一、主要生产设备
二、工艺流程简述
图1IR-UFPA探测器生产流程及产污环节图
图2IR-UFPA探测器委托封装生产流程及产污环节图
项目探测器生产及委托封装工艺流程基本相同,区别仅是探测器生产过程总所需硅片及读出电路外购,探测器委托封装所需硅片及读出电路均由客户提供,本环评统一进行生产及封装工艺流程简述。
(1)原材料外购
根据项目产品生产需要,外购硅片(或客户提供)、光刻胶、读出电路电子组件、错窗窗口等原辅材料备用。
(2)硅片分割
外购入项目的硅片为晶圆,采用划片机将晶圆进行划片之后,得到单片硅片,划片过程中产生机械噪声。
(3)硅片背金生长
硅片背金生长包括硅片北面氧化膜去除、清洗、硅片背面金属生长三个部分探测器芯片背面氧化层去除可采用纯物理的磨抛背减和化学腐蚀。磨抛背减是采用常规的磨抛,需对探测器芯片加压,会对芯片物理结构带来损伤,导致芯片机械性能降低。化学腐蚀是直接采用化学试剂对芯片北面进行腐蚀,不会对芯片结构带来物理损伤。本项目中采用化学腐蚀方式进行芯片北面氧化层去除。化学方式包括干法腐蚀及湿法腐蚀两种,湿法腐蚀是采用稀释的氢氟酸完成氧化层去除,腐蚀过程中若不做好保护措施,可能会对芯片正面带来损伤,干法腐蚀是采用电感精合等离子体设备进行氧化层去除。
清洗采用干法清洗,即是采用辉光放电的方式进行清洗,辉光放电是指低压气体中显示辉光的气体放电现象,即是稀薄气体中的自持放电(自激导电)现象。辉光放电有亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段,放电的整个通道由不同亮度的区间组成,即由阴极表面开始,依次为:①阿斯通暗区;②阴极光层;③阴极暗区(克克斯暗区):④负辉光区:⑤法拉第暗区;⑥正柱区:⑦阳极暗区:⑧阳极光层。背面金属生长及葆金金属膜的生长,该工艺采用箱式真空镀膜机及离子镀膜机进行金属层镀膜生长,真空镀膜就是在真空环境中,将镀膜材料加热,进行蒸发或升华,以均匀镀于基片玻璃上,形成薄膜,其工作原理是通过一定加热方式使被热发材料受热蒸发或升华,由固态或液态变为气态,对于单质材料,常见加热方式有电阻加热、电子束加热、高频感应加热,电弧加热和激光加热,本项目镀膜过程中采用电阻加热方式将金属蒸发蒸镀于芯片背面。电阻加热的工作原理是在高真空下,金属材料作为阴极,内接铜杆做阳极,内接铜杆做阳极,通电压,移动阳电极尖端与阴极接触,阴极局部熔化发射热电子,再分开热电极,产生弧光放电,使阴极材料蒸发成膜。镀膜过程中,镇、金原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。
(4)涂光刻胶
即是采用涂胶机将光刻胶均匀的涂抹于芯片表面。光刻胶是一种有机化合物,受紫外曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化,晶片制造中所用的光刻胶以液态涂在芯片表面,然后烘干成为胶膜。涂胶结束后,将涂有光刻胶的芯片置于烘箱内烘干,目的是蒸发掉光刻胶内的有机成分,使晶圆表面的胶固化,烘干温度85C°至120C°,烘干时间30s-60s。烘干过程中有少量蒸发的有机废气产生,无组织排放。
(5)显影光刻
即是采用光刻机进行光刻,光刻机又名紫外曝光机、掩膜对准曝芯片光机等,光刻的本质是把制作在掩膜上的图形复制到以后要进行刻蚀的晶圆上,其原理与照相相似,不同的是半导体晶圆与光刻胶代替了照相底片与感光涂层。
光刻过程中光刻胶层透过掩膜被曝光在紫外线下,变得可溶,期间发生的反应类似于按下机械相机快门那一刻胶片的变化,掩膜上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案,一般来说,在晶圆上得到的电路图案是掩膜上电路图案的四分之一。
曝光光刻结束之后,用化学显影液将曝光造成的光刻胶可溶解区域溶解即是光刻胶显影的过程,显影的主要目的就是将掩膜版的图形准确复制到光刻胶中,显影技术包括连续喷雾及旋覆浸没,连续喷雾是显影液以雾的形式喷洒,实际显影过程中通常采用超声波零化以获得低速弥散,旋覆浸没是将显影液滴于光刻胶上,然后旋转芯片使显影液覆盖到整个芯片上,为了让光刻胶可溶解区域完全溶解,显影液在光刻胶上停留时间一股为10s-30s,显影结束后,采用去离子水进行冲洗,去除残留显影液,去离子水依托使用物理研究所内所供应上离了水,冲洗结束后将产生一定量的废弃显影液。
(6) 去胶清洗
图形转移加工后,光刻胶已完成使命,需要清洗去除,本项目芯片去胶清洗主要采用的是有机溶剂去胶清洗,即采用丙酮、酒精浸泡,等光刻胶完全溶解后,放置于工具夹具中,利用超声波清洗机进行超声波清洗完成即可。
芯片去胶清洗过程中产生的清洗废液统一收集之后,交由微废中心进行处置。
(7)硅片释放(去除牺牲层)
芯片释放主要是去除牺牲层,该牺牲层是亚胺化后的高分子有机物,该物质的去除分湿法及干法两种。
湿法腐蚀对支撑层、读出电路上的氧化物和金属层有相当程度的腐蚀和损伤,本项目采用对支撑层氮化硅及读出电路上的氧化物和金属层几乎零腐蚀的干法腐蚀。干法腐蚀即是采用刻蚀机进行刻蚀,刻蚀过程即是芯片表面不需要的材料的去除过程,刻蚀过程中把芯片表面暴露于气态中产生的等离子体,等离子体通过光刻胶中开出的窗口与芯片发生物理反应或化学反应,从而去掉多余的暴露表面材料。项目刻蚀采用离子束刻蚀机,刻蚀过程中氧气、氯气作为刻蚀气体进行使用,刻蚀后排出的排气主要为少量氧气及氨气。
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