(57)【要約】【課題】ポリイミド膜をより厚く形成できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハの表面上に１度目のポリイミド塗布液を塗布し、半導体ウエハを回転させ、半導体ウエハの全表面上に前記ポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、半導体ウエハの表面上に第１のポリイミド膜を形成し、第１のポリイミド膜の表面上に２度目のポリイミド塗布液を塗布し、半導体ウエハを回転させ、第１のポリイミド膜の全表面上に２度目のポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、第１のポリイミド膜の表面上に第２の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であって、２度目のポリイミド塗布液を塗布した後に半導体ウエハを回転させる際の回転速度は、１度目のポリイミド塗布液を塗布した後に半導体ウエハを回転させる際の回転速度より遅いことを特徴とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの表面上に１度目のポリイミド塗布液を塗布し、
前記半導体ウエハを回転させ、前記半導体ウエハの全表面上に前記１度目のポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、前記半導体ウエハの表面上に第１のポリイミド膜を形成し、
前記第１のポリイミド膜の表面上に２度目のポリイミド塗布液を塗布し、
前記半導体ウエハを回転させ、前記第１のポリイミド膜の全表面上に前記２度目のポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、前記第１のポリイミド膜の表面上に第２の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であって、
前記２度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度は、前記１度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度より遅いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記２度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度は１２００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下であり、
前記工程によって前記半導体ウエハの表面上に形成された前記第１及び第２のポリイミド膜の全体の平均膜厚は１２．５μｍ以上１８μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記第１及び第２のポリイミド膜の全体の膜厚は、最も厚い部分の膜厚と最も薄い部分の膜厚との差が２μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記半導体ウエハの表面上に１度目のポリイミド塗布液を塗布する前に、前記半導体ウエハ上にパッシベーション膜を形成する工程を具備することを特徴とす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、半導体ウエハ上に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し、特に、ポリイミド膜をより厚く形成できる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、ポリイミド膜を塗布する方法を説明する断面図である。
図４に示す半導体ウエハ１３は、シリコン基板に例えばトランジスタのような半導体素子を形成し、半導体素子の上に例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜上に配線を形成し、最上層の配線上に例えばシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成した後の半導体ウエハである。この半導体ウエハ１３上にポリイミド膜を塗布する方法を以下に説明する。
【０００３】
図４に示すように、塗布装置の保持部１２に半導体ウエハ１３を保持する。次いで、ノズル１４からポリイミド塗布液１５を吐出することにより、半導体ウエハ１３の中央にポリイミド塗布液１５を塗布する。
【０００４】
次に、回転軸１１を所定の回転速度で所定時間回転させることにより、塗布されたポリイミド塗布液１５が半導体ウエハ１３の中央から外周へ向けて広げられ、半導体ウエハ１３の全面に行き渡らせる。この際、半導体ウエハ１３の回転による遠心力によってポリイミド塗布液１５の一部は半導体ウエハ１３の表面から除去される。このようにして半導体ウエハ１３の表面上にポリイミド膜が形成される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ポリイミド膜を緩衝材として用いるために、膜厚のより厚いポリイミド膜が要求される。この要求に応える方法としては、半導体ウエハ上に一度、ポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度を調整することによりポリイミド膜の膜厚を制御する方法がある。
【０００７】
しかしながら、上記の方法では、ポリイミド塗布液の粘度と回転速度の範囲内での膜厚しか得られない。
つまり、同じ回転速度でもポリイミド塗布液の粘度を高くすればするほど厚いポリイミド膜を形成できるが、ポリイミド膜の膜厚が半導体ウエハの面内で不均一になってしまう。また、同じポリイミド塗布液の粘度でも回転速度を遅くすればするほど厚いポリイミド膜を形成できるが、ポリイミド膜の膜厚が半導体ウエハの面内で不均一になってしまう。このため、面内の膜厚均一性を良くしつつ厚いポリイミド膜を得るには、ポリイミド塗布液の粘度を高くするのにも回転速度を速くするのにも限界がある。従って、この方法ではポリイミド膜の厚膜化に十分に応えることはできない。
【０００８】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ポリイミド膜をより厚く形成できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハの表面上に１度目のポリイミド塗布液を塗布し、
前記半導体ウエハを回転させ、前記半導体ウエハの全表面上に前記１度目のポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、前記半導体ウエハの表面上に第１のポリイミド膜を形成し、
前記第１のポリイミド膜の表面上に２度目のポリイミド塗布液を塗布し、
前記半導体ウエハを回転させ、前記第１のポリイミド膜の全表面上に前記２度目のポリイミド塗布液を行き渡らせることにより、前記第１のポリイミド膜の表面上に第２の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であって、
前記２度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度は、前記１度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度より遅いことを特徴とする。
【００１０】
上記半導体装置の製造方法によれば、半導体ウエハ上に１度目のポリイミド塗布液を滴下し、半導体ウエハを回転させて半導体ウエハの全面に行き渡らせ、その後に２度目のポリイミド塗布液を滴下し、半導体ウエハの回転速度を遅くすることにより、ポリイミド膜をより厚く形成することができる。このように半導体ウエハの回転速度を遅くできる理由は、同質の膜である第１のポリイミド膜を下地としているため、摩擦を小さくできるからである。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記２度目のポリイミド塗布液を塗布した後に前記半導体ウエハを回転させる際の回転速度は１２００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下であり、
前記工程によって前記半導体ウエハの表面上に形成された前記第１及び第２のポリイミド膜の全体の平均膜厚は１２．５μｍ以上１８μｍ以下であることも可能である。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１及び第２のポリイミド膜の全体の膜厚は、最も厚い部分の膜厚と最も薄い部分の膜厚との差が２μｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記半導体ウエハの表面上に１度目のポリイミド塗布液を塗布する前に、前記半導体ウエハ上にパッシベーション膜を形成する工程を具備することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施の形態による半導体装置の製造方法は、従来に比べて膜厚の厚いポリイミド膜を半導体ウエハ上に形成する工程を有するものである。このポリイミド膜は、ＩＣチップの表面のオーバーコート（緩衝材）に使用されることが好ましい。なお、本実施の形態において半導体ウエハ上にポリイミド塗布液を塗布する際は図４に示す塗布装置が用いられる。
【００１５】
まず、シリコン基板（半導体ウエハ）に例えばトランジスタのような半導体素子を形成する。次いで、半導体素子の上に例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜上に配線を形成する。これを繰り返すことにより多層配線が形成される。次いで、最上層の配線上に例えばシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成する。この後、パッシベーション膜上にポリイミド膜を形成する。以下にポリイミド膜を形成する方法について詳細に説明する。
【００１６】
図４に示すように、塗布装置の保持部１２に半導体ウエハ１３を保持する。次いで、ノズル１４からポリイミド塗布液１５を吐出することにより、半導体ウエハ１３の中央に１度目のポリイミド塗布液１５を塗布する。次に、回転軸１１を回転させることにより、塗布されたポリイミド塗布液１５が半導体ウエハ１３の中央から外周へ向けて広げられ、半導体ウエハ１３の全面に行き渡らせる。この際の半導体ウエハ１３の回転速度は２５００ｒｐｍまで高くされる。このとき、半導体ウエハ１３の回転による遠心力によってポリイミド塗布液１５の一部は半導体ウエハ１３の表面から除去される。このようにして半導体ウエハ１３の表面上に第１のポリイミド膜が形成される。
【００１７】
次に、半導体ウエハの回転を停止させ、ノズル１４からポリイミド塗布液１５を吐出することにより、前記第１のポリイミド膜上に２度目のポリイミド塗布液１５を塗布する。次に、回転軸１１を回転させることにより、塗布された２度目のポリイミド塗布液１５が半導体ウエハ１３の中央から外周へ向けて広げられ、前記第１のポリイミド膜の全面に行き渡らせる。この際の半導体ウエハ１３の回転速度は１２００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下まで高くされることが好ましい。このとき、半導体ウエハ１３の回転による遠心力によってポリイミド塗布液１５の一部は半導体ウエハ１３の表面から除去される。
【００１８】
このようにして半導体ウエハ１３の表面上には第１のポリイミド膜が形成され、第１のポリイミド膜上には第２のポリイミド膜が形成される。その結果、半導体ウエハ１３上に形成された、第１のポリイミド膜と第２のポリイミド膜からなるポリイミド膜の膜厚の平均を１２．５μｍ以上１８μｍ以下とすることできる。この際、前記ポリイミド膜の膜厚の最も厚い部分の膜厚と最も薄い部分の膜厚との差は２μｍ以下とすることができる。つまり、２μｍのレンジに入っているポリイミド膜とすることができるので、膜厚均一性の良いポリイミド膜を半導体ウエハ上に形成することができる。
【００１９】
上記実施の形態によれば、２度目のポリイミド塗布液を滴下している半導体ウエハを回転させる際に、同質の膜である第１のポリイミド膜を下地としているため、摩擦が小さく短時間では半導体ウエハの周縁部までポリイミド塗布液を拡散させることがでる。従って、２度目のポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度を、１度目のポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度より遅くすることができる。その結果、従来に比べて面内の膜厚均一性を良くしつつ膜厚の厚いポリイミド膜を半導体ウエハ上に形成することができる。よって、ポリイミド膜を緩衝材として用いる場合に、緩衝材の能力を向上させることができる。
【００２０】
また、上述したように、２度目のポリイミド塗布液を滴下した半導体ウエハを回転させる際に、同質の膜である第１のポリイミド膜を下地とすることにより摩擦を小さくできるため、より粘度の高いポリイミド塗布液を用いることが可能となる。言い換えると、粘度の高いポリイミド塗布液を用いると、このポリイミド塗布液が半導体ウエハの中央から周縁部に向けて広がる過程において塗布液中の溶剤が蒸発するため、半導体ウエハの中央部と周縁部とで膜厚差が生じ易いが、上述したように摩擦を小さくすることにより、このような膜厚差を抑えることができ、半導体ウエハの中央部でポリイミド膜に凹みが発生することも抑制でき、結果として、ポリイミド膜の膜厚が半導体ウエハの面内で不均一になることを抑制できる。このような点においても本実施の形態では、従来に比べて面内の膜厚均一性を良くしつつ膜厚の厚いポリイミド膜を半導体ウエハ上に形成することができる。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【実施例】
【００２２】
上述した実施の形態と同様の方法で半導体ウエハ上にポリイミド膜を形成した実施例及び従来技術と同様の方法で半導体ウエハ上にポリイミド膜を形成した比較例について説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施例によるポリイミド膜の膜厚と半導体ウエハ上に位置（POSITION）との関係を示すものであり、膜厚面内プロファイルを示すグラフである。図３は、比較例によるポリイミド膜の膜厚と半導体ウエハ上に位置（POSITION）との関係を示すものであり、膜厚面内プロファイルを示すグラフである。なお、図２及び図３は、半導体ウエハの中心を通る１５点を測定したものである。
図１は、図２及び図３の結果を、ポリイミド膜の平均膜厚（AVE）及びポリイミド膜の膜厚の最も厚い部分と最も薄い部分との差(RANGE)それぞれと半導体ウエハの回転数との関係を示す図である。
【００２４】
図１に示す回転数は、実施例（２度塗り）の場合、２度目のポリイミド塗布液を塗布した後の半導体ウエハの回転速度であり、比較例（１度塗り）の場合、ポリイミド塗布液を塗布した後の半導体ウエハの回転速度である。
【００２５】
（実施例の塗布条件）
・ポリイミド塗布液の材料  ：ＰＩＭＥＬ−Ｇ６２４６Ｐ  ３５００ｃＰ（旭化成製）
・ポリイミド塗布液の粘度  ：  ３５００ｃＰ
・１回の滴下量  ：  １．５ｇ
・半導体ウエハ  ：  ６ｉｎｃｈ  Ｂａｒｅ−Ｓｉ
・回転塗布装置  ：  Ｍｋ−Ｖ２（ＴＥＬ製）
・１度目のポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度（最高速度）及び回転時間：２５００ｒｐｍ及び１８秒
・２度目のポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度（最高速度）及び回転時間：１０００〜１９００ｒｐｍ及び４０秒
【００２６】
（比較例の塗布条件）
・ポリイミド塗布液の材料  ：ＰＩＭＥＬ−Ｇ６２４６Ｐ  ３５００ｃＰ（旭化成製）
・ポリイミド塗布液の粘度  ：  ３５００ｃＰ
・１回の滴下量  ：  １．５ｇ
・半導体ウエハ  ：  ６ｉｎｃｈ  Ｂａｒｅ−Ｓｉ
・回転塗布装置  ：  Ｍｋ−Ｖ２（ＴＥＬ製）
・ポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度（最高速度）及び回転時間：１５００〜２５００ｒｐｍ及び１８秒
【００２７】
図１〜図３に示すように、実施例は比較例に比べて膜厚の厚いポリイミド膜を形成することができた。詳細には、２度目のポリイミド塗布液を滴下した後の半導体ウエハの回転速度を１２００ｒｐｍ以上１６００ｒｐｍ以下とすることにより、比較例に比べてポリイミド膜の膜厚を厚くすることができ、且つ２μｍのレンジに入った膜厚均一性の良いポリイミド膜を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例によるポリイミド膜の平均膜厚（AVE）及びポリイミド膜の膜厚の最も厚い部分と最も薄い部分との差(RANGE)それぞれと半導体ウエハの回転数との関係を示す図。
【図２】本発明の実施例によるポリイミド膜の膜厚と半導体ウエハ上に位置（POSITION）との関係を示すグラフ。
【図３】比較例によるポリイミド膜の膜厚と半導体ウエハ上に位置（POSITION）との関係を示すグラフ。
【図４】ポリイミド膜を塗布する方法を説明する断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１１…回転軸、１２…保持部、１３…半導体ウエハ、１４…ノズル、１５…ポリイミド塗布液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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