JPS60247931A - 感光性耐熱絶縁膜の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は感光性耐熱絶縁膜、特に感光性ポリイミドのパ
ターン化後の熱処理技術に関する。

〔背景技術〕

近年、トランジスタ、ＩＣあるいはＬＳＩにおいて、そ
の保護膜としであるい紘、多層配線間の絶縁膜としてポ
リイミド系樹脂が注目されている。

ポリイミド系樹脂は耐熱性がすぐれていることの他にシ
リコン酸化物や窒化物などの無機系絶縁膜材に比べて平
坦化が容易でｓｂ、さらに製品の歩留りや信頼性が高い
などの多くの利点を有する。

このようなポリイミド系樹脂は、また、従来の多層配線
層間絶縁膜形成プロセスの合理化を目的に、ホトレジス
トと絶縁膜の機能を併せもつ感光性耐熱材料としての開
発もすすみ、相次いでその結果が発表されている。（（
イ）平木、江ロ：感光性耐熱絶縁剤、電子材料１９８１
年１１月Ｐ４７゜←）圧子、籾他：感光性ポリイミドに
よる微細パターン形成法、電子材料１９８３．７月Ｐ、
３０）本出願人によシ開発された感光性耐熱絶縁膜であ
る感光性ポリイミドは全芳香族系ポリイミドの前駆体に
ビスアジドなどの感光基を結合させた高純度の感光性重
合体組成物を含むものである。この感光性ポリイミドに
おいて、感度はＬＳＩ用高感度ゴム系ホトレジストと同
等以上であり、解像性にすぐれ、耐熱性、電気的機械的
特性は現在ＬＳＩなどに用いられるポリイミド系樹脂と
同等以上である（電子材料１９８３年７月、Ｐ、３０）
。

この感光性ポリイミドによるパターン化されたポリイミ
ド被膜形成にあたっては、そのフェスをスピンナ塗布し
、８０℃２０分プリベーク後、従来のホトレジストの場
合と同様に選択的露光、現像処理を行い、感光性ポリイ
ミド膜のパターニング後、２００’Ｃ，３０分及び３５
０°Ｇ６０分の熱処理を行って硬化したポリイミド膜を
形成している。

ところで本発明者等の検討したところによれば、感光性
ポリイミドの熱処理に・よって得られるポリイミド膜の
耐熱性が、熱処理条件（温度０時間）によって著しく異
なるという現象があることがわかった。従来から用いら
れている耐熱絶縁材としてのポリイミドの場合、フェス
状態から熱処理によってポリイミド膜を形成する場合、
３５０’Ｃ以上の温度で、熱処理を行なえば、熱処理後
のポリイミド膜の耐熱性ははとんど変化しない。

従って、感光性ポリイミドの熱処理によって得られるポ
リイミド膜を用いる場合、表るべく高温。

長時間の熱処理が好ましい。しかし、感光性ポリイミド
を適用する装置例えば半導体装置によっては、最終の熱
処理条件によってその装置の特性（たとえば耐圧特性）
が変動または劣化してしまうことがある。

上記の理由で、感光性ポリイミドを用いる場合熱処理条
件は従来から用いられているポリイミド膜の形成の場合
のように、容゛易に決定することができない。感光性ポ
リイミドの熱処理条件は、得られるポリイミド膜の耐熱
性とこれを用いた装置の耐熱性との組合せをうまく調和
させる必要がある。

すなわち、感光性ポリイミドを使ったポリイミド膜の耐
熱性はポリイミド化（硬化）する際の熱処理条件によっ
て左右され、上記耐熱性を向上させるためには高温度、
長時間熱処理がよい。しかし、高温長時間処理が過度に
なると、適用している製品本体である半導体素子の電気
的機械的特性が劣化するという２つの相反する結果とな
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点を考慮してなされたものであり、その
目的は上記の２つの相反する傾向を調和させ、感光性ポ
リイミドのポリイミド化の際の熱処理条件を最適化し、
最も信頼性のある製品（半導体装置）を製造することの
できる感光性ポリイミドの熱処理技術を提供することに
ある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記のとおシである。

すなわち、基体上に塗布した感光性ポリイミド膜を選択
的に露光し現像処理した後、熱処理によって所要のパタ
ーン化され硬化したポリイミド膜を形成するＫあたって
、上記ポリイミド膜に必要とする耐熱性の度合に応じて
、上記感光性ポリイミドの最終熱処理の際に最適の温度
及び時間を選ぶもので、たとえば、全芳香族系ボＩＪ　
ミイドの前駆体にビスアジド光架橋剤を結合させた感光
性重合体組成物を含む感光性ポリイミドを使用し、パタ
ーン化したポリイミド膜の耐熱性が４５０’ｃ程度を必
要とする場合には最終熱処理を４００〜４３０℃で６０
分程度とし、耐熱性が４７０℃を必要とする場合には最
終熱処理温度４３０６Ｃ〜４５０℃で６０分程度とする
ことにより、製品によって必要な耐熱性が得られるとと
もにその製品の特性を確保できる耐熱絶縁膜が得られ前
記目的を達成できる。

〔実施例１〕 第１図（１バ２）は本発明による樹脂封止形半導体装置
用ポリイミド膜形成プロセスを示すチャート図、第２図
乃至第７図は第１図の（ａ）〜（ｆ）に対応する工程断
面図である。

以下、各工程に従って詳細に説明する。

（ａ）　半導体（Ｓｉ）基板１の一部にＰ′″型拡散、
？型拡散を選択的に行って第２図に示すよう忙トランジ
スタ尋の半導体素子２を形成し、基板表面の絶縁膜（Ｓ
ｉＯ，）３の一部をホトエッチして素子の外部への電気
的信号数シ出しのためのコンタクト孔４をあける。

（ｂ）アルミニウム（Ａｄ）を、蒸着し、ホトエツチン
グ法によりＡｌ膜のパターニングを行い、Ａｌ電極（配
＠）５を第３図のように形成する。

（ｃ）　第４図に示すように、全面を覆うように感光性
ポリイミド膜６を形成する。

この感光性ボリイはド膜６の形成にあたりでは、４７０
℃１５分の熱処理を行ってコンタクト孔（４ンでの接触
抵抗を十分に低くする。この後、フェス中の樹脂濃度１
４重量％、粘度３０ポアズの感光性ボリイばドを、回転
数３０００γＰｍで３０秒間スピンナー塗布する。

この感光性ポリイミドとして、ポリアミド酸。

ビスアジド光架橋剤、炭素−炭素二重結合を有するアミ
ン化合物、分子内に１個以上の水酸基を含みかつその沸
点が常圧で１５０℃以上の化合物とからなる感光性重合
体組成物において、ポリアミド酸の構造が一般式： （ただしＲ′は２価の芳香族環含有有機基又はケイ素含
有有機基を表わす） の繰）返し単位で表わされるポリアミド酸を用いた感光
性重合体組成物を使用する。スピンナー塗布後、８０℃
２０分のプリベークを行なう。

この時、感光性ポリイミドの膜厚は約４．５μｍである
。

（ｄ）　この後、第５図に示すようにマスク７を通して
通常のホトレジストの場合と同様に、３５０〜４３０　
ｎｍの紫外線を用いて感光を行なう。

感光エネルギーとしては１００　ｍＪ／ｃｔｄが適当で
あるが、パターン加工精度等考慮し、２０〜２００　ｍ
Ｊ／ｃｒｄ　６り範囲で適当に選べる。

（ｅ）　感光後、ＮＭＰ　（ノルマルメチルピロリドン
）：水＝４　：　１　（容積比）組成の現像液に２５℃
、１０分間浸漬し現像を行なう。この時、感光性ポリイ
ミドの膜厚は約４μｍである。この現像によって感光性
ポリイミド膜の未蓼光部分は溶解除去され、第６図に示
すように１配線５の一部が露光するようにスルーホール
８があけられる。このあと洗浄液によりポリイミド未露
光部の残滓を取り除く。

（ｆ）　このあと２００℃で３０分及び４００℃で３０
分の熱処理を行ない、第７図に示すように４１０℃の耐
熱性を有するポリイミド膜９を形成する。この４１０℃
は樹脂モールドの際の処理温度に耐える温度である。

（ｇ）　つづいてウェハ状態の半導体基板のスクライブ
（又はダイシング）を行って個々にＩＣ（又はＬＳＩ）
を含むチップ（ベレット）に分割する。第８図（ａ）〜
（ｅ）はペレット化後の半導体基板をリードフレームに
組み立て樹脂モールドによる封止を行うプロセスのチャ
ー）Ｎである。第９図乃至第１１図は第８図に対応する
工程断面図、第１２図は完成時の形態を示す斜面図であ
る。

（＆）ペレツト付は用タブ１０と複数のり−ド１１を一
枚の金属板に一体に形成したリードフレームを用意する
。

（ｂ）　ペレットポンダを用い、熱処理硬化されたポリ
イミド膜を有するチップ１２をリードフレームのタブ１
０上に銀ペースト等で接着し、１８０℃、９０分の熱処
理によって第９図に示すようにチップ１２をリードフレ
ームに固定する。

（ｃ）　リードフレームとチップを２００’Ｃに加熱し
、超音波熱圧着ボンディング法にょシ第１０図に示すよ
うに金（Ａｕ）線を用いてチップ１２における各配線の
端子（ポンディングパッド）と周辺のリード１１間に電
気的導通用のワイヤ１３を設ける。

（ｄ）エポキシ系レジンを用い、１８０℃でトランスフ
ァーモールドにょシ、第１１図に示すように半導体チッ
プをレジン（樹脂）体１４で封止する。

（ｅ）　さいごにレジン体１４の外側でリード間を切り
離し、第１２図に示すようにレジン封止牛導体装渡を完
成する。

〔効果〕

第１８図は本発明者による感光性ポリイミドの糧々の熱
処理条件とこの熱処理により得られたポリイミド膜の耐
熱性（定速温度上昇法で重量減少が１％となる温度）と
の関係を示す。

例えば、４００℃３０分の最終熱処理条件では、４１０
℃の耐熱性（図中Ｃ点）であるが４００℃６０分では４
４０℃（図中り点）の耐熱性であり、４３０°Ｇ３０分
の熱処理では４４５°Ｃ（図中Ｅ点）の耐熱性となる。

本発明で用いた感光性ポリイミドから得られる最高耐熱
温度は４９０　’Ｃであシ、熱処理条件を如何に工夫し
てもこれ以上の耐熱性は得られない。この温度は感光性
ポリイミドに用いているペースポリマーの熱分解温度に
対応している。

実施例で述べた本発明の工程では、感光性ポリイミド膜
の最終熱処理後にかかる最高温度は２００℃程度であり
、４１０℃の耐熱性を有するポリイミド膜で十分その役
割を果すことができる。

本工程において、感光性ポリイミドの耐熱性をなるべく
高くするため、４５０℃６０分の最終熱処理を行なうと
コンタクト孔（６）でのＮ型Ｓ　１　（２）とＡｌ電極
（５）との反応がすすみ、特性の劣化が生じてしまう。

従って本工程においては素子の特性の点ではなるべく低
い熱処理温度が好ましく、ポリイミドの耐熱性の点から
は、なるべく高い温度の熱処理が好ましい。両者の兼合
いから、４００℃３０分の最終熱処理条件が本プロセス
では最も好ましいということがわかる。

〔実施例２〕 本発明の他の実施例として、例えば半導体チップを低融
点ガラスを用いてセラミックパッケージに封止するガラ
ス封止製品に適用する場合がある。

この場合、半導体基板（ウェハ）段階で選択的不純物拡
散による菓子形成、アルミニウム配線形成、感光性ポリ
イミドのフェス塗布、露光・現像の各工程は実施例１の
工程（ａ）〜（ｅ）で述べ嬉１図乃至第６図で図示した
場合と同様である。しかし現像後の熱処理工程及びその
後のパッケージの紹立工程では下記のように異なってく
る。すなわち、第１図（ｆ）、第７図に示される熱処理
工程では感光性ポリイミドの最終熱処理条件として４３
０℃。

６０分あるいは４５０℃、３０分の熱処理を行う９第１
３図（＆）〜（ｅ）はペレット化後の半導体チップをセ
ラミックパッケージに封止するプロセスのチャード図で
ある。第１４図乃至第１６図は第１３図に対応する工程
断面図、第１７図は完成時の形態を示す斜面図である。

（ａ）第１４図に示すように上部に開口部を有し、内外
をメタライズ配線１５で導通された、配線外部にリード
１６が取付けられたセラミックパッケージ１７を用意す
る◎ （ｂ）　セラミックパッケージの内部にチップ化され六
半導体チップ１８をｈｇペースト等を用いて接続する。

（ｃ）第１５図に示すようにチップの配線端子とパッケ
ージのメタライズ配線間をワイヤ１９で接続する。

（ｄ）　第１６図に示すようにパッケージ１７の上部に
金属又は七２ξツクからなる蓋＄２０ｔ−１！：ねて低
融ガラス２１を用い４７０℃で封止を行う。

（ｅ）　第１７図は半導体チップを内蔵されガラス封止
されたセラミックパッケージの外部形態を示すものであ
る。

〔効果〕

実施例２のように本発明をガラス封止製品に適用する場
合は、ガラス封止温度が４７０℃になることもちシ、こ
の場合にはコンタクト孔でのＡＩ電極と８１　との反応
はＡ！電極としてＡｌ−２％８１合金を用い、感光性ポ
リイミドの最終熱処理条件としては４３０℃６０分ある
いは４５０℃３０分の熱処理（第１８図参照）を行なう
ことによって、ガラス封止温度に耐えられるポリイミド
膜を形成することができる。ここで前者の場合Ｍ電極と
して純ＡＪを用い、後者の場合、Ａｌ−２％Ｓｉ合金を
用いた。前者に対してもＡ１２％８１合金膜を用いれば
よいのではないがという疑問が生じるが、Ｓｉ　基板に
対して純ＡＡとＡＪ−２％Ｓ１合金膜とでは電気的特性
（例えばシ１ットキーバリャ高さ）が異なシ、ＩＣとし
て良好な特性を得ることができず、製品によっては、純
Ａｌ電極を使用せざるを得々いということである。

〔利用分野〕

本発明はポリイミド膜をパッシベイションに使用する半
導体装置（トランジスタ、ＩＣ）一般に利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図→ミーはポリイミド膜を有する半導体装置の製造
プロセスのチャート図、第２図乃至第７図は本発明の一
実施例を示すものであって、第１図に対応する工程断面
図である。 第８図−＝→ね半導体装置の組立プロセスの一つの例を
示すチャート図、第９図乃至第１１図は第８図に対応す
る工程断面図、第１２図は完成状態を示す斜面図である
。 第１３図徊−→ね半導体装置の組立プロセスの他の例を
示すチャート図、第１４図乃至第１６図は第１３図に対
応する工程断面図、第１７図は完成状態を示す斜面図で
ある・ 第１８図は感光性ポリイミドの耐熱性と熱処理時間を示
す関係曲線図である。 １・・・半導体基板、２・・・半導体素子、３・・・酸
化膜、４・・・コンタクト孔、５・・・アルミニウム配
線、６・・・感光性ポリイミド膜、７・・・マスク、８
・・・スルーホール、９・・・ポリイミド膜。 ！・パ 第　１　図　第　２　図 第　８　図 第１８図 迅提吟Ｆ、ｉ’ｌ（釦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上に塗布した感光性耐熱絶縁膜を選択的露光し
   、現像処理した後に熱処理して所定形状の耐熱絶縁膜を
   形成するにあたって、その耐熱絶縁膜に必要とする耐熱
   性の程度に応じて上記感光性耐熱絶縁膜の最終熱処理の
   段階で最適の処理温度及び時間を選ぶことを特徴とする
   感光性耐熱絶縁膜の処理方法。 ２、上記感光性耐熱絶縁膜は全芳香族系ポリイミドの前
   駆体にビスアジド光架橋剤を結合させた感光性重合体組
   成物を含み、所要とする形状のポリイミド膜の耐熱性が
   ４５０℃程度の場合には最終熱処理を４００〜４３０℃
   で６０分程度とし耐熱性が４７０℃程関以上の場合には
   最終熱処理を４３０〜４５０℃６０分程度とする特許請
   程度範囲第１項に記載の感光性耐熱絶縁膜の処理方法。 ３、上記感光性重合体組成物はポリアミド酸、ビスアジ
   ド光架橋剤、炭素−炭素二重結合を有するアミン化合物
   分子内に１個以上の水酸基を含みかつその沸点が常圧で
   １５０℃以上の化合物とから成る感光性重合体組成物に
   おいて、ポリアミド酸の構造が一般式： （但し、Ｒ′は２価の芳香族環含有有機基又はケイ素含
   有有機基を表わす） の繰り返し単位で表わされるポリアミド酸を用いる特許
   請求の範囲第２項に記載の感光性耐熱絶縁膜の処理法。