JPH0513622A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ワイヤボンディングの配線材料と配線パッド
部１２との接合強度を上げることができ、信頼性の高い
デバイスを製造することができる半導体素子の製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】 ポリイミド系樹脂、またはポリイミド・イソ
インドロ・キナリゾジオン樹脂１６をウエハ全面に塗布
後所定温度で窒素や不活性ガス中で２００℃，３００℃
でそれぞれ連続１時間ずつアニール処理を行って膜硬化
させて成膜化し、ホトリソグラフィ／エッチング技術を
用いて、少なくともポリイミド系樹脂、またはポリイミ
ド・イソインドロ・キナリゾジオン樹脂をエッチングす
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子における
湿度や熱あるいはα線による集積回路の誤動作を防止で
きる表面保護膜をエッチングしても、有機系の不純物が
ボンディング用のパッドへの付着を防止することができ
るようにした半導体素子の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子はセラミックパッケ
ージ若しくはプラスチックパッケージに封止される。こ
れらの材料には、数ｐｐｍ程度のウラニウムやトリウム
などの放射性の不純物を含んでいる。

【０００３】これらの不純物より放出されるα線はメモ
リ素子、たとえば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access
Memory）などの蓄積電荷データを反転させ、誤動作（ソ
フトエラーと呼ばれている）を生ずることで、知られて
いる。このため、素子の信頼性を著しく低下させること
がある。

【０００４】このソフトエラーを低減するためには、セ
ラミックパッケージやプラスチックパッケージの純度の
高い材料（低ウラニウム，低トリウム等）を使用すれば
よいが、コストの大幅な上昇を招くために、実用的では
ない。

【０００５】このため、不純物等から飛来するα線を減
衰、吸収する手段として、半導体素子上にポリイミド系
樹脂またはポリイミド・イソインドロ・キナリゾジオン
（以下ＰＩＩという）樹脂を覆って保護することが広く
用いられており、たとえば、特開昭５８−４３５４５号
公報などにも記載されている。

【０００６】これらの樹脂は、半導体素子上の外部電極
接続のための電極パッド部に金ワイヤなどの配線（ワイ
ヤボンディング）が終了した後に、滴下するポッティン
グ法や、半導体素子が個々に切り出されていない（スク
ライビング）ウエハ段階で、ホトリソ技法等により形成
される。

【０００７】前者は半導体素子個々に行うため、工数お
よびコストのアップとなる。また、大面積の半導体素子
（チップ）や２辺の比が大きい長方形の半導体素子で
は、樹脂が均一に半導体素子をコートできにくいなどの
問題点があり、このため、後者による方法が広く用いら
れつつある。

【０００８】この例について、図３，図４を用いて説明
する。図３，図４はそれぞれ別の製造方法の工程断面図
であり、まず、図３の製造方法について説明する。

【０００９】図３（ａ）に示すように、半導体基板内あ
るいは半導体基板上に、抵抗，トランジスタなどの各種
素子が形成された後、外部接続端子用の配線パッド２が
絶縁膜１（ホトリソグラフィ／エッチング工程の説明は
省略）上に形成する。

【００１０】この配線パッド膜は通常アルミニウム単体
またはＳｉ，Ｃｕの不純物を含むアルミニウムが用いら
れる。勿論、配線のみではなく、トランジスタ素子など
を形成する材料ともなり得る。

【００１１】次に、リンを含む酸化膜３，窒化シリコン
膜４を順次形成し、これを通常のホトリソグラフィエッ
チング技術を用い、配線パッド２上の酸化膜３，窒化シ
リコン膜４の一部を選択的にエッチングして除去し、開
口部５を形成する。

【００１２】次に、図３（ｂ）に示すように、ポリイミ
ド系樹脂６を全面に塗布し、次いで、プリベークを行
う。次に、レジストを塗布し、パターニングする（図示
せず）。このパターニングされたレジストをマスクにし
て、ヒドラジン系エッチャントやドライエッチング技術
を用いて、選択的にポリイミド系樹脂６をエッチング
し、レジストを除去することにより、開口部７を形成す
る。かくして、図３（ｂ）のような構造が得られる。

【００１３】この後、２００℃，３００℃各々１時間窒
素もしくは不活性ガス中にて、アニールすることによ
り、膜硬化を行い、ポリイミド系樹脂６が成膜され、図
３（ｃ）に示すようになる。

【００１４】次に、図４の例について述べる。この図４
において、図３と同一部分には、同一符号を付して述べ
る。まず、図４（ａ）に示すように、図３（ａ）の場合
と同様にして、半導体基板上において、絶縁膜１上に形
成された配線パッド２上にリンを含む酸化膜３，窒化シ
リコン膜４を順次形成する。

【００１５】続いて、ポリイミド系樹脂６を塗布して、
必要に応じてプリベークを行い、次にレジスト（図示せ
ず）を塗布してパターニングし、これをマスクに連続ま
たは順次ポリイミド樹脂６，窒化シリコン膜４，酸化膜
３をエッチングにより除去して、開口部５を形成し、レ
ジストを除去することにより、図４（ａ）に示すような
構造とする。

【００１６】この後、２００℃，３００℃で、それぞれ
一時間ずつ窒素もしくは不活性ガス中でアニール処理を
行うことにより、ポリイミド系樹脂６を膜硬化させ、成
膜化することにより、図４（ｂ）のようになる。

【００１７】なお、この図３，図４の例では、レジスト
を用いて、ポリイミド系樹脂６をパターニングしている
が、レジストを用いずに、感光性ポリイミド系樹脂を用
いることも可能である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた製造方法では、図３，図４のいずれの方法でも、パ
ターニングされたポリイミド系樹脂６をアニールして硬
化させるための熱処理中に、ポリイミド系樹脂に含まれ
る溶媒や低分子のポリイミド前駆体などの有機系物質が
膜中より離脱し、これらの物質（カーボンがほとんど）
が配線パッド２上に図３（ｃ）および図４（ｂ）に示す
ように有機系物質８として付着することが発見された。
この有機系物質８は勿論、配線パッド２上のみならず、
ポリイミド系樹脂６上や、開口部の窒化シリコン膜４上
にも付着する。

【００１９】図５はこのような有機系物質８が配線パッ
ド２上に付着した状態で、金線９によるボンディングを
行った状態を示す断面図である。ある条件下でボンディ
ングしたこの金線８のシア（Shear)強度を測定すると、
１００ｇ以下になっている。

【００２０】一方、ポリイミド系樹脂６を用いない（た
とえば、図３（ａ））配線パッド２へ同条件でボンディ
ングした金線８のシア強度は１３０ｇを越えている。シ
ア強度の低下は半導体素子をプラスチックパッケージに
封入する際（あるいはモールドする際）に、溶融モール
ド材との接触圧力や温度によるストレスにより、ボンデ
ィング配線の剥離を起こすため、半導体素子の信頼性を
劣化させる。

【００２１】ボンディング強度を増すには、ボンディン
グ時の温度，時間，圧力を上げればよいが、熱や圧力に
よるストレスで配線パッド２の部分またはその近傍にク
ラック（割れ）を引き起こす。

【００２２】この発明は前記従来技術が持っている問題
点のうち、熱処理中に有機系物質が配線パッド上に付着
してシア強度の低下を招来し、半導体素子の信頼性を劣
化させる点と、ボンディング強度を増すと配線パッド部
またはその近傍でクラックが生じるという点について解
決した半導体素子の製造方法を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明は前記問題点を
解決するために、半導体素子の製造方法において、ウエ
ハ全面にポリイミド系またはＰＩＩ樹脂を塗布して所定
温度範囲内で順次高温側に一定温度で段階的に熱処理を
行う工程と、熱処理後にレジストを塗布してパターニン
グすることにより少なくともポリイミド系樹脂またはＰ
ＩＩ樹脂をエッチングする工程とを導入したものであ
る。

【００２４】

【作用】この発明によれば、半導体素子の製造方法にお
いて、以上のような工程を導入したので、ポリイミド系
樹脂またはＰＩＩ樹脂をウエハ全面に塗布後、まず熱硬
化処理を行い、成膜化して硬膜化した保護膜を形成し、
その後レジストを塗布してパターン化、そのパターン化
されたレジストをマスクにして、ホトリソグラフィ／エ
ッチング技術により少なくともポリイミド系樹脂あるい
はＰＩＩ樹脂の保護膜をエッチングしたので、ポリイミ
ド系樹脂あるいはＰＩＩ樹脂がエッチング前に硬膜化さ
れ、その後エッチングを行っても、有機系物質が配線パ
ッドに付着されなくなり、したがって、前記問題点が除
去できる。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の半導体素子の製造方法の実
施例について図面に基づき説明する。図１（ａ）〜図１
（ｃ）はこの発明の第１の実施例の工程断面図である。

【００２６】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板（図示せず）内あるいはこの半導体基板の上面に抵
抗，トランジスタなどの各種素子が形成された後、外部
接続端子用の配線パッド１２が絶縁膜１１上に形成され
る。

【００２７】この配線パッド１２は通常アルミニウム単
体またはＳｉ，Ｃｕを不純物として含むアルミニウムが
広く用いられている。勿論、配線のみでなく、トランジ
スタを形成する材料ともなり得る。

【００２８】次に、リンを含むシリコン酸化膜１３，窒
化シリコン膜１４を順次形成し、これを通常のホトリソ
グラフィ／エッチング技術を用いて、配線パッド１２上
のシリコン酸化膜１３および窒化シリコン膜１４を選択
的にエッチングにより除去し、開口部１５を形成する。
さらに、ポリイミド系樹脂１６を１０μｍ程度の厚さに
塗布する。

【００２９】なお、このポリイミド系樹脂１６を半導体
素子領域上に１０μｍ以上被覆することに関しては、特
開昭５８−１１６７５５号公報に記載されている。

【００３０】次に、２００℃，３００℃で各々連続に１
時間ずつ窒素もしくは不活性ガス中でアニール、膜硬化
を行う。すなわち、温度を順次ステップ的に上げてアニ
ールする。この処理により、ポリイミド系樹脂１６の溶
剤が脱ガスを起こすとともに、イミド化が促進され、ポ
リイミドとなる。このとき、ポリイミドは５μｍ程度に
濃縮される。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、表面にレ
ジスト１７を塗布するとともに、レジスト１７をパター
ニングすることにより、図１（ｂ）のごとき形状とな
る。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、このパタ
ーン化されたレジスト１７をマスクにして、ポリイミド
系樹脂１６をドライエッチングして除去した後、レジス
ト１７を除去する。

【００３３】このように、この発明では、ポリイミド系
樹脂１６のエッチング前にまず先に硬化アニール処理を
行っているので、硬化によりエッチングレートが下がっ
て、スループットが下がるが、ある程度のスループット
は犠牲にして、逆にボンディング条件を苛酷にするため
によるボンディングスループット低下、クラック発生な
どを防止できる。

【００３４】次に、この発明の第２の実施例について説
明する。図２（ａ）ないし図２（ｃ）はこの第２の実施
例の工程断面図である。この図２（ａ）〜図２（ｃ）に
おいて、図１（ａ）〜図１（ｃ）と同一部分には同一符
号を付して述べる。

【００３５】まず、図２（ａ）に示すように、絶縁膜１
１上にパターニングされたＡｌボンディングパッドによ
る配線パッド１２を形成し、この配線パッド１２上にリ
ンを含むシリコン酸化膜１３，窒化シリコン膜１４を順
次形成して、その上面にポリイミド系樹脂１６を塗布す
る。

【００３６】次に、２００℃，３００℃でそれぞれ連続
して１時間ずつ窒素もしくは不活性ガス中でアニール処
理により、膜硬化を行い、図２（ａ）のような構造にす
る。

【００３７】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
１７を塗布してパターニングして、このレジスト１７を
マスクにして、ポリイミド系樹脂１６，窒化シリコン膜
１４，シリコン酸化膜１３を順次エッチングにより除去
する。しかる後に、レジスト１７を除去することによ
り、図２（ｃ）に示すような構造となる。

【００３８】このようにしても、上記第１の実施例と同
様に、ポリイミド系樹脂１６の硬化を行った後、エッチ
ングするので、有機系物質の不純物が配線パッド１２上
に付着することを防止できる。

【００３９】なお、レジスト１７でポリイミド系樹脂１
６のみをエッチングしてレジスト１７の除去後、ポリイ
ミド系樹脂１６をエッチングマスクとして、下層の窒化
シリコン膜１４，シリコン酸化膜１３をエッチングする
ことも可能である。

【００４０】また、レジスト１７をマスクとして、ポリ
イミド系樹脂１６，窒化シリコン膜１４をエッチング
後、レジスト１７を除去し、ポリイミド系樹脂１６をマ
スクにシリコン酸化膜１３をエッチングすることも可能
である。

【００４１】さらに、上記各実施例では、ポリイミド系
樹脂１６を使用する場合について例示したが、ＰＩＩ樹
脂でもよいことは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、ポリイミド系樹脂またはＰＩＩ樹脂をウエハ全
面に塗布後、これの硬化アニールを目的で熱処理を先に
行った後、このポリイミド系樹脂またはＰＩＩ樹脂のエ
ッチングを行うようにしたので、このエッチング時に有
機系物質の不純物が配線パッド上に付着することがなく
なり、配線パッドへのワイヤボンディングの接合強度を
上げることができるとともに、ボンディングスループッ
トの低下、クラック発生などを防止でき、信頼性の高い
デバイスが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体素子の製造方法の第１の実施
例の工程断面図。

【図２】この発明の半導体素子の製造方法の第２の実施
例の工程断面図。

【図３】従来の半導体素子の製造方法の工程断面図。

【図４】従来の別の半導体素子の製造方法の工程断面
図。

【図５】図４の半導体素子の製造方法で製造された半導
体素子の断面図。

【符号の説明】

１１ 絶縁物 １２ 配線パッド １３ シリコン酸化膜 １４ 窒化シリコン膜 １５ 開口部 １６ ポリイミド系樹脂 １７ レジスト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ポリイミド系樹脂、またはポリイミド・
   イソインドロ・キナリゾジオン樹脂をウエハ全面に塗布
   する工程と、 上記ポリイミド系樹脂、またはポリイミド・イソインド
   ロ・キナリゾジオン樹脂を、窒素または不活性ガス中で
   熱処理を行うことにより硬化させ成膜化する工程と、 上記熱処理により成膜化された、少なくとも上記ポリイ
   ミド系樹脂、またはポリイミド・イソインドロ・キナリ
   ゾジオン樹脂をホトリソグラフィ／エッチング技術を用
   いてエッチングする工程と、よりなる半導体素子の製造
   方法。