Problématiques de 20µm-BCB technologie et les solutions

La filière technologique Si-BCB mise au point au LAAS est le 10µm-BCB ou 20µm- BCB pleine plaque sur silicium. Nos études pour la réalisation la technologie de 20µm-BCB sur la ligne micro-ruban se sont basées sur les procédés technologiques déjà développés en interne.

II.4.3.1. Etudes de contrainte sur 20µm-BCB :

Classiquement, une couche de 20µm d’épaisseur de BCB est réalisée par deux dépôts successifs de 10µm. Pourtant, la couche finale de 20µm BCB obtenue présente des problèmes d’homogénéité et de fortes contraintes qui ne permettent pas de poursuivre le procédé technologique [35]. Une alternative consiste à réaliser un seul dépôt de BCB de 20µm améliorant l’homogénéité de la couche finale tout en supprimant les « auréoles » provoquées par le deuxième dépôt dans le cas du dépôt de deux couches.

S S

W

BCB

(a) (b)

Figure II.34. Dépôts de 20µm de BCB en deux étapes (a) et en une seule étape (b) [33]

Deux plaquettes ont été développées pour tester les contraintes du dépôt de 20µm de BCB.

- Pour la plaquette numéro 1 de 20µm de BCB sans photolithographie, l’épaisseur obtenue est de 20.35µm avec une contrainte de 11.59MPa.

- Pour la plaquette numéro 2 de 20µm de BCB avec une photolithographie à l’intensité de 31mW.cm-2 pendant 58s, l’épaisseur obtenue est de 19.77µm avec une contrainte de 11.89MPa.

En conclusion, le dépôt monocouche de BCB-20µm avec ou sans photolithographie présente une contrainte faible permettant de réaliser les différentes étapes technologiques.

II.4.3.2. Procédé technologique initial pour un dépôt de 20µm de BCB :

Le procédé technologique pour la réalisation de lignes TFMS à accès coplanaires réalisés sur le flanc du BCB est décrit dans le graphique suivant :

Métallisation Ti/Au Electrolyse Au BCB (20µm) Métallisation Ti/Au Electrolyse Au Substrat Si BCB (a) (b)

Un plan de masse en or est réalisé sur le substrat de silicium par croissance électrolytique via l’utilisation d’une couche d’adhérence Ti/Au déposée par évaporation. La couche de BCB est ensuite déposée directement sur le métal. Le niveau métallique supérieur est finalement réalisé de manière analogue à celui du plan de masse. Lors de la mise en œuvre de la technologie, nous sommes dores et déjà confrontés à certains problèmes.

- Sur quelques plaquettes de test, le BCB devient craquant dans l’étape de dépôt. On peut bien observer les traces de BCB craquant dans la croix (Figure II.36a) et autour des carrés (Figure II.36b).

(a) (b)

Figure II.36. Photographe des dépôts de 20µm-BCB obtenus

- Nous sommes confrontés à un deuxième problème lors de l’étape de croissance électrolytique or sur BCB. En effet, le dépôt de l’or n’est pas uniforme sur toute la surface de la plaquette. Il existe des endroits où l’or n’a pas accroché au BCB. Dans la Figure II.37 on peut voir qu’il y a le dépôt de l’or dans le motif h2_d45 mais pas dans le motif h2_d40.

- Le troisième problème survient lors de l’étape de gravure de l’or. Dans cette étape, dès que la plaquette est mise dans le bain de iodure de potassium (KI) et d’iode (I2), on observe un phénomène d’arrachement des motifs de BCB (Figure II.38). Ces deux derniers aspects sont symptomatiques des problèmes d’adhérence entre le BCB et l’or.

Figure II.38. Photographe de la gravure d’or – Le BCB est parti

II.4.3.3. Analyse et améliorations de la filière BCB-20µm : • L’accrochage de BCB sur l’or :

En général, le BCB peut s’accrocher facilement sur le substrat de silicium en utilisant la couche d’adhérence spécifique. Dans notre cas, le BCB est déposé sur une couche métallique en or, une couche d’accrochage supplémentaire est nécessaire pour tenir le BCB sur or. L’étude de G. Six [45] a montré que le titane assure une meilleure accroche du BCB sur l’or. On a exploité ces résultats pour améliorer cette adhérence.

• Les fissures dans la couche BCB :

Le BCB est un matériau sensible à la température. En effet, dans le procédé du dépôt BCB, après l’étape PEB (Post Exposure Bake), une descente en température du BCB est nécessaire. Dans le cas contraire, la brusque variation de température dans le solvant de révélation rend le BCB craquant.

• Problème de dépôt de l’or sur les flancs du BCB :

Afin d’identifier la cause du problème dépôt (problème du BCB? problème de résine? ou problème de dépôt or?), on a étudié la marche de BCB. La Figure II.39 montre une coupe de BCB :

Figure II.39. Coupe de BCB

Nous observons clairement que les flancs de BCB ici ne sont pas conformes aux flancs à 45° [39] de la technologie BCB à 10µm d’é paisseur (Figure II.40).

Figure II.40. Flanc oblique du BCB à 45°

Une alternative consiste à vérifier le temps d’insolation du BCB. En effet, pendant le procédé, compte tenu de l’épaisseur importante de BCB (20µm), pour une intensité de 31mW.cm-2, le temps d’insolation a été augmenté à 58s (34s pour une épaisseur du BCB de 10µm).

Une étude des temps de photolithographie a été menée. Nous avons réalisé une plaquette de test de BCB-20µm avec 8 secteurs d’insolation différents de 34s à 62s (à 31mW.cm-2 d’intensité). Nous observons que pour un temps d’insolation faible, le flanc obtenu est plus proche de flanc oblique du BCB (45°). Donc, le meilleur temps d’insolation choisi est de 34s à l’intensité de 31 mW.cm-2 ou (105s à l’intensité de 10.0 mW.cm-2).

(a) (b)

Figure II.41. (a) Ouverture du BCB pour un carré 50x50 um2 et (b) flanc du BCB à faible temps

d’insolation

Les difficultés de réalisation de métallisation sur les flancs du BCB compte tenu de leurs profils nous ont conduit à choisir la solution utilisant les trous métallisés (cf. Figure II.34b).