(57)【要約】【課題】ポリイミド膜を熱処理するときに、開口の断面形状が変形することを抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】膜形成工程（ステップＳ１０）では、溶媒にポリイミド前駆体を溶解させたポリイミド溶液を基板上に塗布することにより、基板上にポリイミド膜を形成する。開口形成工程（ステップＳ２０）では、ポリイミド膜に開口を形成する。第１熱処理工程（ステップＳ５０）では、ポリイミド膜を、溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の温度に加熱して保持するか、又は溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲において１．５℃／秒以下（好ましくは１．０℃／秒以下）で昇温させる。第２熱処理工程（ステップＳ６０）では、ポリイミド膜を、ポリイミド膜の硬化温度以上の温度まで加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒にポリイミド前駆体を溶解させたポリイミド溶液を基板上に塗布することにより、前記基板上にポリイミド膜を形成する膜形成工程と、
前記ポリイミド膜に開口を形成する開口形成工程と、
前記ポリイミド膜を、前記溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の温度に加熱して保持するか、又は前記溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲において１．５℃／秒以下で昇温させる第１熱処理工程と、
前記ポリイミド膜を、前記ポリイミド膜の硬化温度以上の温度まで加熱する第２熱処理工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１熱処理工程及び前記第２熱処理工程は、複数の前記基板が搬入される熱処理容器内で行われ、
前記熱処理容器の内部に気体を導入するとともに、前記熱処理容器から排気することにより、前記複数の基板の並びに沿って前記気体を流す気体流動部を備える半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、前記基板は直径３００ｍｍ以上の半導体ウェハである半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、絶縁膜と、前記絶縁膜から露出している電極パッドとを有し、
前記膜形成工程は、前記絶縁膜上及び前記電極パッド上に前記ポリイミド膜を形成する工程であり、
前記開口形成工程は、前記電極パッド上に前記開口を形成する工程である半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリイミド膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、表層に形成された電極パッド上にバンプを形成したものがある。半導体装置にバンプを形成するときには、まず半導体装置の表層にポリイミド膜を塗布により形成する。そしてポリイミド膜に開口を形成することにより、電極パッドをポリイミド膜から露出させる。そしてポリイミド膜の開口を用いて、電極パッド上にバンプを形成する。
【０００３】
半導体装置の製造工程においてポリイミド膜を形成する技術としては、例えば特許文献１〜４に記載の技術がある。これらのうち特許文献１の記載には、基板上に形成した耐熱性樹脂前駆体組成物のパターンを、ホットプレートからの距離が１ｃｍ以内の加熱条件下、７種類以上の異なる温度で段階的に熱処理を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３４３４１３号公報
【特許文献２】特開平０８−０５５７７９号公報
【特許文献３】特開２００１−２１０６３２号公報
【特許文献４】特開２００７−０３５９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポリイミド膜を塗布により形成する場合、ポリイミド膜を熱処理することにより、ポリイミド膜に含まれる溶媒を気化させるとともに、ポリイミド膜を硬化させる必要がある。しかし熱処理条件が適当でないと、ポリイミド膜を熱処理するときに、開口の断面形状が変形することがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、溶媒にポリイミド前駆体を溶解させたポリイミド溶液を基板上に塗布することにより、前記基板上にポリイミド膜を形成する膜形成工程と、
前記ポリイミド膜に開口を形成する開口形成工程と、
前記ポリイミド膜を、前記溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の温度に加熱して保持するか、又は前記溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲において１．５℃／秒以下で昇温させる第１熱処理工程と、
前記ポリイミド膜を、前記ポリイミド膜の硬化温度以上の温度まで加熱する第２熱処理工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明によれば、第１熱処理工程において、ポリイミド膜の温度は溶媒の沸点を超えず、かつこの温度範囲で一定時間熱処理されるため、溶媒はポリイミド膜から緩やかに除去される。このため、第１熱処理工程において開口の断面形状に変形が生じることを抑制できる。また、第１熱処理工程でポリイミド膜から溶媒が除去されているため、第２熱処理工程において開口の断面形状に変形が生じることは少ない。従って、ポリイミド膜を硬化させるときに、開口の断面形状が変形することを抑制できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ポリイミド膜を熱処理するときに、開口の断面形状が変形することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０００９】
図１は、第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。この半導体装置の製造方法は、膜形成工程（ステップＳ１０）、開口形成工程（ステップＳ２０）、第１熱処理工程（ステップＳ５０）、及び第２熱処理工程（ステップＳ６０）を備える。膜形成工程（ステップＳ１０）では、溶媒にポリイミド前駆体を溶解させたポリイミド溶液を基板上に塗布することにより、基板上にポリイミド膜を形成する。開口形成工程（ステップＳ２０）では、ポリイミド膜に開口を形成する。第１熱処理工程（ステップＳ５０）では、ポリイミド膜を、溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の温度に加熱して保持する。第２熱処理工程では、ポリイミド膜を、ポリイミド膜の硬化温度以上の温度まで加熱する。以下、詳細に説明する
【００１０】
まず、図１のフローチャート及び図２の断面図を用いて、半導体装置の製造方法について詳細に説明する。図２（ａ）は、図１のステップＳ１０に対応する半導体装置の断面図であり、図２（ｂ）は、図１のステップＳ２０に対応する半導体装置の断面図である。
【００１１】
まず、基板１０を準備する。基板１０は、例えば半導体ウェハであり、その直径は、例えば３００ｍｍ以上である。基板１０には、複数のトランジスタ（図示せず）、絶縁膜（図示せず）、及び配線（図示せず）が形成されている。そして図２（ａ）に示すように、最上層の絶縁膜１００の上には、導電パッド１０２が形成されている。絶縁膜１００は、保護膜１０４によって覆われている。導電パッド１０２は、保護膜１０４に形成された開口から露出している。
【００１２】
そして図２（ａ）に示すように、基板１０上に、ポリイミド溶液を例えばスピンコーティング法により塗布する（図１のステップＳ１０）。これにより、導電パッド１０２上及び保護膜１０４上には、ポリイミド膜２００が形成される。ポリイミド膜２００は、例えば感光性を有しており、溶媒を多く含んでいる。溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等が用いられる。
【００１３】
次いで図２（ｂ）に示すように、ポリイミド膜２００を露光及び現像する。これにより、ポリイミド膜２００には、開口２１０が形成される（図１のステップＳ２０）。開口２１０は、導電パッド１０２上に位置している。これにより、図２（ｂ）に示す状態において、導電パッド１０２はポリイミド膜２００から露出する。
【００１４】
上記したステップＳ１０及びステップＳ２０を、複数の基板１０に対して行う。次いで、複数の基板１０を縦型炉に搬入し（図１のステップＳ３０）、縦型炉を用いて複数の基板１０を同時に加熱する（ステップＳ４０）。そして複数の基板１０に、上記した第１熱処理工程を行い（図１のステップＳ５０）、さらに上記した第２熱処理工程を行う（図１のステップＳ６０）。
【００１５】
図３は、図１のステップＳ３０〜５０に用いられる縦型炉３００の構成を示す断面図である。縦型炉３００は、垂直に配置された石英管３１０の周囲にヒータ３２０を複数配置した構成である。石英管３１０の中には、複数の基板１０を保持している石英ボード３３０が搬入される。複数の基板１０は、石英ボード３３０によって水平方向に保持されており、平面視において互いに重なっている。なお、基板１０の相互間隔は、例えば２０ｍｍ以下である。
【００１６】
縦型炉３００は、温度計３４０及び制御部３５０を備えている。温度計３４０は、基板１０の温度を測定している。制御部３５０は、温度計３４０の測定結果に基づいて、ヒータ３２０の出力を制御する。
【００１７】
縦型炉３００の石英管３１０は、底部に気体導入口３１２（気体流動部）を有しており、頭頂部に気体排気口３１４（気体流動部）を有している。気体導入口３１２に導入された気体は、石英管３１０の底部から上部に向かって流動し、頭頂部の気体排気口３１４から排気される。石英管３１０の下から上に流動している間、気体には、基板１０のポリイミド膜２００から揮発した溶媒が徐々に含まれていく。このため、気体における溶媒の濃度は、気体が石英管３１０の下から上に流動していく間に徐々に上がっていく。
【００１８】
次に、本実施形態の作用及び効果について、図４を用いて説明する。図４は、図１のステップＳ４０〜ステップＳ６０の間に行われる熱処理を説明するための温度チャートである。石英ボード３３０が搬入される前、縦型炉３００の石英管３１０はヒータ３２０によって予め所定の温度に加熱保持されている。このような状態において、石英ボード３３０が石英管３１０の中に搬入されると、石英ボード３３０に保持されている複数の基板１０（ポリイミド膜２００を含む）の温度は徐々に加熱されていく（図１のステップＳ４０）。このときの昇温速度は、１．５℃／分より速い。
【００１９】
そして、基板１０の温度がＴ１（ポリイミド膜２００に含まれる溶媒の沸点−５０℃）に達する（時間ｔ１）と、制御部３５０は、ヒータ３２０の出力を調整し、基板１０の昇温速度が１．５℃／秒以下になるようにする。
【００２０】
そして、基板の温度が予め定められた温度であるＴ２（Ｔ１より高く溶媒の沸点より低い温度）に達すると、制御部３５０は、ヒータ３２０の出力を調整し、基板１０の温度がＴ２に保持されるようにする（図１のステップＳ５０）。
【００２１】
なお、制御部３５０は、基板１０の温度がＴ１に達した後、ヒータ３２０の出力を一定値、具体的には基板１０の温度がＴ２に保持される値にしてもよい。この場合、基板１０の温度は徐々に上昇していき、最終的にはＴ２になる。
【００２２】
ステップＳ５０において、基板１０すなわちポリイミド膜２００の温度は溶媒の沸点を超えず、かつこの温度範囲で一定時間保持されるため、溶媒はポリイミド膜２００から緩やかに除去される。このため、図１のステップＳ５０において、ポリイミド膜２００の開口２１０の断面形状に変形が生じることを抑制できる。
【００２３】
そして制御部３５０は、基板１０の温度を一定時間保持した後（時間ｔ２になるまで）、ヒータ３２０の出力を増大させ、基板１０の温度をポリイミド膜２００の硬化温度以上の温度Ｔ３にして、その後一定時間保持する（時間ｔ３になるまで）。これにより、ポリイミド膜２００は硬化する（図１のステップＳ６０）。
【００２４】
ポリイミド膜２００に含まれる溶媒は、この硬化工程に入る前（図１のステップＳ５０）において大部分が除去される。このため、図１のステップＳ６０において、ポリイミド膜２００の開口２１０の断面形状に変形が生じることを抑制できる。
【００２５】
特に図３に示した縦型炉において、石英管３１０の中を流れる気体中の溶媒の濃度は、気体が石英管３１０の下から上に流動していく間に徐々に上がっていく。このため、石英管３１０の上方に位置する基板１０に形成されたポリイミド膜２００からは、石英管３１０の下方に位置する基板１０に形成されたポリイミド膜２００に対して、溶媒が蒸発しにくい。特に基板１０が大きい場合（例えば基板１０が直径３００ｍｍ以上の半導体ウェハである場合）、基板１０の中心部において溶媒が蒸発しにくくなる。従って、図１のステップＳ５０において溶媒を十分に揮発させていないと、図１のステップＳ６０に入る段階で、特に石英管３１０の上方に位置する基板１０に形成されたポリイミド膜２００には、相当量の溶媒が残留することがある。この場合、石英管３１０の上方に位置する基板１０において、開口２１０の断面形状に変形が生じやすくなる。しかし、本実施形態によれば、石英管３１０の上方に位置する基板１０においても、開口２１０の断面形状に変形が生じることを抑制できる。
【００２６】
このように、第１の実施形態によれば、ポリイミド膜２００を硬化させるための熱処理工程において、開口２１０の断面形状に変形が生じることを抑制できる。ポリイミド膜２００には、複数の開口２１０が形成されているが、本実施形態によれば、複数の開口２１０の相互間で断面形状が変わることが抑制できる。従って、開口２１０を介して導電パッド１０２上にバンプを形成した場合、バンプの形状や高さにばらつきが生じることを抑制できる。
【００２７】
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための温度チャートであり、第１の実施形態における図４に相当する。本実施形態は、第１熱処理工程（図１のステップＳ５０）において、溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲において１．５℃／秒以下（好ましくは１．０℃／秒以下）で昇温させる点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００２８】
本実施形態によっても、溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲において１．５℃／秒以下（好ましくは１．０℃／秒以下）で昇温させるため、基板１０及びポリイミド膜２００は一定時間の間、（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲に保持される。従って、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
なお本実施形態において、溶媒の（沸点−５０℃）以上沸点未満の範囲における昇温速度を０．５℃／以上１．５℃／秒以下（好ましくは１．０℃／秒以下）にすると、特に開口２１０の断面形状が良好になる。
【００３０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００３１】
（実施例）
第２の実施形態に示した方法を用いて、基板１０上にポリイミド膜２００及び開口２１０を形成した。第１熱処理工程（図１のステップＳ５０）における昇温速度は１．０℃／分であった（実施例）。
【００３２】
また、第２の実施形態に示した方法において、第１熱処理工程（図１のステップＳ５０）における昇温速度を２．０℃／分として基板１０上にポリイミド膜２００及び開口２１０を形成した（比較例）。
【００３３】
なお実施例及び比較例それぞれにおいて、開口２１０の相互間隔が狭い場合（線パターン）と広い場合（広面積パターン）の２種類の試料を作成した。
【００３４】
図６（ａ）は実施例に係る試料の断面写真であり、図６（ｂ）は比較例にかかる試料の断面写真である。図６（ａ）に示すように、実施例においては、開口２１０の相互間隔が狭い場合（線パターン）と広い場合（広面積パターン）それぞれにおいて、断面がシャープな形状に維持されている。これに対して図６（ｂ）に示すように、比較例においては、開口２１０の相互間隔が狭い場合（線パターン）と広い場合（広面積パターン）のいずれにおいても断面形状が変形しており、シャープさが損なわれている。この傾向は、ウェハ面内位置がセンター部（中心部）の場合に特に顕著であった。
【００３５】
この結果から、第１熱処理工程（図１のステップＳ５０）における昇温速度は１．５℃／分以下（特に１．０℃／分以下）とすることにより、開口２１０の断面形状に変形が生じることを抑制できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】各図は実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図１のステップＳ３０〜ステップＳ６０に用いられる縦型炉３００の構成を示す断面図である。
【図４】図１のステップＳ４０〜ステップＳ６０の間に行われる熱処理を説明するための温度チャートである。
【図５】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における熱処理を説明するための温度チャートである。
【図６】実施例及び比較例に係るポリイミド膜の開口パターンの断面形状を示す断面写真である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 基板
１００ 絶縁膜
１０２ 導電パッド
１０４ 保護膜
２００ ポリイミド膜
２１０ 開口
３００ 縦型炉
３１０ 石英管
３１２ 気体導入口
３１４ 気体排気口
３２０ ヒータ
３３０ 石英ボード
３４０ 温度計
３５０ 制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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