JPH09199473A - ポリイミド系樹脂膜パターンの形成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板１上に形成されたポリイミド系樹脂膜４
をウェットエッチング加工した後に、ポリイミド系樹脂
膜４をイミド化するために熱処理したときに、パターン
エッジ部に生ずる突起部６及び他の部分よりも盛り上が
った盛り上がり部５を除去する。 【解決手段】 基板１上にポリイミド系樹脂膜４を形成
し、ポジレジスト７をマスク材にして該ポリイミド系樹
脂膜４をアルカリ水溶液によりウェットエッチング加工
した後、ポジレジスト７を有機系溶剤によって剥離し、
さらに、Ｎ−メチル−２−ピロリドンによって形成され
たエッジ部分を溶解できる溶剤によって追加ウェットエ
ッチング加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミド系樹脂
膜パターンの形成法に関する。

【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樹脂が用いられて
いる。このポリイミド樹脂は、ＰＳＧ、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ
₃Ｎ₄のような無機絶縁膜に比べ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、更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。これ
らの用途にポリイミドを適用する際には、スピニング法
などにより半導体基板のウェーハ上に形成されたポリイ
ミド樹脂膜にスルーホールなどのパターンを形成する必
要があり、該パターンは、フォトレジストを介したウェ
ットエッチング工程などにより形成されている。

【０００３】パターンの形成方法としては、（１）２２
０〜３５０℃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パターン化する方法、（２）８０〜
１６０℃で熱処理（プリベーク）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膜を形成し、アルカ
リ性水溶液を用いてレジストの現像と同時にポリイミド
系樹脂膜を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、半導体の
生産工程時間の短縮化が図られている。前記（１）の方
法では、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、前記（２）の方
法よりも生産工程が長いという欠点がある。このため最
近では、前記（１）の方法よりもポリイミド樹脂膜のエ
ッチング時間が短くてすむ、前記（２）の方法がポリイ
ミド樹脂膜パターン形成の主流になっている。

【０００５】以下に前記（２）の方法を説明する。ま
ず、半導体基板１上に、アルミニウム（Ａｌ）からなる
所定形状の配線層２を形成する。次に、前記配線層２の
上に前記配線層２の一部が露出して電極（ボンディング
パッド）を形成するようにシリコン酸化膜からなる無機
絶縁層３（いわゆるパッシベーション膜）を形成する。
その上にポリイミド系樹脂膜４を形成する。このポリイ
ミド系樹脂膜４は、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４上にポジレジスト層７を
スピニング塗布により形成する（図１のａ参照）。

【０００６】次に、フォトマスク８を介して露光した
後、公知の写真食刻技術によりアルカリ水溶液でポジレ
ジスト層７の現像とポリイミド系樹脂膜４のエッチング
を行い、所定部分にパターン９を形成し、また、Ａｌボ
ンディングパッド部１０を露出させる（図１のｂ参
照）。

【０００７】次に、残ったポジレジスト層７を有機系溶
剤を用いてパドル法、スプレー法等により剥離し（図１
のｄ参照）、さらに、これまでの工程で水分吸収があっ
た場合、又は、ポリイミド系樹脂膜のイミド化が充分で
ない場合に、１００〜３５０℃の温度で３時間以下の熱
処理を行う（図１のｅ参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（２）の方法でポリイミド系樹脂膜にパターンを形成す
る場合、ポジレジスト剥離後にパターンエッジ部に突起
部６及びレジストとポリイミド系樹脂膜とが反応したと
思われる部分（以下反応層部とする）１１が生ずる（図
１のｃ参照）。そして、この突起部６をそのままにし
て、ポリイミド系樹脂膜４をイミド化するために１６０
〜３５０℃で熱処理すると、突起部６及び反応層部１１
が他の部分よりも盛り上がった盛り上がり部５を生ずる
（図２参照）。この盛り上がり部５は、アルカリ性水溶
液を用いてレジストの現像と同時にポリイミド系樹脂膜
をパターン化する際、ポリイミド系樹脂膜表面にレジス
トとポリイミド系樹脂膜の反応層が生じ、熱処理の際、
この反応層部と非反応層部の硬化収縮率が異なることに
起因して生じると推定される。

【０００９】パターン形成後のポリイミド樹脂膜上に、
更に、上層配線層を形成する多層配線構造やスルーホー
ル部にハンダバンプを形成するハンダバンプ実装方式等
では、この突起および盛り上がりが原因で、上層配線層
の断線が生じたりハンダバンプが形成できないなどの問
題等がある。特にパターン化するポリイミドの膜厚が厚
くなるほど上記の問題は大きくなる。そこで、突起およ
び盛り上がりをなくすために、パターン形成後のポリイ
ミドをＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）やアッ
シャーなどにより突起および盛り上がりがなくなるまで
ドライエッチングする方法などが試みられている。しか
し、この方法は、プロセス工程が複雑化し、生産工程時
間が長くなるという問題があった。

【００１０】本発明は、前記の従来技術の問題を解決
し、ポリイミド樹脂膜パターンエッジ部の突起、盛り上
がりをドライエッチング等の方法によらずに除去する方
法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板１上にポ
リイミド系樹脂膜４を形成し、ポジレジスト７をマスク
材にして該ポリイミド系樹脂膜４をアルカリ水溶液によ
りウェットエッチング加工した後、ポジレジスト７を有
機系溶剤によって剥離し、さらに、エッチングによって
形成されたエッジ部分を溶解できる溶剤によって追加ウ
ェットエッチング加工することを特徴とするポリイミド
系樹脂膜パターンの形成法である。

【００１２】追加ウェットエッチングに用いられるエッ
チング液としては、ポリイミド系樹脂を基板面内で均一
に溶解できるエッチング液であれば特に限定されるもの
ではないが、水との混合により、エッチング速度のコン
トロールが容易、コスト等の点を考え、ポリイミド系樹
脂前駆体溶液の溶媒等に用いられる極性溶媒であるＮ−
メチル−２−ピロリドン又はＮ−メチル−２−ピロリド
ンと水との混合液を使用するのが好ましい。また、エッ
チング方法は、パドル又はスプレー法等で行うのが望ま
しい。追加ウェットエッチングにより、ポリイミド樹脂
膜パターンエッジ部の突起がエッチングされてなくなる
とともに、イミド化のための熱処理により盛り上がり部
となる部分がエッチングにより除去されるため、熱処理
後も盛り上がりが生じなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】基板１としては、例えば、アルミ
ニウム配線層２を形成したシリコン半導体基板、銅配線
層を形成したセラミック高密度実装基板、銅配線層を形
成したセラミックハイブリッド基板等が用いられる。ポ
ジレジストとしては特に制限はなく、例えばノボラック
樹脂とナフトキノンジアジドとの混合物が用いられ、例
えばＯＦＰＲ−５０００（東京応化工業社製商品名）、
ＲＧ−８０１８Ｐ（日立化成工業社製商品名）等が挙げ
られる。ポジレジスト膜は、ポリイミド系樹脂膜上にポ
ジレジストを例えばスピニング塗布し、ホットプレート
上で８０〜１６０℃で熱処理して得られる。

【００１４】ウェットエッチング加工は、例えばポジレ
ジスト膜７を露光処理後、アルカリ水溶液の現像液を用
いてパドル又はスプレー法等でポジレジスト膜の現像と
連続して行われる。このアルカリ水溶液としては、水酸
化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＮＭＤ−３：東京
応化工業社製）などが挙げられ、ポジレジスト膜７の剥
離に用いられる有機系溶剤としては、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
などが挙げられる。

【００１５】また、追加ウェットエッチングの時間とし
ては、ポリイミド系樹脂の硬化温度および時間、エッチ
ング液の種類および温度、エッチング方式等によって異
なるため一概に規定できないが、概ね追加エッチングに
よるポリイミド系樹脂膜の膜減り量は０．５μｍ以上と
するのが好ましく、より好ましくは、１．０〜２．０μ
ｍの範囲である。この追加ウェットエッチングによる膜
減り量が０．５μｍ未満の場合は本発明の効果が余り期
待できない。一方、膜減り量には特に上限はないが、膜
減り量を大きくする場合には、必然的にプリベーク後の
ポリイミド系樹脂膜の膜厚を厚くする必要があり、パタ
ーン形成の際に形状が悪化するなどの問題がある。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例および比較例により具
体的に説明する。 実施例１ Ａｌ配線層２および無機絶縁膜（Ｐ−Ｓｉ₃Ｎ₄）層３が
形成された半導体基板１上に、ポリイミド系樹脂前駆体
溶液であるＰＩＸ−３４００（日立化成工業社製商品
名）をスピニング塗布後、ホットプレートで１２５℃で
６０秒間熱処理（プリベーク）し、８μｍ厚のポリイミ
ド系樹脂膜層４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、ＯＦＰＲ−５０００：東京応化工業社製商品名）を
スピニング塗布後、１１０℃で６０秒間熱処理し、３μ
ｍ厚のポジレジスト層７を形成した（図１のａ）。

【００１７】樹脂膜層４の所定部分であるボンディング
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、スルーホール寸法１００μｍ およびスクライ
ブライン幅寸法７０μｍのフォトマスク８を介して公知
の写真食刻技術により露光した後、水酸化テトレメチル
アンモニウム水溶液系の現像液ＮＭＤ−３（濃度２．３
８重量％、東京応化工業社製商品名）を食刻液に用いて
２３℃で１００秒間パドル法により、ポジレジスト層７
の現像とポリイミド系樹脂膜層４のエッチングを同時に
行い、ポリイミド系樹脂膜４にパターン部９を形成し、
Ａｌ配線層２であるボンディングパッド部１０（１３０
×１３０μｍ）の一部を露出させた（図１のｂ）。この
ポリイミド系樹脂膜層４のパターン部９の無機絶縁膜
（Ｐ−Ｓｉ₃Ｎ₄）層３上の底部寸法１００×１００μｍ
のサイズであった。

【００１８】次に、ポジレジスト層７のみを食刻する酢
酸−ｎ−ブチルでスプレー法により室温下で５０秒間処
理してポジレジスト層を剥離した（図１のｃ）。

【００１９】次に、このポジレジスト層剥離後のポリイ
ミド系樹脂層をＮ−メチル−２−ピロリドンを用いて２
３℃で３秒間パドル法により追加ウェットエッチングを
行った（図１のｄ）。この時のポリイミド系樹脂膜の膜
減り量は約１．５μｍであった。

【００２０】次に温風式乾燥器を用いて２００℃で３０
分間、次いで３５０℃で６０分間熱処理し、膜厚４．１
μｍのポリイミド系樹脂膜パターンを半導体基板上に形
成した（図１のｅ）。この樹脂膜パターンには、エッジ
部の突起および盛り上がりが認められなかった。

【００２１】実施例２ 実施例１と同様にして、半導体基板上に８μｍ厚のポリ
イミド系樹脂膜層を形成し、該層上に３μｍ厚のポジレ
ジスト層を形成した後、レジスト層の露光を行い、現像
液ＮＭＤ−３用いてポジレジスト層の現像とポリイミド
系樹脂膜層のエッチングを同時に行い、更に酢酸−ｎ−
ブチルでスプレー法によりポジレジスト層を剥離した。
次に、このポジレジスト層剥離後のポリイミド系樹脂膜
層をＮ−メチル−２−ピロリドンを用いて２３℃で６秒
間パドル法により追加ウェットエッチングを行った（図
１のｄ）。この時のポリイミド系樹脂膜の膜減り量は約
３．０μｍであった。次に実施例１と同様に温風式乾燥
器を用いて２００℃で３０分間、次いで３５０℃で６０
分間熱処理し、膜厚３．２μｍのポリイミド系樹脂膜パ
ターンを半導体基板上に形成した（図１のｅ）。この樹
脂膜パターンには、エッジ部の突起および盛り上がりが
認められなかった。

【００２２】比較例 実施例比較例と同様にして、半導体基板上に８μｍ厚の
ポリイミド系樹脂膜層を形成し、該層上に３μｍ厚のポ
ジレジスト層を形成した後、レジスト層の露光を行い、
現像液ＮＭＤ−３用いてポジレジスト層の現像とポリイ
ミド系樹脂膜層のエッチングを同時に行い、更に酢酸−
ｎ−ブチルでスプレー法によりポジレジスト層を剥離し
た。次に実施例１と同様にして温風式乾燥器に投入し、
２００℃で３０分間、次いで３５０℃で６０分間熱処理
し、膜厚５μｍのポリイミド系樹脂膜パターンを半導体
基板上に形成した（図２）。この樹脂膜パターンには、
エッジ部に１．２μｍの突起および０．６μｍの盛り上
がりが見られた。

【００２３】

【発明の効果】本発明のポジレジスト剥離後のポリイミ
ド系樹脂膜を追加ウェットエッチングすることにより、
ポジレジストを使用したパターン形成に際して、形状が
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に関するポリイミド系樹脂膜
のパターン形成工程を説明するための断面形状図であ
り、ａはポジレジスト層形成後の状態、ｂは露光現像後
の状態、ｃはポジレジシト層剥離後の状態、ｄは追加ウ
ェットエッチング後の状態、ｅは熱処理後の状態を示
す。

【図２】従来のパターン形成後のポリイミド系樹脂膜パ
ターンの断面形状を示す図である。

【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 盛り上がり部 ６ 突起部 ７ ポジレジスト層 ８ フォトマスク ９ パターン部 １０ ボンディングパッド部 １１ 反応層部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にポリイミド系樹脂膜を形成し、
   ポジレジストをマスク材にして該ポリイミド系樹脂膜を
   アルカリ水溶液によりウェットエッチング加工した後、
   ポジレジストを有機系溶剤によって剥離し、さらに、エ
   ッチングによって形成されたエッジ部分を溶解できる溶
   剤によって追加ウェットエッチング加工することを特徴
   とするポリイミド系樹脂膜パターンの形成法。
2. 【請求項２】 追加ウェットエッチングの溶剤が、Ｎ−
   メチル−２−ピロリドン又はＮ−メチル−２−ピロリド
   ンと水との混合液である請求項１記載のポリイミド系樹
   脂膜パターンの形成法。