JPH09181067A - 半導体基板の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリイミド前駆体組成物を半導体基板にスピ
ン塗布し、熱処理して得られるポリイミド系樹脂膜の半
導体基板周縁部の盛り上がりを容易に除去し、半導体基
板面内のポリイミド系樹脂膜の厚みを均一にする半導体
基板の製造法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の表面にポリイミド前駆体組
成物をスピン塗布し、さらに熱処理してポリイミド系樹
脂膜を形成した後、該基板の周縁部のポリイミド系樹脂
膜の盛り上がりをさらに該基板を回転させながら洗浄液
で洗い落して除去することを特徴とする半導体基板の製
造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミド樹脂膜
が表面に形成されてなる半導体基板の製造法、特に、高
粘度を有し、厚膜形成するためのポリイミド前駆体組成
物を半導体基板の表面上にスピン塗布して、熱処理する
ときに該基板の周縁部に形成される盛り上がった樹脂膜
を除去して、半導体基板上に多数形成されている半導体
装置の歩留まりを向上させる半導体基板の製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子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膜が用
いられている。ポリイミド系樹脂は、ＰＳＧ、ＳｉＯ、
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ＩＣ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】半導体素子は、シリコンウェハー等の半導
体基板に多数形成される。そして、半導体素子に上記の
層間絶縁膜となるポリイミド系樹脂膜を形成するには、
このシリコンフェハー等の半導体基板上にポリイミド前
駆体組成物をスピン法などにより塗布し、さらに加熱処
理して形成される。このポリイミド系樹脂膜にはビアホ
ールなどのパターンが形成される。

【０００４】しかし、ポリイミド前駆体組成物を半導体
素子が多数形成されたウエハー等の半導体基板表面上の
中心部に滴下してスピン塗布し、そのポリイミド前駆体
組成物が塗布された基板をホットプレート等を使用して
加熱処理すると、ウエハの周縁部でポリイミド系樹脂膜
に盛り上がり部分が形成され、膜厚が基板中心部に比べ
厚くなる。この後、ポリイミド系樹脂膜のパターン形成
のためにマスク材として使用しているフォトレジストを
成膜し、露光後エッチング処理すると、ウエハ表面の周
縁部が所定時間でエッチング残りが生じる。このとき前
記基板の周縁部で、ポリイミド系樹脂膜の盛り上がりが
形成された部分にある半導体素子が使用できなくなり、
歩留まりが低下する。また、基板がウェハーである場
合、このウエハ裏面研削の際、ポリイミド系樹脂膜の表
面に保護テープが該樹脂膜全面に均一に貼り付けること
ができず、保護効果が低下する。また、研削機にポリイ
ミド系樹脂膜側を真空吸着して支える場合、ウエハに反
りが生じて割れ易くなる。これらの問題は、使用するポ
リイミド系樹脂膜の形成する膜厚が厚くなるほど且つ低
速スピン塗布するほど生じ易い。

【０００５】このため、最近ではウエハ等の基板の表面
の周縁部にあるポリイミド系樹脂膜の盛り上がりを、
（１）スピン塗布時にポリイミド前駆体組成物の溶剤と
して用いられているＮ−メチル−２−ピロリドンなどの
極性有機溶剤をウエハ表面部に設置された洗浄ノズルか
らその周縁部に吹き付ける方法、（２）窒素ガスなどの
気体をその周縁部に直接吹き付ける方法などにより、除
去している。しかしながら、（１）の方法では、極性溶
剤の乾き性が悪いため、乾燥時間が長くなり生産性が劣
る。乾燥時間を短くすると完全に乾いていないため、こ
の状態でホットプレートにより加熱すると、ウエハ表面
端部に被膜のにじみが見られる。また、ポリイミド系樹
脂膜の膜厚を厚く形成する場合、スピン塗布時の回転数
が低速になり且つ回転時間が短くなる傾向があるため、
極性有機溶剤の吹き付け条件の設定が難しくなる。
（２）の方法ではポリイミド前駆体組成物の粘度によっ
てＮ 圧力の調整が必要である等の欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポリイミド
前駆体組成物を半導体基板にスピン塗布し、熱処理して
得られるポリイミド系樹脂膜の半導体基板周縁部の盛り
上がりを容易に除去し、半導体基板面内のポリイミド系
樹脂膜の厚みを均一にする半導体基板の製造法を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
表面にポリイミド前駆体組成物をスピン塗布し、さらに
熱処理してポリイミド系樹脂膜を形成した後、その半導
体基板の周縁部に形成されたポリイミド系樹脂膜の盛り
上がりをその半導体基板を回転させながら洗浄液で洗い
落して除去することを特徴とする半導体基板の製造法に
関する。上記の方法において、ポリイミド系樹脂膜を８
０〜１６０℃の温度で熱処理することが好ましく、さら
に、洗浄液でポリイミド系樹脂膜の盛り上がりを洗い落
しているとき、半導体基板を５００〜２５００rpmで回
転させることが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるポリイミド系
樹脂膜の洗浄液は、例えば有機系溶剤としては、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等
が挙げられ、これらは２種以上併用してもよい。また、
洗浄処理後の乾燥性の向上のために、メタノール、イソ
プロパノール、エタノール等のアルコールを併用しても
よい。洗浄液として、アルカリ水溶液を使用してもよ
い。アルカリ水溶液としては、テトラメチルアンモニウ
ム、モノエタノールアミン等の水溶液が挙げられる。ア
ルカリ化合物の濃度は、ポリイミド樹脂膜が半導体基板
から剥離しない範囲の濃度に調製することが好ましく、
１〜５重量％が好ましい。

【０００９】本発明に用いられるポリイミド前駆体組成
物として、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等が用いられ
る。有機四塩基酸二無水物をとしては、ピロメリット酸
無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカ
ルポン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフエニルテ
トラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフエ
ニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，
６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，
６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，
３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、１，
４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水
物、４，４′−スルホニルジフタル酸二無水物、３，
３′，４，４′−テトラフェニルシランテトラカルボン
酸二無水物、３，３′，４，４′−パーフルオロイソプ
ロピリデンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族系化
合物、エチレンビストリメリット酸二無水物などの脂肪
族系化合物などか挙げられる。

【００１０】前記ジアミンとしては、エチレンジアミ
ン、１，３−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミ
ン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミ
ン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミ
ン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、１，４−
ジアミノシクロヘキサン、４，４′−ジアミノジフエニ
ルメタン、４，４，−ジアミノジフェニルスルホン、
４，４′−ジアミノジフエニルスルフィド、ベンジン、
メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミ
ン、２，２−ビス（４−アミフェノキシフェニル）プロ
パン、ｌ，５−ナフタレンジアミン、２，６−ナフタレ
ンジアミン等が挙げられる。これらの化合物は単独てま
たは２種以上併用することもできる。

【００１１】ジアミンとしては、さらに、ジアミノシリ
コンをジアミンの総量に対して、１〜１５重量％使用す
ることが密着性向上の上で好ましい。ジアミノシリコン
としては、化１〔一般式（Ｉ）〕

【化１】 （ただし、式中、Ｒ¹、Ｒ⁶は２価の炭化水素基、例え
ば、炭素数１〜４のアルキレン基、フェニレン基、炭素
数１〜４のアルキル基で置換されたフェニレン基等であ
り、これらは同一でも異なっていてもよく、Ｒ²、Ｒ³、
Ｒ⁴及びＲ⁵は１価の炭化水素基、例えば炭素数１〜４の
アルキル基、フェニル基であり、これらは同一でも異な
っていてもよく、ｍは１以上の整数を示す）で表される
化合物があり、具体的には、化２に示されるものがあ
る。

【００１２】

【化２】

【００１３】ジアミンの一部にジアミノアミド化合物を
使用してもよい。この化合物の具体例としては、４，４
−ジアミノジフエニルエーテル−３−スルホンアミド、
３，４′−ジアミノジフエニルエーテル−４−スルホン
アミド、３，４′−ジアミノジフエニルエーテル−３′
−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフエニルエー
テル−４−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェ
ニルメタン−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノ
ジフエニルメタン−４−スルホンアミド、３，４′−ジ
アミノジフエニルメタン−３′−スルホンアミド、３，
３′−ジアミノジフエニルメタン−４−スルホンアミ
ド、４，４′−ジアミノジフエニルスルホン−３−スル
ホンアミド、３，４′−ジアミノジフエニルスルホン−
４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフエニルス
ルホン−３′−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジ
フエニルスルホン−４−スルホンアミド、４，４′−ジ
アミノジフェニルサルファイド−３−スルホンアミド、
３，４′−ジアミノジフエニルサルファイド−４−スル
ホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルサルファイ
ド−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフエニ
ルサルファイド−３′−スルホンアミド、ｌ，４−ジア
ミノベンゼン−２−スルホンアミド、４，４′−ジアミ
ノジフエニルエーテル−３−カルボンアミド、３，４′
−ジアミノジフエニルエーテル−４−カルボンアミド、
３，４−ジアミノジフエニルエーテル−３′−カルボン
アミド、３，３′−ジアミノジフエニルエーテル−４−
カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフエニルメタン
−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニル
メタン−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフ
エニルメタン−３′−カルボンアミド、３，３′−ジア
ミノジフエニルメタン−４−カルボンアミド、４，４′
−ジアミノジフエニルスルホン−３−カルボンアミド、
３，４′−ジアミノジフエニルスルホン−４−カルポン
アミド、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン−３′
−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフエニルスル
ホン−４−カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフエ
ニルサルファイド−３−カルボンアミド、３，４′−ジ
アミノジフエニルサルファイド−４−カルボンアミド、
３，３′−ジアミノジフエニルサルファイド−４−カル
ボンアミド、３，４′−ジアミノジフエニルサルファイ
ド−４−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニ
ルサルファイド−４−カルボンアミド、３，４′−ジア
ミノジフェニルサルファイド−３′−スルホンアミド、
１，４−ジアミノベンゼン−２−カルボンアミドなどが
挙げられる。これらのジアミノアミド化合物は、２種以
上を併用することもできる。シアミノアミド化合物はジ
アミンの総量に対して、５０重量％以下で使用すること
が好ましい。

【００１４】前記ジアミンの総量と前記の有機四塩基酸
二無水物とはほぼ等モルとして有機溶媒中で反応させて
得られる。この有機溶媒としては前記単量体化合物の総
てを溶解する必要はないが、生成する中間体を溶解する
ものが好ましく用いられる。このような有機溶媒として
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、
Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスル
ホン、γ−ブチロラクトン、Ｎ−ビニル−ピロリドン、
ジイソブチルケトン、ブチルセロソルブアセテートなど
のｌ種または２極以上が用いられる。反応は、ジアミン
成分を有機溶媒中によく溶解させ、次に醸成分を加え、
５０℃以下、より好ましくは室温付近またはそれ以下の
温度で撹拌、反応させて得られる。これを５０〜８０℃
の温度で撹拌して使用上適切な粘度に調整して使用に供
する。

【００１５】ポリイミド系樹脂膜は、上記ポリイミド前
駆体組成物を溶剤を加えて５０〜８０℃の温度で撹拌
し、使用上適切な粘度に調整した後、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８０〜
３５０℃の範囲の温度で３時間以内で熱処理し、脱水閉
環することにより得られる。

【００１６】また感光性ポリアミド酸溶液も用いること
ができる。この感光性ポリアミド酸には特に制限はな
く、例えば感光基をエステル結合で導入した感光性ポリ
アミド酸に増感剤、光重合開始剤などを加えたもの、ポ
リアミド酸に炭素−炭素二重結合を有するアミン化合物
を加えたものに光重合開始剤、増感剤、ビスアジドなど
を加えたもの、ポリアミド酸にイソシアナートエチルメ
タクリレートを反応させて得られる反応物に１，６−ヘ
キサンジオールジアクリレートなどの不飽和化合物、光
重合開始剤、増感剤などを加えたもの等が好ましく用い
られる。

【００１７】本発明における半導体基板表面へのポリイ
ミド系樹脂膜の形成は次の様にして行われる。ポリイミ
ド前駆体組成物をディスペンス法によりノズル先端から
半導体基板表面の中心部に滴下してスピン塗布する。ス
ピン塗布により基板の表面周縁部に流れ、所定時間回転
後、ホットプレート等を用いて８０〜１６０℃の温度範
囲内で熱処理してポリイミド系樹脂膜を形成する。この
とき、基板の周縁部にポリミド系樹脂膜の盛り上がり部
が形成される。

【００１８】ついで、ポリイミド系樹脂膜を形成した半
導体基板を回転させて半導体基板の表面周縁部に設置さ
れた洗浄ノズルから盛り上がり部に洗浄液が吐出されポ
リイミド系樹脂膜の盛り上がった部分が除去される。除
去処理は、回転数５００〜２５００rpm（回転／分）と
することが好ましく、洗浄液が樹脂膜に吐出する領域
は、ポリイミド前駆体組成物の粘度あるいはスピン塗布
時の回転数、時間等によって異なるが、盛り上がり部の
頂上含んであることが好ましく、半導体基板内の半導体
素子の最も外側の部分から５mm以内の距離とされること
が好ましい。回転時間は特に制限されないが、枚葉式処
理の点から好ましくは６０秒以内とされることが好まし
い。

【００１９】洗浄ノズルの内径は、洗浄液の半導体基板
へのはねかえりと盛り上がり部の均一な又は十分な除去
を考慮して０．５〜２．０mmとすることが好ましい。以
上と同様の理由で、ノズルの先端は樹脂膜から０．２〜
２mmの距離とすることが好ましい。洗浄液の流量は５〜
１５ml／分が好ましく、また、洗浄液噴射時の窒素ガス
等のガス圧は０．１〜０．８kg/cm²の範囲が好ましい。
この洗浄液による処理により、半導体基板の周縁部の盛
り上がりを除去するとともに、半導体基板の端面のポリ
イミド樹脂膜も除去することができる。端面の樹脂膜を
除去することにより、剥離した樹脂膜からなる異物の発
生をなくすことができる。

【００２０】次に、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す工程図で
ある。図１において、まず、（ａ）工程でコーターカッ
プ１内のスピンヘッド２に吸着固定された半導体基板３
の表面の中心部にディスペンスノズル４からポリイミド
前駆体組成物５が滴下される。次に、（ｂ）工程におい
て、スピンヘッド２の回転によりスピン塗布が開始され
る。まず、ポリイミド前駆体組成物５が半導体基板３の
周縁部方向に流れ出る。所定時間回転を続けると、ポリ
イミド前駆体組成物５が半導体基板３表面上に均一に拡
がる。

【００２１】次に、（ｃ）工程において、ポリイミド前
駆体組成物５から形成された膜６によって被覆された半
導体基板３がホットプレート７で熱処理されてポリイミ
ド系樹脂膜８が形成される。次に、（ｄ）工程におい
て、さらにコーターカップ１内のスピンヘッド２に吸着
固定させたポリイミド系樹脂膜８が形成された半導体基
板３をスピンヘッド２により回転させると同時に洗浄ノ
ズル９から洗浄液１０が噴射され、半導体基板３の表面
周縁部及び端面部に形成されたポリイミド系樹脂膜８の
盛り上がりを除去する。

【００２２】この後、アルミ配線等を露出させ、電極取
り出しを行うことなどのために、ポリイミド樹脂膜にエ
ッチング等により穴をあけるなどの加工が施され、ま
た、エッチングによりスクライブラインの形成が行われ
る。

【００２３】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれによって制限されるものではな
い。 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
撹拌して溶解させた後、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（０．１
５モル）およびピロメリット酸二無水物３２．７１ｇ
（０．１５モル）を徐々に加えて室温で６時間反応後、
８０℃で１０時間撹拌して粘度１４０ポアズ（２５
℃）、樹脂分濃度１８．６重量％のポリイミド前駆体組
成物を得た。

【００２４】次に、図１に示した工程図に従って下記の
様に上記ポリイミド前駆体組成物のスピン塗布を行い、
半導体基板の表面上にポリイミド系樹脂膜を形成した。
まず、半導体基板３〔ウエハ直径：１５０mm（６イン
チ）〕表面の中心部にディスペンスノズル４から上記で
得たポリイミド前駆体組成物５を５ｇ滴下して５秒間静
置した〔図１の（ａ）〕。

【００２５】次に１０００rpmで８秒間、さらに２３０
０rpmで３０秒間回転して、次に３０００rpmで２秒間半
導体基板３の回転を継続して処理し、スピン塗布を終了
した〔図１の（ｂ）〕。

【００２６】次にポリイミド前駆体組成物５が塗布さ
れ、膜６で被覆された半導体基板３のホツトプレートを
用いて１００℃で６０秒間更に１２５℃で６０秒間熱処
理（プリベーク）し、ポリイミド系樹脂膜８を形成した
〔図１の（ｃ）〕。

【００２７】得られた半導体基板３のポリイミド系樹脂
膜８について、干渉膜厚計（大日本スクリーン製造社
製、商品名ラムダエース、ＳＴＭ−６０２）を用いて直
径（基板中心部を含め、これから０．５mm間隔で１７
点）の膜厚を測定したところ、平均膜厚が１５．７μｍ
であるが、基板３周縁部４mm以内の最大膜厚は３３．４
μｍと厚く盛り上がりが見られた。さらに、上記半導体
基板３をコーターカップ１内のスピンヘッド２に吸着固
定させて、スピンヘッド２の回転と同時に内径１．０mm
の洗浄ノズル９を半導体基板３の表面周縁部から２．５
mmの位置で樹脂膜の表面から約１mmの距離に移動後、１
０００rpmで３０秒間回転しながら洗浄液１０である
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを窒素ガス化加圧量０．
３kg/cm²、洗浄液の流量１２ml／分で周縁部に噴射し
て、スピンヘッド２の回転を停止した〔図１の
（ｄ）〕。

【００２８】得られた半導体基板３の表面周縁部から２
mm以内のポリイミド系樹脂膜８は除去されており、触針
式膜厚計（ＴＥＮＣＯＲ社製）による周縁部の形状平坦
であり盛り上がりは見られなかった。周縁部の最大盛り
上がり部の厚さは１９．７μｍであった。

【００２９】実施例２ 実施例１において、洗浄液１０に水酸化テトラメチルア
ンモニウム水溶液（濃度２．３８重量％）を用いて、洗
浄液１０を噴射するときの回転条件を８００rpmとし６
０秒間処理した以外は実施例１と同様にして行った。得
られた半導体基板３の表面周縁部から２mm以内のポリイ
ミド系樹脂膜８の盛り上がりは見られず、良好な形状で
あった。ポリイミド系樹脂膜の周縁部の最大盛り上がり
部の厚さは２０．５μｍであった。

【００３０】比較例１ 実施例１において、図１の（ｄ）工程を削除した以外は
実施例１と同様にして行った。得られた半導体基板３の
ポリイミド系樹脂膜８の平均膜厚は１５．７μｍで周縁
部４mm以内の最大膜厚は３３．４μｍと厚く、盛り上が
りが見られた。さらに上記ポリイミド系樹脂膜上にフェ
ノールノボラック系のポジレジスト層（ＯＦＰＲ−５０
００：東京応化工業社製商品名）をスピン塗布により形
成後、ｇ線ステッパー（ＦＰＡ−１５５０：キャノン社
製）を用いて公知の写真食刻技術によりアルカリ性水溶
液である水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（濃度
２．３８重量％）を用いて２３℃で１００秒間バドル法
により、ポジレジスト層の現像とポリイミド系樹脂膜の
エッチングを同時に行い、ボンディングパッド部に１０
０μｍ角のビアホールと８０μｍのスクライブラインを
パターン化したが、半導体基板３の周縁部４mm以内の盛
り上がりがあるポリイミド系樹脂膜８は、パターン形成
が不十分であり、エッチング残りが見られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明における方法により、スピンコー
ト法を利用して半導体基板表面にポリイミド系樹脂膜を
形成するときにその周縁部にポリイミド系樹脂膜の盛り
上がりがなく、均一な膜厚が形成できるため、パターン
の製造に際してエッチング残りによる異物の発生且つ半
導体基板の裏面研削時の保護テープ貼り付け不良を低下
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半導体装置の製造方法
を説明する工程図である。

【符号の説明】

１ コーターカップ ２ スピンヘッド ３ 半導体基板 ４ ディスペンスノズル ５ ポリイミド前駆体組成物 ６ ポリイミド前駆体から形成された膜 ７ ホットプレート ８ ポリイミド系樹脂膜 ９ 洗浄ノズル １０ 洗浄液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面にポリイミド前駆体組
   成物をスピン塗布し、さらに熱処理してポリイミド系樹
   脂膜を形成した後、該基板の周縁部のポリイミド系樹脂
   膜の盛り上がりをさらに該基板を回転させながら洗浄液
   で洗い落して除去することを特徴とする半導体基板の製
   造法。