[发明专利]低介电常数BCB树脂的固化方法

说明书

技术领域

本发明涉及到应用于高速半导体光电子器件低介电常数BCB树脂的固化方法，该方法与传统的光电子器件工艺兼容。BCB树脂可作为脊型光波导器件(半导体激光器、电吸收调制器、探测器或放大器等)钝化隔离、平坦化使用。

背景技术

随着因特网技术、光纤通讯技术的迅猛发展，对通信的传输速度、传输容量要求也越来越高。无论是长途通信的干线网、广域网，还是短途通信的接入网、局域网等都需要大量的高速、低成本的光电子器件来支撑光网络的功能。半导体激光器、电吸收调制器和光探测器等作为光通信的核心器件，必需满足不断增长的光传输容量网络的要求。

传统的脊波导器件结构如图1所示，这种脊波导结构的光电子器件的3dB带宽受到RC常数(电阻-电容)限制，特别对于电吸收调制器和光探测器，要实现大于10GHz的带宽，必需减小器件电容。该器件电容包括波导下面的pn结结电容C1和压焊电极下面的寄生电容C2，如图2所示(以深脊型为例)，其中PN结结电容的大小由材料结构和性质决定，相比于寄生电容C2要小得多，要实现高带宽必需减小寄生电容。半导体材料(InP、GaAs等)的介电常数均很大，例如，InP材料的介电常数为12.5。常见的压焊点电极下的填充材料有氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺(polyimide)等。其中氧化硅的介电常数位于4-6之间，应力作用使得二氧化化硅在半导体上不能沉积的太厚，而且二氧化硅吸水性差，电特性易变。氮化硅介电常数为7.9，同样具有吸水性差、和半导体间应力大等缺点。当前，最为广泛应用的互连介质材料是polyimide，它具有介电常数低(3.2-3.4)，和铝/铜金属化层的匹配性较好等优点，但它的致命缺点是吸水率过大，往往在它与金属层之间还要加一层绝缘层或粘接层以防腐蚀或提高与金属层的粘结能力，而且固化温度高(＞350度)，影响器件的可靠性和寿命。相对Polyimide而言，BCB的介电常数为2.65，具有优良的性能(耐高温、好的机械性能、更小的介电常数、更小的介电损耗、更低的吸湿性和固化温度(＜300度)、优异的应力行为和良好的金属粘附性)，而且平整度(＞90％)优于polyimide。BCB首先在电子电器领域获得了应用，特别是该新型材料的操作工艺步骤少，降低了制造成本，并逐步取代了polyimide广泛用于多芯片模块(multi-chip modules，MCM)和超大规模集成电路制造。

国内还未见到BCB树脂应用于光电子器件中。使用BCB树脂作为光电子器件压焊点电极下的材料，能极大的减小电容。因此，摸索与传统光电子制造工艺兼容的BCB树脂工艺及为重要。BCB树脂还可以作为脊型波导的钝化层和平坦化使用，保护脊波导，减小表面态，能够获得极低的暗电流。由于BCB常温下为流体状，只有通过充分固化后才能定形，才能发挥BCB的优良性能。才能与p型电极的制作等后工艺兼容。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低介电常数BCB树脂的固化方法，通过采用阶梯升温的固化方法，能够使BCB树脂充分固化，形成低介电常数的BCB树脂薄膜。通过该方法固化后形成的BCB树脂薄膜不仅能广泛的应用于多芯片模块(multi-chip modules，MCM)和超大规模集成电路制造中，还能作为平坦化、电隔离钝化用树脂薄膜广泛应用与光电子器件中。特别对于脊型波导结构的高速多功能集成光电子器件，BCB树脂薄膜能够显著的减小寄生电容，并提高器件的可靠性。

本发明提供一种低介电常数BCB树脂的固化方法，其是采用阶梯升温的方式来固化BCB树脂，包括三种阶梯固化温度，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：首先在半导体芯片表面涂覆一层粘附剂；

步骤2：通过旋转方式在半导体芯片表面的粘附剂上涂覆一层液态BCB树脂，接着将涂覆好BCB树脂的半导体芯片放入固化炉中，并通入氮气保护；

步骤3：加热固化炉，使涂覆BCB树脂的半导体芯片达到一第一温度，稳定一段时间，使BCB树脂中的溶剂分布均匀；

步骤4：再将加热固化炉升高到一第二温度，稳定一段时间，使BCB树脂中的溶剂充分挥发；

步骤5：再将加热固化炉升高至一第三温度，稳定一段时间，在半导体芯片表面形成低介电常数的树脂薄膜；

步骤6：将加热固化炉的温度降至一预定温度，关氮气，取出样品，完成固化工艺。

其中步骤1中的半导体芯片为InP、GaAs或Si基的芯片。

其中步骤3所述的第一温度为70度到100度之间，稳定时间为20分钟到40分钟之间。