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新虫 (初入文坛)

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[交流] 关于光电子芯片微纳加工的工艺流程

关于光电子芯片微纳加工的工艺流程
在做光电子芯片加工的时候对工艺流程一般是
清洗镀膜光刻刻蚀后道（AFM 电热鼓风干燥箱台阶仪椭偏仪退火炉，表征等。）。
本文介绍流程也是按这个顺序开始，主要是微纳加工需要用到或者对应流程用的比较多的一些设备信息，从设备的角度来说流程。

首先是清洗：
当拿到产品要做加工的时候最好是要用表征产线的设备看下这些工艺和设备不是一定严格按顺序来的，有的时候是有交叉的，就像清洗环节之前可以先用光镜看下是否有脏污，在基于衬底材料决定怎么清洗，不要伤到衬底，一般是用超声波空化清洗和有机清洗或是RCA清洗。

清洗流程也分光刻前清洗和光刻后清洗。
光刻前清洗的要求为表面干净无污染，亲水，附着力好为标准。
ALD/PECVD前清洗，这个步骤的清洗的目标是去除粒子，金属，有机污染，避免沉积缺陷。
光刻后去胶清洗，这个步骤目标就是去除光刻胶残留，不损伤图案结构。
还有的是客户只是为了拍照的，要因需求改变清洗方式，比如导电性不好的材质在SEM上成像不好，可以先在片上镀一层金属，在做完后可以用金蚀液去金而不伤害铬层。

镀膜流程主要是分PVD和CVD：
我所在的公司的镀膜设备主要是EBE电子束蒸发和磁控溅射，还有IAD离子辅助沉积和PECVD等离子体增强化学气相沉积。

EBE（电子束蒸发）具有高纯净度，膜层均匀等特点（但致密度较低）
电子束蒸发是一种高真空物理气相沉积技术（PVD），利用高能电子束加热材料，使其蒸发并在基底上沉积成膜。
基本原理：1.将待蒸发材料放入坩埚。
2.用电子枪发出高能电子束，定向轰击材料。
3.材料被加热至蒸发→原子/分子逸出→飞向冷却的衬底→成膜。

磁控溅射原子能量较高，沉积出的膜层结构紧凑，不易吸湿，具有高致密度的特点（但表面不平）
利用等离子体重告诉离子轰击靶材，使其原子溅出并沉积在基底上形成薄膜。
基本原理：1.在真空腔中引入氩气（Ar）
2.外加高压→氩原子电离→形成等离子体（Ar+）
3.高能Ar+离子被电场加速→轰击靶材表面
4.靶材原子被“溅射”出来→沉积在基底上形成膜层
5.磁控结构增强了电子在靶面附件的运动→提高离子化效率→增加溅射速率
磁控溅射主要关注靶材的选择，并且靶材成本也高。
IAD（光学镀膜仪）IAD和EBE和磁控溅射也都属于是PVD技术
IAD是电子束蒸发的改进技术弥补了EBE致密性不好的缺点

PECVD（等离子体增强化学气象沉积）
PECVD 是一种低温化学气相沉积工艺，通过引入等离子体促进气体前驱体分解，使得在较低温度下也能形成致密膜层，非常适合微电子、光电子、MEMS、显示器、光伏等领域中对热敏感基底的薄膜沉积。
反应方程式如下：
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单质材料。

光刻环节
有的人一直理不清光刻和刻蚀，会把这两个环节按一个环节算，或者刻蚀在前面光刻在后面。
简单来讲就是光刻无论是直写还是投影都是在画图，一块晶圆在涂胶以后光刻机刻上去图形，这个图形是刻在胶上面的，如果刻的是正胶刻的地方形象的来说就软掉了，显影的时候就直接把软的地方弄掉了。负胶就是被用光刻到的地方变硬。显影的时候就保留住了刻硬的，旁边的去掉了。硬的部分可以当成掩膜来抵挡后续的刻蚀。这个后续会详细说。这样子理解就会好很多。光刻机，光刻机就是用光当刀来刻的意思。
EBL （电子束光刻机）
EBL工艺流程简单来说： 1.旋涂电子束胶
2.电子束曝光（按设计图形逐点扫描）
3.显影（洗去曝光/未曝光区域）
4.后续加工（刻蚀/沉积/Lift off等）
详细的要单独来讲，具体需要关注的参数按我们公司的机器来举例
9500EBL
电子源：热场发射（肖特基）
发射源：ZrO/W(100)
加速电压：最大100kV
束斑类型：圆形（高斯）束斑
扫描方式：矢量扫描
写场大小：1000μm×1000μm
（最大）场拼接精度：±10nm
套刻精度：±11nm
写场内定位精度：±9nm
最小线宽：10nm
这些数据是EBL需要特别关注的，这款EBL的精度目前在国内算是顶级的光刻机了，加上工艺百纳米内的误差是不会超过百分之5的。所以参考的时候最好不要把这个数据当成基本数据，那这样很多光刻机都没办法看了。而且不是所有代加工都需要纳米级的工艺，有的微米级别的需求用EBL就很浪费了，一些精度低的光刻机也是有自己的市场需求的，只不过当精度要求低了以后可以做的方法就会多很多，不一定要用光刻机了，这个以后也会单独去讲。
就先介绍这一块光刻机，因为涉及的知识过多，不多写，下面说下刻蚀相关的。

刻蚀（Etching）
刻蚀的作用：按图形选择性地去除材料，形成微纳结构（比如波导，光栅，超表面等）。
刻蚀按原理分为两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。
无特殊需求下微纳加工干法刻蚀用的较多，干法刻蚀的各向异性好，适合微纳结构，精度更高。
一般刻蚀机器用的比较多的是ICP（感应耦合等离子体刻蚀机）和RIE反应离子刻蚀机。
这两个最主要的区别是RIE有一个射频源而ICP有两个射频源。刻蚀要记住刻蚀对象，反应气体，还有刻蚀速率。

后道
清洗处理：通常是去除光刻胶残留，去除颗粒，剥离金属污染等保证后续表征环节避免出现污染。
原子力显微镜（AFM）：主要是查看纳米级表面形貌分析。比如查看超表面/纳米结构刻蚀质量，纳米压印精度，薄膜表面质量。
点热鼓风干燥箱：用于清洗后样品烘干，胶水或光刻胶预固化，建议退火前烘烤。
退火炉：改变薄膜的应力，晶体结构或杂质扩散。
表征
表征阶段主要是看要测什么，通常来说会用到光镜和电镜来判断加工出来的表面。
如果想测膜厚就用椭偏仪
测折射率用分光光度计
应力就会用薄膜应力仪
也会用台阶仪测量表面高度差，刻蚀深度，膜厚等。
目前就简单说些，哪怕只是介绍工艺也是比较长的很难一篇写完，以后会针对每个步骤都写一篇或多篇用来介绍，欢迎关注也欢迎大佬指点。
如果有相关工艺需要的直接私信就好，看到会回复。

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