(57)【要約】【目的】ポリイミド膜の寸法精度のバラツキを小さく抑え、内部応力を抑制して亀裂の発生を抑え、素子の外観不良を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】感光性ポリイミド膜２上に非感光性ポリイミド膜３を積層する２層構造とすることで、それぞれの膜厚を１層で形成するより薄くできて、亀裂の発生を抑制でき、亀裂に係わる素子の外観不良を低減できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に感光性ポリイミド前駆体を回転塗布する工程と、
該感光性ポリイミド前駆体を熱処理して感光性ポリイミド前駆体膜を形成する工程と、
該感光性ポリイミド前駆体上に非感光性ポリイミド前駆体を回転塗布する工程と、
該非感光性ポリイミド前駆体を熱処理して非感光性ポリイミド前駆体膜を形成する工程と、
該非感光性ポリイミド前駆体膜上にレジスト前駆体を回転塗布する工程と、
該レジスト前駆体を熱処理してレジスト膜とする工程と、
パターンが描画されたマスクを用いて前記レジスト膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を露光する工程と、
前記レジスト膜、前記非感光性ポリイミド前駆体膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を現像液で現像しパターニングする工程と、
前記非感光性ポリイミド前駆体膜と前記感光性ポリイミド前駆体膜を加熱処理して、非感光性ポリイミド膜および感光性ポリイミド膜からなる２層構造のポリイミド膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記感光性ポリイミド前駆体および前記レジスト前駆体が、それぞれポジ型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】
前記非感光性ポリイミド膜の膜厚と前記感光性ポリイミド膜の膜厚がそれぞれ３μｍ〜７μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記レジスト膜、前記非感光性ポリイミド前駆体膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を同一の現像液で現像しパターニングすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、表面保護膜として多用されるポリイミド膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリイミド膜は電気絶縁性や耐熱性等に優れているため、半導体装置の表面保護膜として多用されている。ポリイミドには、非感光性ポリイミドと感光性ポリイミドがある。非感光性ポリイミドは安価ではあるがパターニングの寸法精度が必ずしも良くない。一方、感光性ポリイミドは光が当たった箇所が正確にパターニングされるので寸法精度はよいが、高価である。
通常は安価な非感光性ポリイミドが半導体装置の表面保護膜として多用されている。つぎに、従来の非感光性ポリイミド膜の形成方法を説明する。
図２は、従来の非感光性ポリイミド膜の形成方法であり、同図(ａ)〜同図（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
まず、液体状の感光剤を含有しない非感光性ポリイミド前駆体を、回転塗布しベーク（熱処理）して半導体ウェハ５１上に非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａを形成する。さらに感光剤を含有するポジ型レジスト前駆体を同様に回転塗布し、ベークして非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａ上にレジスト膜５３を形成する（同図（ａ））。
次に、パターンが描画されたマスク５４を使用して紫外線５５を照射して露光処理をすると、レジスト膜５３が感光される。図中の符号の５６が感光した箇所のレジスト膜である（同図（ｂ））。
【０００３】
現像処理を行うと、感光した箇所のレジスト膜５６が溶解してパターンが形成される。さらに、現像液が非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａのエッチング液でもあるため、現像処理中には、レジスト膜５３が溶解した部分の直下にある非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａも同時にパターン形成される。非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａの厚さは１０μｍ程度あるため、レジスト膜５３の開口部から進入するエッチング液（現像液）による作用で、非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａは等方性エッチングされる。等方性エッチングによって非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａのパターンは、レジストパターンよりも大幅に後退した状態に形成される（同図（ｃ））。
次に、残ったレジスト膜５３を除去して、最後に加熱処理を行えば、パターン形成された非感光性ポリイミド膜５２が完成する（同図（ｄ））。
また、特許文献１には、非感光性ポリイミドをポジ型レジストをマスクにエッチングを行い、エッチングによって形成される非感光性ポリイミドのオーバーハング部を再度のウェットエッチングで除去して庇部分を丸めることが開示されている。このオーバーハング部の断面は、参考までに図２（ｃ）に点線５８で示した。
また、特許文献２には、非感光性ポリイミド前駆体または感光性ポリイミド前駆体をフォトリソグラフィーした後、１６０°以上で加熱することで開口部にテーパーを付けることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２６８３７８号公報
【特許文献２】特開平６−３１８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した非感光性ポリイミド前駆体は塗布された後、ベーク処理されて非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａとなり、その後にレジスト膜５３をマスクとしてパターンニングされる。このベーク処理で半導体ウェハ５１内に温度の低い箇所があると、その箇所の非感光ポリイミド前駆体膜５２ａのサイドエッチング量は大きくなる。そのため、温度むらがあるとサイドエッチング量にバラツキが生じて、そのバラツキが非感光性ポリイミド膜５２のパターンの寸法精度のバラツキになる。
また、ポリイミド前駆体を1回の回転塗布で１０μｍ程度の厚い膜厚にする場合、一般的には高粘度のポリイミド前駆体を使用することになる。この高粘度のポリイミド前駆体は、回転塗布後の膜厚にバラツキが発生し易い。そのため、パターンの寸法精度のバラツキが生じ易い。
また、表面保護膜としての信頼性を確保するために、非感光性ポリイミド膜５２の膜厚を１０μｍ程度に厚くすると、加熱処理される際に非感光性ポリイミド前駆体膜５２ａが収縮して、内部応力が発生しパターンの端部に亀裂を多数発生させる（図２（ｄ））。
一方、寸法精度のバラツキを小さくするために、サイドエッチング量の小さい感光性ポリイミド膜を用いる方法がある。しかし、感光性ポリイミド膜の膜厚は７μｍを超えると、非感光性ポリイミド膜５２と同様に加熱処理工程で内部応力が発生し出し、パターン端部に亀裂が生じ易くなる。信頼性を確保するために、この膜厚を１０μｍ以上にすると亀裂（図２（ｄ）の亀裂５７に相当する）が大きくなり素子の外観不良になる割合が高くなる。この亀裂５７は表面層に形成される場合が多いために信頼性上は問題にならないことが多い。
【０００５】
前記の特許文献１および特許文献２では、ポリイミド膜に発生する亀裂については記載されていない。また、感光性ポリイミド膜上に非感光性ポリイミド膜を積層した２層構造にして、亀裂発生の抑制やパターンの寸法精度のバラツキを低減することについては記載されていない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ポリイミド膜のパターンの寸法精度のバラツキを小さく抑え、内部応力を抑制して亀裂の発生を抑え、素子の外観不良を低減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】
【０００６】
前記の目的を達成するために、半導体基板上に感光性ポリイミド前駆体を回転塗布する工程と、該感光性ポリイミド前駆体を熱処理（ベーク）して感光性ポリイミド前駆体膜を形成する工程と、該感光性ポリイミド前駆体上に非感光性ポリイミド前駆体を回転塗布する工程と、該非感光性ポリイミド前駆体を熱処理して非感光性ポリイミド前駆体膜を形成する工程と、該非感光性ポリイミド前駆体膜上にレジスト前駆体を回転塗布する工程と、
該レジスト前駆体を熱処理してレジスト膜とする工程と、パターンが描画されたマスクを用いて前記レジスト膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を露光する工程と、前記レジスト膜、前記非感光性ポリイミド前駆体膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を現像液で現像しパターニングする工程と、前記非感光性ポリイミド前駆体膜と前記感光性ポリイミド前駆体膜を加熱処理して、非感光性ポリイミド膜および感光性ポリイミド膜からなる２層構造のポリイミド膜を形成する工程と、を含む製造方法とする。
また、前記感光性ポリイミド前駆体および前記レジスト前駆体が、それぞれポジ型であるとよい。
また、前記非感光性ポリイミド膜の膜厚と前記感光性ポリイミド膜の膜厚がそれぞれ３μｍ〜７μｍであるとよい。
【０００７】
また、前記レジスト膜、前記非感光性ポリイミド前駆体膜および前記感光性ポリイミド前駆体膜を同一の現像液で現像しパターニングするとよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、感光性ポリイミド膜上に非感光性ポリイミド膜を積層する２層構造にして、それぞれの膜厚を１層で形成するより薄くすることで、亀裂の発生を抑制できる。亀裂の発生が抑制されることで、亀裂に係わる素子の外観不良を低減できる。
また、感光性ポリイミド膜を下地にすることで、パターンの寸法精度のバラツキを小さくできる。
また、感光性ポリイミド膜上に非感光性ポリイミド膜を積層することで開口部の側壁が階段状となりパターン端部（開口部）での内部応力を分散できるのでパターン端部に亀裂が発生するのを抑制できる。
また、感光性ポリイミド膜と非感光性ポリイミド膜のそれぞれの膜厚を薄くできるので、低粘度のポリイミド前駆体を用いることができて、回転塗布での膜厚を均一化できる。それによって、パターンの寸法精度のバラツキを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態を以下の実施例で図面を示しながら説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、この発明の半導体装置の製造方法であり、同図(ａ)〜同図（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。この半導体装置の製造方法は、表面保護膜であるポリイミド膜の形成方法について説明したものである。
まず、液体状の感光剤を含有するポジ型感光性ポリイミド前駆体（例えば、東レ製フォトニース  ＰＷ−１２００シリーズなど）を半導体ウェハ１に回転塗布し、続いプリベーク（熱処理）して７μｍ程度の膜厚のポジ型感光性ポリイミド前駆体膜２ａを半導体ウェハ１上に形成する。続いて感光剤を含有しない非感光性ポリイミド前駆体（例えば、東レ製セミコンファイン  ＳＰ−４００シリーズなど）を同様に感光性ポリイミド前駆体膜２ａに回転塗布し、続いてプリベークして７μｍ程度の膜厚の非感光性ポリイミド前駆体膜３ａを感光性ポリイミド前駆体膜２ａ上に形成する。さらに感光剤を含有するポジ型レジスト前駆体を同様に非感光性ポリイミド前駆体膜３ａに回転塗布し、続いてプリベークしてレジスト膜４を非感光性ポリイミド前駆体膜３ａ上に形成する（同図（ａ））。
次に、パターンが描画されたマスク５を使用して紫外線６を照射して露光処理をすると、レジスト膜４と下層の感光性ポリイミド前駆体膜２ａが感光される．図中の符号の７は感光した箇所のレジスト膜であり、８は感光した箇所の感光性ポリイミド前駆体膜である（同図（ｂ））。
【００１１】
現像処理を行うと、感光した箇所のレジスト膜７が溶解してパターンが形成される。さらに、現像液が非感光性ポリイミド前駆体膜３ａのエッチング液でもあるため、現像処理中には、感光した箇所のレジスト膜７が溶解した部分の直下にある非感光性ポリイミド前駆体膜３ａも同時にパターン形成される。続いて、下層の感光された部分の感光性ポリイミド前駆体膜８においても、現像液に溶解されるため、同時に感光性ポリイミド前駆体膜２ａはパターン形成される（同図（ｃ））。
次に、残ったレジスト膜４を除去して、最後に加熱処理（ポストベーク）を行えば、前駆体膜が縮小し、５μｍの膜厚の感光性ポリイミド膜２上に５μｍの膜厚の非感光性ポリイミド膜３が形成された１０μｍの膜厚のパターン形成されたポリイミド膜９が完成する。尚、非感光性ポリイミド前駆体膜３ａの開口部の側壁１０が例えオーバーハングされても、この加熱処理で表面の庇が丸められてオーバーハング部は消滅する（同図（ｄ））。
完成後のポリイミド膜９は、非感光性ポリイミド膜３と感光性ポリイミド膜２の２層構造となっており、それぞれの膜厚は５μｍでパターンの端部は階段状になっている。それぞれの膜厚が５μｍと薄くなっており、さらにパターンの端部であるＡ部は階段状となっているため、パターンの端部での内部応力が分散され、しかも小さくなる。
【００１２】
そのため、感光性ポリイミド膜２や非感光性ポリイミド膜３に発生する亀裂は大幅に低減される。
また、下地は感光性ポリイミド膜２であるため、開口部１１の寸法はマスクパターンの露光精度で決定される。そのため、パターンの寸法精度のバラツキが少くなる。
前記の感光性ポリイミド膜２と非感光性ポリイミド膜３を合わせた膜厚を１０μｍ以上とすると信頼性の観点からよい。また、感光性ポリイミド膜と非感光性ポリイミド膜のそれぞれの厚さを３μｍ〜７μｍとするとよい。これは、感光性ポリイミド膜と非感光性ポリイミド膜のそれぞれの厚さが３μｍ未満では、開口部以外の箇所でのステップカバレージに不具合（露出するなど）が生じ組立てが困難になるためである。また、感光性ポリイミド膜と非感光性ポリイミド膜のそれぞれの厚さが７μｍを超えると、前記したようにパターンエッジに亀裂が入り易くなり外観不良の発生する割合が増加する。
本実施例のように、２回の回転塗布でポリイミド膜を形成する場合では、１回で回転塗布されるポリイミド前駆体膜の厚さは薄くできるので、低粘度のポリイミド前駆体を使用できる。
低粘度のポリイミド前駆体を使用することで、高粘度のポリイミド前駆体を使用する場合に比べ、ポリイミド膜の厚さのバラツキは少なくできる。ポリイミド膜の厚さのバラツキが小さくなると、寸法精度のバラツキが小さくできる。このようにポリイミド膜を２層構造とすることで、半導体装置の量産を行うとき、品質が安定した良好なポリイミド膜を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の半導体装置の製造方法であり、(ａ)〜（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【図２】従来の非感光性ポリイミド膜の形成方法であり、(ａ)〜（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【符号の説明】
【００１４】
１    半導体ウェハ
２    感光性ポリイミド膜
２ａ  感光性ポリイミド前駆体膜
３    非感光性ポリイミド膜
３ａ  非感光性ポリイミド前駆体膜
４    レジスト膜
５    マスク
６    紫外線
７    感光された箇所のレジスト膜
８    感光された箇所の感光性ポリイミド前駆体膜
９    ポリイミド膜
１０    側壁
１１    開口部
【図１】
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【図２】
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