列阵波导光栅（AWG）及半导体激光器芯片、器件生产资料

一、主要生产设备

二、生产工艺流程

波分复用器芯片，项目总体工艺流程如下：

工艺简述：

本项目原料为外购硅片，设计好后，采用PECVD工艺在硅片上生长出二氧化硅芯层，对洁净的硅片采用高温湿氧氧化工艺生长出15微米厚多晶硅掩膜作为芯片下包层，旋涂1~3um厚的光刻胶使其覆盖多晶硅；用光刻机进行光刻，利用紫外线光照射形成光刻胶图像；采用感应羁合等离子干法刻蚀(ICP)工艺，刻蚀出多晶硅掩膜和阵列波导光栅（AWG)芯区图形。利用等离子碰撞去掉多余的多晶硅掩膜。采用PECVD厚膜生长工艺，在波导芯层上覆盖20微米厚的BPSi上包层。经过高温退火致密化工艺，使上包层变得致密均匀。做好的AWG基片经切割解出分离的芯片。解离的芯片端面此外粘接配片，进行粗磨、细磨和抛光。输入/输出端面要抛光为8°斜面以减小光的回波损耗。利用精密羁合对准设备，将每个AWG芯片与光纤阵列进行藕合，测试各个通道的输出响应谱，以调检芯片的优劣。对比测试结果与设计仿真结果的差异，分析工艺中误差对设计器件的影响，进一步改进设计参数、优化工艺步骤，使芯片参数达到实用化要求。切粒后进行芯片的分拣，经包装后即可入库待售。

本项目用InP衬底片（2 inch)约为800片，产品包括半导体激光器芯片、半导体光探测器芯片。生产过程特点为各个工艺环节为流水线作业，一个工艺

环节结束后即转入下一个工艺环节，直至生产出产品。

本项目产品半导体激光器芯片、半导体光探测器芯片主要的制作工艺一样，只是芯片结构设计不同，生产出两种不同的产品。以半导体激光器芯片为例，通过MOCVD(金属有机物化学气相沉积）技术以InP为衬底，制备半导体激光器中的多量子阱结构等半导体外延材料；采用电子束曝光和干法刻蚀技术制备DFB激光器的光棚结构以及波导结构；通过PECVD生长SiO2材料为隔离层；然后磁控溅射、电子束蒸发技术制备激光器的金属电极以及对腔面进行镀膜。最后对芯片进行封装，完成DFB激光器器件的制作工艺。最后，将芯片、管壳等组装后即为成品。整个生产工序在超净间内进行。整个工艺流程包括两次MOCVD外延工艺；四次光刻工艺；四次刻蚀工艺；一次SiO2制备工艺；两次金属电极制备工艺：此外还包括减薄、解理、镀膜、精合封装工艺各一次。

在各个环节的气液产物分别处理，气体通过划分气体类型，主要有含As的剧毒MOCVD气体产物通过管道进入能处理神等的Scrubber,处理后于楼顶排放；其他常规的工艺气体和残留气体产物通过进入净化塔处理后于楼顶排放；酸性排风进入酸雾净化塔处理后于楼顶排放；有机排风进入专门有机气体设备！进行吸附处理，处理后进入净化塔处理后于楼顶排放，常规的无污染产物通过直接排放到厂区外。液体也划分为直接排放下水管道，进入液体池沉淀、中和等处理进行排放；和有机回收等类别。常规酸性产物、有机排放产物和常规(热）排风。

设计、量子阱材料外延（MOCVD外延）

本项目外购InP衬底片为厂家清洗后真空包装，对原料衬底片经抽检合格后，开盒即用可有效防止衬底片受到二次污染，避免清洗。针对不同产品的类型，对量子阱材料结构进行特定的生产设计，如量子阱结构的数目、量子阱厚度、量子阱材料组分等。设计好后即可进入外延阶段，即采用MOCVD技术在InP衬底片上生长出多量子阱的材料。

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)金属有机物化合物化学气相沉积。其原理是以Ⅱ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压（10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢）反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用射频感应加热石墨基座（衬底基片在石墨基座上方）,H2通过温度可控的液体源鼓携带金属有机物到生长区。器件在制作工艺过程中需要两次MOCVD外延工艺，分别称作MQW材料外延和二次外延。

在高温条件下，MOCVD设备腔室中可能发生以下化学反应：

(1-x)(CH3)3 Ga+x(CH3)3 Al+AsH3→Ga1-A1As+3CH4↑

(1-x)(CH3)3 Ga+x(CH3)3In+AsH3→Ga,InAs↓+3CH4↑

(1-x)(CH3)3Ga+x(CH3),In+yAsH3+(1-y)PH3→Ga1...In.AsPp/2,↓+3CH4↑

而SiH4/H2的浓度为200ppm,做为掺杂气体使用

金属有机物化合物化学气相沉积生产过程产生的废气为混合气体G1;设备排出的尾气通过Scrubber进行处理。尾气处理设备利用设备中的化学吸附剂与尾气中微量的AsH3和含PH3进行吸附，并进行化学反应，生成固态的无机盐类。化学吸附剂的主要成分是：铜的化合物。反应后尾气中的AsH3和含PH3将生成无毒性的As化物和P化物主要有：磷化铜，磷酸铜，碑化铜，及单体的As。处理过的尾气将满足排放要求，并于楼顶排放。使用过的吸附剂将收集并交由具备资质的专业公司进行后续处理。

光刻工序

器件在制作工艺过程中涉及到四次光刻工艺，即光栅光刻工艺、脊波导图形光刻、SiO2窗口光刻、电极图形光刻。

预先在涂布机内涂上光刻胶，晶圆经涂布机后在表面覆上一层光刻胶，稍烘干后，以紫外线平行光经过光罩照射在晶圆上，使晶圆上光刻胶曝光，根据光刻胶的种类不同选择不同的显影剂对曝光后晶圆进行清洗，受光照部分光刻胶发生降解反应而能为显影液所溶解。留下的非曝光部分的图形与掩模版一致，从而在晶圆上印上几何图形。烘干后检查是否合格，显影液为水基的（主要成分包括水、四甲基氢氧化安、KOH、棚酸钾）,不含溶剂，显影后采用纯水进行清洗，产生酸碱废水，清洗后经烘干，故显影后烘干无有机废气。不合格清洗后再重新进行光刻工艺，清洗剂有机溶剂（丙酮、异丙醇等）、双氧水以及一些高分子光刻胶除剂。

该过程产生的废光刻胶、废显影液和废有机溶液经专门的回收装置回收存放，暂存于危废暂存间，定期交由有资质单位妥善处理；少量不合格芯片的清洗及光刻胶烘干产生的含有机气体经通风厨收集后将进入有机废气排风处理系统，处理后再经过15m高的排气筒排放。废水为酸碱废水进入废水收集池进行中和处理。

刻蚀工序

刻蚀的目的是去除光刻后暴露出的晶圆表面的材料。本项目拟采用干法刻蚀技术和湿法刻蚀技术，干法刻蚀技术以电能激发气体或蒸汽，将气体部分离子化，利用等离子体与表面材料发生反应，使其挥发或气化而除去。使用到的反应气体为CF4、SF6、N2、Cl2、BCl3等。

少量未反应完的气体和产生的气体等混合气体，进入设备自带的电加热焚烧尾气处理系统处理后，再经30m高的酸雾净化塔处理后于楼顶排放。

湿法刻蚀技术是利用化学溶液对材料进行腐蚀，所用到的化学溶液为H2SO4、HCL、磷酸、氢氟酸、HBr、Br等。工艺排风将进入30m高的酸雾净化塔处理后于楼顶排放尾气处理系统：湿法刻蚀工艺产生的废水为酸碱废水进入废水收集池进行中和处理。

SiO2制备工艺（PECVD)

SiO2制备工艺主要是用PECVD(Plasma Enhanced Chemical

VaporDeposition)等离子增强化学气相沉积技术晶片上生长出一层二氧化硅薄膜。

PECVD的原理是利用强电场或磁场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团这些基团经过经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。

检验合格晶片放入PECVD腔体中，并充入反应气体（O2、SiH4、N2、N2O、C2F6)等，利用沉积室内施加的高压电场，使得反应气体（主要为硅烷和氧气发生反应）的电子在一定压强下被激发，不断发生碰撞及电离产生等离子体。这些等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些基团在高温下经过经一系列化学和等离子体反应，在硅片表面形成一层固态二氧化硅薄膜。完成SiO2薄膜生长工序。

化学气相沉积生产过程产生的废气为混合气体。少量未反应完的气体和产生的气体等混合气体将进入30m高的酸雾净化塔处理后于楼顶排放。

电极工序

电极工艺采用磁控溅射工艺，其中P面电极为Ti-Pt-Au电极，而N面为，AuGeNi电极。工艺产生的尾气主要是真空泵排放的尾气，主要成分是Ar、N2等无毒气体，这些尾气将经30m高的酸雾净化塔处理后于楼顶排放。

减薄工序

本项目选择研磨方式对芯片进行物理减薄抛光处理。将晶圆置于减薄机内，旋转，在研磨液的作用下进行减薄。研磨分为粗磨、细磨和精磨过程，可得到不同的程度的抛光效果。研磨过程中要加去离子水进行清洗。

减薄废水为酸性溶液，减薄过程中排放的研磨废液及清洗废液进入废液池内，经沉淀中和处理后排放至市政污水管 。研磨废渣为基片粉末收集后暂存于危废暂存间，定期交有资质单位处理。

解理工序

本项目中两个解理工艺，即bar条解理和芯片解理。工序中主要产生解理后的晶片废渣，收集后暂存于危废暂存间，定期交有资质单位处理。

镀膜工艺主要对激光器bar条的端面用电子蒸发工艺制备高反射膜和增透膜。其中高反射膜所用材料为氧化铝、氧化硅、氧化钛，增透膜所用的材料为氧化铝、氧化钛、氧化硅。工艺产生的尾气主要是真空泵排放的尾气，主要成分是Ar、N2等无毒气体，这些尾气将经30m高的酸雾净化塔处理后于楼顶排放。