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1、西安工业学院学士学位论文BCB微图形化工艺研究摘要微细加工技术是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术之一，其加工尺寸已经达到深亚微米、百纳米、甚至纳米级，在当今技术领域已经具有举足轻重的地位。本文所讲的就是微加工一种工艺的实验研究。它是利用基于BCB的化学聚合物CYCLOTENE牌先进电子学干法刻蚀树脂，作为牺牲层，进行图形化处理。本文主要描述对BCB利用旋涂和加热固化的方法形成厚度在几微米的薄膜，此薄膜可以用光刻及干法刻蚀的方法，进行图形化及去除。具体操作步骤为：先在硅片上均匀涂敷一层增附剂，再涂BCB膜层，对其进行自升温固化或进行快速热处理，然后再在BCB膜上均匀涂敷一层光刻胶，通过前
2、烘、曝光、显影等工艺，再通过干法刻蚀在硅片上形成BCB图形。本文主要目的是通过大量实验，制备不同厚度的BCB薄膜，得到这些不同的BCB的成膜条件、图形化处理条件等。关键词：BCB；微细加工；光刻；干法刻蚀 Study on BCBs figure treatment technologyAbstractThe submicro processing technology is one of the precist manufacture technology that could be achieved today. The resulting size has reached to the
3、micron more inferior deeply and hundred nanometer and even to the extent that the nanometer level now, it plays an important role in todays technology field. What this text speaks is the experiment research which is one kind of method of submicro processing. It uses chemical polymer based on BCB - d
4、ry-etch CYCLOTENE advanced electronics resins as a sacrifice to go on figure treatment. This paper is chiefly described to the BCB and is used to spread soon and heats that the method solidifying forms thickness several microns to the film of tens microns, and this film can be used photolithograph a
5、nd wet etching that the method graphization losing reaches to go to remove. The concrete operating sequence is: Coat one even layer of adhesion on the silicon chip first , and then a BCB membrane storey, and then carries on his certainly liter temperature solidification or carries on quick heat trea
6、tment, then coat a layer of photoresist evenly on BCB membrane, go on baking , exposing , developing etc. and then using dry-etch process to form BCB figure.The main purpose of this paper is to prepare BCB membrane of different thickness through a large number of experiments , to get the membrane co
7、ndition , figure treatmentcondition of these different BCBs. Keyword: BCB ; Submicro processing ;Photolithograph ;Etching3目录1绪论11.1概述11.2 BCB概况及应用21.3本课题的来源及背景21.4本课题的主要任务和内容安排32 BCB介绍42.1概述42.2 BCB的性能42.3 BCB的热处理42.4 BCB的应用方法53 光刻的基本理论63.1概述63.2光刻胶73.3光刻基本工艺84 刻蚀104.1概述104.2干法刻蚀104.2.1概述104.2.2等离子体
8、刻蚀的基本原理105 实验125.1实验前的准备工作125.1.1仪器简述125.1.2原材料的准备145.2实验一 寻求得到较厚光刻胶薄膜所需的条件145.3实验二 BCB薄膜厚度与转速关系175.4实验三 对软处理后的BCB膜（无光刻胶）的刻蚀研究215.5实验四 对硬处理后的BCB膜（无光刻胶）的刻蚀研究265.6实验五 光刻胶作掩模时BCB的图形化处理305.7实验六 金属作掩模版时BCB的图形化处理325.8小结346 总结35致谢36参考文献37附录一 开题报告附录二 中期报告附录三 英文翻译附录四 英文原文 1 绪论1绪论1.1概述进入新世纪的今天，通信和计算机技术的发展速度惊人
9、，电子设备的体积日趋缩小，重量越来越轻、性能越来越高，这些都离不开推动其发展的MCM制造技术。在MCM技术中，最值得关注的是MCM-D技术，因为它更能提高互连密度及封装效率和为电子系统提供更高的信号传输速度。为了跟上MCM-D的发展步伐，高性能的层间介质材料光敏BCB应运而生。作为大规模集成电路（LSI）的绝缘材料而广泛应用，这种材料的介电常数低，吸水率低，高频介质损耗小，固化温度低，与各种金属层的兼容性好。微电子制造业作为一项战略性的基础产业，对于促进我国国民经济持续发展和保证我国国家安全具有举足轻重的地位。自微电子学问世以来，电子技术领域内发生了巨大的变化。元件不再以机械方式生产和组装，而
10、是以光学方法传递图形，利用光刻法完成结构成型，这就要涉及到微细加工技术。光刻技术是微细结构加工的核心技术。值得注意的是，利用光刻成像只能传递二维结构。由于人们希望设计和生成三维结构，因此这一点被认为是这门技术的不足。但是光学成像在技术上的一系列优点远胜过其不足。因为光成像可以传递尺寸仅受限于频谱的结构；成像图案不会被破坏，因而容易被复制。 微电子学影响着我们的日常生活，它已经渗入所有的技术领域，并且为信息时代的发展确立了标准。许多今天看来是理所当然的技术都是来自于微电子工业的发展，比如光刻技术就是一例。其他如薄膜技术、模拟技术等也大大得益于微电子学。硅材料微机械技术，在任何一方面都依赖于微电子
11、技术。二者不仅具备相似的制造过程，而且单晶硅同时也是微结构的基本材料。20世纪80年代初，作为该领域的权威人士，当时还在IBM工作的K.E.Petersen已经发表了重要的著作，通过各向异性的刻蚀过程得到三维结构，在该过程中可以将单晶硅平整为要求的形状，利用特殊的刻蚀方法，对应晶体的结构，从单晶硅上各向异性地去除材料。利用硅氧化物或硅氮化掩膜，对部分硅表面进行刻蚀，不同的晶体表面以不同的速度刻蚀。晶体中可以加入人工作为附加的蚀刻阻塞层。利用合适的掩膜、蚀刻阻塞层，采用各向同性和各向异性的蚀刻方法，可以在硅片上制造出所需的图形结构。本课题所做的是对微加工的用到的聚合材料的研究。它是利用基于BCB
12、的化学聚合物CYCLOTENE牌先进电子学干法刻蚀树脂，作为牺牲层，进行图形化处理。具体步骤：先涂敷一层BCB薄膜，再涂光刻胶、曝光（光刻）、显影、刻蚀（刻出光刻胶图形图形化转移）、图形化处理。其中要用等离子刻蚀，刻蚀下层的BCB，将光刻胶图形转移到BCB薄膜上，形成BCB图形。1.2 BCB概况及应用由CYCLOTENE牌先进电子学干法刻蚀树脂制成的薄膜适用于需绝缘层的圆片上和需保护或抗化学性的保护层中的应用。CYCLOTENE牌树脂正在被使用或为电子工业的许多装置所看重。如多晶片模组平板显示、夹层电介质、微机械、光互联和压力缓冲层等。CYCLOTENE的品种多，有着许多理想和良好的特性。D
13、OW化学公司生产的CYCLOTENE牌3000系列树脂是源自BCB单体的聚合物，是为了在微电子应用而开发的。我国对BCB的利用很少。通过这种刻蚀方法，成功的在BCB上制作了微米量级线宽和亚微米量级深度的图案。实验中利用BCB的良好热稳定性和化学稳定性，可以承受350高温，不溶于丙酮的特性，通过旋涂法在玻璃或石英晶片上制备厚度数个微米（厚度通过基片转速来控制）的BCB薄膜，然后在高温下处理数个小时，使材料固化。制备的BCB薄膜表面非常平整，膜厚均匀且坚固，在激光辐照下不易被剥离。1.3本课题的来源及背景本毕业设计课题来源于科研题目“室温热成像器件与系统研究”。 其中需对牺牲层材料（聚合材料）做研
14、究。国外在高分子聚合材料方面是比较先进的。在微电子领域对这些材料的应用越来越多，微电子行业已经离不开聚合物。鉴于国外对CYCLOTENE牌树脂（BCB）的应用和国内的很少使用。本课题针对BCB材料进行研究。1.4本课题的主要任务和内容安排本课题是应用微加工中的光刻及干法刻蚀等加工工艺，进行BCB膜层的微图形化处理。首先要清楚BCB的特性及微加工的各工序，通过实验，制备不同种类的BCB薄膜，再通过数据的记录及处理，对比这些不同的BCB膜层的成膜条件、图形化条件。其主要目的是通过形成BCB膜，进行光刻、干法刻蚀等工艺的研究，在硅片上形成BCB图形。 本课题的内容大致可分为以下五个部分：1. 了解本
15、课题的来源及发展状况。2. 了解BCB的概况、特性及应用。3. 掌握光刻以及刻蚀的基本理论，为本文的实验部分打下基础。4. 学习并熟悉本课题所使用的仪器设备。5. 进行大量实验，完成本课题的内容。6处理数据，总结实验结果，得出结论。西安工业学院学士学位论文2 BCB介绍2.1概述新材料是高新技术发展的先导和基础。新型高性能聚合物和功能聚合物的出现，为飞速发展的微电子学提供了动力。BCB作为一类高性能聚合物，以它特有的性质，将会被越来越多地使用。 BCB是具有优良的热稳定性、化学稳定性、电绝缘性和机械强度的高性能材料。在现代高技术领域有非常重要的应用。例如在微电子制造中，用作各类器件钝化防护和层间介电等。 在用作这些方面时，BCB层上都要形成微细的连接瞳孔或连接窗口。在用作这些方面时，BCB层上都要形成微细的连接瞳孔或连接窗口。一般的做法是在BCB膜上涂上一层光刻胶，刻出光刻胶图形，以光刻胶图形做掩蔽层，再对BCB进行刻蚀，将光刻胶图形转移到BCB膜上。2.2 BCB的性能CYCLOTENE牌先进电子学干法刻蚀树脂有许多非常吸引人的特性。包括：低介电常数：（2.65，与温度和频率无关）低离子浓度：（ppm级）低吸水性：（85%RH下0.25%的吸收）低固化温
