JPH0820737B2 - ポリイミド樹脂の厚膜加工方法 - Google Patents

ポリイミド樹脂の厚膜加工方法

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JPH0820737B2
JPH0820737B2 JP63016842A JP1684288A JPH0820737B2 JP H0820737 B2 JPH0820737 B2 JP H0820737B2 JP 63016842 A JP63016842 A JP 63016842A JP 1684288 A JP1684288 A JP 1684288A JP H0820737 B2 JPH0820737 B2 JP H0820737B2
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上に塗布する厚膜のポリイミド樹脂の加
工方法に関するものである。
本発明は特に半導体工業におけるパッシベーション
層、α線シールド層、層間絶縁膜として用いられるポリ
イミド樹脂の厚膜加工方法に関するものである。
〔従来技術〕
従来、半導体工業における固体素子の層間絶縁膜やパ
ッシベーション膜には無機物質が用いられてきたが、段
差の平坦化、応力の緩和、メモリーセルのソフトエラー
の防止等の理由で高耐熱性のポリイミド樹脂の適用が検
討され、一部実用化されてきている。これらの用途にお
いては通常上下の導体層の導通或いは外部リードとの導
通の必要性からパターン加工を絶縁膜に施す必要があ
る。近年はこのパターン加工の工程削減と人体に有害な
ヒドラジン等のエッチャントを使わないで済むことなど
の理由から感光性ポリイミド樹脂前駆体が検討されるよ
うになってきた。ところがこれまでに開発された感光性
ポリイミド樹脂には以下に示すような欠点があり、特に
20μm以上の厚膜のパターン形成には不適当であった。
これまでに開発されている感光性ポリイミド樹脂とし
てはエステル結合等の化学結合を介して感光性基を導入
したポリイミド樹脂前駆体組成物(例えば特公昭55−41
422号公報など)や光二量化しうる不飽和基を分子内に
含みポリイミド樹脂前駆体であるポリアミック酸のカル
ボン酸と相互作用し塩などを形成し得る化合物を添加し
てなる重合体組成物(例えば特開昭54−145794号公報な
ど)が知られている。ところが前者の場合酸塩化物を経
由、あるいはカルボン酸とアミンを直接反応させる時に
縮合剤を使用する必要がありイオン性不純物や縮合剤が
ポリマー中に残存し半導体用途に使用する場合はこれら
をとり除くための精製工程を加えることが必要不可欠で
あった。また20μm以上の最終厚みを形成する場合最終
的にイミド閉環時に感光基が飛散して膜減りが生ずると
いう問題を有していた。後者の場合、添加する感光剤の
量がベース樹脂に対して50〜200wt%となり光でパター
ン化した後のポストキュアーの際に飛散させる感光剤の
量も多くなり、膜減り現象が顕著となる。このため最終
的に20μm以上の厚膜を形成させようとする際にクラッ
ク等が入り易くなり好ましくなかった。
〔発明の目的〕
本発明はかかる欠点を克服すべく検討した結果、基板
上に非感光性のポリイミド樹脂前駆体を塗布し、プリベ
ーク後さらに感光性ポリイミド樹脂前駆体を塗布してプ
リベーク後に露光,現像,アフターベーキング工程を経
ることにより20μm以上の厚膜のパターンが容易に得ら
れることを見出し本発明を完成するに至ったものであ
る。
〔発明の構成〕
本願発明は基板上に非感光性ポリイミド樹脂前駆体を
硬化後の厚みが10〜200μmとなる様に塗布・プリベー
クを施し、該プリベーク層の上に感光性ポリイミド樹脂
前駆体をその塗布厚みが20μm以下となるように塗布・
プリベークを行い、しかる後に露光、現像、アフターベ
ークを行うことを特徴とするポリイミド樹脂の厚膜加工
方法に関するものであり、さらには 光により二量化しうる不飽和基を分子内に含み、ポリ
アミック酸中のカルボン酸基と配位結合しうる化合物を
非感光性ポリイミド樹脂前駆体に混合してなる感光性ポ
リイミド樹脂を用いる特許請求の範囲第(1)項記載の
ポリイミド樹脂の厚膜加工方法、及び 非感光性ポリイミド樹脂前駆体にエステル結合等によ
り化学的に感光性基を結合させた感光性ポリイミド樹脂
前駆体を用いる特許請求の範囲第(1)項記載のポリイ
ミド樹脂の厚膜加工方法に関するものである。
本発明に用いられる非感光性ポリイミド樹脂前駆体に
ついては特に限定されるものではないが例えば無水ピロ
メリット酸と4,4′−ジアミノジフェニルエーテルとを
室温で極性溶媒中にて略4等モル同志反応させて得られ
るポリアミック酸等が用いられる。このポリアミック酸
を基板上に、10μm以上200μm以下となるように塗布
してプリベークを施す。
10μm未満では本来の目的の厚膜ポリイミドとするこ
とができないので好ましくなく200μmを越えると、現
像工程に時間がかかりすぎたり、プリベーク時間を長く
しないといけないので好ましくない。プリベーク条件と
してはタックフリーとなるに必要最低条件が好ましい。
温度、時間ともに特に限定されないが、必要以上に高温
長時間のプリベークは好ましくない。高温で長時間プリ
ベークするとポリアミック酸は一部閉環してポリイミド
になり後に感光性ポリイミド樹脂前駆体をこの上に塗布
してパターニングする際、現像液に溶解しにくくなり非
感光性部分と感光性部分と同時に現像できなくなるので
好ましくない。通常60℃〜150℃の温度で5分〜120分間
程度の条件でプリベークを実施する。ホットプレート、
オーブンなどその加熱処理方法も特に限定されるもので
はないが窒素等の不活性ガス雰囲気ならば一層好まし
い。
このようにして非感光性ポリイミド前駆体ワニスの塗
布、プリベークを終えた後、その上に感光性ポリイミド
前駆体ワニスを塗布するが塗布厚みは20μm以下が好ま
しい。
ここで言う感光性ポリイミド樹脂とは、光により二量
化しうる不飽和基を分子内に含み、ポリアミック酸中の
カルボン酸基を配位結合しうる化合物を非感光性ポリイ
ミド前駆体に混合してなる感光性樹脂や或いは非感光性
ポリイミド前駆体にエステル結合等により化学的感光性
基を結合させた感光性ポリイミド樹脂前駆体を示してい
る。さらに具体的に言うと前者に於ては例えばジメチル
アミノエチルメタクリレートを増感剤などと一緒に非感
光性ポリイミド前駆体に混合することで製造することが
でき、後者に於ては例えばヒドロキシエチルメタクリレ
ートをまず酸無水物と反応させエステル結合にて感光性
基を導入した後縮合剤などを用いてジアミンと反応させ
て感光性ポリイミド樹脂前駆体とすることができる。
ポリイミド前駆体から加熱処理して最終的にポリイミ
ドとする際に感光剤等は飛散し、このため或る程度は本
来の耐熱性を維持することは可能であるが、膜厚が増せ
ば増すほど膜減り現像は顕著となりクラックが発生し易
くなるので100μm以下とするのが好ましい。
非感光性ポリイミド前駆体と同様なプリベーク処理を
施した後、この塗膜ネガマスクを置き紫外線等を照射す
る。ついで未露光部分を現像剤で溶解除去しさらにその
下層の非感光性部分も現像することでパターンを得るこ
とができる。
現像剤はポリマーの構造に合わせて適当なものを選択
すればよいが通常ジメチルスルホキシド、ジメチルアセ
トアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチル
ホスホロアミドなどの感光材料の溶剤とメタノール、エ
タノールその他の感光材料の貧溶媒の混合系が用いられ
る。
現像方法は浸漬法、超音波浸漬法、スプレー法、パド
ル現像法などが一般的である。現像後得られたパターン
を加熱処理することによって、閉環させ、感光性部分を
飛散させ耐熱性のポリイミド樹脂パターンを形成させる
ことができる。この加熱処理の温度は通常50℃〜450℃
の範囲で行なうが、徐々に昇温しても良いし、80℃、15
0℃、250℃、350℃でそれぞれ数分から数十分保持する
等のステップ加熱法にすることもできる。
この場合の雰囲気は空気中でもさしつかえない場合も
あるが、減圧ないしは不活性ガスといった非酸化性状態
下の方が好ましい場合が多い。
〔発明の効果〕
本発明方法に従うと耐熱性にすぐれた厚膜のポリイミ
ドパターンをクラックの生成なしに得ることができる。
しかもパターン中の感光性部分の割合が少ないため、通
常用いられている100%感光性部分からなるパターンに
比べ優れた耐薬品性絶縁特性、機械特性等を有してい
る。これは100%感光性ポリイミド樹脂前駆体を用いた
場合最終キュアを施しても完全に感光性基等を飛散させ
ることができずどうしても一部残存してしまいその影響
が出てしまうからである。
本発明方法によって得られるポリイミド樹脂の厚膜加
工方法は半導体のα線シールド層、パッシベーション
層、層間絶縁膜の形成に適用される。さらに高耐熱性の
フォトレジストとして金属付着や、ドライエッチング・
プロセスへの応用も可能である。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す。この一実施例で
は半導体素子上にまず無水ピロメリット酸と4,4′−ジ
アミノジフェニルエーテルとを反応させて得られる非感
光性ポリイミド前駆体Aを最終キュアー後に50μmとな
るように塗布した後、真空乾燥機内で60℃で20分プリベ
ークした後、その上に3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物と4,4′−ジアミノジフェニル
エーテルとを反応させて得られるポリアミック酸に固形
分あたり80wt%に相当するジメチルアミノエチルメタク
リレートと固形分あたり3wt%に相当するミヒラーズケ
トンを添加混合した感光性ポリイミド樹脂前駆体Bを最
終キュアー後の厚み7μmとなるようにして、オーブン
中で80℃、30分のプリベークを実施する。さらにこの上
にパターンマスクを置きウシオ電機製UV−270(250W)
露光機で20秒間照射し、N,N′−ジメチルアセトアミド
とイソプパノールの8:2混合液でスプレー現像を行なっ
てポリイミド前駆体のパターンを得た。
この後150℃、250℃、350℃で各30分ずつステップ昇
温方式で加熱処理することにより、第1図に示したよう
な膜厚57μmのポリイミドパターンをクラックを発生さ
せることなく得ることができた。
比較例 実施例で用いた感光性ポリイミド前駆体Bを半導体素
子上に最終キュアー後50μmとなるよう直接塗布した。
80℃で60分プリベークを行なった後、実施例と同様な露
光、現像操作を実施してポリイミド前駆体パターンを得
た。次に実施例と同様なポストベークを行なってポリイ
ミドのパターンを作成しようとしたところ、ポリイミド
にクラックが発生して良好なパターンは得ることができ
なかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による厚膜加工を施した後ワイヤーボン
ディングをした際半導体素子上の断面図。 図において、1はチップ、2はAl配線、3はパッド、4
は無機のパッシベーション膜、5は非感光性ポリイミド
前駆体Aから作成したパターンのポリイミド層、6は感
光性ポリイミド前駆体Bから作成したパターンのポリイ
ミド層、7はワイヤーを示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に非感光性ポリイミド樹脂前駆体を
    硬化後の厚みが10〜200μmとなる様に塗布・プリベー
    クを施し、該プリベーク層の上に感光性ポリイミド樹脂
    前駆体をその塗布厚みが20μm以下となるように塗布・
    プリベークを行い、しかる後に露光、現像、アフターベ
    ークを行うことを特徴とするポリイミド樹脂の厚膜加工
    方法。
  2. 【請求項2】光により二量化しうる不飽和基を分子内に
    含み、ポリアミック酸中のカルボン酸基と配位結合しう
    る化合物を非感光性ポリイミド樹脂前駆体に混合してな
    る感光性ポリイミド樹脂を用いる特許請求の範囲第
    (1)項記載のポリイミド樹脂の厚膜加工方法。
  3. 【請求項3】非感光性ポリイミド樹脂前駆体にエステル
    結合等により化学的に感光性基を結合させた感光性ポリ
    イミド樹脂前駆体を用いる特許請求の範囲第(1)項記
    載のポリイミド樹脂の厚膜加工方法。
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