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關(guān)于光電子芯片微納加工的工藝流程
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關(guān)于光電子芯片微納加工的工藝流程 在做光電子芯片加工的時(shí)候?qū)に嚵鞒桃话闶?br /> 清洗 鍍膜 光刻 刻蝕 后道（AFM 電熱鼓風(fēng)干燥箱 臺(tái)階儀 橢偏儀 退火爐，表征等。）。 本文介紹流程也是按這個(gè)順序開(kāi)始，主要是微納加工需要用到或者對(duì)應(yīng)流程用的比較多的一些設(shè)備信息，從設(shè)備的角度來(lái)說(shuō)流程。 首先是清洗： 當(dāng)拿到產(chǎn)品要做加工的時(shí)候最好是要用表征產(chǎn)線的設(shè)備看下這些工藝和設(shè)備不是一定嚴(yán)格按順序來(lái)的，有的時(shí)候是有交叉的，就像清洗環(huán)節(jié)之前可以先用光鏡看下是否有臟污，在基于襯底材料決定怎么清洗，不要傷到襯底，一般是用超聲波空化清洗和有機(jī)清洗或是RCA清洗。 清洗流程也分光刻前清洗和光刻后清洗。 光刻前清洗的要求為表面干凈無(wú)污染，親水，附著力好為標(biāo)準(zhǔn)。 ALD/PECVD前清洗，這個(gè)步驟的清洗的目標(biāo)是去除粒子，金屬，有機(jī)污染，避免沉積缺陷。 光刻后去膠清洗，這個(gè)步驟目標(biāo)就是去除光刻膠殘留，不損傷圖案結(jié)構(gòu)。 還有的是客戶只是為了拍照的，要因需求改變清洗方式，比如導(dǎo)電性不好的材質(zhì)在SEM上成像不好，可以先在片上鍍一層金屬，在做完后可以用金蝕液去金而不傷害鉻層。 鍍膜流程主要是分PVD和CVD： 我所在的公司的鍍膜設(shè)備主要是EBE電子束蒸發(fā)和磁控濺射，還有IAD離子輔助沉積和PECVD等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。 EBE（電子束蒸發(fā)）具有高純凈度，膜層均勻等特點(diǎn)（但致密度較低） 電子束蒸發(fā)是一種高真空物理氣相沉積技術(shù)（PVD），利用高能電子束加熱材料，使其蒸發(fā)并在基底上沉積成膜。 基本原理：1.將待蒸發(fā)材料放入坩堝。 2.用電子槍發(fā)出高能電子束，定向轟擊材料。 3.材料被加熱至蒸發(fā)→原子/分子逸出→飛向冷卻的襯底→成膜。 磁控濺射 原子能量較高，沉積出的膜層結(jié)構(gòu)緊湊，不易吸濕，具有高致密度的特點(diǎn)（但表面不平） 利用等離子體重告訴離子轟擊靶材，使其原子濺出并沉積在基底上形成薄膜。 基本原理：1.在真空腔中引入氬氣（Ar） 2.外加高壓→氬原子電離→形成等離子體（Ar+） 3.高能Ar+離子被電場(chǎng)加速→轟擊靶材表面 4.靶材原子被“濺射”出來(lái)→沉積在基底上形成膜層 5.磁控結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電子在靶面附件的運(yùn)動(dòng)→提高離子化效率→增加濺射速率 磁控濺射主要關(guān)注靶材的選擇，并且靶材成本也高。 IAD（光學(xué)鍍膜儀）IAD和EBE和磁控濺射也都屬于是PVD技術(shù) IAD是電子束蒸發(fā)的改進(jìn)技術(shù)彌補(bǔ)了EBE致密性不好的缺點(diǎn) PECVD（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積） PECVD 是一種低溫化學(xué)氣相沉積工藝，通過(guò)引入等離子體促進(jìn)氣體前驅(qū)體分解，使得在較低溫度下也能形成致密膜層，非常適合微電子、光電子、MEMS、顯示器、光伏等領(lǐng)域中對(duì)熱敏感基底的薄膜沉積。 反應(yīng)方程式如下： SiH4+N2O→SiO2+N2↑+H2↑ SiH4+NH3+N2→SiN+H2↑ NH3+N2O+SiH4→SiOxNy+H2+N2↑ PECVD形成的薄膜不是完全的單質(zhì)材料。 光刻環(huán)節(jié) 有的人一直理不清光刻和刻蝕，會(huì)把這兩個(gè)環(huán)節(jié)按一個(gè)環(huán)節(jié)算，或者刻蝕在前面光刻在后面。 簡(jiǎn)單來(lái)講就是光刻無(wú)論是直寫(xiě)還是投影都是在畫(huà)圖，一塊晶圓在涂膠以后光刻機(jī)刻上去圖形，這個(gè)圖形是刻在膠上面的，如果刻的是正膠刻的地方形象的來(lái)說(shuō)就軟掉了，顯影的時(shí)候就直接把軟的地方弄掉了。負(fù)膠就是被用光刻到的地方變硬。顯影的時(shí)候就保留住了刻硬的，旁邊的去掉了。硬的部分可以當(dāng)成掩膜來(lái)抵擋后續(xù)的刻蝕。這個(gè)后續(xù)會(huì)詳細(xì)說(shuō)。這樣子理解就會(huì)好很多。光刻機(jī)，光刻機(jī)就是用光當(dāng)?shù)秮?lái)刻的意思。 EBL （電子束光刻機(jī)） EBL工藝流程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)： 1.旋涂電子束膠 2.電子束曝光（按設(shè)計(jì)圖形逐點(diǎn)掃描） 3.顯影（洗去曝光/未曝光區(qū)域） 4.后續(xù)加工（刻蝕/沉積/Lift off等） 詳細(xì)的要單獨(dú)來(lái)講，具體需要關(guān)注的參數(shù)按我們公司的機(jī)器來(lái)舉例 9500EBL 電子源：熱場(chǎng)發(fā)射（肖特基） 發(fā)射源：ZrO/W(100) 加速電壓：最大100kV 束斑類(lèi)型：圓形（高斯）束斑 掃描方式：矢量掃描 寫(xiě)場(chǎng)大�。�1000μm×1000μm （最大）場(chǎng)拼接精度：±10nm 套刻精度：±11nm 寫(xiě)場(chǎng)內(nèi)定位精度：±9nm 最小線寬：10nm 這些數(shù)據(jù)是EBL需要特別關(guān)注的，這款EBL的精度目前在國(guó)內(nèi)算是頂級(jí)的光刻機(jī)了，加上工藝百納米內(nèi)的誤差是不會(huì)超過(guò)百分之5的。所以參考的時(shí)候最好不要把這個(gè)數(shù)據(jù)當(dāng)成基本數(shù)據(jù)，那這樣很多光刻機(jī)都沒(méi)辦法看了。而且不是所有代加工都需要納米級(jí)的工藝，有的微米級(jí)別的需求用EBL就很浪費(fèi)了，一些精度低的光刻機(jī)也是有自己的市場(chǎng)需求的，只不過(guò)當(dāng)精度要求低了以后可以做的方法就會(huì)多很多，不一定要用光刻機(jī)了，這個(gè)以后也會(huì)單獨(dú)去講。 就先介紹這一塊光刻機(jī)，因?yàn)樯婕暗闹R(shí)過(guò)多，不多寫(xiě)，下面說(shuō)下刻蝕相關(guān)的。 刻蝕（Etching） 刻蝕的作用：按圖形選擇性地去除材料，形成微納結(jié)構(gòu)（比如波導(dǎo)，光柵，超表面等）。 刻蝕按原理分為兩大類(lèi)：濕法刻蝕和干法刻蝕。 無(wú)特殊需求下微納加工干法刻蝕用的較多，干法刻蝕的各向異性好，適合微納結(jié)構(gòu)，精度更高。 一般刻蝕機(jī)器用的比較多的是ICP（感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)）和RIE反應(yīng)離子刻蝕機(jī)。 這兩個(gè)最主要的區(qū)別是RIE有一個(gè)射頻源而ICP有兩個(gè)射頻源�？涛g要記住刻蝕對(duì)象，反應(yīng)氣體，還有刻蝕速率。 后道 清洗處理：通常是去除光刻膠殘留，去除顆粒，剝離金屬污染等保證后續(xù)表征環(huán)節(jié)避免出現(xiàn)污染。 原子力顯微鏡（AFM）：主要是查看納米級(jí)表面形貌分析。比如查看超表面/納米結(jié)構(gòu)刻蝕質(zhì)量，納米壓印精度，薄膜表面質(zhì)量。 點(diǎn)熱鼓風(fēng)干燥箱：用于清洗后樣品烘干，膠水或光刻膠預(yù)固化，建議退火前烘烤。 退火爐：改變薄膜的應(yīng)力，晶體結(jié)構(gòu)或雜質(zhì)擴(kuò)散。 表征 表征階段主要是看要測(cè)什么，通常來(lái)說(shuō)會(huì)用到光鏡和電鏡來(lái)判斷加工出來(lái)的表面。 如果想測(cè)膜厚就用橢偏儀 測(cè)折射率用分光光度計(jì) 應(yīng)力就會(huì)用薄膜應(yīng)力儀 也會(huì)用臺(tái)階儀測(cè)量表面高度差，刻蝕深度，膜厚等。 目前就簡(jiǎn)單說(shuō)些，哪怕只是介紹工藝也是比較長(zhǎng)的很難一篇寫(xiě)完，以后會(huì)針對(duì)每個(gè)步驟都寫(xiě)一篇或多篇用來(lái)介紹，歡迎關(guān)注也歡迎大佬指點(diǎn)。 如果有相關(guān)工藝需要的直接私信就好，看到會(huì)回復(fù)。 |
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