JPH06140317A - 半導体装置用樹脂膜の窓明け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】集積回路装置の保護膜や平坦化膜用に塗着した
ポリイミド樹脂等の樹脂膜に対する窓明けの寸法と形状
の精度を向上する。 【構成】ウエハ１の表面に塗布しかつ半硬化させた樹脂
膜10に方形の窓11を明ける際に、そのパターンを指定す
るフォトレジスト膜20の窓21の方形の隅部に樹脂膜10の
膜厚ｔの 1.5倍以上の曲率半径ｒの丸みを持たせてお
き、この窓明けパターンにフォトレジスト膜20を露光し
た後に、塩基性の現像液によってフォトレジスト膜を現
像すると同時に樹脂膜10を溶解して窓11を明け、フォト
レジスト膜20を除去した後にウエハ１を加熱して樹脂膜
20を完全硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置，とくに集積
回路装置の表面の保護膜ないしは内部配線の層間に平坦
化膜として用いる樹脂膜に外部接続端子用や層間接続用
に窓を明けるための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置ではその絶縁膜にふつう酸化
シリコンや窒化シリコン等の耐熱度が非常に高い無機材
料を用いるが、有機材料としての熱硬化性樹脂も下地に
対する密着性，被覆性，気密性等の優れた特質を活かし
て半導体装置内の半導体面とは直接に接しない個所の絶
縁膜，例えば集積回路装置の配線膜の下地の凹凸ないし
段差を均すための平坦化膜，外気の侵入を遮断するため
半導体装置の表面を覆う保護膜等に利用することがあ
り、いずれの用途でも樹脂膜には必ず半導体装置の内部
の層間接続や外部との接続のために窓を設ける必要があ
り、本発明はかかる樹脂膜に対する窓明け方法に関す
る。

【０００３】この窓明けに際しては、周知のように完全
に熱硬化した樹脂が非常に化学的に安定なため、無機絶
縁膜に対するような化学薬品によるエッチングは不適で
かつドライエッチングを施すのも容易でないので、樹脂
膜を塗布した後に加熱により固化はさせるが樹脂がまだ
完全には硬化し切らない半硬化ないし部分硬化状態に留
めておき、この半硬化樹脂をそれに適する溶剤で溶解し
てフォトレジスト膜により指定されたパターンに窓明け
した上で、再度の加熱により完全熱硬化させるのが通例
である。

【０００４】例えばポリイミド樹脂の樹脂膜の場合に
は、半導体装置用のウエハの全面上にそれ用のかなり高
粘度の液状樹脂材料をスピンコート法等によって塗布
し、この塗布膜からまず溶剤を充分飛散させた上で 200
℃程度に加熱して樹脂を固化かつ半硬化させる。次にこ
の樹脂膜上にフォトレジスト膜をスピンコートし、これ
を窓明け用のパターンに露光しかつプリベークした上
で、それに現像を施してエッチング用の窓を抜く。樹脂
膜に対する窓明けはこのフォトレジスト膜をマスクとし
て適宜な溶剤により行なうことでよいが、フォトレジス
ト膜がポジ形の場合はその現像用の塩基性の現像液がポ
リイミド樹脂に対する溶剤として適するので、フォトレ
ジスト膜の現像と同時に樹脂膜に対して窓明けエッチン
グを施すことができる。これ以降はウエハ面からフォト
レジスト膜を除去した後、 300℃以上の温度で樹脂を完
全硬化させることにより窓付き樹脂膜が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の樹脂膜の窓明け方法では窓のパターンが方形の場合に
窓の寸法や形状が不正確になりやすく、樹脂膜にクラッ
クが発生しやすい問題がある。図２(a) はこの様子を太
線で示した樹脂膜10に対する窓11を細線で示したフォト
レジスト20の窓21で指定された方形のパターンで窓明け
した場合を樹脂の完全硬化後の状態で示すものである。
図のように、樹脂膜10の窓11はその寸法がサイドエッチ
ングSEによってフォトレジスト膜20の窓21で指定された
よりかなり大きいめになり、そのパターンの輪郭も緩や
かではあるが凹凸をもつ不整形状になりやすい。さら
に、本来は方形であるべき窓11の４隅に斜め方向に角を
落とすようにかつ内側に向けてやや凸な部分が形成さ
れ、この部分の樹脂膜11に外側に向けて延びるクラック
Ｃが発生しやすい。

【０００６】これらの原因を探るため樹脂膜10に対する
エッチングの途中と終了時の状態を観察した結果をそれ
ぞれ図２(b) と図２(c) に窓11の右上の隅部の拡大図に
より示す。図２(b) のエッチング途中の状態では窓11の
隅の部分に内側に向けて突出する瘤状部分Ｂが図のよう
に残りやすく、できるだけこれをなくすためにかなりオ
ーバエッチングを施す必要があるので、図２(c) のエッ
チング終了の状態では形状は全体になだらかにはなるが
サイドエッチングSEが進んで窓11のパターンが不整にな
り、さらに隅の部分には小さなクラックＣが発生してこ
れ以降にフォトレジスト膜20を除去し加熱により樹脂膜
11を完全硬化させている間に図２(a) のように大きく成
長しやすい。

【０００７】かかる窓明けの不正確な寸法や形状はもち
ろん前述の平坦化膜として利用する樹脂膜に配線膜用の
小さな接続窓を明ける際にとくに問題であり、クラック
Ｃは保護膜として利用する樹脂膜がもつ折角の保護性能
を低下させる点でとくに問題である。なお、これらの問
題は前述のようにフォトレジスト膜用の現像液を利用し
てその現像と同時に樹脂膜に窓明けをする際にとくに発
生しやすい。本発明の目的は、従来方法がもつかかる問
題点を解決して、樹脂膜に指定どおりの正確な寸法と形
状で窓明けができる方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明方法では、前述の
ようにウエハ面に塗着した樹脂膜をその半硬化状態でエ
ッチング液で溶解して方形の窓明けを行なうに際して、
エッチングマスク用のフォトレジスト膜により指定する
窓明けパターンの方形の隅部に対して樹脂膜の膜厚の
1.5倍以上, より望ましくは２倍以上の曲率半径の丸み
をもたせることによって上述の目的を達成する。

【０００９】この本発明方法は、樹脂膜がポリイミド樹
脂膜であってエッチングマスク用のフォトレジスト膜の
塩基性現像液による現像と同時にそれに窓明けエッチン
グを施す場合に適用してとくに有利であり、この場合の
現像液には有機アルカリ性のもの, 例えばテトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド系の現像液を用いるの
が好適である。また、窓明け精度を極力高める上では樹
脂膜のエッチング後にウエハを回転させた状態でフォト
レジスト膜をそれに適する溶剤により溶解して急速に除
去するのが非常に有利である。

【００１０】

【作用】本発明では、従来の問題点が樹脂膜に方形パタ
ーンで窓明けする際にその隅の部分で図２(b) からもわ
かるようにエッチングが遅れることに起因する点に着目
して、エッチングマスク用のフォトレジスト膜により指
定する窓明けパターンの方形の隅部にあらかじめ丸みを
もたせ、かつ樹脂を溶解する等方性エッチングの場合に
はフォトレジスト膜で指定したパターンからのサイドエ
ッチング量がその膜厚方向に異なって来る点に着目し
て、隅部への丸み付けの曲率半径を樹脂膜の膜厚と関連
付けてその 1.5倍以上に設定することにより、樹脂膜に
対するエッチング速度を方形パターンの全周に亘ってほ
ぼ均一化する。

【００１１】従って、本発明方法では樹脂膜に対するエ
ッチングがフォトレジスト膜による指定パターンと常に
ほぼ同形で進行するので、従来のようにオーバエッチン
グにより窓形状の不整を矯正する必要がなくなり、指定
パターンからのサイドエッチング量を全般的に減少させ
て窓の形状不整の発生を防止しながら窓の寸法精度を向
上することができる。また、これにより窓輪郭の全周に
亘り内側に向けて凸な部分が発生しないので、樹脂膜を
完全硬化させた後にも従来のようなクラックの発生をほ
ぼ完全に防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図１を参照して本発明の実施例を説明
する。図１(a) は前の図２(a) に対応する樹脂膜10の窓
11の上面図、図１(b) はその一部拡大断面図、図１(c)
は窓11の隅部の拡大上面図である。この実施例の樹脂膜
10は集積回路装置の表面を覆う保護膜用のポリイミド樹
脂膜であり、その窓11は集積回路の外部との接続のため
の接続パッド用であるものとし、図１には窓明け用のフ
ォトレジスト膜20が樹脂膜10に重ねて細線で示されてい
る。

【００１３】樹脂膜10用のポリイミド樹脂の液状材料に
は例えば1000CP程度の粘度のものを用い、これを集積回
路装置用ウエハの全面に例えば３μｍの厚みにスピンコ
ートした後、窓明けに先立ち前述のように樹脂をまず半
硬化させる。この半硬化度を正確に制御するには、ウエ
ハを 150〜200 ℃に加熱した熱板上に置いて裏面から直
接加熱しながら溶剤飛散後に塗布樹脂を例えば２μｍの
膜厚に固化かつ半硬化させるのがよく、この工程はふつ
う５分程度の短時間で済む。

【００１４】この実施例でも従来と同様にフォトレジス
ト膜20にポジ形を用いて、それ用の塩基性現像液によっ
て樹脂膜10に窓明けエッチングを施すが、本発明では従
来と異なりこの窓明けのパターンを指定するための図１
(a) のフォトレジスト膜20の方形の窓21の４隅に曲率半
径ｒの丸みを付ける。この曲率半径ｒは前述のように樹
脂膜10の膜厚の 1.5倍以上, より望ましくは２倍以上と
され、この実施例では樹脂膜10の２μｍの膜厚に対して
曲率半径ｒが５μｍに設定される。樹脂膜10の窓11は接
続パッド用なので、フォトレジスト膜20を半硬化状態の
樹脂膜10の上にスピンコートした後に、５μｍの曲率半
径ｒの丸みを４隅にもつ数十〜100 μｍ角の方形パター
ンに露光させた上で所定のプリベーク処理を施す。

【００１５】このフォトレジスト膜20に露光した窓21の
現像と樹脂膜10に対する窓11のエッチングに共用する現
像液としては、有機アルカリ性のもの, 例えばテトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイド系である東京応化
製の NMD-W形現像液を用いるのがよい。この現像液によ
りフォトレジスト膜20の現像と樹脂膜10に対するエッチ
ングを同時に進めるには、通例のようにウエハを現像液
中に浸漬することでもよいが、ウエハを静止した回転台
上に装荷してその上に適量の現像液を滴下し、現像とエ
ッチングを１分程度の短時間内進めた後は、回転台を駆
動して現像液を直ちに振り切るようにするのが望まし
い。このように各ウエハに対していわゆる枚葉処理を施
すことによって、樹脂膜10の窓11の寸法と形状の精度を
従来よりも格段に高めることができる。

【００１６】図１(b) と図１(c) にかかる窓明けが終了
した状態を一部を拡大した断面図と上面図によりそれぞ
れ示す。図１(b) に示すウエハ１の表面には接続パッド
用のアルミ膜２が配設されており、それを露出させるよ
うに樹脂膜10に窓11がフォトレジスト膜20をマスクとし
て明けられる。このための窓明けエッチングはフォトレ
ジスト膜20の窓21の現像に引き続いて同じ現像液によっ
て樹脂膜10を溶解してなされるが、等方性エッチングで
あるためサイドエッチングSEが必ず発生する。このサイ
ドエッチング面は図のような斜面11ａであり、樹脂膜10
の膜厚ｔに比例して図１(c) に示す横方向幅ｂをもつ。
本発明ではこれを窓11の隅部分に対するエッチングに利
用して、フォトレジスト膜20の窓21の隅部にもたせる丸
みの曲率半径ｒをこの幅ｂ, つまり樹脂膜10の膜厚ｔに
応じて設定する。

【００１７】すなわち、フォトレジスト膜20の窓21の隅
部に従来のように丸みがない場合は斜面11ａの幅ｂが狭
くなってエッチングが遅れるが、隅部に樹脂膜10の膜厚
ｔの例えば２倍以上の曲率半径ｒの丸みを付けておくこ
とにより、幅ｂを隅部以外の個所と同程度にしてサイド
エッチング量SEを窓11の全周に亘りほぼ揃えることがで
きる。従って、図１(a) のように窓11の隅部に従来の図
２(b) のような内側に向けて凸な部分Ｂが発生せず、そ
の軽減のためにオーバエッチングを施す必要もなくなる
ので、サイドエッチング量SEを全般的に減少させ、窓11
を円滑な輪郭で窓明けエッチングすることができる。

【００１８】この窓明け工程後はウエハ面からフォトレ
ジスト膜20を除去した後にウエハを加熱して樹脂膜10を
完全硬化させる。フォトレジスト膜20の除去は通例のよ
うにそれ用の除去液, 例えばイソプロピルアルコールと
アセトンの混合液にウエハを浸漬することでもよいが、
半硬化状態の樹脂膜10が若干とも除去液で溶解されるの
で、窓明けの精度を高めるためには除去時間を極力短く
する必要がある。このため、ウエハをスピンコータの回
転台上に装荷してその回転状態でアセトン等の強力な溶
剤によりフォトレジスト膜20を10秒程度のごく短時間内
に洗い流すのが望ましい。樹脂膜10のポリイミド樹脂の
完全硬化には、ウエハを 350〜400 ℃に加熱する必要が
あるがこの場合にも熱板を利用するのが硬化時間を短縮
する上で有利である。本発明方法によりこのように窓明
けされた樹脂膜10では図２(a) のようなクラックＣの発
生をほぼ完全に防止することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のとおり本発明方法では、半導体装
置用のウエハに塗着した樹脂膜をその樹脂の半硬化状態
で方形に窓明けする際に方形の隅部でエッチングが遅れ
やすい点に着目して、エッチングマスク用のフォトレジ
スト膜により指定する窓明けのパターンの方形の隅部に
樹脂膜の膜厚の 1.5倍以上の曲率半径の丸みをもたせる
ことにより、(a) 樹脂膜に対するエッチング速度を方形
パターンの全周に亘ってほぼ均一化して窓形状の不整の
発生を防止し、(b) 指定された窓パターンからのサイド
エッチング量を全般的に減少させて窓の寸法精度を向上
し、(c) 窓をその全周に亘り内側に向け常に凹な輪郭に
形成して樹脂の完全硬化後にもクラックの発生をほぼ完
全に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による樹脂膜の窓明け方法の実施例を示
し、同図(a) は樹脂膜とその窓の上面図、同図(b) はそ
の一部の拡大断面図、同図(c) は窓の隅部の拡大上面図
である。

【図２】従来方法によって窓明けされた樹脂膜を示し、
同図(a) は樹脂の完全硬化後の樹脂膜と窓の上面図、同
図(b) は窓明けエッチング中の窓の隅部の拡大上面図、
同図(c) は窓明けエッチング終了時の窓の隅部の拡大上
面図である。

【符号の説明】

１ 半導体装置用のウエハ 10 樹脂膜 11 樹脂膜の窓 20 フォトレジスト膜 21 フォトレジスト膜の窓 ｒ フォトレジスト膜の窓の隅部の丸みの曲率半径 SE サイドエッチング量 ｔ 樹脂膜の膜厚

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３６１ Ｑ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体装置のチップが作り込まれたウエハ
   に塗着した樹脂膜を半硬化状態でエッチング液により溶
   解して方形の窓を明ける方法であって、エッチングマス
   ク用のフォトレジスト膜の窓明けを指定するパターンの
   方形の隅部に樹脂膜の膜厚の 1.5倍以上の曲率半径の丸
   みをもたせるようにしたことを特徴とする半導体装置用
   樹脂膜の窓明け方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、樹脂膜が
   ポリイミド樹脂膜であり、フォトレジスト膜の現像と同
   時にそれ用の塩基性現像液をエッチング液として樹脂膜
   に対して窓明けエッチングを施すようにしたことを特徴
   とする半導体装置用樹脂膜の窓明け方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、樹脂膜の
   窓明けエッチングの後にウエハを回転させた状態でフォ
   トレジスト膜を溶剤により溶解して除去するようにした
   ことを特徴とする半導体装置用樹脂膜の窓明け方法。