專利名稱：低介電常數(shù)bcb樹脂的固化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到應(yīng)用于高速半導(dǎo)體光電子器件低介電常數(shù)BCB樹脂的固 化方法，該方法與傳統(tǒng)的光電子器件工藝兼容。BCB樹脂可作為脊型光波 導(dǎo)器件(半導(dǎo)體激光器、電吸收調(diào)制器、探測器或放大器等)鈍化隔離、平 坦化使用。
背景技術(shù)：
隨著因特網(wǎng)技術(shù)、光纖通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，對通信的傳輸速度、傳 輸容量要求也越來越高。無論是長途通信的干線網(wǎng)、廣域網(wǎng)，還是短途通 信的接入網(wǎng)、局域網(wǎng)等都需要大量的高速、低成本的光電子器件來支撐光 網(wǎng)絡(luò)的功能。半導(dǎo)體激光器、電吸收調(diào)制器和光探測器等作為光通信的核 心器件，必需滿足不斷增長的光傳輸容量網(wǎng)絡(luò)的要求。
傳統(tǒng)的脊波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，這種脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光電子器件的 3dB帶寬受到RC常數(shù)(電阻-電容)限制，特別對于電吸收調(diào)制器和光探 測器，要實現(xiàn)大于10GHz的帶寬，必需減小器件電容。該器件電容包括波 導(dǎo)下面的pn結(jié)結(jié)電容Cl和壓焊電極下面的寄生電容C2，如圖2所示(以 深脊型為例)，其中PN結(jié)結(jié)電容的大小由材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定，相比于寄 生電容C2要小得多，要實現(xiàn)高帶寬必需減小寄生電容。半導(dǎo)體材料(InP、 GaAs等)的介電常數(shù)均很大，例如，InP材料的介電常數(shù)為12.5。常見的 壓焊點電極下的填充材料有氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺(polyimide)等。 其中氧化硅的介電常數(shù)位于4-6之間，應(yīng)力作用使得二氧化化硅在半導(dǎo)體 上不能沉積的太厚，而且二氧化硅吸水性差，電特性易變。氮化硅介電常 數(shù)為7.9，同樣具有吸水性差、和半導(dǎo)體間應(yīng)力大等缺點。當前，最為廣 泛應(yīng)用的互連介質(zhì)材料是polyimide，它具有介電常數(shù)低(3. 2-3. 4)，和鋁/銅金屬化層的匹配性較好等優(yōu)點，但它的致命缺點是吸水率過大，往往在 它與金屬層之間還要加一層絕緣層或粘接層以防腐蝕或提高與金屬層的 粘結(jié)能力，而且固化溫度高(〉350度)，影響器件的可靠性和壽命。相對
Polyimide而言，BCB的介電常數(shù)為2. 65，具有優(yōu)良的性能(耐高溫、好 的機械性能、更小的介電常數(shù)、更小的介電損耗、更低的吸濕性和固化溫 度(〈300度)、優(yōu)異的應(yīng)力行為和良好的金屬粘附性)，而且平整度(〉90%) 優(yōu)于polyimicie。 BCB首先在電子電器領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，特別是該新型材 料的操作工藝步驟少，降低了制造成本，并逐步取代了 polyimide廣泛用 于多芯片模塊(multi-chip modules, MCM)和超大規(guī)模集成電路制造。
國內(nèi)還未見到BCB樹脂應(yīng)用于光電子器件中。使用BCB樹脂作為光電 子器件壓焊點電極下的材料，能極大的減小電容。因此，摸索與傳統(tǒng)光電 子制造工藝兼容的BCB樹脂工藝及為重要。BCB樹脂還可以作為脊型波導(dǎo) 的鈍化層和平坦化使用，保護脊波導(dǎo)，減小表面態(tài)，能夠獲得極低的暗電 流。由于BCB常溫下為流體狀，只有通過充分固化后才能定形，才能發(fā)揮 BCB的優(yōu)良性能。才能與p型電極的制作等后工藝兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，通過 采用階梯升溫的固化方法，能夠使BCB樹脂充分固化，形成低介電常數(shù)的 BCB樹脂薄膜。通過該方法固化后形成的BCB樹脂薄膜不僅能廣泛的應(yīng)用 于多芯片模塊(multi-chip modules, MCM)和超大規(guī)模集成電路制造中， 還能作為平坦化、電隔離鈍化用樹脂薄膜廣泛應(yīng)用與光電子器件中。特別 對于脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的高速多功能集成光電子器件，BCB樹脂薄膜能夠顯著 的減小寄生電容，并提高器件的可靠性。
本發(fā)明提供一種低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其是采用階梯升溫 的方式來固化BCB樹脂，包括三種階梯固化溫度，其特征在于，具體步驟 如下
步驟l:首先在半導(dǎo)體芯片表面涂覆一層粘附劑； 步驟2:通過旋轉(zhuǎn)方式在半導(dǎo)體芯片表面的粘附劑上涂覆一層液態(tài)BCB 樹脂，接著將涂覆好BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片放入固化爐中，并通入氮氣保護；
步驟3:加熱固化爐，使涂覆BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片達到一第一溫度， 穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑分布均勻；
步驟4:再將加熱固化爐升高到一第二溫度，穩(wěn)定一段時間，使BCB 樹脂中的溶劑充分揮發(fā)；
步驟5:再將加熱固化爐升高至一第三溫度，穩(wěn)定一段時間，在半導(dǎo) 體芯片表面形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜；
步驟6:將加熱固化爐的溫度降至一預(yù)定溫度，關(guān)氮氣，取出樣品， 完成固化工藝。
其中步驟1中的半導(dǎo)體芯片為InP、 GaAs或Si基的芯片。
其中步驟3所述的第一溫度為70度到100度之間，穩(wěn)定時間為20分 鐘到40分鐘之間。
其中步驟4所述的第二溫度為140度到160度之間，穩(wěn)定時間為50 分鐘到90分鐘之間。
其中歩驟5所述的第三溫度為250度到325度之間，穩(wěn)定時間為30 分鐘到90分鐘之間。
其中步驟6所述的預(yù)定溫度為20度到150度之間。
其中形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜的介電常數(shù)為2. 65。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說 明如后，其中
圖l(a)、圖l(b)為現(xiàn)有的深脊型波導(dǎo)和淺脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖2(a)、圖2(b)為現(xiàn)有的普通脊型波導(dǎo)電容分布示意圖和填充BCB
薄膜脊型波導(dǎo)電容分布示意圖； 圖3為本發(fā)明的方法流程圖。
具體實施例方式
請結(jié)合參閱圖3所示，本發(fā)明一種低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法， 其是采用階梯升溫的方式來固化BCB樹脂，包括三種階梯固化溫度，具體步驟如下；
步驟l:首先在半導(dǎo)體芯片表面涂覆一層粘附劑(步驟SIO)，所述的
半導(dǎo)體芯片為InP、 GaAs或Si基的芯片，該粘附劑的作用是為了增強步 驟2中所涂覆的BCB樹脂與半導(dǎo)體芯片的粘附能力。特別是當半導(dǎo)體芯片 表面為二氧化硅、氮化硅、銅或鋁等物質(zhì)時，涂覆BCB樹脂前涂覆該粘附 劑效果明顯，即使芯片經(jīng)過超聲波處理，所涂覆的BCB樹脂仍和半導(dǎo)體芯 片粘附牢靠；
步驟2:通過旋轉(zhuǎn)方式在半導(dǎo)體芯片表面的粘附劑上涂覆一層液態(tài)BCB 樹脂(步驟S20)，接著將涂覆好BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片放入固化爐中，并 通入氮氣保護。通過改變旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速能夠控制BCB樹脂的厚度，例如轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/分時，所涂覆的BCB樹脂厚度為3. 7微米，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分 時，所涂覆的BCB樹脂厚度為4. 1微米，轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分時，所涂覆的 BCB樹脂厚度為6.9微米；
步驟3:加熱固化爐，使涂覆BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片達到一第一溫度 (步驟S30)，穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑分布均勻，所述的第一 溫度為70度到100度之間，穩(wěn)定時間為20分鐘到40分鐘之間；
步驟4:再將加熱固化爐升高到一第二溫度(步驟S40)，穩(wěn)定一段時 間，使BCB樹脂中的溶劑充分揮發(fā)，所述的第二溫度為140度到160度之 間，穩(wěn)定時間為50分鐘到90分鐘之間。
步驟5:再將加熱固化爐升高至一第三溫度(步驟S50)，穩(wěn)定一段時 間，使BCB樹脂充分固化，在半導(dǎo)體芯片表面形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜， 其介電常數(shù)為2. 65，所述的第三溫度為250度到325度之間，穩(wěn)定時間為 30分鐘到90分鐘之間，當溫度低于325度，穩(wěn)定時間小于90分鐘時，不 影響半導(dǎo)體芯片的可靠性；
步驟6:將加熱固化爐的溫度降至一預(yù)定溫度(步驟S60)，所述的預(yù) 定溫度為20度到150度之間，關(guān)氮氣，取出樣品，完成固化工藝，按此 操作形成的BCB樹脂能與光電子器件的后工藝相兼容，當BCB樹脂表面蒸 鍍上Ti/Au電極等，即使經(jīng)過200度以上的高溫壓焊。
權(quán)利要求
1.一種低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其是采用階梯升溫的方式來固化BCB樹脂，包括三種階梯固化溫度，其特征在于，具體步驟如下步驟1首先在半導(dǎo)體芯片表面涂覆一層粘附劑；步驟2通過旋轉(zhuǎn)方式在半導(dǎo)體芯片表面的粘附劑上涂覆一層液態(tài)BCB樹脂，接著將涂覆好BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片放入固化爐中，并通入氮氣保護；步驟3加熱固化爐，使涂覆BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片達到一第一溫度，穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑分布均勻；步驟4再將加熱固化爐升高到一第二溫度，穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑充分揮發(fā)；步驟5再將加熱固化爐升高至一第三溫度，穩(wěn)定一段時間，在半導(dǎo)體芯片表面形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜；步驟6將加熱固化爐的溫度降至一預(yù)定溫度，關(guān)氮氣，取出樣品，完成固化工藝。
2. 按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在 于，其中步驟l中的半導(dǎo)體芯片為InP、 GaAs或Si基的芯片。
3. 按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在 于，其中步驟3所述的第一溫度為70度到100度之間，穩(wěn)定時間為20分 鐘到40分鐘之間。
4. 按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在 于，其中步驟4所述的第二溫度為140度到160度之間，穩(wěn)定時間為50 分鐘到90分鐘之間。
5. 按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在 于，其中步驟5所述的第三溫度為250度到325度之間，穩(wěn)定時間為30 分鐘到90分鐘之間。
6. 按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在于，其中步驟6所述的預(yù)定溫度為20度到150度之間。
7.按權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，其特征在 于，其中形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜的介電常數(shù)為2. 65。
全文摘要
一種低介電常數(shù)BCB樹脂的固化方法，具體步驟如下步驟1在半導(dǎo)體芯片表面涂覆一層粘附劑；步驟2通過旋轉(zhuǎn)方式在半導(dǎo)體芯片表面的粘附劑上涂覆一層液態(tài)BCB樹脂，接著將涂覆好BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片放入固化爐中，并通入氮氣保護；步驟3加熱固化爐，使涂覆BCB樹脂的半導(dǎo)體芯片達到一第一溫度，穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑分布均勻；步驟4再將加熱固化爐升高到一第二溫度，穩(wěn)定一段時間，使BCB樹脂中的溶劑充分揮發(fā)；步驟5再將加熱固化爐升高至一第三溫度，穩(wěn)定一段時間，在半導(dǎo)體芯片表面形成低介電常數(shù)的樹脂薄膜；步驟6將加熱固化爐的溫度降至一預(yù)定溫度，關(guān)氮氣，取出樣品，完成固化工藝。
文檔編號H01L21/02GK101625983SQ20081011641
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者帆 周, 潘教青, 圩 王, 程遠兵, 陳娓兮 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所