JP3630222B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種ＩＣ（集積回路）やセンサなどの半導体装置とその製造方法に関し、特に、これらの半導体チップ（以下、単にチップという）の構造と、チップ上を被覆する絶縁被膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリイミドに代表される液状コーティング材は電気的絶縁性、耐熱性にすぐれているために、ＩＣやセンサなど各種半導体装置に利用されている。
【０００３】
従来、こうしたコーティング材は、チップ最終工程のオーバーコーティング材として用いられ、チップが形成された後、最終段階で成膜される場合が殆どだった。しかし、近年、ＩＣやセンサなどの半導体装置において、高密度化に伴って、半導体装置内に集積される素子間、配線と素子間および配線間などに、高い絶縁性が要求される。例えば、層間絶縁膜のように、チップ製作工程の中間段階で成膜され、数μｍから数十μｍの膜厚で成膜され、また、次工程で施される種々の薬品への耐性がある材料や構造の検討がなされている。そのひとつに、高絶縁性に優れるポリイミドがチップの内部構成部材として検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チップ製作工程の中間段階でポリイミド膜を成膜した後、上部配線形成工程において、パターニング時や工程前処理に種々の薬品にさらされる。代表的な薬品は、下地のアルミニウムやシリコンなどの無機膜とその上にさらに成膜するアルミニウムなどの無機膜との界面の酸化膜を除去するため、用いられるフッ化水素酸である。通常用いられるフッ化水素酸は５％以下の濃度を有し、６０秒程度処理する。その際、感光体ポリイミドを特に下地がアルミニウムの場合、界面および感光体ポリイミド膜を通して、フッ化水素酸が進入し、界面にあるアルミニウムを溶解し簡単に剥離してしまう。そのため、パターニング性の良い感光性ポリイニドを層間絶縁膜として使用できなかった。
【０００５】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、感光性ポリイミド膜を層間絶縁膜などのチップ内部の構成部材として使用できる半導体装置とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、該アルミニウム膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、該アモルファスシリコン膜上に感光性ポリイミド膜を形成する工程と、該感光性ポリイミドをパターンニングする工程とを含む製造方法徴とする。
前記アモルファスシリコン膜の膜厚を１００Åないし２μｍとするとよい。
【０００７】
このように、アモルファスシリコン膜はアルミニウム膜よりポーラス（緻密さが低い）であるために、アモルファスシリコン膜の表面の微細な凹凸がアルミニウム膜の表面より大きく、表面が荒れた状態になるために、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜との密着性が向上し、剥離が抑制される。
【０００８】
電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜をアルカリ水溶液もしくはフッ化水素酸水溶液に浸漬し該アルミニウム膜の表面の酸化膜を除去する前処理工程と、感光性ポリイミドを形成する工程と、該感光性ポリイミドをパターンニングする工程とを含む製造工程とする。
アルカリ水溶液がヘキサメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよびヘキサエチルアンモニウムハイドロオキサイドの少なくともいずれかを含むとよい。
【０００９】
このように、感光性ポリイミド膜を形成する前の前処理として、アルカリ水溶液やフッ化水素酸水溶液でアルミニウム膜の表面をエッチングし、アルミニウム膜の表面に被覆している薄い酸化膜（自然酸化膜など）を除去する。こうすることで、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜との接着性が向上し、剥離が抑制される。
前記感光性ポリイミドの硬化を酸素濃度１００ｐｐｍ以下で行うと効果的である。
【００１０】
このように、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にすることで、感光性ポリイミドを硬化させるときの温度でアルミニウム膜の表面が酸化されることが防止され、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜との密着性が向上し、剥離が抑制される。
【００１１】
電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置において、半導体基板上に形成されたアルミニウム膜と、該アルミニウム膜上に形成されたアモルファスシリコン膜と、該アモルファスシリコン膜上に形成された感光性ポリイミド膜とを有する構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、同図（ａ）から同図（ｉ）は、工程順に示した要部製造工程断面図である。
【００１３】
基板となるシリコンウエハ１にアルミニウム膜２をスパッタにより５μｍ程度の膜厚で成膜する（同図（ａ））。このアルミニウム膜２の上にアモルファスシリコン膜３を蒸着により０．３μｍ程度の膜厚で成膜する（同図（ｂ））。スピンコーター（回転塗布器）で、アルミニウム膜２およびアモルファスシリコン３が成膜されたシリコンウエハ１を、約３５００回転／分で２０秒程度回転させ、感光性ポリイミド（例えば、日産化学工業株式会社製ＲＮ−９０１）を塗布する。その後で、これをホットプレート（熱板）上で９０℃程度で１０分程度加熱し、溶剤を飛ばして、キュアし、膜厚５μｍ程度の感光製ポリイミド膜４をアモルファスシリコン膜３上に被膜する（同図（ｃ））。マスクアライナーを用いて、フォトマスク５を介して、感光性ポリイミド膜４に、２００ｍＪ／ｃｍ^２ 程度の紫外線（ｇ線またはｉ線）を照射する。尚、４ａは感光部で４ｂは非感光部である（同図（ｄ））。感光性ポリイミド膜４が被覆してるシリコンウエハ１を現像液（例えばクラリアントジャパン製ＡＺ６００ＭＩＦ）で２５℃で５分間程度浸漬し、感光性ポリイミド膜４を現像し、水洗する。これで、感光性ポリイミド膜４がパターニングされる。その後、このシリコンウエハ１を酸素濃度５０ｐｐｍ程度の乾燥炉に入れて３５０℃程度で１時間程度加熱する。酸素濃度を５０ｐｐｍ程度の低い濃度に抑えることで、アルミニウム膜に薄い酸化膜（乾燥時の温度で形成される自然酸化膜）が形成されることを防止する（同図（ｅ））。この上にポジレジスト７（例えば、クラリアントジャパン製ＡＺ６１３０などのポジタイプのフォトレジストのこと）をスピンコーターを用いて、５μｍ程度の膜厚で塗布し、ホットプレート上で９０℃程度で９０秒程度加熱し、溶剤を飛ばして、キュアする。これにマスクアライナーを用いて、ポジレジスト７に、５０ｍＪ／ｃｍ^２ の紫外線（ｇ線またはｉ線）を、同図（ｄ）で使用したフォトマスク５を介して照射する（同図（ｆ））。これを、１５０℃程度で３０分程度加熱し、例えば、酸素８％程度含有したＣＦ_４ プラズマ８で３分程度処理する（同図（ｇ））。この処理で、ポジレジスト７が被覆していない箇所のアモルファスシリコン膜３を除去する（同図（ｈ））。最後に、ポジレジスト７を１００℃程度に加熱した剥離液（例えば、東京応化工業株式会社１０６）で５分間程度浸し除去する（同図（ｉ））。
【００１４】
同図（ｃ）の工程に示したように、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４の間にアモルファスシリコン膜３を介在させることで、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４との密着性が向上し、剥離を抑制できる。ここで使用する感光性ポリイミド４ａはポジタイプである。
【００１５】
尚、アモルファスシリコン膜３の膜厚は、薄すぎると下地のアルミニウム膜の影響が出くるし、厚すぎると生産性が悪くなることから、１００Åから２μｍの間が好ましい。
【００１６】
図２は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法で、同図（ａ）から同図（ｈ）は、工程順に示した要部製造工程断面図である。
図１との違いは、アルミニウム膜２上にアモルファスシリコン膜３を形成せずに、アルミニウム膜をアルカリ水溶液に浸漬し、その表面を荒らした点である。
【００１７】
アルミニウム膜２の表面を荒らすことで、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４の密着性が向上し、剥離が抑制する。
このアルカリ水溶液にはヘキサメチルアンモニウムハイドロオキサイドを２．５％程度含有されているものを用い、３０秒程度、アルミニウム膜２をこの水溶液に浸漬させた後、水洗する。また、このアルカリ水溶液は、ヘキサメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含んだアルカリ水溶液でも勿論よい。また、その他の工程は図１と同じである。
【００１８】
この発明の第３実施例として、第２実施例のアルカリ水溶液をフッ化水素酸液に代える。その他の工程は第１実施例と同じである。この場合、フッ化水素酸を２％程度含む水溶液で３０秒程度、アルミニウム膜２を浸漬させた後、水洗する。そうすることで、アルミニウム膜２の表面が荒らされて、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４の密着性が向上し、剥離が抑制される。
【００１９】
この発明の第４の実施例の半導体装置の要部構成は、図１（ｉ）となる。この主要部分の構成は、半導体基板１上に形成されたアルミニウム膜２と、このアルミニウム膜２上に形成されたパターニングされたアモルファスシリコン膜３と、このアモルファスシリコン膜３上に形成された感光性ポリイミド膜４から成り立っている。
【００２０】
このように、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４の間にアモルファスシリコン膜３を介在させることで、アルミニウム膜２と感光性ポリイミド膜４との密着性が向上し、剥離を抑制できる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜の間にアモルファスシリコン膜を介在させることで、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜の密着性を向上させ、剥離を抑制することができる。
【００２２】
また、アルミニウム膜をアルカリ水溶液やフッ化水素酸溶液に浸漬して、アルミニウム膜の表面を荒らすことで、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜の密着性を向上させ、剥離を抑制することができる。
【００２３】
また、感光性ポリイミドを硬化させる場合に、１００ｐｐｍ以下の酸素濃度雰囲気で硬化させると、アルミニウム膜の表面が酸化されず、アルミニウム膜と感光性ポリイミド膜の密着性が向上し、剥離を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｉ）は、工程順に示した要部製造工程断面図
【図２】この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｈ）は、工程順に示した要部製造工程断面図
【符号の説明】
１ シリコンウエハ
２ アルミニウム膜
３ アモルファスシリコン膜
４ 感光性ポリイミド膜
４ａ 感光部
４ｂ 非感光部
５ フォトマスク
６ 紫外線
７ ポジレジスト
８ ＣＦ_４ ＋Ｏ_２ プラズマ

Claims (6)

1. 電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、該アルミニウム膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、該アモルファスシリコン膜上に感光性ポリイミド膜を形成する工程と、該感光性ポリイミドをパターンニングする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記アモルファスシリコン膜の膜厚を１００Åないし２μｍとすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜をアルカリ水溶液もしくはフッ化水素酸水溶液に浸漬し該アルミニウム膜の表面の酸化膜を除去する前処理工程と、感光性ポリイミドを形成する工程と、該感光性ポリイミドをパターンニングする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. アルカリ水溶液がヘキサメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよびヘキサエチルアンモニウムハイドロオキサイドの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記感光性ポリイミドの硬化を酸素濃度１００ｐｐｍ以下で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つの半導体装置の製造方法。
6. 電気的絶縁被膜として感光性ポリイミド膜を有する半導体装置において、半導体基板上に形成されたアルミニウム膜と、該アルミニウム膜上に形成されたアモルファスシリコン膜と、該アモルファスシリコン膜上に形成された感光性ポリイミド膜とを有する半導体装置。

Images