JPH06310495A - ポリイミド系樹脂膜パターンの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ポリイミド系樹脂膜の溝状の亀裂、パターンエ
ッヂ部の変形およびスカムの発生がなく、さらにポリイ
ミド系樹脂膜のエッチング加工時間の短縮が図れるポリ
イミド系樹脂膜パターンの製造法を提供する。 【構成】有機四塩基酸二無水物とジアミンとを有機溶剤
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系樹脂膜を形成した後、ネ
ガ型レジスト膜をマスク材として前記ポリイミド系樹脂
膜をアルカリ性水溶液によりエッチング加工し、次いで
前記ネガ型レジストを剥離除去するポリイミド系樹脂膜
パターンの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリイミド系樹脂膜パタ
ーンの製造法、さらに詳しくは半導体素子などの表面保
護または層間絶縁に好適なポリイミド系樹脂膜パターン
の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体などの各種電子部品の表面
保護膜や層間絶縁膜として、ポリイミド系樹脂が用いら
れている。このポリイミド系樹脂は、ＰＳＧ、Ｓｉ
Ｏ₂、ＳｉＮなどの無機絶縁膜に比較して凹凸の大きい
基板上に平坦な膜を形成できるとともに、１μｍ以上の
厚い膜を容易に形成でき、さらに他の有機材料に比較し
て耐熱性が高いなどの利点を有するため、バイポーラＩ
Ｃの層間絶縁膜に採用され、最近ではメモリー素子のα
線遮蔽膜やバッファーコート膜として幅広く用いられて
いる。

【０００３】ポリイミド系樹脂膜は、ポリイミド前駆体
組成物をスピン法などにより半導体基板であるウエハ上
に塗布し、熱処理して形成される。またポリイミド系樹
脂膜にはビアホールなどのパターンを形成する必要があ
るが、このパターンはフォトレジストを介したウエット
エッチング工程などにより形成されている。上記パター
ンの形成法としては、（１）２２０〜３５０℃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ポリ
イミド樹脂膜をエッチングしてパターン化する方法、
（２）１１０〜１６０℃で熱処理したポリイミド系樹脂
膜上にマスク材としてポジレジストを形成し、露光した
後、アルカリ性水溶液を用いてポジレジストの現像とポ
リイミド樹脂膜のエッチングを同時に行ってパターン化
する方法などが知られている。

【０００４】しかし、近年、半導体業界では有機溶剤使
用の規制強化および半導体の生産工程時間の短縮化が図
られているが、（１）の方法ではヒドラジン系溶液およ
び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、またヒドラジン系溶液でのエッチング処理が
バッチ式となり工程が一旦途切れ、さらにエッチング時
間が長いため、生産工程時間の短縮化が図りにくいとい
う欠点がある。このため、最近では、有機溶剤をほとん
ど使用せず、また（１）の方法に比べてポリイミド樹脂
膜のエッチング時間が短い（２）の方法が主流となって
いる。

【０００５】しかしながら、（２）の方法の場合、
（ａ）アルカリ性水溶液を用いて現像およびエッチング
する際、ポジ型レジスト膜にクラックおよび欠けが生
じ、アルカリ性水溶液が浸入してポリイミド系樹脂膜の
パターンエッヂ部に変形または溝状の亀裂が生じる、
（ｂ）ポジ型レジストの剥離液として酢酸−ｎ−ブチル
などの有機系溶剤を用いると、ポリイミド系樹脂膜のパ
ターン形成部などに残渣（スカム）が生じるなどの問題
があった。特にパターン形成の際のポリイミド系樹脂膜
の膜厚が厚くなるほど、さらにエッチング時間が長くな
るほど上記（ａ）、（ｂ）の問題は大きくなる。上記
（ａ）の問題を解決するためにポジ型レジストの膜厚を
厚くすることも可能であるが、市販されているポジ型レ
ジスト液の粘度が低いため５μｍ以上の膜厚を形成する
のは難しく、また厚膜により解像度も低下するという問
題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の問題を解決し、ポリイミド系樹脂膜の溝状の亀
裂、パターンエッヂ部の変形およびスカムの発生がな
く、さらにポリイミド系樹脂膜のエッチング加工時間の
短縮が図れるポリイミド系樹脂膜パターンの製造法を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機四塩基酸
二無水物とジアミン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
イミド系樹脂膜を形成した後、ネガ型レジスト膜をマス
ク材として前記ポリイミド系樹脂膜をアルカリ性水溶液
によりエッチング加工し、次いで前記ネガ型レジスト膜
を１４０〜２２０℃の温度で熱処理後、剥離除去するポ
リイミド系樹脂膜パターンの製造法に関する。

【０００８】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
酸二無水物を加えて５０℃以下、より好ましくは室温付
近またはそれ以下の温度で攪拌、反応させて得られる。
ポリアミド酸溶液の市販品としては、例えばＰＩＱ、Ｐ
ＩＸ（日立化成工業社製商品名）等が挙げられる。ポリ
イミド系樹脂膜は、上記のポリアミド酸溶液を５０〜８
０℃の温度で攪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ン塗布し、ホットプレート、
温風式乾燥器等で１００〜３５０℃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。

【０００９】本発明において、ポリイミド系樹脂膜のマ
スク材にはネガ型レジスト膜が用いられる。このネガ型
レジストには特に制限はなく、例えばフェノール樹脂と
アジド化合物の成分からなるＲＤ−２０００Ｎ（日立化
成工業社製商品名）、環化ゴム系からなるＯＭＲ−８
３、ＯＮＮＲ−２０（東京応化工業社製商品名）等など
の市販品が用いられる。ネガ型レジスト膜の膜厚にも特
に制限はないが、解像度および現像処理の短時間の点か
ら３μｍ以下が好ましい。また本発明において、ポリイ
ミド系樹脂膜のエッチング剤にはアルカリ性水溶液が用
いられる。このアルカリ性水溶液としては、水酸化テト
ラメチルアンモニウム水溶液、例えば、市販のＮＭＤ−
３（東京応化工業社製商品名）などが用いられる。アル
カリ性水溶液の濃度には特に制限はないが、ポリイミド
系樹脂膜とネガ型レジスト膜との界面で剥離が生じない
範囲の濃度が好ましい。必要であればこれらの界面の密
着性を向上するために、ネガ型レジスト膜を形成する前
のポリイミド系樹脂膜の表面にＯ₂ 等によるアッシング
処理を施すことができる。

【００１０】さらに本発明においては、ネガ型レジスト
膜を剥離除去する前に、ポリイミド系樹脂膜の膜表面の
溶解およびクラック等の発生を防止するために、基板を
ホットプレート、温風式乾燥器などを用いて１４０〜２
２０℃の範囲の温度で熱処理される。ネガ型レジストの
除去のし易さからは１６０〜２００℃の範囲の温度がよ
り好ましく、また熱処理時間は３０分間以内が好まし
い。

【００１１】図１ａ〜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上に形成された所定形状のアル
ミニウムＡｌ配線層２の一部は、シリコン酸化膜からな
る無機絶縁層膜３（いわゆるパッシベーション膜）から
露出してボンディングパッド部（電極）８を形成する。
この半導体基板上にポリアミド酸溶液をスピン塗布し、
熱処理により溶媒を除去して脱水閉環し、ポリイミド系
樹脂膜４が形成され、このポリイミド系樹脂膜４上にネ
ガ型レジスト膜５がスピン塗布により形成される
（ａ）。次にフォトマスク６を介して露光した後、現像
液によりネガ型レジスト膜５の所定部分の未露光部を除
去し、パターン部７が形成される（ｂ）。次に公知の写
真食刻技術により、アルカリ性水溶液でポリイミド系樹
脂膜４のエッチングを行ってパターン部７にボンディン
グパッド部８を露出させる（ｃ）。次いで１４０〜２２
０℃の温度で３０分間以下の熱処理を行うことが好まし
い。次いでネガ型レジスト膜５を、パドル法、スプレ
法、浸漬法などの手段により非フェノール系または非塩
素系のレジスト剥離液で剥離除去する（ｄ）。このポリ
イミド系樹脂膜４からなる保護膜は、図１ａ〜ｄ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℃の温度で３時間以下の熱処
理が行われる。

【００１２】

【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７．４５ｇ（０．０３モ
ル）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン８００ｇ中でよく
攪拌溶解させ、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物４８．３３ｇ（０．１５モル）
およびピロメリット酸二無水物３２．７１ｇ（０．１５
モル）を徐々に加え、室温で６時間反応後、８０℃で１
０時間攪拌して粘度１３０ポアズ（２５℃）、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、図１ａにおいて、Ａｌ配線層２および無機絶縁膜層
（Ｐ−Ｓｉ₃Ｎ₄）３が形成された半導体基板（ウエハ）
１上に、２５００rpmで３０秒間スピン塗布した後、ホ
ットプレートで１００℃で６０秒間、さらに１３０℃で
６０秒間熱処理（プリベーク）し、１６μｍ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。

【００１３】次にポリイミド系樹脂膜膜４上に感光性樹
脂溶液（ネガ型フォトレジスト、ＯＭＲ−８３、東京応
化工業社製商品名）を回転数１５００rpmで３０秒間ス
ピン塗布し、半導体基板をホットプレート上で１１０℃
で６０秒間プリベークし、ネガレジスト膜５を形成し
た。次に図１ｂにおいて、ネガレジスト膜５の所定部分
であるボンディングパッド部８およびスクライブライン
のみを選択的に除去するため、ビアホール寸法１００μ
ｍ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、
キシレン系の専用現像液（東京応化工業社商品名 ＯＭ
Ｒ現像液）を用いて２３℃で５分間パドル法により、ネ
ガレジスト膜５の現像を行い、パターン部７を形成し、
その後、ネガレジスト膜５をホットプートで１２０℃で
１２０秒ポストべーク処理した。

【００１４】次に、図１の工程ｃにおいて、水酸化テト
ラメチルアンモニウム水溶液系の現像液ＮＭＤ−３（濃
度２．３８重量％、東京応化工業社製商品名）を食刻液
に用いて２３℃で９０秒間シャワー法により、ポリイミ
ド系樹脂膜層４のエッチングを行い、ポリイミド系樹脂
膜４にパターン部７を形成し、Ａｌ配線層２であるボン
ディングパッド部８（１４０×１４０μｍ）の一部を露
出させた。このポリイミド系樹脂膜４のパターン部７の
無機絶縁膜（Ｐ−Ｓｉ₃Ｎ₄）３上の底部寸法は１００×
１００μｍ²のサイズであった。その後、ホットプレー
トを用いて半導体基板を１６５℃で４分間熱処理（アフ
ターキュア）し、ポリイミド系樹脂膜層４の硬化を進め
た。ネガレジスト膜５が軟化し、ポリイミド系樹脂膜層
４のエッチングテーパー部を包み込むような形状となっ
た（ｃ）。

【００１５】次に、図１ｄにおいて、ネガレジスト膜５
を非フェノールかつ非塩素系の剥離液Ｎ−５３０（ナガ
セ電子化学社製商品名）で浸漬法により１１０℃で５分
間処理してネガレジスト膜５を剥離除し、ホットプレー
トを用いて２２０℃で４分間、次いで温風式乾燥器を用
いて半導体基板を３５０℃で６０分間熱処理し、膜厚１
０μｍのポリイミド系樹脂膜からなる表面保護膜を半導
体基板１上に形成した（ｄ）。この表面保護膜には、パ
ターンエッヂ部の変形、溝状の亀裂がなく、皮張り状の
スカムも見られず、良好なビアホールパターンが形成さ
れた。

【００１６】実施例２ 実施例１において、粘度１７０ポアズのポリアミド酸溶
液を半導体基板１上に、２０００rpmで３０秒間スピン
塗布した後、半導体基板１をホットプレートで１００℃
で２４０秒間、さらに１１５℃で２４０秒間熱処理し、
２３μｍ厚のポリイミド系樹脂膜４を形成し、ポリイミ
ド系樹脂膜４のエッチング処理後のアフターキュア温度
を２００℃にし、ネガレジスト膜５を非塩素系の剥離液
Ｓ−５０２Ａ（東京応化工業社製商品名）で浸漬法によ
り１１０℃で７分間処理して剥離除去した以外は実施例
１と同様にして膜厚１５μｍのポリイミド系樹脂膜から
なる表面保護膜を得た。この表面保護膜には、実施例１
と同様に良好なビアホールパターンが形成された。

【００１７】比較例１ 実施例１において、マスク材にフェノールノボラック系
ポジ型レジスト（東京応化工業社製商品名 ＯＦＰＲ−
５０００）膜を用い、露光後、レジストの現像とポリイ
ミド系樹脂膜４のエッチングを同時にアルカリ性水溶液
の現像液ＮＭＤ−３で１００秒間パドル法により行って
パターン部７を形成した以外は実施例１と同様にし、ポ
リイミド系樹脂膜パターンを得たが、現像液ＮＭＤ−３
での処理時にポジ型レジスト膜にクラック、欠けが生
じ、クラック部より現像液ＮＭＤ−３が浸入し、ポリイ
ミド系樹脂膜４の表面部が溝状にエッチングされ、さら
に欠けの発生によりパターンエッヂ部の変形が見られ
た。 比較例２ 実施例１において、ネガレジスト膜５のアフターキュア
処理せずにポリイミド系樹脂膜４のパターン形成した以
外は実施例１と同様にして表面保護膜を形成したが、剥
離液Ｎ−５３０での処理時にポリイミド系樹脂膜４が溶
解し、得られたポリイミド系樹脂膜の膜厚は１０μｍで
はなく、８．５μｍであった。 比較例３ 実施例２において、ネガレジスト膜５のアフターキュア
処理せずにポリイミド系樹脂膜４のパターン形成した以
外は実施例２と同様にして表面保護膜を形成したが、剥
離液Ｓ−５０２Ａでの処理時にポリイミド系樹脂膜４が
溶解し、さらにビアホールのコーナー部にはクラックが
生じた。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ポリイミド系樹脂膜の
エッチング時にネガ型レジスト膜にクラックおよび欠け
が生じることがないため、ポリイミド系樹脂膜に溝状の
亀裂およびパターンエッヂ部の変形がなく、またエッチ
ング液にアルカリ性水溶液を用いるため、エッチング時
間を短くでき、さらにマスク材としてネガ型レジスト膜
を使用するため、スカムの発生のない良好なポリイミド
系樹脂膜パターンを形成することができる。さらにネガ
レジスト層を剥離除去する前に所定温度でアフターキュ
ア処理することによりポリイミド系樹脂膜の表面の溶解
およびクラック等の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるポリイミド系樹脂膜パ
ターンの製造法の説明図。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…Ａｌ配線層、３…無機絶縁膜層、
４…ポリイミド系樹脂膜、５…ネガレジスト膜、６…フ
ォトマスク、７…パターン部、８…ボンディングパッド
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機四塩基酸二無水物とジアミンとを有
   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系樹脂膜を形成した
   後、ネガ型レジスト膜をマスク材として前記ポリイミド
   系樹脂膜をアルカリ性水溶液によりエッチング加工し、
   次いで前記ネガ型レジスト膜を１４０〜２２０℃の温度
   で処理後、剥離除去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。