(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、ポリイミドを塗布する第１工程と、該ポリイミドを硬化させる第２工程と、該ポリイミド上にレジストを塗布する第３工程と、該レジストを硬化させる第４工程とを含む半導体装置の製造方法において、第２工程と第３工程の間に、カップリング剤で、硬化したポリイミドの表面を処理する第５工程を挿入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であ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。
【請求項３】
前記シランカップリング剤が、シリコン原子に、アルキルオキサイドが結合し、さらに、置換基を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記置換基が、ビニル基、エポキシ基、メタクルリ基およびメルト基のいずれかである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。
【請求項５】
前記アルキルオキサイドが、メトキシ基もしくはエトキシ基であり、該アルキルコキサイドが、２個ないし３個、シリコン原子に結合している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。
【請求項６】
前記シランカップリング剤が、１級もしくは２級のアミン系の置換基を含まない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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＣやセンサなどの半導体装置の製造方法で、特に、構成部材として用いられる絶縁コーティング膜（ポリイミド膜）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コーティング材は、電気絶縁性、耐熱性に優れているために、ＩＣやセンサなど各種半導体素子に施され電気絶縁コーティング膜として利用されている。
【０００３】
従来のコーティング材は、最終工程のオーバーコーティング材（保護膜材）として用いられていた。しかし、近年、半導体素子の高密度化に伴い、高い絶縁性が要求され、それに伴い、高絶縁性のポリイミドはチップの内部構成部材として利用が検討される場合も多くなり、層間絶縁膜のようにチップ製作工程の中間段階で、数μｍから数十μｍ厚で成膜され、しかも、微細なパターンを形成することが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、従来の半導体装置の製造方法で、同図（ａ）から同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【０００５】
素子形成工程の中間段階で、シリコンウエハ５１上にポリイミド５２をスピンコーター（回転塗布装置）などで塗布した後、１００℃付近の比較的低温で加熱処理し、溶剤を揮発させる（同図（ａ））。レジスト５４をその上から塗布する（同図（ｂ））。所定のフォトマスク５５を介して、紫外線５６を照射する（同図（ｃ））。こうして得られた物を、通常は現像液と呼ばれるアルカリ水溶液に浸し、ポジ型レジストであれば、露光した部分が溶解し、ネガ型であれば、未露光の部分が溶解される。その場合、ポリイミド５２は完全に硬化していないために、アルカリ水溶液でエッチングされ、パターニングができる。そのとき、ポリイミド５２は、膜厚方向にエッチングされると同時に、レジスト５４の下部の横方法にもエッチングされる。この横方法にポリイミド５２がエッチングされるとき、ポリイミド５２とレジスト５４界面でインターミキシング（ポリイミドとレジストがエッチング液を介して結合する現象のこと）を起こして、エッチングで除去されるポリイミド５２の上部にあるレジスト６１が、ポリイミド５２を除去する際に、下方に引っ張られ、レジスト５４に亀裂６２が入る（同図（ｄ））。一旦、レジストに亀裂６１が入ると、そこからエッチング液が進入し、ポリイミド５２に形状不良箇所６３が生ずる。また、インターミキシングによって、レジスト６４がポリイミド５２に結合して、レジスト除去工程で、局部的にポリイミド５２上にレジスト残り６４が生ずる（同図（ｅ））。このように、ポリイミドのパターンに形状不良箇所６３が発生したり、また、ポリイミド５２上にレジスト残り６４が生ずると、素子の性能や信頼性を低下させる。
この発明の目的は、ポリイミドとレジストの密着性を低下させ、インターミキシングを防止できる半導体装置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、半導体基板上に、ポリイミドを塗布する第１工程と、該ポリイミドを硬化させる第２工程と、該ポリイミド上にレジストを塗布する第３工程と、該レジストを硬化させる第４工程とを含む半導体装置の製造方法において、第２工程と第３工程の間に、カップリング剤で、硬化したポリイミドの表面を処理する第５工程を挿入する。
【０００７】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であるとよい。
前記シランカップリング剤が、シリコン原子に、アルキルオキサイドが結合し、さらに、置換基を有すると効果的である。
前記置換基が、ビニル基、エポキシ基、メタクルリ基およびメルト基のいずれかであるとよい。
【０００８】
前記アルキルオキサイドが、メトキシ基もしくはエトキシ基であり、該アルキルコキサイドが、２個ないし３個、シリコン原子に結合していると好ましい。
前記シランカップリング剤が、１級もしくは２級のアミン系の置換基を含まないとよい。
【０００９】
前記のシランカップリング剤をポリイミド上に塗布することで、レジストとの密着性を低下させて、インターミキシングを防止して、ポリイミドのパターニングがマスク通りに行われ、またレジスト残りが防止できて、素子性能および信頼性を確保することができる。
【００１０】
【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（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
基板となるシリコンウエハ１にスピンコーターを使い、２０００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回し、ポリイミド２（信越化学工業株式会社型番ＫＪＲ６５１）を塗布し、これをホットプレート上で９０℃で３分加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ａ）））。つぎに、イソプロピルアルコールと水を１：１に調合し、この溶液に、１％のγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン３ａを溶かした水溶液をシランカップリング剤３として調合した。その後、この水溶液に、ポリイミド２を成膜したシリコンウエハ１を１０分間浸漬させた。  その後、シリコンウエハを取り出し、イソプロピルアルコールで洗浄後、風乾する（熱風で乾燥すること）（同図（ｂ））。つぎに、レジスト４（クラリアントジャパン株式会社製番ＡＺ６１３０）をスピンコーターを使い、１５００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回し、ポリイミド２上にシランカップリング剤３が被覆しているシリコンウエハ１をホットプレート上で９０℃で９０秒加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ｃ））。これを、マスクアライナーを使い、フォトマスク５を介して紫外線６を２００ｍＪ／ｃｍ2 照射する（同図（ｄ））。その後、これを現像液（クラリアントジャパン株式会社製型番ＡＺ６００ＭＩＦ）で２５℃で３分間浸漬し、現像した後、水洗する（同図（ｅ））。最後に、シリコンウエハに残っているレジスト４とシランカップリング剤３をアセトン溶液中に浸漬し、除去する（同図（ｆ））。
【００１１】
このように、ポリイミド２を塗布した後、シランカップリング剤３を塗布することで、シランカップリング剤３の成分の内、有機物と馴染みやすい成分はポリイミド２面を向き、無機物と馴染みやすい成分は、空気中を向く。この状態でレジスト４を塗布すると、レジスト４と接するシランカップリング剤３の表面は有機物とは馴染にくいために、レジスト４とシランカップリング剤３との密着性は低下する。また、レジスト４とポリイミド２とのインターミキシングも防止される。そのために、現像時にレジスト４がポリイミド２に引っ張られることが抑制され、レジスト４に亀裂が入ることを防止できる。また、密着性が低下したことで、後工程でレジスト４を容易に剥離することができて、レジスト残りを防止できる。
【００１２】
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（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
基板となるシリコンウエハ１にスピンコーターを使い、２０００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回し、ポリイミド１２（東レ株式会社製型番ＳＰ−７１０）を塗布し、これをホットプレート上で１００℃で３分加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ａ））。つぎに、イソプロピルアルコールと水を１：１に調合し、この溶液に、１％のγ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランを溶かした水溶液をシランカップリング剤１３として調合する。その後、この水溶液に、ポリイミド１２を成膜したシリコンウエハ１を１０分間浸漬させる。  その後、シリコンウエハ１を取り出し、イソプロピルアルコールで洗浄後、風乾した（同図（ｂ））。つぎに、レジスト１４（シプレイファーイースト株式会社製型番ＰＲ６１２５）をスピンコーターを使い、１５００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回して塗布した後、シリコンウエハ１をホットプレート上で９０℃で９０秒加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ｃ））。これを、マスクアライナーを使い、フォトマスク５を介して紫外線１６を２５０ｍＪ／ｃｍ2 照射する（同図（ｄ））。これを現像液（シプレイファーイースト株式会社製型番ＭＦ  ９２６−ＨＳ）で２５℃で３分間浸漬し、現像した後、水洗した（同図（ｅ））。最後に、シリコンウエハ１に残っているレジスト１４とシランカップリング剤１３をアセトン溶液中に浸漬し、除去する（同図（ｆ））。
【００１３】
前記と同様に、ポリイミド１２を塗布した後、シランカップリング剤１３を塗布することで、レジスト１４とシランカップリング剤１３との密着性は低下する。また、レジスト１４とポリイミド１２とのインターミキシングが防止されることで、レジスト残りを防止できる。
【００１４】
図３は、この発明の第３実施例の半導体装置の製造方法で、同図（ａ）から同図（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
基板となるシリコンウエハ１にスピンコーターを使い、２０００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回し、ポリイミド１２（東レ株式会社製型番ＳＰ−７１０）を塗布し、これをホットプレート上で１００℃で３分加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ａ））。つぎに、イソプロピルアルコールと水を１：１に調合し、この溶液に、０．５％のγ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン３ｃを溶かした水溶液をシランカップリング剤２３として調合した。その後、この水溶液に、ポリイミドを成膜したシリコンウエハを１０分間浸漬させた。その後、シリコンウエハを取り出し、イソプロピルアルコールで洗浄後、風乾する（同図（ｂ））。つぎに、レジスト１４（シプレイファーイースト株式会社製型番ＰＲ６１２５）をスピンコーターを使い、１５００ｒ／ｍｉｎで２０秒間回し、塗布した後、シリコンウエハ１をホットプレート上で９０℃で９０秒加熱し、溶剤を飛ばす（同図（ｃ））。これを、マスクアライナーを使い、フォトマスク５を介して紫外線１６を２５０ｍＪ／ｃｍ2 照射する（同図（ｄ））。これを現像液（シプレイファーイースト株式会社製型番ＭＦ  ９２６−ＨＳ）で２５℃で３分間浸漬し、現像した後、水洗する（同図（ｅ））。最後に、シリコンウエハ１に残っているレジスト１４とシランカップリング剤２３をイソプロピルアルコールとアセトンを４対１の溶液中に浸漬し、除去した。
【００１５】
前記と同様に、ポリイミド１２を塗布した後、シランカップリング剤２３を塗布することで、レジスト１４とシランカップリング剤２３との密着性は低下する。また、レジスト１４とポリイミド１２とのインターミキシングが防止されることで、レジスト残りを防止できる。
【００１６】
前記したものも含め、好ましいシランカップリング剤の化学名と構造式を表１に示す。これらの構造式にはアミン、アミノエチル、アミノメチル、アミノプロピルなどの１級および２級アミン系の置換基は含まれない。
【００１７】
【表１】
0003726578.tif 000002
１級および２級アミン系の置換基を含む場合、ポリイミド膜との相互作用が強いため、レジスト剥離しても、カップリング剤が残り、好ましくない。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、ポリイミドを塗布した後、シランカップリング剤を塗布することにより、その上に塗布するレジストとの下地の密着性を低下させ、現像時、レジストがポリイミドに引っ張られることが抑制され、レジストに亀裂が入ることが防止される。これにより、ポリイミドのパターン形成を正確に行うことができる。また、密着性の低下に加え、シランカップリング剤がバッファ層となり、ポリイミドとレジストのインターミキシングを防止でき、パターニング後のレジストが容易にポリイミド表面から剥離できる。
【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（ｆ）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、同図（ａ）から同図（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【図３】この発明の第３実施例の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【図４】従来の半導体装置の製造方法で、（ａ）から（ｅ）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、１２  ポリイミド
３、１３、２３  シランカップリング剤
４、１４  レジスト
５    フォトマスク
６、１６  紫外線
【図１】
0003726578.tif 000003
【図２】
0003726578.tif 000004
【図３】
0003726578.tif 000005
【図４】
0003726578.tif 000006