる。より好ましくは、下式（２）のジアミンである。下式（１）のジアミンを使用することにより、基板や金属との密着性を向上できる。

（式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２は、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい二価の炭化水素基である。Ｒ^３〜Ｒ^６は、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい一価の炭化水素基である。ｎは、１以上の整数である。）

アシル化合物としては、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸及び３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上を、７０〜１００モル％含有するものが好ましく用いられる。これらのアシル化合物は、比較的剛直な構造を有し、棒状の剛直鎖を形成することができるので、熱膨張率を低くしつつ耐熱性に優れたポリイミド膜を形成できる。アシル化合物全体に対する上記したアシル化合物（以下、剛直構造アシル化合物とうもいう）の割合が７０モル％未満であると、耐熱性が低下する傾向にある。

剛直構造アシル化合物として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を使用した場合、理由は不明であるが、ポリイミド前駆体のワニス安定性が良好にできる。更には、得られるポリイミド膜の弾性率が低く、破断伸びに優れ、切削加工時の表面抵抗が好くなる傾向にあり、平坦性など有利に働く。

剛直構造アシル化合物として、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物を使用した場合、ポリイミド膜の熱膨張率をより低下できる。

アシル化合物には、上記した剛直構造アシル化合物の他に、２つ以上の芳香族環が、エステル結合、エーテル結合、ケトン結合により結合した構造をなす芳香族テトラカルボン酸及びこれらの酸無水物（以下、柔軟構造アシル化合物ともいう）を含有しても良い。これらの柔軟構造アシル化合物は、屈曲性があり、柔軟構造を有しており、ポリイミド膜の柔軟性を高めることができる。

柔軟構造アシル化合物を使用する場合、アシル化合物全体に対する柔軟構造アシル化合物の割合は、３０モル％以下が好ましく、３〜２０モル％がより好ましく、５〜２０モル％が特に好ましい。柔軟構造アシル化合物の割合が３０モル％を超えると、ポリイミド膜の耐熱性が不十分な場合がある。また、３モル％未満であると、添加効果がほとんど得られないことがある。

柔軟構造アシル化合物としては、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。

ポリイミド前駆体組成物は、上記芳香族ジアミンと上記アシル化合物とを反応させて得られるポリアミド酸を少なくとも含有する。前記ポリアミド酸は、上記アシル化合物を、上記芳香族ジアミンよりも１モル％以上多く反応して得られるポリアミド酸を用いることが好ましい。より好ましくは、上記芳香族ジアミン１モルに対し、上記アシル化合物を１．０１〜１．１５モル、さらに好ましくは１．０２〜１．０８モル、特に好ましくは１．０２〜１．０５モル反応させて得られるポリアミド酸である。

このポリアミド酸を含むポリイミド前駆体組成物をイミド化して得られるポリイミド膜は、熱分解温度が高く、更には、熱分解初期に発生する分解ガスは、分子末端のカルボキシル基や酸無水物基が熱分解して発生した炭酸ガス（ＣＯ_２）を主成分とするものであり、ポリイミド膜の主鎖ポリマーの分解を抑制でき、耐熱性に優れている。

これに対し、芳香族ジアミン１モルに対し、アシル化合物を１モル以下の割合で反応させることにより、分子末端にアミノ基を有するポリアミド酸が得られ易くなるが、分子末端にアミノ基を有するポリアミド酸は、ポリアミド酸のカルボキシル基と分子末端のアミノ基とが反応して塩を形成し易い。このような塩が形成されると、触媒効果によってポリアミド酸の分子量が低下し易く、ポリイミド前駆体組成物の粘度が経時変化し易い。更には、ポリイミド前駆体組成物の熱イミド化時に生成する水などによりポリアミド酸の加水分解が促進され易く、得られるポリイミド膜の分子量が低下し易い。更にまた、末端アミノ基は熱に対して不安定であることから、分子末端がカルボキシル基又は酸無水物基でエンドキャップされた構造のポリアミド酸をイミド化して成膜したポリイミド膜よりも熱分解開始温度が低くなり易く、耐熱性が損なわれ易い。

ポリアミド酸は、ポリスチレン換算重量平均分子量が５０，０００以上２００，０００以下であるポリアミド酸の割合が７０〜１００質量％で、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０，０００以上５０，０００未満であるポリアミド酸の割合が０〜３０質量％であることが好ましい。

ポリスチレン換算重量平均分子量が５０，０００以上２００，０００以下であるポリアミド酸（以下、高分子量ポリアミド酸ともいう）は、ワニス粘度が高くなり過ぎずハンドリング性が良好で、フィラー分散性が良好である。更には、耐熱性、機械強度（破断強度、破断伸び等）に優れたポリイミド膜とすることができる。
また、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０，０００以上５０，０００未満であるポリアミド酸（以下、低分子量ポリアミド酸ともいう）は、成膜後のポリイミド膜の機械強度などが低下する傾向にあるが、分子末端のカルボキシル基や酸無水物基の割合が増加することから、ワニス安定性、フィラー分散性、基板密着性が向上する。
そして、高分子量ポリアミド酸の割合が７０〜１００質量％で、低分子量ポリアミド酸の割合が０〜３０質量％であれば、ワニス安定性に優れ、フィラー分散性が良好であり、更には、膜機械強度に優れ、耐熱性に優れたポリイミド膜が得られやすくなる。また、高分子量ポリアミド酸と低分子量ポリアミド酸とを混合して用いた場合には、両樹脂の機能を有するポリイミド膜を得ることができる。

なお、高分子量ポリアミド酸と低分子量ポリアミド酸とを混合して用いる場合、高分子量ポリアミド酸と低分子量ポリアミド酸との組み合わせは、相溶性に優れるものを選択して使用することが好ましい。特に好ましくは、それぞれの主鎖構造が同一のポリアミド酸を用いる。高分子量ポリアミド酸と低分子量ポリアミド酸との相溶性が良好であれば、イミド化後のポリイミド膜は完全に一体化し、長期信頼性に優れる。

ポリアミド酸のポリスチレン換算重量平均分子量は、芳香族ジアミンに対するアシル化合物の比率を高めて反応させることで、ポリスチレン換算重量平均分子量の低いポリアミド酸が得られる。

本発明において、ポリスチレン換算重量平均分子量とは、後述する実施例に記載した重量平均分子量測定で求めた値である。

ポリイミド前駆体組成物には、絶縁性放熱フィラーを含有させても良い。絶縁性放熱フィラーを含有させることにより、得られるポリイミド膜の放冷特性を向上できる。また、このポリイミド前駆体組成物は、フィラー分散性に優れるため、絶縁性放熱フィラーを含有させてもハンドリング性が損なわれ難い。

絶縁性放熱フィラーとしては特に限定はなく、従来公知のものを使用できる。好ましくは、窒化ホウ素である。窒化ホウ素は、放冷特性に優れ、更には、アミド構造との親和性に優れることから、ポリイミド前駆体組成物中に均一分散し易く、また、成膜後のポリイミド膜から分離しにくい。

絶縁性放熱フィラーは、ポリイミド前駆体組成物中にポリイミド樹脂重量に対して１〜３０重量％含有することが好ましく、３〜３０重量％含有することがより好ましい。絶縁性放熱フィラーの含有量が３重量％未満であると、添加効果が殆ど得られない。３０重量％を超えると、ポリイミド前駆体組成物中に均一分散し難くなり、更には、ワニス安定性が低下する傾向にある。

ポリイミド前駆体組成物の成膜方法は、特に限定はなく、従来公知の方法により成膜できる。例えば、ポリイミド前駆体組成物を基板等の被塗装物の表面に塗布し、加熱乾燥等の処理を行ってポリイミド前駆体組成物の塗膜を形成し、これを熱イミド化して行う方法等が挙げられる。また、被塗装物の表面をあらかじめカップリング剤で処理しておくことにより、被塗装物との密着性を向上できる。カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、アルミ系カップリング剤、チタン系カップリング剤などが使用できる。カップリング剤による処理方法は従来公知の方法で行うことができる。例えば、カップリング剤を溶剤に溶かして被塗装物の表面に塗布するウエット処理法、被塗装物をカップリング剤の蒸気に曝すドライ法などが挙げられる。

上記ポリイミド前駆体組成物を成膜して得られるポリイミド膜の熱膨張率を２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満にするには、剛直構造ジアミン及び剛直構造アシル化合物を使用すればよい。そして、上記範囲内で熱膨張率を高めるには、剛直構造アシル化合物として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用い、剛直構造ジアミンとして２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾールを用いることが好ましい。また、上記範囲内で熱膨張率を下げるには、剛直構造アシル化合物として、ピロメリット酸二無水物を用いることが好ましい。

また、上記ポリイミド前駆体組成物を成膜して得られるポリイミド膜の熱膨張率を７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下にするには、柔軟構造ジアミンの共重合体とすればよい。そして、上記範囲内で熱膨張率を高めるには、柔軟構造ジアミン比率を高くすればばよい。また、上記範囲内で熱膨張率を下げるには、柔軟構造ジアミン比率を小さくすればよい。

本発明の半導体素子は、第１表面電極２を含む基板１の表面側と、絶縁膜３との間に、無機絶縁薄膜を介在させてもよい。無機絶縁膜を介在させることで、基板表面の耐リーク電流性能が向上する。無機絶縁膜として、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素などが挙げられる。窒化ケイ素薄膜は薄膜下の過剰な帯電を抑制し、素子の安定性に寄与する。無機絶縁膜は第１表面電極２を形成した後、蒸着プロセスを用い、必要とする部位に任意に形成するとよい。

無機絶縁膜を介在させる場合、無機絶縁膜の膜厚は、０．１〜５μｍが好ましく、０．３〜２．５μｍがより好ましい。０．１μｍ未満であると、無機絶縁膜による効果が殆ど得られない。また、５μｍを超えると、無機絶縁膜へクラックが入りやすくなる。

なお、図１に示す半導体素子は、裏面電極６を備えているが、裏面電極６は必ずしも必要ではなく、裏面電極６は備えていなくてもよい。

また、この実施形態では、絶縁膜３は、第１絶縁膜３ａと、第２絶縁膜３ａの２層で構成されているが、第１絶縁膜３ａと、第２絶縁膜３ａとの間に、第１絶縁膜３ａと、第２絶縁膜３ａとの中間の熱膨張率の第３の絶縁膜を介在させ、３層以上の複数構造にしてもよい。これにより、絶縁膜の熱膨張率を、基板１側から第２表面電極５側に向かって、より傾斜的にすることができ、基板と第二表面電極間の熱残留応力をより緩和する効果が高くなるという効果が得られやすくなる。

（半導体素子の製造方法）
［第１実施形態］
次に、本発明の半導体素子の製造方法の第１の実施形態について、図２を用いて説明する。

まず、基板１（研磨前の基板）上に、図示しない半導体部セルを回路でつなぐようにして第１表面電極２を形成する（図２（ａ））。

次に、第１表面電極２が形成された側の基板１の表面に、レジストを塗布し（図２（ｂ））、これをプリベークしてレジスト膜１０を形成する。そして、レジスト膜１０を貫通して第１表面電極２上にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に電解メッキ法を用いてコンタクト電極４を作製する（図２（ｃ））。レジスト膜１０を剥離することで、第１表面電極２上にコンタクト電極４が形成された基板が得られる（図２（ｄ））。

次に、第１表面電極２、コンタクト電極４を埋め込む形で基板１の表面側全面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成しうる第１のポリイミド前駆体組成物を塗布し、プリベーク処理して第１のポリイミド前駆体組成物の塗膜１５を形成する（図２（ｅ））。ついで、第１のポリイミド前駆体組成物の塗膜１５上に、熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を形成しうる第２のポリイミド前駆体組成物を塗布し、プリベーク処理して第２のポリイミド前駆体組成物の塗膜１６を形成する（図２（ｆ））。そして、第１のポリイミド前駆体組成物の塗膜１５と、第２のポリイミド前駆体組成物の塗膜１６のイミド化を同時に行うことで、第１絶縁膜３ａ上に、第２絶縁膜３ｂが積層された絶縁層３が形成される。それぞれの塗膜のイミド化を同時に行うことで、それぞれのポリイミド前駆体組成物によって形成されるポリイミド膜どうしが界面間で一体化して、接合界面の強度が向上する。各々のポリイミド前駆体組成物は、芳香族ジアミン及び／又はアシル化合物が、同一の化合物を用いて反応させたポリアミド酸を含むものが好ましい。このようなポリイミド前駆体組成物を用いることで、プリベーク膜の界面間で相溶化が生じ、イミド化によって一体化し易くなる。イミド化は、最終キュア温度を３００〜４００℃となるようにすることが好ましい。この高温処理はコンタクト電極４のメッキ層のアニール処理をかねることからコンタクト電極４の強度向上有効に働く。

なお、絶縁膜３と第１表面電極との間に無機絶縁膜を介在させる場合は、第１のポリイミド前駆体組成物を塗布する前に、基板１の表面側及び第１表面電極２の必要とする部位に任意に、蒸着プロセス等の方法を経て形成する。

次に、第２絶縁膜３ｂを研磨または切削等により表面を削り、コンタクト電極４の上部を第２絶縁膜３ｂ上に削り出して露出させる（図２（ｇ））。

次に、第２絶縁膜３ｂ上に露出したコンタクト電極４を介して、第２絶縁膜３ｂ上部に第２表面電極５（エミッター電極、ゲート電極）を形成する（図２（ｈ））。

次に、表面電極側を治具などに固定し、基板１の裏面側を研磨して、基板１を所定の厚み（好ましくは、１５０μｍ以下）に調整する。研磨方法としては、公知のＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング法）等が挙げられる。

次に、所定の厚みに調整した基板１の裏面側に、裏面電極６を形成する（図２（ｉ））。裏面電極６は、基板の裏面全面に形成してもよく、部分的に形成してもよい。

そして、裏面電極側を治具などに固定し、表面電極側を、絶縁膜３から、ダイヤモンド回転刃を用いるダイサイーなどの方法でダイシングし、各素子を切り出すことで、本発明の半導体素子を製造できる。

なお、裏面電極６を有しない半導体素子を製造する場合においては、基板１の裏面側を研磨して、所定の厚みに調整した後、裏面電極側を治具などに固定し、表面電極側を、絶縁膜３かダイシングして各素子を切り出す製造できる。ダイシング時のチッピングおよびクラック抑制には、ハーフカット／裏面研磨ダイシングなどの方法が採用できる。

［第１の実施形態の変形例］
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
上記した第１の実施形態では、第２表面電極５を形成した後、基板１の裏面側を研磨したが、この実施形態では、第２絶縁膜３ｂを研磨または切削等により表面を削り、コンタクト電極４の上部を第２絶縁膜３ｂ上に削り出した後、表面電極側を基板１の裏面側を研磨して所定の厚みに調整し、裏面電極６を形成した後、第２絶縁膜３ｂ上に第２表面電極５を形成する。
このようにして基板１の裏面側を研磨することで、基板研磨後の基板厚、絶縁膜厚の面内均一性が高くなり、基板１をより薄膜にし易くなる。

［第２実施形態］
次に、本発明の半導体素子の製造方法の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。

まず、基板１（研磨前の基板）上に、図示しない半導体部セルを回路でつなぐようにして第１表面電極２を形成する（図３（ａ））。

次に、上記第１の実施形態と同様にして、第１表面電極２を埋め込む形で基板１の表面側全面に、第１絶縁膜３ａ上に、第２絶縁膜３ｂが積層された絶縁層３を形成する（図３（ｂ））。

次に、絶縁膜３を貫通して第１表面電極２上にビアホール１１を形成する（図３（ｃ））。ビアホール１１の形成方法としては、特に限定はなく、レーザービア形成法、ドライエッチング法など従来公知の方法を用いることができる。

次に、ビアホール１１内に電解メッキ法を用いてコンタクト電極４を作製する（図３（ｄ））。

次に、第２絶縁膜３ｂ上に露出したコンタクト電極４を介して、第２絶縁膜３ｂ上部に第２表面電極５（エミッター電極、ゲート電極）を形成する（図３（ｅ））。

次に、表面電極側を治具などに固定し、基板１の裏面側を研磨して、基板１を所定の厚みに調整する（図３（ｆ））。

次に、所定の厚みに調整した基板１の裏面側に、裏面電極６を形成する（図３（ｇ））。

そして、裏面電極側を治具などに固定し、表面電極側を、絶縁膜３からダイシングして各素子を切り出すことで、本発明の半導体素子を製造できる。

［測定方法］
・重量平均分子量測定
測定装置：島津製作所製ＬＣ−１０ＡＤ（解析ソフト：ＣＬＡＳＳ−ＶＰ、ＧＰＣ ｆｏｒ ＣＬＡＳＳ−ＶＰ）
ＵＶ検出：測定波長 ２７０ｎｍ
カラム：ＰＬ製 Ｐｌｇｅｌ ５μｍ ＭＩＸＥＤ−Ｃ ３００×７．５ｍｍ
ＰＬ製 Ｐｌｇｅｌ ５μｍ Ｇｕａｒｄ ５０×７．５ｍ ２本
カラム温度：３６℃
溶離液：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５００ｍｌ／Ｌと、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）５００ｍｌ／Ｌと、リン酸５．８ｇ／Ｌの混合液
流量：１ｍｌ／ｍｉｎ(ポンプ流量誤差±２％)
標準ポリスチレン：東ソー標準キッド
樹脂濃度０．１Ｗｔ％

・ワニス安定性
ポリイミド前駆体組成物の粘度が３０Ｐｓになるように、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）とを重量比で１：１の割合で混合した混合溶剤を加えて調整し、２５℃で４８時間放置後の粘度を、東機産業株株式会社製Ｅ型回転粘度計、中粘度用Ｍ型を用い、２５℃、２０ｒｐｍまたは１００ｒｐｍの条件で測定した。±１０％以内の粘度変化の場合は○とし、±１０〜１２％の粘度変化の場合は△とし、それ以外を×とした。

・フィラー分散性
ポリイミド前駆体組成物に、平均粒径５μｍの窒化ホウ素を樹脂重量に対して２５質量％添加した後、攪拌して分散させた。２５℃で３時間放置した後の分散性を目視で観察し、均一分散の場合は○とし、僅かに沈降分離の場合は△とし、沈降分離の場合は×とした。

・熱膨張率測定
測定装置：Ｓｅｉｋｏ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製 ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ６０００
測定試料：４ｍｍ×２０ｍｍ×１０μｍ
測定条件：２５℃→３００℃→２５℃→３００℃→２５℃サイクルの２回目の冷却時における熱膨脹率変化を記録した。
昇温速度：５℃／分
荷重：２ｇ（空気雰囲気）

・１％重量減衰開始温度
測定装置：Ｓｅｉｋｏ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製 ＥＸＳＴＡＲ ６０００
測定試料：２ｇ〜５００ｍｇ
測定条件：Ｎ２ガスを２００ｍｌ／分の流量で供給しながら、昇温速度１０℃／℃にて、室温から６００℃まで昇温し、１％重量減衰開始温度を記録した。

・弾性率測定
測定装置：Ｓｅｉｋｏ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製 ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ６０００
測定試料：９ｍｍ×２０ｍｍ×１０μｍ
測定条件：最小張力／圧縮力＝５０ｍＮ、張力／圧力ケ゛イン＝１．２、力振幅初期＝５０ｍＮ、周波数＝１Ｈｚ、温度変化プログラム＝室温〜３００℃、昇温速度＝５℃／ｍｉｎ

・破断強度、破断伸び
測定装置：島津製作所製 精密万能試験機オートグラフ 床置型ＡＧ−１０ｋＮＸ
測定試料：０．０１ｍｍ×１０ｍｍ×３５ｍｍ
測定条件：引張速度１０ｍｍ／分（２５℃）

・熱分解開始温度および分解ガス測定
測定装置：ＦＴ／ＩＲ−４７０Ｐｌｕｓ−Ｉｒｔｒｏｎ ＩＲＴ−３０ （ニコレー製）
加熱温度：開始温度１００℃〜７００℃（３０ｍｉｎ）
昇温速度：２０℃／ｍｉｎ
（ＧＣ部）
カラム：Ｕｌｔｒａ ＡＬＬＯＹ−ＤＴＭ ２．５ｍ×０．１５ｍｍ
温度：３００℃
注入口：３００℃
インターフェース：２８０℃
キャリアガス：５０Ｋｐａ 全流量６０ｍＬ／ｍｉｎ

・熱伝導率測定
シリコン基板上に製膜後の膜厚が３０〜４０μｍとなるように、ポリイミド前駆体組成物を塗布後、プリベークした。この上にさらに該ポリイミド前駆体組成物を重ね塗布した。この操作を繰り返して膜厚を調整後、熱イミド化して試料を作製し、京都電子工業株式会社製、迅速熱伝導率計（ＱＴＭ−５０）を用いて熱伝導率を測定した。

［絶縁膜の製造］
（製造例１）
高粘度攪拌装置、窒素ガスラインを備えた５００ｍＬセパラブルフラスコ中に２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．５４ｇ（０．０３モル）を秤量した。次いで、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）とを重量比で１：１の割合で混合した混合溶剤（以下、混合溶剤という）９０ｇを加え、室温にて３０分間攪拌した。
この混合反応液を氷冷攪拌下にて、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）を粉体のまま添加した。さらに、上記混合溶剤２０ｇを用い反応容器内に付着した３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を洗浄しながら追加添加した。氷冷攪拌２時間後、２５℃に昇温後２４時間攪拌し、ポリアミド酸を得た。このポリアミド酸の重量平均分子量、ワニス安定性、フィラー分散性を表１に記載する。
得られたポリアミド酸に、上記混合溶剤を適宜加えて粘度を３０〜５０Ｐｓに調整してポリイミド前駆体組成物を得た。このポリイミド前駆体組成物を、カップリング剤処理を施したシリコン基板にスピナーを用い塗布し、９０℃６分ホットプレートを用いプリベーク処理した。（塗工膜厚はキュア後膜厚が８μｍとなるように調整した）。次いで、イナートオーブンを用い、５０℃×６０分→１５０℃×３０分→２５０℃×６０分×最終キュア温度（３５０又は４００℃）×６０分→冷却（室温）の温度プロセスで熱イミド化して成膜した。
そして、５０％フッ化水素酸を用い、シリコン基板から成膜した膜を剥離し、十分水洗後１３０℃３時間加熱乾燥して評価用フィルムを得て、破断強度（ＭＰａ）、破断の伸び（％）、熱膨張率（ｐｐｍ／℃）、弾性率（ＧＰａ）、１％重量減衰開始温度（℃）、脱ガス検知温度（℃）、分解ガスの種類を評価した。結果を表１にまとめて記す。

（製造例２）
製造例１において、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．５４ｇ（０．０３モル）の代わりに、ｐ−フェニレンジアミン３．２５ｇ（０．０３モル）を用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例３）
製造例１において２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．５４ｇ（０．０３モル）の代わりに、４，４’−ジアミノベンズアニリド６．８２ｇ（０．０３モル）を用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例４）
製造例１において、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．５４ｇ（０．０３モル）の代わりに、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．１８ｇ（０．０２９１モル）と下式（２）に示すＳｉジアミン０．２２４ｇ(０．０００９モル)とを用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例５）
製造例１において、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール１２．５４ｇ（０．０３モル）の代わりに、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾール９．１６ｇ（０．０２１９モル）と、２,５‐ビス(４−アミノベンゾイル)チオフェン２．６１ｇ（０．００８１モル）とを用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例６）
製造例１において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）の代わりに、ピロメリット酸二無水物６．８ｇ（０．０３１２モル）を用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例７）
製造例３において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）の代わりに、ピロメリット酸二無水物６．８ｇ（０．０３１２モル）を用いた以外は製造例３と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例８）
製造例５において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）の代わりに、ピロメリット酸二無水物６．８ｇ（０．０３１２モル）を用いた以外は製造例５と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例９）
製造例１において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）の代わりに、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物１０．０６ｇ（０．０３１２モル）を用いた以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。

（製造例１０）
製造例１において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の使用量を１２．５５ｇ（０．０３モル）とした以外は製造例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。
このポリイミド前駆体組成物の粘度は、１００Ｐｓを超え、ワニスハンドリングが大幅に悪化した。また、実施例１の混合溶剤を加えて粘度を３０Ｐｓまで低下させたところ、樹脂濃度５．０％まで低下し、厚膜塗工が困難であった。また、ワニス安定性が悪化した。初期分解ガス成分もベンゼン環由来のガス（Ｃ６系ガス）を検知した。

（製造例１１）
製造例１において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の使用量を１２．５５ｇ（０．０３モル）とし、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６’−ビベンゾオキサゾールの使用量を１３．０６ｇ（０．０３１２モル）とした以外は実施例１と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。
このポリイミド前駆体組成物は、ワニス安定性が極めて悪かった。また、膜の破断伸びが低く、強度不足が懸念される。更には、脱ガス開始温度が低く、初期分解ガス成分もベンゼン環由来のガスを検知した。

（製造例１２）
製造例２において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の使用量を１２．５５ｇ（０．０３モル）とし、ｐ−フェニレンジアミンの使用量を３．２５ｇ（０．０３モル）とした以外は製造例２と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。
このポリイミド前駆体組成物の粘度は、１００Ｐｓを超え、ワニスハンドリングが大幅に悪化した。また、実施例１の混合溶剤を加えて粘度を３０Ｐｓまで低下させたところ、樹脂濃度５．１％まで低下し、厚膜塗工が困難であった。また、フィラー分散性も悪かった。初期分解ガス成分はベンゼン環由来のガスを検知した。

（製造例１３）
製造例２において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の使用量を１２．５５ｇ（０．０３モル）とし、ｐ−フェニレンジアミンの使用量を３．３８ｇ（０．０３１２モル）とした以外は製造例２と同様にしてポリアミド酸を得てポリイミド前駆体組成物を調製した。このポリイミド前駆体組成物を用い、製造例１と同様にして成膜した。
このポリイミド前駆体組成物は、ワニス安定性が極めて悪かった。また、膜の破断伸びが低く、強度不足が懸念される。更には、脱ガス開始温度が低く、初期分解ガス成分もベンゼン環由来のガスを検知した。

（製造例１４）
市販の低熱膨張自己密着型樹脂ワニス（商品名：「ＳＰ−０４２」 東レ社製）を用い、ワニス安定性、フィラー分散性を評価した。また、この樹脂ワニスを用いて製造例１と同様にして成膜し、破断強度（ＭＰａ）、破断の伸び（％）、熱膨張率（ｐｐｍ／℃）、弾性率（ＧＰａ）、１％重量減衰開始温度（℃）、脱ガス検知温度（℃）、分解ガスの種類を評価した。
この樹脂ワニスは、ワニス安定性が悪く、ハンドリング性に問題があった。また、脱ガス開始温度が３００℃と極めて低かった。

［複合膜の作製と評価］
製造例１において、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物９．１８ｇ（０．０３１２モル）の使用量を９．５３ｇ（０．０３２４モル）とした以外は、実施例１と同様にしてポリアミド酸を得た。このポリアミド酸の重量平均分子量は３８０００であった。
次に、得られたポリアミド酸３０ｇと、製造例１のポリアミド酸７０ｇと混合した。２種類のポリアミド酸は主鎖構造が同一のため、完全に溶解し、均一ワニスになった。このワニスに窒化ホウ素４．８ｇ（商品名「ＨＰ−４０」、ＪＦＥＳ社製、平均粒径５μｍ、ポリアミド酸の全質量に対して３０質量％に相当）を添加し、攪拌してポリイミド前駆体組成物を調製した。窒化ホウ素はワニスに均一分散した。このポリイミド前駆体組成物から成膜したフィルムの熱伝導率は１．４（Ｗ／ｍ／Ｋ）であった。
一方、窒化ホウ素を添加しないこと以外は同様にして調製したポリイミド前駆体組成物を用いて成膜したフィルムの熱伝導率は０．２（ｗ／ｍ／ｋ）であった。このように、窒化ホウ素を添加することにより放熱特性が著しく向上した。

［膜積層構造体の成膜］
製造例１のポリイミド前駆体組成物を、最終膜厚が３μｍになるようにスピナーを用いてシリコン基板に塗布した。この基板を９０℃×６分、ホットプレートを用いてプリベークした。次に、この基板上に、実施例５のポリイミド前駆体組成物を、最終膜厚が２μｍになるようにスピナーを用い塗布し、９０℃×６分、ホットプレートでプリベークした。塗工およびプリベーク後の膜中のボイドおよび剥離（浮き）は見られなかった。この基板を、イナートオーブンを用い最終キュア温度４００℃×６０分の条件で熱イミド化して成膜た。膜を通常の方法でシリコン基板より剥離した。剥離した膜の破断強度は３１０Ｍｐａ、破断伸び３９％で優れた膜機械特性を示した。また、２種類の膜は界面で剥離することなく一体化していた。

［半導体素子の製造］
図２に示す手順にて、半導体素子を製造した。
半導体セルが回路でつながれて形成された第１表面電極２（ニッケル電極）を有するシリコン基板（基板厚み５００μｍ）上に、めっきレジスト（商品名「ＺＰＮ１０３」，ネガ型感化ゴムレジスト、日本ゼオン製）をコート後、露光、現像処理を行い、第１表面電極２上にコンタクトホール１１が貫通して形成された２０μｍ膜厚のレジスト膜を形成した。
電解めっき法を用いてコンタクトホール内にコンタクト電極４を作成した（図２−（ｃ））。専用剥離液を用い、レジスト膜１０を剥離してコンタクト電極４を露出させた（図２−（ｄ））。
この基板上に、製造例１で合成したポリイミド前駆体組成物を、キュア後膜厚が１７〜１８μｍの膜厚になるように塗布し９０℃で６分プリベークした（図２−（ｅ））。次いでこのプリベーク膜上に、製造例５で合成したポリイミド前駆体組成物を、キュア後膜厚が５μｍ程度になるように塗布した（図２−（ｆ））。重ね塗りたプリベーク膜を製造例１記載のキュア条件で熱イミド化して積層ポリイミド膜（絶縁膜３）を作製した。この積層ポリイミド膜の積層面は完全に一体化しており、剥離することが無かった。
このシリコン基板１上の積層ポリイミド膜を切削加工（切削加工装置ＤＡＳ８９２０，株式会社ディスコ社製）してコンタクト電極４を削りだした（図２−（ｇ））。切削面のポリイミド膜（絶縁膜３ｂ）はチオフェン骨格を有する樹脂で熱膨張率が１４．８ｐｐｍ／℃を有し、第２表面電極５（銅電極）と熱膨張率が近似し、しかも銅との密着性に優れていた。
コンタクト電極４より、積層ポリイミド膜表面に第２表面電極５をスパッタ法で作製した後（図２−（ｈ））、ポリイミド面を固定して、シリコン基板裏面を研磨加工してシリコン基板を１００μｍまで薄板化した。薄膜化したシリコン基板は反ることが無く、平坦であり、シリコン基板の欠けも見られなかった。安定して次工程に進めることが出来た。また、第２表面電極５と積層ポリイミド膜との間での相間隔離がなかった。
裏面電極６をスパッタ法で順次積層した後、ポリイミド面からダイサーを用いてチップを分割したところ、そりおよび欠けのない半導体素子を得ることが出来た。

１：基板
２：第１表面電極
３：絶縁膜
３ａ：第１絶縁膜
３ｂ：第２絶縁膜
４：コンタクト電極
５：第２表面電極
６：裏面電極
１０：レジスト膜
１１：ビアホール
６１：基板
６２：第１表面電極
６３：絶縁膜
６４：コンタクト電極
６５：第２表面電極
６６：裏面電極

Claims (12)

1. 基板の表面に形成された第１表面電極と、
   前記第１表面電極上を含む基板の表面側に形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜の表面に形成された第２表面電極と、
   前記絶縁膜を連通して前記第１表面電極と前記第２表面電極とを導通するように形成されたコンタクト電極とを備えた半導体素子であって、
   前記絶縁膜と前記第１表面電極との間に無機薄膜絶縁層が形成され、
   前記絶縁膜は、前記基板に隣接する側に形成された熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜と、前記第２表面電極に隣接する側に形成された熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜とを有することを特徴とする半導体素子。
2. 前記絶縁膜の合計膜厚が１〜５０μｍである、請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜が、芳香族テトラカルボン酸及び芳香族テトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上のアシル化合物を、前記芳香族ジアミンよりも１モル％以上多く反応して得られるポリアミド酸を含むポリイミド前駆体組成物をイミド化して得られるポリイミド樹脂で構成されている、請求項１又は２に記載の半導体素子。
4. 前記芳香族ジアミンが、２，２’−ジ（ｐ−アミノフェニル）−５，５’−ビスベンゾオキサゾール、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノビフェニル及び４，４’−ジアミノベンズアニリドから選ばれる１種以上を７０〜１００モル％含有する、請求項３に記載の半導体素子。
5. 前記アシル化合物が、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸及び３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物から選ばれる１種以上を７０〜１００モル％含有する、請求項３又は４に記載の半導体素子。
6. 前記無機薄膜絶縁層が、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素で形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の半導体素子。
7. 前記基板の厚みが１５０μｍ以下である、請求項１から６のいずれかに記載の半導体素子。
8. 前記基板が、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＮから選ばれる一種以上で構成されている、請求項請求項１から７のいずれかに記載の半導体素子。
9. 基板の一方の面に第１表面電極を形成する第１表面電極形成工程と、
   第１表面電極が形成された基板の表面にレジスト組成物を塗布し、プリベークしてレジスト膜を形成し、該レジスト膜を貫通して前記第１表面電極上にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内にコンタクト電極を形成し、前記レジスト膜を剥離するコンタクト電極形成工程と、
   第１表面電極が形成された基板の表面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成し、次いで、該第１絶縁膜上に熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を積層して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   コンタクト電極を介して前記絶縁膜上に第２表面電極を形成する第２表面電極形成工程と、
   第１表面電極、第２表面電極及び絶縁膜が形成された基板の裏面側を支持体に固定し、第１表面電極側からダイシングして素子ユニットを分離するダイシング工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
10. 基板の一方の面に第１表面電極を形成する第１表面電極形成工程と、
    第１表面電極が形成された基板の表面に、熱膨張率が２ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃未満の第１絶縁膜を形成し、次いで、該第１絶縁膜上に熱膨張率が７ｐｐｍ／℃以上２４ｐｐｍ／℃以下の第２絶縁膜を積層して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    絶縁膜形成工程で形成した絶縁膜にビア部分を開口させ、開口したビア部分にコンタクト電極をメッキプロセスで形成した後、コンタクト電極を介して前記絶縁膜上に第２表面電極を形成する第２電極形成工程と、
    第１表面電極、第２表面電極及び絶縁膜が形成された基板の裏面側を支持体に固定し、第１表面電極側からダイシングして素子ユニットを分離するダイシング工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
11. 前記絶縁膜上に第２表面電極を形成した後、前記基板の他方の面を研磨して厚みを１５０μｍ以下に調整し、研磨した側の面に裏面電極を形成する、請求項９又は１０に記載の半導体素子の製造方法。
12. 前記絶縁膜形成工程を終えた後、前記基板の他方の面を研磨して厚みを１５０μｍ以下に調整し、研磨した側の面に裏面電極を形成した後、前記絶縁膜上に第２表面電極を形成する、請求項９又は１０に記載の半導体素子の製造方法。