JPH04196306A - ポリイミド系樹脂膜パターンの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボーリイミド系樹脂膜のパターン形成法、さら
に詳しくは半導体素子などの表面を保護するためのポリ
イミド系樹脂膜パターンの製造法に関する。

〔従来の技術］ 従来、ポリイミド系樹脂は、化学気相成長法等で形成し
た二酸化シリコン等の無機絶縁膜と比べて高平坦性を有
し、かつ弾性に冨み、半導体素子の応力緩和および素子
表面の傷防止に優れていることから、半導体素子の表面
保護膜に広く用いられている。

このポリイミド系樹脂膜は、スピニング法などにより半
導体素子が製造されたウェハ上に形成され、そのパター
ンの形成法としては（１）２２０〜３５０°Ｃで熱処理
したポリイミド樹脂膜上に、マスク材としてネガレジス
トパターンを形成した後、ヒドラジン系溶液を用いてパ
ターン化する方法、（２）１１０〜１６０°Ｃで熱処理
したポリイミド樹脂膜上に、マクス材としてポジレジス
ト膜を形成し、アルカリ性水溶液を用いてレジストと同
時にパターン化する方法、（３）フォトレジスト膜の形
成を不要とした感光性ポリイミド樹脂膜をＮ−メチル−
２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミドなどの
極性有機溶剤を主成分とする現像液でパターン化する方
法などが知られている。

しかし、近年、半導体業界では有機溶剤使用の規制およ
び半導体の生産工程時間の短縮化が図られているため、
（１）の方法ではヒドラジン系溶液、フェノール系レジ
スト剥離液を多量に用いるという欠点があり、またネガ
レジスト膜をパターン化した後、ポリイミド樹脂膜のパ
ターン化が行われるため（２）、（３）の方法に較べ生
産工程が長いという欠点がある。

また（３）の方法では、３ｇｍ以上の比較的厚い膜厚の
場合、静止パドル方式やスプレ一方式などの現像処理に
おいてウェハ面内でパターン寸法が不均一になり、また
耐熱性、機械的強度などの物性が劣るという問題がある
。

このため、最近では有機溶剤をほとんど使用せず、また
（１）に比べてポリイミド樹脂膜のエツチング時間が短
い（２）の方法がポリイミド系樹脂膜パターン形成の主
流になっている。

しかしながら、（２〕の方法でポリイミド樹脂膜にパタ
ーン形成する場合、（ａ）ポジレジスト剥離後の１６０
〜３５０°Ｃの熱処理でポリイミド樹脂膜のパターンエ
ッヂ部に極度な盛り上がりが生しる、（ｂ）アルカリ性
水溶液によるエツチング時間が長くなるとポジレジスト
膜が欠けるため、ポリイミド樹脂膜のパターンエッヂ部
が変形する、（Ｃ）レジスト剥離液である酢酸−ｎ−ブ
チル、エチルセロソルブアセテート、メチルエチルケト
ンなどを用いてレジスト膜を剥離除去するとポリイミド
樹脂膜のパターンエッヂ部にひだ状の皮張りが生しるな
どの問題がある。

特にパターン化するポリイミド樹脂膜の膜厚が厚くなる
ほど上記（ａ）〜（ｃ）の問題が大きくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、ポリイ
ミド系樹脂膜のパターンエッヂ部の膜盛り上がり、変形
および皮張りが発生しない、ポジレジストを用いたポリ
イミド系樹脂膜パターンの製造法を提供することにある
。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、有機四塩基酸二無水物成分とジアミン成分と
を有機溶剤中で反応させて得られるポリアミド酸溶液を
基板上に塗布し、熱処理してポリイミド樹脂膜を形成し
、この膜上にポジレジストを形成した後、形成されるパ
ターン形状に等しい形状の加工寸法を有するフォトマス
クを介して露光し、上記ポジレジストの現像およびポリ
イミド系樹脂膜のエツチング加工を施し、次いで上記フ
ォトマスクより加工寸法の大きい、少なくとも１種のフ
ォトマスクを加工寸法の小さい順に用いて上記露光、現
像およびエンチング工程を繰り返し、その後、上記ポジ
レジストを剥離することを特徴とするポリイミド系樹脂
膜パターンの製造法に関する。

本発明に用いられるポリアミド酸溶液は、例えばＮ−メ
チル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド
、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ブチルセロソルブア
セテート、ジイソブチルケトン等の有機溶剤中に、４，
４′−ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミン成分
を溶解させ、次に３．３’、４．４’−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物などの有機四塩基酸二無水物
成分を加えて５０°Ｃ以下、より好ましくは室温付近ま
たはそれ以下の温度で撹拌、反応させて得られる。ポリ
イミド系樹脂膜は上記ポーリアミド酸溶液を５０〜８０
°Ｃの温度で撹拌して使用上適切な粘度に調整した後、
例えば半導体基板上にスピニング塗布し、ホットプレー
ト、温風式乾燥器等で１００〜３５０°Ｃの範囲の温度
で３時間以内で熱処理し、脱水閉環して得られる。ポリ
アミド酸溶液の市販品としては、例えばＰＩＱ、ＰＩＸ
（日立化成工業社製商品名）等が挙げられる。

本発明に用いられるポジレジストとしては特に制限はな
（、例えばノボラック樹脂とナフトキノンジアジド化合
物との混合物が用いられ、例えば０ＦＰＲ−８００（東
京応化工業社製商品名）、ＲＧ−８０１８９（日立化成
工業社製商品名）等が挙げられる。

本発明における形成されるパターンの形状とはポリイミ
ド系樹脂膜に形成されるスクライブライン、スルホール
等の底部の形状である。

本発明に用いられるフォトマスクは、低膨脹ガラス、石
英ガラスなどの材質からなり、加工寸法の異なる２枚以
上のフォトマスクが用いられる。

フォトマスクの加工寸法は最初に用いるフォトマスクの
加工寸法が一番小さく、次いで順に寸法の大きいフォト
マスクが用いられる。加工寸法の差は、最初のフォトマ
スクの寸法よりも１５〜５０μｍの範囲で広いものが好
ましく、より好ましくは１５〜３０μｍの範囲である。

第１図ａ　−ｄは、本発明の一実施例を示すポリイミド
系樹脂膜パターンの製造法の説明図である。

図において、半導体基板１上に所定形状に形成されたア
ルミニウム（Ａｆ）からなる配線層２の一部が、シリコ
ン酸化膜からなる無機絶縁層３（いわゆるバンシベーシ
ョン膜）に露出して電極（ボンディングバンド）を形成
し、この半導体ウェハにポリイミド系樹脂膜４が積層さ
れる。このポリイミド系樹脂膜４は、半導体ウェハ上に
ポリアミド酸溶液をスピニング塗布し、熱処理により溶
媒を除去し、脱水閉環して形成される。このポリイミド
系樹脂膜上４にフェノールノボラック系のポジレジスト
層５がスピニング塗布により形成される（第１図ａ）。

次にフォトマスク６を介して露光した後、公知の写真食
刻技術によりポジレジスト層５の現像とポリイミド系樹
脂膜４のエツチングを同時に処理し、所定部分にパター
ン７が形成され、ＡＰポンディングパッド部１０が露出
される（第１図ｂ）。

さらに前記フォトマスク６よりも加工寸法の大きいフォ
トマスク８を介して前記写真食刻技術によりポリイミド
系樹脂膜４のパターン７のエッチ部分をエツチング処理
し、パターン９が形成される（第１図Ｃ）。

その後、有機系溶剤などの剥離液で、ポリイミド系樹脂
膜４が溶解したり、核層４にクランクなどの損傷が生じ
ないようにポジレジスト層５が除去される（第１図ｄ）
。

このポリイミド系樹脂膜４からなる表面保護膜は、第１
図ａ　−ｃの工程で水分吸収があった場合、またはイミ
ド化が充分でない場合には、１００〜３５０°Ｃの温度
で３時間以下の熱処理が行われる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ ４．４′−ジアミノジフェニルエーテル５４．０５ｇ（
０，２７モル）および１．３−ビス（アミノプロピル）
テトラメチルジシロキサン７、４５　ｇ（０，０３モル
）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン８００ｇ中でよく撹
拌溶解させ、３．３’、４゜４′−ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物４８．３３　ｇ　（０，１５モル
）およびピロメリット酸二無水物３２．７１　ｇ　（０
，１５モル）を徐々に加え、室温で６時間反応後、８０
°Ｃで１０時間撹拌して粘度７５ポアズ（２５°Ｃ）、
樹脂分濃度１８．６重量％のポリアミド酸溶液を得た。

この溶液を、第１図ａの工程において、Ａｆ配線層２お
よび無機絶縁層３が形成された半導体基板１上に、２８
０Ｏｒｐｍで３０秒間スピニング塗布した後、ホットプ
レートで１００°Ｃで６０秒間、さらに１４０°Ｃで６
０秒間熱処理（ブリヘーク）し、１３μｍ厚のポリイミ
ド系樹脂膜層４からなる表面保護膜を形成した。次に該
層４上にフェノールノボラック樹脂系の感光性樹脂（ポ
ジ型フォトレジスト、０ＦＰＲ＝８００、東京応化工業
社製商品名）を回転数１５００ｒｐｍでスピニング塗布
し、ポジレジスト層５を形成した。

次に第１図すの工程において１、保護膜層４の所定部分
であるポンディングパッド部およびスクライブラインの
みを選択的に除去するため、スルホール寸法１００μｍ
四角およびスクライブライン幅寸法７０μｍのフォトマ
スク６を介して公知の写真食刻技術により露光した後、
水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液系の現像液（Ｎ
ＭＤ−３、東京応化工業社製商品名）を食刻液に用いて
２３°Ｃで９０秒間、ポジレジスト層５の現像とポリイ
ミド系樹脂膜層４のエツチングを同時に行い、ポリイミ
ド系樹脂膜層４にパターン７を形成し、Ａｌｌ！配線層
２であるボンディングバンド部１０を露出させた。この
露出されたポンディングパッド部は、１３０μｍＸ１３
０μｍサイズの面積を持つ。また、ポリイミド系樹脂膜
層４のパターン７の底部は、１００μｍＸ１００μｍサ
イズを持つ。

次に第１図Ｃの工程において、スルーホール寸法１３０
μｍ四角およびスクライブライン幅寸法１００μｍであ
る、前記フォトマスク６と加工寸法の異なるフォトマス
ク８を介して公知の写真食刻技術により前記第１図すの
工程でパターン化したポジレジスト層５よりも、さらに
１５μｍ広くした部分を露光した後、再び水酸化テトラ
メチルアンモニウム水溶液を用いて２３°Ｃで１５秒間
、ポジレジスト層５の現像とポリイミド系樹脂膜層４の
パターン７のエッチ部分だけを選択的にエンチング処理
し、パターン９を形成した。

次に第１図Ｃの工程において、／ｌ配線層２が露出した
ポンディングパッド部１０の腐食およびポリイミド系樹
脂膜層４にクラックなどを生じさせることなくポジレジ
スト層５のみを食刻するレジスト剥離液（酢酸−ｎ−ブ
チル）を、ウェハ全面に滴下し、室温下で９０秒間処理
してポジレジスト層５を完全に除去した。

次に温風式乾燥器に投入し、２００″Ｃで３０分間、次
いで３５０　’Ｃで６０分間熱処理し、膜厚８μｍのポ
リイミド系樹脂膜からなる表面保護膜をウェハ上に形成
した。

この表面保護膜は、パターンエッヂ部の膜盛り上がりが
緩和され、皮張りのない良好なスルーホールパターン形
状を示した。またへ！ボンディングバンド部表面にはス
カムは見られなかった。

比較例 実施例１において、第１図Ｃの工程を行わずにフォトマ
スク１枚でポリイミド系樹脂膜のパターンを形成した以
外は実施例１と同様にして表面保護膜を形成したが、へ
！ボンディングバンド部表面の一部にスカムが見られ、
また３５０°Ｃでの熱処理後、パターンエッヂ部に１μ
ｍ厚の膜盛り上がりがあり、スルーホールパターン形状
も良好ではなかった。

〔発明の効果〕

本発明のポリイミド系樹脂膜パターンの製造法によれば
、ポジレジストを用いてもパターンエッヂ部の形状が良
好なポリイミド系樹脂膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　−ｄは、本発明の一実施例を示すポリイミド
系樹脂膜パターンの製造法の工程説明図である。 １・・・半導体基板、２・・・配線層、３・・・無機絶
縁層、４・・・ポリイミド系樹脂膜（表面保護膜）、５
・・・ポジレジスト層、６・・・フォトマスク（１枚目
）、７・・・パターン部、８・・・フォトマスク（２枚
目）、９・・・パターンエッヂ部、１０・・・ＡＩ！、
ポンディングパ第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機四塩基酸二無水物成分とジアミン成分とを有機
   溶剤中で反応させて得られるポリアミド酸溶液を基板上
   に塗布し、熱処理してポリイミド樹脂膜を形成し、この
   膜上にポジレジストを形成した後、形成されるパターン
   の形状に等しい形状の加工寸法を有するフォトマスクを
   介して露光し、上記ポジレジストの現像およびポリイミ
   ド系樹脂膜のエッチング加工を施し、次いで上記フォト
   マスクより加工寸法の大きい、少なくとも１種のフォト
   マスクを加工寸法の小さい順に用いて上記露光、現像お
   よびエッチング工程を繰り返し、その後、上記ポジレジ
   ストを剥離することを特徴とするポリイミド系樹脂膜パ
   ターンの製造法。 ２、前記フォトマスクの加工寸法の差を１５〜５０μｍ
   の範囲とした請求項１記載のポリイミド系樹脂膜パター
   ンの製造法。