(57)【要約】【課題】充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置を作製する。【解決手段】パシベーション膜である窒化シリコン及びポリイミド膜を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、その半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下のポリイミド膜を硬化温度を３５０℃以上３８０℃以下で形成する。ポリイミド膜を硬化させる場合には、窒素ガス等を１１０リットル／分以上流入する。このような半導体装置の製造方法によれば、極薄のパシベーション膜が半導体装置に形成され、充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置の製造が実現可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、前記半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜を形成する場合においては、前記絶縁膜を硬化させる温度が３５０℃以上３８０℃以下であること特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜を硬化させる場合に、窒素ガスまたは不活性ガスまたは前記窒素ガス及び前記不活性ガスの混合ガスを１１０リットル／分以上流入させ、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスの雰囲気内で前記絶縁膜を硬化させること特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜を硬化させる前に、前記絶縁膜を１９０℃以上２４０℃以下に設定し、６０秒以上２４０秒以下の時間で予備加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記予備加熱をする場合には、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスの雰囲気内で前記予備加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記予備加熱の後に、１２０分以内に前記絶縁膜の硬化を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜を硬化させた後に、アッシング処理により前記絶縁膜の表面を前記絶縁膜の膜厚が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下減少するように前記絶縁膜の前記表面を除去することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、前記絶縁層の最上層に形成された絶縁膜の膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法及び半導体装置に関し、特に皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法及びその製造方法で製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展に伴い、セキュリティ技術への関心が高まっている。情報化社会では、電子現金化などのシステム構築のための本人認証技術が、重要な鍵となってきている。このためには、指紋による本人認証技術が注目されている。
【０００３】
特に最近では、小型化、加工性のし易さから、ＬＳＩを用いて作製された容量型の指紋センサが開発されている（特許文献１参照。）。
このセンサは、ＬＳＩチップ上に２次元に配列された複数のセンサにより、帰還静電容量方式を利用して皮膚の凹凸パターンを検出するものである。
【０００４】
原理的には、容量型の指紋センサは、半導体基板上にセンサ電極を形成し、これらの上にパシベーション膜を形成し、パシベーション膜を介して皮膚表面とセンサ電極とによる容量を検出し、皮膚表面の凹凸形状を検出するセンサである。以下に、その原理を説明する。
【０００５】
図７は容量型の指紋センサの原理を説明する要部模式図であり、（Ａ）は指紋センサを構成する半導体装置の要部断面模式図であり、（Ｂ）は指紋センサの要部平面模式図である。
【０００６】
この容量型の指紋センサは、図７（Ａ）に示すように、ＬＳＩ等の形成された半導体基板１００上に、絶縁層１０１を介して配線層１０２を備え、この上に絶縁層１０３を備えている。
【０００７】
また、絶縁層１０３上には、例えば平面形状が矩形のセンサ電極１０４が形成されている。センサ電極１０４は、絶縁層１０３に形成されたコンタクトホール内のコンタクトプラグ１０５を介して配線層１０２に接続されている。
【０００８】
絶縁層１０３上には、センサ電極１０４を覆うように、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）で構成されるパシベーション膜１０６が形成され、センサ素子が構成されている。これらで構成されているセンサ素子は、図７（Ｂ）に示すように、隣接するセンサ素子のセンサ電極１０４が接触しないように、２次元的に複数配置されている。
【０００９】
次に、容量型の指紋センサの動作について説明する。指紋検出のときは、まず、指紋検出対象の指が、パシベーション膜１０６に接触する。パシベーション膜１０６の表面に指が接触すると、センサ電極１０４上では、パシベーション膜１０６に触れた皮膚が電極として機能し、センサ電極１０４との間で容量が形成される。この容量は、配線層１０２を介して図示しない検出部に検出される。指先の指紋は、皮膚の凹凸により形成されているので、パシベーション膜１０６に指を接触させた場合、電極としての皮膚と、センサ電極１０４との距離は、指紋を形成している凸部と凹部とで異なることになる。
【００１０】
この距離の違いは、容量の違いとして検出されることになる。したがって、これら異なる容量の分布を検出していけば、それは指紋の凸部の形状となる。即ち、この容量型センサにより、皮膚の微細な凹凸状態を感知することができる。
【００１１】
ところで、容量型の指紋センサを含めた半導体装置の表面を保護するためには、上述したように、ＳｉＮ膜のようなパシベーション膜１０６がその表面に被覆されている。
また、最近では、パシベーション膜に緩衝性を持たせるために、有機物であるポリイミド膜がパシベーション膜として用いられる（例えば、特許文献２参照。）。
【００１２】
このようなポリイミド膜には、通常、アミド酸系のポリイミドが用いられ、膜厚３０００ｎｍ、ポリイミドの形成温度が３２０℃〜３８０℃程度で形成されている。
ここで、パシベーション膜の機能を充分に発揮させるには、その膜厚を厚くしたり、或いはパシベーション膜を何層かに積層させて半導体装置の表面に形成させるのが望ましい。
【特許文献１】特開２００３−２６９９０７号公報
【特許文献２】特許第３６３０４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、容量型の指紋センサにおいては、パシベーション膜を厚く形成させたり、何層にも積層させたりすると、センサ電極とセンサ表面に接触する指との間の距離が離れてしまい、センサ電極とセンサ表面との容量が減少し、指紋を検出する感度が極端に減少するという問題がある。
【００１４】
容量型の指紋センサの感度を向上させるには、センサ電極と指表面との距離を短くさせることが望ましく、このためにはパシベーション膜の膜厚を薄膜化させるのが望ましい。
そのために、従来の容量型の指紋センサにおいては、アミド酸系のポリイミド樹脂の膜厚を極限まで薄くして、ポリイミド膜厚を１０００ｎｍ程度に形成している。しかしながら、アミド酸系のポリイミド樹脂を更に薄くして形成すると、膜自身の強度が低下するため、これ以上の膜厚の薄膜化は困難であった。
【００１５】
一方、最近ではエステル系樹脂のポリイミドが開発され、アミド酸系樹脂より低温でイミド化形成できるポリイミド樹脂が出現してきた。このエステル系樹脂ポリイミドは、アミド酸系ポリイミドと比較して、同じ膜厚で膜強度がやや高いという特徴を持っていることが実験により分かった。そこで、容量型の指紋センサにエステル系ポリイミドを用いたところ、ポリイミド膜厚８００ｎｍまでは同等な強度が得られたが、８００ｎｍ以下にするとパシベーション膜の信頼性が低下することが問題となった。更に、アミド酸系ポリイミドと比較して、イミドの反応温度が低いせいか、一気に高温キュアを加えると、イミド膜が均一に形成できない問題が生じた。一気に加熱すると膜破裂が部分的に生じることもあった。もともとエステル系ポリイミドは低温で架橋反応するように開発されたものであるため、３２０℃以上の高温で形成する方法に対しては利用範囲外または保証範囲外となっている。
【００１６】
つまり、アミド酸系ポリイミドを用いる場合、１０００ｎｍ以下で形成すると、指との摩擦に耐えられる膜強度が充分に得られない問題が生じる。一方、エステル系ポリイミドを用いる場合、８００ｎｍ以下で形成すると、指との摩擦に耐えられる膜強度が十分に得られず、更に高温キュアを用いる場合、イミド膜が均一に形成できないなどの問題がある。そのため、ポリイミド膜厚を８００ｎｍ以下に形成することができなかった。
【００１７】
このような問題を解決するためには、８００ｎｍ以下の極薄のポリイミド膜を容量型の指紋センサである半導体装置の表面に形成させ、充分な感度且つ強度を備えた半導体装置をどのように実現させるかが課題となる。
【００１８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、８００ｎｍ以下のポリイミド膜をパシベーション膜として用い、充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明では、上記課題を解決するために、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、前記半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２０】
このような半導体装置の製造方法では、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜が形成される。
【００２１】
また、本発明では、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、前記絶縁層の最上層に形成された絶縁膜の膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００２２】
このような半導体装置では、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、絶縁層の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜が形成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜を形成するようにした。
【００２４】
また、本発明では、絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、絶縁層の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜を形成するようにした。
【００２５】
これにより、充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置の製造方法及び半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
最初に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の製造方法の基本原理について説明する。
【００２７】
図１はパシベーション膜の製造方法のフローを説明する図である。
先ず、センサ電極を構成する半導体装置の上層に第１のパシベーション膜である絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜を形成した後に、ＳｉＮ膜上に、第２のパシベーション膜である絶縁膜として、例えば非感光性ポリイミドを塗布する（ステップＳ１）。続いて、非感光性ポリイミド膜のプレベーキングを行う（ステップＳ２）。次に、非感光性ポリイミド膜のパターニングを行うために、非感光性ポリイミド膜上に、レジストを塗布する（ステップＳ３）。続いて、レジスト層のベーキングを行う（ステップＳ４）。次いで、レジスト層の露光を行う（ステップＳ５）。次いで、レジスト層の現像を行い、レジスト層を非感光性ポリイミド膜上から除去する（ステップＳ６）。ここで、レジスト層を非感光性ポリイミド膜上から除去した後には、非感光性ポリイミド膜にパターンが形成されている。
【００２８】
そして、パターニングされた非感光性ポリイミド膜を乾燥させた後に、非感光性ポリイミド膜を所定の温度、雰囲気でプレキュアを行う（ステップＳ７）。続いて、非感光性ポリイミド膜を所定の温度、雰囲気でキュアを行い、硬化させる（ステップＳ８）。最後に、非感光性ポリイミド膜をより硬化させるために、後処理を行う（ステップＳ９）。そして、最終的に膜厚が４００ｎｍ〜７００ｎｍの非感光性ポリイミド膜を半導体装置の最上層に形成させる（ステップＳ１０）。
【００２９】
このようなフローにより、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に極薄の非感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。
尚、非感光性ポリイミドに代えて、感光性ポリイミドを用いる場合は、上記のフローからステップＳ３，ステップＳ４，ステップＳ６を略し、ステップＳ５において感光性ポリイミドを直接露光する。その結果、直接的に感光性ポリイミドを露光し、パターニングをすることにより、半導体装置の最上層に感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。また、ポリイミドの材質は例えば、エステル系ポリイミドを用いる。
【００３０】
このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の製造方法においては、パシベーション膜であるＳｉＮ膜及びポリイミド膜の絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ〜７００ｎｍ以下のポリイミド膜が形成される。
【００３１】
このような、パシベーション膜の製造方法によれば、最上層に形成されたパシベーション膜であるポリイミド膜の膜厚が極薄に形成されているので、容量型の指紋センサを構成する半導体装置に備えられているセンサ電極から指の皮膚表面までの距離をより短縮することができる。その結果、パシベーション膜を介したセンサ電極と皮膚表面との容量を増加させることができ、指紋の凹凸形状を検出する場合の感度を向上させることができる。
【００３２】
また、ポリイミド膜を極薄く形成させても、ポリイミド膜が充分な機械強度を備えているので半導体装置の信頼性については、従来品と同等或いは、従来品より向上させることが可能になる。
【００３３】
さらに、ポリイミド膜の膜厚を極薄としたことにより、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）ホール部（後述）とポリイミド膜表面との距離がより短縮する。従って、ポリイミド膜表面に帯電（チャージアップ）した電荷は、ＥＳＤホール部に拡散し易くなる。その結果、帯電がセンサ電極と皮膚表面との容量に及ぼす影響を低減させることができ、容量型の指紋センサの感度をより向上させることができる。
【００３４】
ここでポリイミド膜を４００ｎｍ以下に形成し、更に指紋の検出率を向上させても良いが、ポリイミド膜を４００ｎｍ以下に薄くすると、緩衝材としての効果が更に低くなることと、ポリイミド膜の膜強度が更に低下してしまうので、十分な信頼性保証（指で擦ることによるポリイミド破損など）を得られなくなってしまう。そのためポリイミド膜厚は４００ｎｍ以上で形成させることが好ましい。
【００３５】
次に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の具体的な製造方法について説明する。この実施の形態では、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを搭載した半導体装置を例に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の具体的な製造方法について説明する。
【００３６】
図２は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
この図は、ＣＭＯＳトランジスタを搭載した半導体装置の一例であり、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の要部を模式的に表したものである。
【００３７】
最初に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の上層にパシベーション膜であるシリコン窒化膜が形成された状態の構成について概説する。
半導体装置は、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板１０上に、素子領域を画定する素子分離領域１１が形成されている。また、Ｓｉ基板１０内には、ウェル１２が形成され、ウェル１２上には、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４が形成されている。
【００３８】
そして、ゲート電極１４の側面には、サイドウォールである絶縁層１５が形成されている。絶縁層１５が形成されたゲート電極１４の両側には、ソース／ドレイン領域１６が形成されている。
【００３９】
このようにＳｉ基板１０上には、ＣＭＯＳを構成する複数のＭＯＳトランジスタ１７が備えられている。
そして、Ｓｉ基板１０上には、膜厚２００ｎｍのＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）膜１８が形成されている。さらに、ＳｉＯＮ膜１８上には、層間絶縁膜である膜厚８００ｎｍのＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）−ＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass）膜１９が形成されている。
【００４０】
そして、バルクコンタクトであるＷ（タングステン）層２０がＳｉＯＮ膜１８及びＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜１９内を貫通し、ソース／ドレイン領域１６またはゲート電極１４に電気的に接続されている。さらに、Ｗ層２０は、ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜１９上にパターニングされた第１のＡｌ（アルミニウム）配線層２１に電気的に接続されている。
【００４１】
Ａｌ配線層２１上には、層間絶縁膜である膜厚１２００ｎｍのＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３０が形成されている。ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３０上には、さらに膜厚１００ｎｍのＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３１が形成されている。
【００４２】
Ａｌ配線層２１上からは、バルクコンタクトであるＷ層３２がＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３０及びＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３１を貫通するように形成され、さらにＷ層３２は、ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜３１上にパターニングされた第２のＡｌ配線層３３に電気的に接続されている。
【００４３】
そして、第２のＡｌ配線層３３上には、膜厚が４００ｎｍのＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜４０が形成されている。ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜４０上には、膜厚が５００ｎｍのＳＯＧ（Spin On Glass）膜４１が形成されている。そして、ＳＯＧ膜４１上には、膜厚が３００ｎｍのＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜４２が形成されている。
【００４４】
そして、ＳＯＧ膜４１及びＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜４２上に、膜厚が２００ｎｍのＴｉＮ（窒化チタン）膜４３ａ，４３ｂがパターン形成されている。ここで、ＴｉＮ膜４３ａは、容量型の指紋センサを構成する半導体装置のセンサ電極であり、半導体装置の上から眺めた場合のＴｉＮ膜４３ａの長手方向の長さが５０μｍとなるように形成されている。また、ＴｉＮ膜４３ｂは、後述するポリイミド膜表面の帯電よるＥＳＤを防止するために接地されている。そして、ＴｉＮ膜４３ａ，４３ｂは、第２のＡｌ配線層３３とＴｉＮ層４４を介して電気的に接続されている。
【００４５】
さらに、ＴｉＮ膜４３ａ，４３ｂ上には、膜厚が１００ｎｍのＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜５０が形成されている。そして、ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜５０上に、第１のパシベーション膜である膜厚が７００ｎｍのＳｉＮ膜５１が形成されている。ここで、半導体装置のパッド部５２上のＳｉＮ膜５１は、深くエッチングされている。第１のパシベーション膜については、ＳｉＮ膜のような窒化膜の他、ＳｉＯＮ膜のような酸窒化膜でもよい。この第１のパシベーション膜は、後述する第２のパシベーション膜の下地になる。
【００４６】
このように、この工程では、Ｓｉ基板１０上に、集積回路が形成され、Ｗ層２０，３２、Ａｌ配線層２１，３３等の多層配線層が形成されている。
そして、多層配線層は、ＭＯＳトランジスタ１７等の複数の素子に接続する複数の配線を構成し、さらにセンサ電極であるＴｉＮ膜４３ａに電気的に接続され、センサ回路等を構成している。そして、多層配線層の間には、層間絶縁膜が複数形成され、最上層はＳｉＮ膜５１で覆われている。
【００４７】
図３は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜５０上に、ＳｉＮ膜５１を形成した後、レジスト６０を塗布する。そして、露光、現像を行い、レジスト６０をパターニングする。
【００４８】
パターニングされたレジスト６０をマスクとして、ＥＳＤホール部５３とパッド部５２上のＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜をエッチングし（不図示）、ＥＳＤホール部５３のＴｉＮ膜４３ｂとパッド部５２のＡｌ配線層３３のそれぞれの表面を露出させる。
【００４９】
その後、熱炉により、Ｎ2（窒素）雰囲気で、４３０℃、３０分間のレジスト６０の脱水処理を行う。
図４は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
【００５０】
前工程で形成したレジスト６０を除去した後、第２のパシベーション膜になるエステル系樹脂の非感光性ポリイミドを膜厚が例えば、７００ｎｍとなるように塗布し（不図示）、ＳｉＮ膜５１上に非感光性ポリイミド膜６１を形成する。そして、非感光性ポリイミド膜６１を１２０℃〜１５０℃、１２０秒間でプレベーキングを行う。さらに、その上にレジストを塗布する（不図示）。そして、該レジストをベーキングする。そして、露光処理を行い、該レジストと非感光性ポリイミド膜６１のパターニングを同時に行う。そして、リンス液を用い、該レジストのみを除去する（不図示）。ここで、露光により非感光性ポリイミド膜６１は、パッド部５２及びＥＳＤホール部５３を開口するように、ＳｉＮ膜５１上にパターンニングされている。特にＥＳＤホール部５３の開口については、ＴｉＮ膜４３ｂの上面の面積より広く開口するように非感光性ポリイミド膜６１を形成させる。具体的には、ＴｉＮ膜４３ｂの上面の領域が６μｍ×６μｍである場合、この領域より広く開口するように非感光性ポリイミド膜６１を形成させる。より具体的には、非感光性ポリイミド膜６１のＥＳＤホール部における開口径がＥＳＤホール径より大きく、５０μｍ以下にして形成する。
【００５１】
このように、非感光性ポリイミド膜６１をＥＳＤホール部５３の端まで形成させる。その後、しばらく非感光性ポリイミド膜６１を乾燥させる。
続いて、非感光性ポリイミド膜６１から余分な水分を予め脱水するために、非感光性ポリイミド膜６１の予備加熱を行う。具体的には、非感光性ポリイミド膜６１をＮ2ガスまたは不活性ガス（Ａｒ（アルゴン）、ＣＯ2（二酸化炭素））或いはこれらの混合ガス雰囲気で、非感光性ポリイミド膜６１の温度を１９０℃〜２４０℃に設定し、６０秒〜２４０秒間のプレキュアを行う。非感光性ポリイミド膜６１の温度を１９０℃〜２４０℃に設定する理由は、２４０℃以上では、非感光性ポリイミドの分子内の架橋が発生し易くなり、１９０℃以下では、非感光性ポリイミドの脱水が生じないからである。
【００５２】
ここで、プレキュアは、Ｎ2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気中で行う。これにより、非感光性ポリイミド膜６１の一部分だけが硬化する現象を回避することができる。
【００５３】
続いて、処理室内にＮ2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガスを流量が１１０リットル／ｍｉｎ以上となるように流入し、処理室内をＮ2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガスで充填させる。そして、処理室内に半導体装置を設置する（不図示）。そして、非感光性ポリイミド膜６１を硬化させるために、非感光性ポリイミド膜６１を３５０℃〜３８０℃に設定し、Ｎ2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気で４０分間のキュアを行う。キュア後、非感光性ポリイミド膜６１の膜厚は、ポリイミドの膜厚は７００ｎｍから５００ｎｍまで減少する（不図示）。
【００５４】
ここで、キュア温度を４００℃以上とすると、Ａｌ配線層２１，３３の変形が起こるので、好ましくは３８０℃以下で処理するのが良い。また、エステル系ポリイミド樹脂の場合は、２５０℃程度でも硬化する。しかし、内部の脱水処理や膜強度をさらに促進させるには、好ましくは３５０℃以上でキュアするのが望ましい。さらに、Ｎ2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気中でキュアを行うことにより、分子内の架橋が促進され、充分な膜強度を保持した非感光性ポリイミド膜６１を形成させることができる。
【００５５】
尚、非感光性ポリイミド膜６１の耐吸湿性をより向上させるためには、キュアの開始をプレキュア処理を施した直後から１２０分以内に行う。但し、非感光性ポリイミド膜６１をパターニングさせた半導体装置を大気に晒さないまま、Ｎ2ガス雰囲気中に放置するのであれば、１２０分以上放置させた後に非感光性ポリイミド膜６１のキュアを行ってもよい。例えば、Ｎ2ガスで充填された容器に１２０分以上半導体装置を保存してから、キュアを行ってもよい。Ｎ2ガス雰囲気中であれば、雰囲気中に水分がなく、非感光性ポリイミド膜６１に水分が吸収されないからである。
【００５６】
続いて、非感光性ポリイミド膜６１表面に付着した異物を取り除くために、後処理を行う。この後処理においては、非感光性ポリイミド膜６１がダメージを受けない程度に、非感光性ポリイミド膜６１表面の除去を行う。具体的には、非感光性ポリイミド膜６１の膜厚が４５ｎｍ〜５５ｎｍ減少する程度に、非感光性ポリイミド膜６１表面をアッシング処理をする（不図示）。
【００５７】
アッシング処理の条件は、例えば、非感光性ポリイミド膜６１の温度を２５℃〜５０℃に設定し、Ｏ2（酸素）ガス流量が６００ｓｃｃｍで、放電パワーが６００Ｗ〜８００Ｗでの酸素プラズマにより行う。
【００５８】
そして、アッシング処理の後、最終膜厚が４５０ｎｍの非感光性ポリイミド膜６１が形成される。尚、非感光性ポリイミド膜６１の最終膜厚は、４５０ｎｍに限る必要はなく、上記の塗布工程で、その膜厚を調整し、最終的に形成される非感光性ポリイミド膜６１の膜厚が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にあればよい。
【００５９】
尚、非感光性ポリイミドに代えて、感光性ポリイミドを用いる場合は、上記の工程からレジストの塗布、レジストのベーキング、レジストの露光及びレジストの除去を略し、感光性ポリイミドを直接パターニングする。その結果、半導体装置の最上層に感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。また、ポリイミドの材質は例えば、エステル系ポリイミドを用いる。
【００６０】
このような半導体装置で構成された容量型の指紋センサの表面に指を接触させると、パシベーション膜を介したＴｉＮ膜４３ａと指の皮膚表面との容量がセンサ電極であるＴｉＮ膜４３ａによって検出され、指の皮膚表面の凹凸形状が検出される。
【００６１】
このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の製造方法においては、パシベーション膜であるＳｉＮ膜及びポリイミド膜の絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ〜７００ｎｍ以下のポリイミド膜が形成される。
【００６２】
このような、パシベーション膜の製造方法によれば、最上層に形成されたパシベーション膜であるポリイミド膜の膜厚が極薄に形成されているので、容量型の指紋センサを構成する半導体装置に備えられているセンサ電極から指の皮膚表面までの距離をより短縮することができる。その結果、パシベーション膜を介したセンサ電極と皮膚表面との容量を増加させることができ、指紋の凹凸形状を検出する場合の感度を向上させることができる。
【００６３】
また、ポリイミド膜を極薄く形成させても、ポリイミド膜に充分なキュア及び後処理を施しているので、ポリイミド膜は耐吸湿性に優れ、且つ充分な機械強度を備えているので半導体装置の信頼性については、従来品と同等或いは、従来品より向上させることが可能になる。
【００６４】
また、ポリイミド膜の膜厚を極薄としたことにより、ＥＳＤホール部とポリイミド膜表面との距離がより短縮する。従って、ポリイミド膜表面に帯電した電荷は、ＥＳＤホール部に拡散し易くなる。その結果、帯電がセンサ電極と皮膚表面との容量に及ぼす影響を低減させることができ、容量型の指紋センサの感度をより向上させることができる。
【００６５】
さらに、ポリイミド膜の膜厚を薄くさせたことにより、ポリイミド膜とＥＳＤホール部との凸凹段差が減少し、容量型の指紋センサ表面の滑り特性が良好になる。
また、ポリイミド膜をＥＳＤホール部の端近傍まで形成させているので、ポリイミド膜のパシベーション効果がより増加する。
【００６６】
次に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置のパシベーション膜であるポリイミド膜を極薄く形成させた効果について説明する。ここでは、その効果を確認するために、３種類の膜厚のポリイミド膜を形成した半導体装置を作製した。
【００６７】
容量型の指紋センサを構成する半導体装置として、膜厚が２０００ｎｍのポリイミド膜を形成させた指紋センサＡ、膜厚が８００ｎｍのポリイミド膜を形成させた指紋センサＢ、膜厚が４００ｎｍから７００ｎｍの範囲のポリイミド膜の一例として、４５０ｎｍのポリイミド膜を形成させた指紋センサＣの３種の半導体装置を作製した。
【００６８】
図５は容量型の指紋センサで読み取った指紋画像を説明する図である。
この画像から分かるように、指紋センサＡの指紋画像のコントラストは最も低く、続いて、指紋センサＢ、指紋センサＣの順にコントラストがより高くなっている。特に、指紋センサＣにおいては、指紋の凹凸を反映した濃淡が明確であり、認証性もより向上するように思われる。
【００６９】
また、指紋センサＡ、指紋センサＢ、指紋センサＣのそれぞれの指紋のマッチング率を検討した。ここで、マッチング率とは、例えば、容量型の指紋センサが１００個のドットパターンを記憶できる場合（ドッドパターンは０または１で記憶されるものとする。ここで、０は指紋がない部分で画像の白い部分を反映し、１は皮膚の部分で画像の黒い部分を反映する。）、一旦、容量型の指紋センサに指を接触させ、指紋のドットパターンを半導体装置に記憶させる。そして、再度、容量型の指紋センサに指を接触させ、指紋のドットパターンを取得し、前のドットパターンとどの程度、ドットパターンが合致するか否かの率である。
【００７０】
例えば、１００個のドットパターン中、合致したドットが８０個ならば、マッチング率は８０．０％である。
そして、マッチング率の結果は、指紋センサＡ、指紋センサＢ、指紋センサＣの順に３０．３％、５６．３％、８７．９％であった。
【００７１】
このように、ポリイミド膜の厚みを減少させたことにより、指紋画像のコントラストが向上し、マッチング率も向上することが分かった。
また、指紋センサＣにおいて、高度加速寿命試験であるＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）１ＫＨ試験、及びデバイスにバイアスを印加しない状態での高度加速寿命試験であるＵＨＡＳＴ（Unbiased Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）３３６Ｈ試験を試みたところ、その結果は、半導体装置Ｃに関し、不良となる指紋センサは発生しなかった。
【００７２】
尚、指紋センサＣのパシベーション膜として、感光性ポリイミド膜４５０ｎｍを形成させた場合も、非感光性ポリイミド膜４５０ｎｍを形成させた場合と同様の結果を得た。
次に、ポリイミド膜を極薄く形成させた場合のポリイミド膜の強度についての確認を行った。ここでは、その効果を確認するために、２種類の膜厚のポリイミド膜をシリコンウエハ基板に形成させ、それぞれのポリイミド膜のテープ試験と反り測定装置による応力を測定した。
【００７３】
図６はポリイミド膜の強度を説明する図である。
サンプルは、サンプルＤ、サンプルＥの２種を作製した。サンプルＤは、非感光性ポリイミド膜をＳｉＮ膜を表面に形成したシリコウエハ基板に厚みが１０００ｎｍとなるように形成したものである。一方、サンプルＥは、膜厚が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲のポリイミド膜の一例として、感光性ポリイミド膜をＳｉＮ膜を表面に形成したシリコンウエハ基板に厚みが５００ｎｍとなるように形成したものである。ここで、サンプルＥのポリイミド膜の材質として、エステル系樹脂の感光性ポリイミドを用いている。キュア温度は共に２３０℃〜３８０℃の範囲で行った。プレキュア、後処理については、サンプルＤ、サンプルＥ共に上記の実施例と同一条件で行った。
【００７４】
先ず、テープ試験については、サンプルＤでは、２６０℃〜３８０℃でキュアさせた試料について、ポリイミド膜に剥離は生じなかった。一方、サンプルＥでは、２３０℃〜３８０℃でキュアさせた試料について、ポリイミド膜と基板の界面に剥離は生じなかった。
【００７５】
特に、サンプルＥについてはサンプルＤに比べ低温でキュアさせても、剥離の生じないポリイミド膜が得られることが分かった。
次に、反り測定装置から膜内の応力と計測すると、サンプルＤでは、キュア温度が２３０℃のとき２１Ｍｐａ、キュア温度が２９０℃のとき２７ＭＰａ、キュア温度が３８０℃のとき３８ＭＰａであるのに対し、サンプルＥでは、キュア温度が２３０℃のとき３２ＭＰａ、キュア温度が２９０℃のとき３９ＭＰａ、キュア温度が３８０℃のとき４８ＭＰａであった。
【００７６】
これにより、サンプルＥの方がより低いキュア温度でキュアさせても相対的に高い応力を備えていることが分かった。即ち、サンプルＥの方がサンプルＤより強固な膜が形成されていることが分かった。
【００７７】
尚、エステル系樹脂の非感光性ポリイミド膜５００ｎｍをシリコンウエハ基板に形成した場合は、サンプルＥの結果と同様であった。
このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層にパシベーション膜を極薄に形成させても、充分な機械強度が得られることが分かった。
【００７８】
尚、上記のセンサで検出するものは指紋のみとは限らない。例えば、掌の皮膚表面についても、図４に示す半導体装置の数を増加させ、センサ面積を増加させることにより、その検出が容易に可能である。
【００７９】
（付記１）  絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、前記半導体装置の最上層に膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８０】
（付記２）  前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）  前記絶縁膜を形成する場合においては、前記絶縁膜を硬化させる温度が３５０℃以上３８０℃以下であること特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
【００８１】
（付記４）  前記絶縁膜を硬化させる場合に、窒素ガスまたは不活性ガスまたは前記窒素ガス及び前記不活性ガスの混合ガスを１１０リットル／分以上流入させ、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスの雰囲気内で前記絶縁膜を硬化させること特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記５）  前記絶縁膜を硬化させる前に、前記絶縁膜を１９０℃以上２４０℃以下に設定し、６０秒以上２４０秒以下の時間で予備加熱を行うことを特徴とする付記１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８３】
（付記６）  前記予備加熱をする場合には、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスの雰囲気内で前記予備加熱を行うことを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８４】
（付記７）  前記予備加熱の後に、１２０分以内に前記絶縁膜の硬化を行うことを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
（付記８）  前記予備加熱の後に、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスで充填された容器内に前記絶縁膜が形成された半導体装置を保存することを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８５】
（付記９）  前記絶縁膜を硬化させた後に、アッシング処理により前記絶縁膜の表面を前記絶縁膜の膜厚が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下減少するように前記絶縁膜の前記表面を除去することを特徴とする付記１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８６】
（付記１０）  前記絶縁膜が前記半導体装置に配設されたＥＳＤホール部の端まで形成されていることを特徴とする付記１乃至９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８７】
（付記１１）  前記絶縁膜を形成する場合においては、前記ポリイミドとしてエステル系の非感光性ポリイミドを用い、
前記非感光性ポリイミドを前記半導体装置の表面に塗布する工程と、
塗布された非感光性ポリイミド膜をプレベークする工程と、
プレベークされた前記非感光性ポリイミド膜の上層にレジストを塗布する工程と、
前記レジストをマスクとして、前記非感光性ポリイミド膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記非感光性ポリイミド膜を乾燥し、プレキュアを行う工程と、
プレキュアが行われた前記非感光性ポリイミド膜の硬化を行う工程と、
を有することを特徴とする付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００８８】
（付記１２）  前記絶縁膜を形成する場合においては、前記ポリイミドとしてエステル系の感光性ポリイミドを用い、
前記感光性ポリイミドを前記半導体装置の表面に塗布する工程と、
塗布された感光性ポリイミド膜をプレベークする工程と、
プレベークされた前記感光性ポリイミド膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記感光性ポリイミド膜を乾燥し、プレキュアを行う工程と、
プレキュアが行われた前記感光性ポリイミド膜の硬化を行う工程と、
を有することを特徴とする付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００８９】
（付記１３）  前記絶縁膜の下地は、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする付記１または付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）  絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、前記絶縁層の最上層に形成された絶縁膜の膜厚が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【００９０】
（付記１５）  前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする付記１４記載の半導体装置。
（付記１６）  前記絶縁膜が前記半導体装置の配設されたＥＳＤホール部の端まで形成されていることを特徴とする付記１４または１５記載の半導体装置。
【００９１】
（付記１７）  前記絶縁膜の下地は、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする付記１４乃至１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
（付記１８）  前記絶縁膜のＥＳＤホール部の開口径がＥＳＤホール径より大きく、５０μｍ以下であることを特徴とする付記１４乃至１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】パシベーション膜の製造方法のフローを説明する図である。
【図２】半導体装置の製造工程の要部断面模式図である（その１）。
【図３】半導体装置の製造工程の要部断面模式図である（その２）。
【図４】半導体装置の製造工程の要部断面模式図である（その３）。
【図５】容量型の指紋センサで読み取った指紋画像を説明する図である。
【図６】ポリイミド膜の強度を説明する図である。
【図７】容量型の指紋センサの原理を説明する要部模式図であり、（Ａ）は指紋センサを構成する半導体装置の要部断面模式図であり、（Ｂ）は指紋センサの要部平面模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  Ｓｉ基板
１１  素子分離領域
１２  ウェル
１３  ゲート絶縁膜
１４  ゲート電極
１５  絶縁層
１６  ソース／ドレイン領域
１７  ＭＯＳトランジスタ
１８  ＳｉＯＮ膜
１９，３０，３１，４０，４２，５０  ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜
２０，３２  Ｗ層
２１，３３  Ａｌ配線層
４１  ＳＯＧ膜
４３ａ，４３ｂ  ＴｉＮ膜
４４  ＴｉＮ層
５１  ＳｉＮ膜
５２  パッド部
５３  ＥＳＤホール部
６０  レジスト
６１  非感光性ポリイミド膜
【図１】
2008091415.tif 000003
【図２】
2008091415.tif 000004
【図３】
2008091415.tif 000005
【図４】
2008091415.tif 000006
【図５】
2008091415.tif 000007
【図６】
2008091415.tif 000008
【図７】
2008091415.tif 000009