CN111399350A - 一种图案化光敏bcb半导体结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，包括S1，在外延结构的衬底表面生长第一层二氧化硅薄膜，并在第一层二氧化硅薄膜上制作第一个光刻胶图形；S2，制作完成后，去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜，并采用碱溶液去除表面的光刻胶；S3，在剩余的第一层二氧化硅薄膜上涂覆光敏BCB，并光刻光敏BCB直至暴露出衬底，然后进行固化，并刻蚀光敏BCB；S4，在图案化的光敏BCB表面沉积第二层二氧化硅薄膜，并在第二层二氧化硅薄膜上制作第二个光刻胶图形；S5，制作完第二个光刻胶图形后，去除曝光区域的第二层二氧化硅薄膜，并采用有机溶液去除表面的光刻胶。本发明解决了在半导体工艺制造过程中光敏BCB遇碱性溶液发生反应而破裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体为一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法。
背景技术
随着高速通信技术的发展，对频率和速率要求越来越高，对半导体芯片加工的尺寸、绝缘隔热，寄生参数等方面的要求也越来越高。为提高芯片的高频响应特性，一方面可以降低芯片的寄生电阻，另一方面可以降低芯片的寄生电容。降低寄生电容则可选用低介电常数的薄膜作为介质层，或者可以增加介质层的厚度。
BCB(苯并环丁烯)是一种性能优良的介质膜，具有高热稳定性和化学稳定性，低的吸湿率，高的薄膜平整度和低的固化温度，关键是在较宽的温度和频率范围内，表现出较低的介电常数和损耗(介电常数为2.65(1KHz-20GHz))，良好的绝缘性，击穿电压为5.3MV/cm，被广泛的应用于微电子制造领域。
BCB分光敏和干刻两种，光敏BCB可通过普通光刻的方法得到特定图形，制作相对简单。但光敏BCB现有的加工工艺还需要优化，不光在光敏BCB图案化过程本身，其后续还有数道工艺，更要避免其免受腐蚀和损坏。
半导体激光器芯片制作过程中有多次去胶工艺，常规的方法是采用碱性溶液清洗去胶，比较方便快捷。但若在制作了BCB的半导体表面还采用此方法去胶，会导致BCB薄膜开裂破损，影响了作为介质膜的BCB的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，采用有机溶液进行第二次去胶工艺，解决了在半导体工艺制造过程中光敏BCB遇碱性溶液发生反应而破裂的问题，保证了光敏BCB介质膜质量稳定可靠，同时减少了由光敏BCB破裂造成的芯片损坏，也较大程度提高了制品良率。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，包括如下步骤：
S1，在外延结构的衬底表面生长第一层二氧化硅薄膜，并在所述第一层二氧化硅薄膜上制作第一个光刻胶图形；
S2，制作完成后，去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜，并采用碱溶液去除表面的光刻胶；
S3，在剩余的所述第一层二氧化硅薄膜上涂覆光敏BCB，并光刻所述光敏BCB直至暴露出衬底，然后进行固化，并刻蚀所述光敏BCB；
S4，在图案化的光敏BCB表面沉积第二层二氧化硅薄膜，并在所述第二层二氧化硅薄膜上制作第二个光刻胶图形；
S5，制作完所述第二个光刻胶图形后，去除曝光区域的第二层二氧化硅薄膜，并采用有机溶液去除表面的光刻胶。
进一步，在所述S2步骤中，具体的，采用BOE湿法腐蚀或RIE刻蚀的方法去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜，并采用20％的KOH溶液去除表面的光刻胶。
进一步，在所述S3步骤中，在涂覆光敏BCB前，在衬底表面旋涂一层增粘剂，经过110℃烘烤并冷却3min后在其上旋涂一层厚度为0.5-3um的光敏BCB。
进一步，在所述S3步骤中，在曝光机上将光敏BCB曝光，接着烘烤5min，然后分别在45℃和室温下的显影液里显影，再烘烤1min，将掩膜版上的图形转移到光敏BCB上。
进一步，光敏BCB图形为45°倒角的多边形。
进一步，在所述S3步骤中，固化的方式具体为：将显影后的外延片放入退火炉中，在氮气气氛中，采用多级升温保温的方式将光敏BCB进行固化。
进一步，多级升温保温的方式为：第一级保温为70℃保温300s，第二级保温为150℃保温900s，第三级保温为300℃保温3600s。
进一步，在所述S3步骤中，刻蚀光敏BCB的方式具体为：在反应离子刻蚀机中，以CHF3：O2流量比1：4，气体压强为200mTorr，射频功率为200W的条件对光敏BCB进行刻蚀，去除光敏BCB表面残留的聚合物，去除量在50-200nm之间。
进一步，在所述S5步骤中，有机溶液为N-甲基吡咯烷酮或丙酮。
进一步，采用有机溶液去除光刻胶的具体方式为：先在加热的有机溶液中清洗，接着在乙醇中清洗，然后在去离子水中清洗，最后采用氧气等离子体中辉光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，采用有机溶液进行第二次去胶工艺，解决了在半导体工艺制造过程中光敏BCB遇碱性溶液发生反应而破裂的问题，保证了光敏BCB介质膜质量稳定可靠，同时减少了由光敏BCB破裂造成的芯片损坏，也较大程度提高了制品良率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种图案化光敏BCB半导体结构的示意图；
附图标记中：1-衬底；2-第一层二氧化硅薄膜；3-光敏BCB；4-第二层二氧化硅薄膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，包括如下步骤：S1，在外延结构的衬底1表面生长第一层二氧化硅薄膜2，并在所述第一层二氧化硅薄膜2上制作第一个光刻胶图形；S2，制作完成后，去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜2，并采用碱溶液去除表面的光刻胶；S3，在剩余的所述第一层二氧化硅薄膜2上涂覆光敏BCB3，并光刻所述光敏BCB3直至暴露出衬底1，然后进行固化，并刻蚀所述光敏BCB3；S4，在图案化的光敏BCB3表面沉积第二层二氧化硅薄膜4，并在所述第二层二氧化硅薄膜4上制作第二个光刻胶图形；S5，制作完所述第二个光刻胶图形后，去除曝光区域的第二层二氧化硅薄膜4，并采用有机溶液去除表面的光刻胶。在本实施例中，外延结构的衬底1层为InP材质，第一层二氧化硅薄膜2是采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)法生长而成，其厚度控制在150nm，可以便于后续的制作，接着再在第一层二氧化硅薄膜2表面旋涂一层光刻胶并采用光刻的方法得到第一个光刻胶图形。同样，在S4步骤中再采用PECVD法生长一层3000A的第二层二氧化硅薄膜4，接着再在第二层二氧化硅薄膜4表面旋涂一层层光刻胶并采用光刻的方法得到第二个光刻胶图形。最后通过有机溶液去除掉第二个光刻胶，可以避免BCB介质膜受到破坏，因为BCB介质骨架中含硅基，采用现有的碱性溶液去胶的方法，会使BCB与氢氧根发生反应。若BCB与表层SiO2薄膜结合不够紧密或表层SiO2薄膜本身致密性较差存在针孔缺陷，则含有氢氧根的碱性溶液会穿透过SiO2膜层进入BCB层并与之反应，使BCB薄膜破裂。BCB薄膜的质量变差，其可靠性变差。采用所述方法能够较好的规避此风险点，既能够有效进行光敏BCB3制作后的半导体工艺中的去胶工艺，又能够使BCB介质膜不受破坏保证其质量稳定可靠。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S2步骤中，具体的，采用BOE湿法腐蚀或RIE(反应离子刻蚀)刻蚀的方法去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜2，并采用20％的KOH溶液去除表面的光刻胶。在本实施例中，BOE为HF与NH4F的混合液。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S3步骤中，在涂覆光敏BCB3前，在衬底1表面旋涂一层增粘剂，经过110℃烘烤并冷却3min后在其上旋涂一层厚度为0.5-3um的光敏BCB3。在本实施例中，旋涂一层增粘剂可以便于光敏BCB3的涂覆。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S3步骤中，暴露出衬底1的方法是，在曝光机上将光敏BCB3曝光，接着烘烤5min，然后分别在45℃和室温下的显影液里显影，再烘烤1min，将掩膜版上的图形转移到光敏BCB3上。优选的，光敏BCB3图形为45°倒角的多边形。在本实施例中，设为多边形的目的是为避免光敏BCB3图形边缘过于尖锐应力太集中导致BCB单元图形开裂。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S3步骤中，固化的方式具体为：将显影后的外延片放入退火炉中，在氮气气氛中，采用多级升温保温的方式将光敏BCB3进行固化。优选的，多级升温保温的方式为：第一级保温为70℃保温300s，第二级保温为150℃保温900s，第三级保温为300℃保温3600s。在本实施例中，通过这种多级升温保温的方式进行固化可以进一步去除光敏BCB3介质膜中的水分、溶剂，并使BCB聚合反应更充分。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S3步骤中，刻蚀光敏BCB3的方式具体为：在反应离子刻蚀机中，以CHF3：O2流量比1：4，气体压强为200mTorr，射频功率为200W的条件对光敏BCB3进行刻蚀，去除光敏BCB3表面残留的聚合物，去除量约50-200nm。在本实施例中，通过这种刻蚀的方式可以增强光敏BCB3表面与其表层薄膜的站附性。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，在所述S5步骤中，有机溶液为N-甲基吡咯烷酮或丙酮。优选的，采用有机溶液去除光刻胶的具体方式为：先在加热的有机溶液中清洗，接着在乙醇中清洗，然后在去离子水中清洗，最后采用氧气等离子体中辉光。在本实施例中，有机溶液的作用是去除外延片表面的光刻胶，乙醇的作用是溶解外延片表面的残留去胶液，去离子水的作用是溶解外延片表面残留的乙醇。等离子体辉光的作用是去除外延片表面残留的光刻胶颗粒，等离子体所用的氧气流量为1.5-2L/min，功率100-200w，时间3-10min。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，在外延结构的衬底表面生长第一层二氧化硅薄膜，并在所述第一层二氧化硅薄膜上制作第一个光刻胶图形；
S2，制作完成后，去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜，并采用碱溶液去除表面的光刻胶；
S3，在剩余的所述第一层二氧化硅薄膜上涂覆光敏BCB，并光刻所述光敏BCB直至暴露出衬底，然后进行固化，并刻蚀所述光敏BCB；
S4，在图案化的光敏BCB表面沉积第二层二氧化硅薄膜，并在所述第二层二氧化硅薄膜上制作第二个光刻胶图形；
S5，制作完所述第二个光刻胶图形后，去除曝光区域的第二层二氧化硅薄膜，并采用有机溶液去除表面的光刻胶。
2.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于：在所述S2步骤中，具体的，采用BOE湿法腐蚀或RIE刻蚀的方法去除曝光区域的第一层二氧化硅薄膜，并采用20％的KOH溶液去除表面的光刻胶。
3.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于：在所述S3步骤中，在涂覆光敏BCB前，在衬底表面旋涂一层增粘剂，经过110℃烘烤并冷却3min后在其上旋涂一层厚度为0.5-3um的光敏BCB。
4.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于：在所述S3步骤中，在曝光机上将光敏BCB曝光，接着烘烤5min，然后分别在45℃和室温下的显影液里显影，再烘烤1min，将掩膜版上的图形转移到光敏BCB上。
5.如权利要求4所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于：光敏BCB图形为45°倒角的多边形。
6.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于，在所述S3步骤中，固化的方式具体为：将显影后的外延片放入退火炉中，在氮气气氛中，采用多级升温保温的方式将光敏BCB进行固化。
7.如权利要求6所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于，多级升温保温的方式为：第一级保温为70℃保温300s，第二级保温为150℃保温900s，第三级保温为300℃保温3600s。
8.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于，在所述S3步骤中，刻蚀光敏BCB的方式具体为：在反应离子刻蚀机中，以CHF3：O2流量比1：4，气体压强为200mTorr，射频功率为200W的条件对光敏BCB进行刻蚀，去除光敏BCB表面残留的聚合物，去除量在50-200nm之间。
9.如权利要求1所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于：在所述S5步骤中，有机溶液为N-甲基吡咯烷酮或丙酮。
10.如权利要求9所述的一种图案化光敏BCB半导体结构的制备方法，其特征在于，采用有机溶液去除光刻胶的具体方式为：先在加热的有机溶液中清洗，接着在乙醇中清洗，然后在去离子水中清洗，最后采用氧气等离子体中辉光。
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