JP6561966B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１に、半導体装置の製造工程において、ウエハの表面に保護テープを貼り付け、ウエハを処理し、その後に、保護テープをウエハから剥離する技術が開示されている。ウエハを処理する際に、保護テープによってウエハの表面にキズ等が生じることが抑制される。
特開２００７−３１１７３５号公報
半導体基板とポリイミド膜を有するとともにポリイミド膜が表面に露出しているウエハが存在する。このようなウエハに対して、ポリイミド膜を覆うように保護テープを貼り付ける場合がある。保護テープは、ポリイミド膜に対して高い接着力で貼り付く。特に、半導体装置の製造過程において、ポリイミド膜の表面に荒れが発生する場合がある。表面に荒れが発生しているポリイミド膜に対して、保護テープは特に高い接着力で貼り付く。このため、ポリイミド膜を覆うように保護テープを貼り付けると、ウエハの処理後に保護テープを剥離するときに、ポリイミド膜の表面に保護テープの接着剤が残存するという問題が生じる。
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板とポリイミド膜を有するとともにポリイミド膜が表面に露出しているウエハに前記ポリイミド膜を覆うようにＳＯＧ膜を形成する工程と、前記ＳＯＧ膜の表面に保護テープを貼り付ける工程と、前記保護テープを貼り付けたウエハを処理する工程と、前記保護テープを前記ウエハから剥離する工程を有する。
なお、上記の「ＳＯＧ膜」は、Spin-On-Glass膜であり、Spin-On-Glass法によって形成された酸化シリコン膜を意味する。また、上記の「処理」は、ウエハに対する種々の処理のいずれかであり、例えば、ウエハの研磨、ウエハのエッチング、ウエハに対するイオン注入、ウエハの表面への電極形成、ウエハの表面への絶縁層の形成、または、これらのいずれかの組み合わせ等が含まれる。
この製造方法では、ポリイミド膜を覆うようにＳＯＧ膜を形成し、そのＳＯＧ膜に保護テープを貼り付ける。ＳＯＧ膜は薄いので、ＳＯＧ膜の表面に保護テープを貼り付けることで、ウエハの表面を適切に保護することができる。したがって、その後にウエハを処理する工程において、ウエハの表面にキズが生じることが抑制される。ウエハを処理した後に、保護テープをウエハから剥離する。上記の通り、ポリイミド膜はＳＯＧ膜に覆われており、ＳＯＧ膜の表面に保護テープが貼り付けられている。保護テープは、ＳＯＧ膜から容易に剥離することができる。したがって、ＳＯＧ膜の表面に保護テープの接着剤が残存することが抑制される。このため、残存した接着剤によって、半導体装置の製造工程において不具合が生じることを抑制することができる。
半導体ウエハの断面図。 プラズマ処理後の半導体ウエハの断面図。 ＳＯＧ膜形成後の半導体ウエハの断面図。 保護テープ貼付後の半導体ウエハの断面図。 感光処理後の半導体ウエハの断面図。 感光したＳＯＧ膜の除去後の半導体ウエハの断面図。 金属膜形成後の半導体ウエハの断面図。 感光していないＳＯＧ膜の除去後の半導体ウエハの断面図。
実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、図１に示すウエハ１０を準備する。ウエハ１０は、半導体基板１２と、Ａｌ電極１４と、保護膜１６と、ポリイミド膜１８を有する。半導体基板１２は、シリコンによって構成されている。図示していないが、半導体基板１２の内部には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の構造の一部とｐｎダイオードの構造の一部が形成されている。Ａｌ電極１４は、半導体基板１２の表面に設けられている。Ａｌ電極１４は、アルミニウムによって構成されている。Ａｌ電極１４の表面には、凹部４０が形成されている。保護膜１６は、凹部４０とその周囲のＡｌ電極１４の表面を覆っている。ポリイミド膜１８は、保護膜１６の表面を覆っている。ポリイミド膜１８は、ウエハ１０の表面に露出している。ポリイミド膜１８が設けられていない範囲では、Ａｌ電極１４がウエハ１０の表面に露出している。
まず、ウエハ１０の表面をプラズマ処理する。より詳細には、フッ素を含むエッチングガス（本実施形態では、ＳＦ４）をプラズマ化し、発生したプラズマにＡｌ電極１４を曝す。これによって、Ａｌ電極１４の表面で、アルミニウムにフッ素が結合する（いわゆるフッ素終端処理）。Ａｌ電極１４をプラズマに曝す過程で、ポリイミド膜１８もプラズマに曝される。ポリイミド膜１８がプラズマに曝されると、図２に示すように、ポリイミド膜１８の表面１８ａが荒れる（粗面化する）。
次に、図３に示すように、ウエハ１０の表面に、ＳＯＧ法によって酸化シリコン膜（すなわち、ＳＯＧ膜）２０を形成する。より詳細には、ウエハ１０を高速で回転させた状態で、酸化シリコンを含む溶剤をウエハ１０の表面（ポリイミド膜１８が露出している表面）の中心部に塗布する。すると、遠心力によって溶剤がウエハ１０の表面全体に広がる。その後、溶剤を乾燥させることで、ウエハ１０の表面全体にＳＯＧ膜２０が形成される。ＳＯＧ膜２０は、ポリイミド膜１８の表面１８ａとＡｌ電極１４の表面を覆っている。ＳＯＧ膜２０は、感光性を有する。すなわち、ＳＯＧ膜２０は、特定の波長の光（例えば、ｇ線、ｈ線、ｉ線等）を受けると、変質する。ＳＯＧ膜２０は、４００℃程度の耐熱性を有する。
次に、図４に示すように、ＳＯＧ膜２０の表面に保護テープ２２を貼り付ける。保護テープ２２は、下面側に接着剤層を有している。接着剤層がＳＯＧ膜２０に粘着することで、保護テープ２２がＳＯＧ膜２０に固定される。ポリイミド膜１８と保護テープ２２の間にＳＯＧ膜２０が存在するので、保護テープ２２はポリイミド膜１８には接しない。
次に、半導体基板１２の裏側の表面（ポリイミド膜１８等が設けられている表面とは反対側の表面であり、図示が省略されている）をエッチングすることで、半導体基板１２を薄板化する。さらに、半導体基板１２の裏側の表面にｐ型不純物を注入することによって、ＩＧＢＴのコレクタ領域を形成する。さらに、半導体基板１２の裏側の表面にｎ型不純物を注入することによって、ｐｎダイオードのカソード領域を形成する。半導体基板１２の裏側の表面に対するこれらの工程の間に、保護テープ２２が貼り付けられている側のウエハ１０の表面が、保護テープ２２によって保護される。これによって、ウエハ１０の表面にキズ等が生じることが抑制される。
次に、図５に示すように、ウエハ１０から保護テープ２２を剥離する。このとき、保護テープ２２のＳＯＧ膜２０に対する接着力がそれほど高くないので、ＳＯＧ膜２０から保護テープ２２を好適に剥離することができる。このため、保護テープ２２の接着剤がＳＯＧ膜２０の表面に残存することがほとんどない。ＳＯＧ膜２０の表面に保護テープ２２の接着剤が残存することがほとんどないので、残存した接着剤によってこれ以降の工程で不具合が生じることがほとんどない。したがって、この製造方法によれば、高い良品率で半導体装置を製造することができる。
次に、図５に示すように、ポリイミド膜１８上のＳＯＧ膜２０に光が当たらず、その他の部分のＳＯＧ膜２０に光が当たるように、ＳＯＧ膜２０に向けて光を照射する。ここでは、ＳＯＧ膜２０が感光する波長の光（例えば、ｇ線、ｈ線、ｉ線等を含む光）を照射する。これによって、光が照射された範囲のＳＯＧ膜２０を感光（変質）させる。以下では、感光したＳＯＧ膜２０をＳＯＧ膜２０ｂといい、感光しなかったＳＯＧ膜２０（ポリイミド膜１８上のＳＯＧ膜２０）をＳＯＧ膜２０ａという。
次に、図６に示すように、ＴＭＡＨ（Tetramethylammonium hydroxide）等の現像液で、ＳＯＧ膜２０ｂを除去する。ＳＯＧ膜２０ａは、ＴＭＡＨと反応せず、除去されない。したがって、図６に示すように、ポリイミド膜１８上にＳＯＧ膜２０ａが残存する。
次に、図７に示すように、スパッタリング等によって、ウエハ１０の表面に金属膜２４を形成する。ウエハ１０の表面にＳＯＧ膜２０ａとＡｌ電極１４が露出しているので、ＳＯＧ膜２０ａの表面とＡｌ電極１４の表面に金属膜２４が形成される。本実施形態では、金属膜２４はニッケルにより構成されている。事前にＡｌ電極１４をプラズマ処理しているので、金属膜２４がＡｌ電極１４に強固に接続される。このため、金属膜２４はＡｌ電極１４から剥離し難い。
次に、図８に示すように、ＮＭＰ（n-methyl-2-pyrrolidone）等を主成分とする剥離液で、ＳＯＧ膜２０ａを除去する。このとき、ＳＯＧ膜２０ａの表面に配置されているＡｌ電極１４も除去される。したがって、ポリイミド膜１８がウエハ１０の表面に露出する。この方法によれば、Ａｌ電極１４に接する範囲に金属膜２４が残存し、ポリイミド膜１８上に金属膜２４が存在しないように、金属膜２４をパターニングすることができる。この方法では、ＳＯＧ膜２０を用いたフォトリソグラフィによって金属膜２４をパターニングするので、高精度に金属膜２４をパターニングすることができる。
なお、ポリイミド膜１８の表面が覆われるようにメタルマスクをウエハ１０の表面に固定し、メタルマスクを介して金属膜２４を形成することも可能である。メタルマスクの開口部がＡｌ電極１４の露出範囲の上部に位置するようにメタルマスクを配置することで、図８と同様に、Ａｌ電極１４の露出範囲に選択的に金属膜２４を形成することができる。しかしながら、メタルマスクは磁力によってウエハ１０の表面に固定されるので、磁力が十分でない部分でメタルマスクに浮きが生じる場合がある。すなわち、メタルマスクとウエハ１０の間に隙間が生じる場合がある。この場合、その隙間の部分でメタルマスクの下部のポリイミド膜１８の表面に金属膜２４が形成され、金属膜２４を正確にパターニングすることができない場合がある。
これに対し、本実施形態（すなわち、ＳＯＧ膜２０ａを用いたフォトリソグラフィ）によれば、上述した浮きが生じないので、より正確に金属膜２４をパターニングすることができる。また、本実施形態によれば、メタルマスクが不要となるので、より低コストで半導体装置を製造することが可能となる。
その後、必要な電極、絶縁層等を形成することで、半導体装置が完成する。
以上に説明したように、本実施形態の製造方法では、ＳＯＧ膜２０に保護テープ２２を貼り付けるので、保護テープ２２を剥離するときにＳＯＧ膜２０ａの表面に接着剤が残存し難い。したがって、残存する接着剤による不具合を抑制することができる。また、仮にＳＯＧ膜２０ａの表面に接着剤が残存した場合でも、ＳＯＧ膜２０を除去する際に接着剤も除去される。したがって、この場合でも、残存する接着剤による不具合を抑制することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、高い良品率で半導体装置を製造することができる。
また、本実施形態の製造方法では、ＳＯＧ膜２０が感光性を有しており、保護テープ２２を剥離した後のＳＯＧ膜２０を、金属膜２４をパターニングするためのマスクとして使用する。ＳＯＧ膜２０が感光性を有するので、フォトリソグラフィを用いることができる。したがって、金属膜２４を高精度でパターニングすることができる。また、接着剤の残存を抑制するためのＳＯＧ膜２０をマスクとして流用できるので、金属膜２４をパターニングするためのマスクを形成するのに必要な工程及び材料を削減することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、低コストで半導体装置を製造することができる。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
本明細書が開示する一例の構成では、ＳＯＧ膜が、感光性を有していてもよい。この場合、保護テープを剥離した後にＳＯＧ膜を感光させることによって、ＳＯＧ膜に開口部を形成する工程と、開口部内に金属膜を形成する工程を実施してもよい。
この構成によれば、開口部を有するＳＯＧ膜を、金属膜を形成するときのマスクとして用いることができる。この方法では、フォトリソグラフィによって金属膜を高精度に形成することができる。
本明細書が開示する一例の製造方法は、ＳＯＧ膜を形成する工程よりも前に、ポリイミド膜が露出しているウエハの表面をプラズマ処理する工程をさらに有していてもよい。
なお、プラズマ処理は、ウエハの表面をプラズマに曝す処理を意味する。
この構成では、プラズマ処理によってポリイミド膜の表面に荒れが生じる。このような場合に、ポリイミド膜の表面に保護テープを貼り付けると、ポリイミド膜を剥離するときに多くの接着剤がポリイミド膜の表面に残存する。これに対し、ＳＯＧ膜を用いることで、接着剤の残存を防止できる。この場合、ＳＯＧ膜による接着剤の残存抑制効果がより有用である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：ウエハ
１２ ：半導体基板
１４ ：Ａｌ電極
１６ ：保護膜
１８ ：ポリイミド膜
２０ ：ＳＯＧ膜
２２ ：保護テープ
２４ ：金属膜
４０ ：凹部

Claims (3)

  1. 半導体基板とポリイミド膜を有するとともにポリイミド膜が表面に露出しているウエハに、前記ポリイミド膜を覆うようにＳＯＧ膜を形成する工程と、
    前記ＳＯＧ膜の表面に、保護テープを貼り付ける工程と、
    前記保護テープを貼り付けたウエハを処理する工程と、
    前記保護テープを前記ウエハから剥離する工程と、
    前記ＳＯＧ膜を除去して前記ポリイミド膜を露出させる工程、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記ＳＯＧ膜が、感光性を有しており、
    前記保護テープを剥離した後に、前記ＳＯＧ膜を感光させることによって、前記ＳＯＧ膜に開口部を形成する工程と、
    前記開口部内に金属膜を形成する工程と、
    を有し、
    前記金属膜を形成した後に、前記ＳＯＧ膜を除去する前記工程を実施する、
    請求項１の製造方法。
  3. 前記ＳＯＧ膜を形成する工程よりも前に、前記ポリイミド膜が露出している前記ウエハの表面をプラズマ処理する工程をさらに有する請求項１または２の製造方法。
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