高端半导体激光器芯片生产资料

一、主要生产设备

二、工艺流程简述

一、清洗

清洗包括晶圆表面清洗和外延生长工具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗需要完全清除表面的尘埃颗粒、残留的有机物和吸附在表面的金属离子。

清洗工艺需要消耗高纯水；且通过特殊过滤和纯化的半导体级化学试剂、有机溶剂等。晶圆表面清洗药剂为硫酸、盐酸、过氧化氢：外延生长工具的清洗药剂为氢氧化氨和过氧化氢。

二、外延生长（MOCVD)

采用金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD)技术，该技术是用氢气将金属有机化合物蒸汽（如Ⅱ族元素）和气态非金属氢化物（如V族元素）经过开关 络送入反应室加热的衬底上，通过热分解反应最终在其上生长出III-V族化合物半导体材料的技术。所用基片为磷化钢晶片。掺杂源为硅烷。

MOCVD系统由气体输送系统、发应室、尾气处理系统、安全保护和警 系统组成。

1、气体输送系统

源供给系统包括Ⅱ族金属有机化合物（三甲基嫁、三甲基钢、三甲基铝）、V族氢化物（碑化氢、磷化氢）及掺杂源（硅烷）的供给。

气体输送系统，是一个非常干净，无泄漏的不锈钢管 路，自动阀门和电子质量流量控制器的 络，每种组分或掺杂剂类型（例如，气态氢化物，高蒸气压源材料等）需要不同的控制流，对相同类型的个源做相同的复制。

氢化物输送模块通常需要几个阀和电子质量流量控制器，因为这些源已经提供于高压气体（碑化氢，磷化氢）的气瓶中。

液体烷基递送模块，这些高蒸气压源材料，包含在不锈钢鼓泡器中并保持在冷却浴中以保持在液体或固体源上方的稳定的蒸气压。

2、反应室

如下面的照片所示的反应室是其中源气体混合，引入加热区域中的容器，其中适当的衬底位于其中，并且发生外延反应。

在垂直反应室中，工艺气体在顶部进入并且在向下移动通过冷过渡区域并且接近垂直于加热的感应器之前被挡板偏转。气流被基座迫使到一侧。废气通过反应室的底部逸出，并通过干式真空泵泵出，进入干式吸收减排罐。

3、尾气处理系统

MOCVD使用的MO源大多数是易自燃及有毒的，许多氢化物有剧毒，很多副产物也有毒性或易自燃的，虽然反应气体经反应室后，大部分热分解，但还有部分尚未完全分解，因此尾气在向大气排放前都要经过处理，废气通过反应室的底部逸出，并通过干式真空泵泵出，进入干式吸收减排罐，达标外排。

干式吸收减排罐核心安全元件是干燥的化学吸附剂材料。专用的

CLEANSORB@化学吸附介质确保高效去除诸如AsH3,PH3等有毒气体，转化为稳定的固体物质，同时显着降低与吸收床或空气侵入的氢气反应相关的风险。独特的保护和控制功能包括监测吸收塔温度分布以及惰性气体冷却机制的红外阵列。自动化和温度监测的再氧化程序使用稀释的空气混合物在柱更换之前在系统入口处处理累积的发火材料。CLEANSORB系统是完全被动的，即使在停电或其他设施故障的情况下也永久处于待机状态。

4、安全保护和警 系统

(1)氢化物气体供应和储存安全保护和警 措施

MOCVD使用氢化物气体作为其列V源，例如AsH3,PH3和用于掺杂剂的SiHa。

所有这些气体都是自燃的，将通过工程安全柜在严格的安全控制下进行储存和供应。供气柜设计方案：

①相对于周围地区在负压下运行；

有自动关闭的有限进入口或不可燃窗口，以便进入设备控制

③在进出口或窗口的面部提供最小不小于1.02m/s的平均速度，在任何点以最

0.762m/s的速度；

④连接到排气管；

⑤有自动关闭门；

⑥有气流测量装置和视觉和听觉 警，表示低气流状况；

7位于房间内，业与周围区域的气压保持相对负压；

③UV/IR火灾探测器；

⑨有毒气体检测系统；

10过流断流开关

11 限制流量的气缸在紧急情况下限制流量的孔；

12全自动清除吹塌能力；

13 自动喷水灭火器

(2)反应室安全保护和警 措施

大多数 MOCVDIII-V化合物半导体和合金的工艺涉及使用氢化物，例如伸化氢、磷化氢，气缸的输送供应。危险气体位于相对远的区域，并保持在具有自动气缸变换硬件的排气安全气柜中，并且具有机械和电子流速感测和限制（流量限制装置）。所有伸化氢、磷化氢工艺气体在无泄漏同轴管道中用惰性吹扫气体或真空在外管中管道。废气将被泵入干式吸收洗涤罐内。

在电源故障的情况下，如果备用电源不足，则会自动关闭源气体并切换到惰性吹扫气体。在过程链的所有点都安装了足够的有毒和可燃气体监测系统，包括阁楼，大厅、实验室、机柜和罩，净化管线和废气管线。

（3）紧急安全措施

所有氢化物气柜之排气导入一个Clean-Protect应急释放洗涤器。

CLEAN-PROTECT系统专门开发用于在紧急气体释放事件期间吸收有毒，腐蚀性或发火性气体。

LEAN-PROTECT系统的核心是干燥的化学吸附剂材料CLEANSORB。安装在线，系统不间断的处于待机状态。逸出的气体在CLEAN-PROTECT系统内经历不可逆的化学反应（氧化或中和）,在那里它们安全地转化为非挥发性的固体副产物。CLEAN-PROTECT应急气体释放吸收器特点：

1 高空气萃取流量，保护多个气柜

2 全气瓶的洗涤能力

③低压降

④永久在线，几乎不需要维护

⑤完全无源-无电气连接

⑥典型的5年吸收器再填充之间的使用寿命

⑦适用于各种有害气体，包括：

AsH3,PH3,BF3,Br2,C12,CIF3,COCl2,F2,HCI,HF,HBr,H2S,H2Se,HCN,NH3,N2H4,SO22

三、光刻

光刻包括涂胶、曝光、显影。涂胶是在基片表面通过基片高速旋转均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的基片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上形成了沟槽。

四、去胶

用去胶液将残余的光刻胶溶解使其全部去除，去胶后再放入冲洗槽用高纯水清洗。项目使用的去胶液主要成分为1-甲基-2-毗咯烷酮、甲醛、异丙醇和丙酮，所以此过程产生去胶废气、去胶废水和去胶废液。

五、干法蚀刻

干法刻蚀是在等离子气氛中选择性腐蚀基材的过程，本项目采用电感精合等离子体干法刻蚀，刻蚀气体使用澳化氢气体。此过程产生干法蚀刻废气（G23),主要成分为未反应的澳化氢。废气采用热/湿喷雾消减系统洗涤器处理达标后外排。

六、湿法蚀刻

湿法蚀刻是通过化学反应的方法对基材腐蚀的过程，对不同的去除物质使用不同的材料。刻蚀液主要成分为澳、氢澳酸，缓冲液为六甲基二硅氮烷、氟化安/氢氟化物，腐蚀完后用高纯水清洗。此过程产生酸性废气、有机废水、含氟废水。

七、等离子体增强化学气相沉积（PECVD)

等离子体增强化学气相沉积（PECVD)是通过在平行电极（接地电极和RF激励电极）之间引入反应气体来实现的。电极之间的电容精合将反应气体激发成等离子体，其引发化学反应并导致反应产物沉积在基板上。反应气体一氧化二氮、硅烷、氨气。一氧化二氮、硅烷、氨气均存放于工艺气柜，气柜配有排气，有毒气体监测器，自动过流过压关闭阀，限流孔（RFO),火灾侦测器和自动喷水灭火。废气采用热/湿喷雾消减系统洗涤器处理达标后外排。

八、微波等离子体电子回旋共振蚀刻

干法刻蚀是在等离子气氛中选择性腐蚀基材的过程，本工序采用微波等离子体子回旋共振（ECR)蚀刻移除二氧化硅，刻蚀气体使用三氟化氮气体。此过程产干法蚀刻废气（G23),主要成分为未反应的三氟化氮。废气采用热/湿喷雾消减系统洗涤器处理达标后外排。

九、金属蒸镀

真空蒸发镀膜是将激光器基片置于高真空环境中加热，使之升华或蒸发并沉积村底上以获得薄膜的工艺方法。采用电子束蒸发工艺，蒸镀材料为钛、铂、金。

十、金电镀

金电镀工艺是在激光器基片上的电极镀上一层金薄膜。镀金液为：金（30g)+复方流酸（1~10%)+安盐（0.1~1%)+水。此过程产生镀金废液。

十一、抛磨

基片被夹紧到一个旋转的卡盘上横扫过旋转金刚石盘的中心。主轴携带车轮向下移动，以从工件表面磨除材料

十二、劈裂片

用钻石刀在基片边上划短线，并于基片背面加压而使之从划线处劈裂。