中科院苏州纳米所实习报告综述.docx

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中科院苏州纳米所实习报告综述

1、实习目的

了解专业理论知识，了解相关微纳加工技术，包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、CMP及封装工艺将理论与工艺操作结合，熟悉超净间工作环境，了解元器件加工生产工序和生产设备，加强理论跟实践密切相结合，提升专业素质和专业技能。

2、实习单位及岗位介绍

实习单位：

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工公共平台

实习岗位：

工艺实习员

岗位介绍：

纳米加工平台是集微米、纳米加工和检测手段于一体，具有先进的、有特色的多功能的加工平台。

在纳米加工平台的工艺实习员在优秀的老师的指导下完成样品微米、纳米加工和检测，按照要求并做好记录，完成必要的报告文献。

3、实习安排

周次

日期

安排

第一周

7.4

乘车前往苏州，办理入住事项

7.5

上午在苏纳所进行入所教育，下午参观超净间

7.6

加工平台综合培训，主要包括超净间的使用，平台安全事项的介绍以及常用小型设备的介绍三方面

7.7

清洗间培训以及清洗间实际操作的考核

7.8

综合培训考试

第二周

7.11

理论培训，包括光刻，刻蚀，薄膜沉积以及封装等四项工艺

7.12-7.15

分组进入超净间实地学习，我们小组分配在203室

第三周

7.18-7.20

小组轮换超净间，我们小组轮换到103室

7.21

上午职业技能考试，下午分组汇报学习成果，颁发结业证书

7.22

办理手续，离苏返校

4、实习内容及过程

7.4全班同学在老师的带领下一起乘车抵达苏州，办理入住并熟悉周围环境。

7.5入所教育及超净间参观

一，苏纳所简介

经老师介绍及相关资料的查询我了解到苏纳所的概况：

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（简称中科院苏州纳米所）由中国科学院与江苏省人民政府、苏州市人民政府和苏州工业园区共同出资创建，位于风景秀丽的苏州工业园区独墅湖科教创新区内。

根据中国科学院调整科技布局的规划，面向国际科技前沿、国家战略需求与未来产业发展，开展相关领域基础性、战略性、前瞻性研究。

建设公共技术平台，为我国现代制造业与高新技术产业发展不断提供新的知识与技术，发挥国家研究机构的骨干与引领作用。

当前主要的研究内容：

信息领域，能源领域，环境领域，生命与医学领域。

老师同时也为我们介绍了苏纳所研究生招生，待遇，以及发展等情况。

二，纳米加工平台

老师首先为我们介绍了微电子技术整体的发展：

从1947年肖克利团队发明第一个锗晶体管到60年代后集成电路的出现及发展，一直到今天仍在蓬勃发展的超大规模集成电路，微电子技术在人类社会信息化的过程中起到了不可替代的巨大作用。

而在发展过程中它又衍生出许多的交叉学科，如微机电系统，生物芯片等，也都是具有广阔应用前景的技术。

纳米加工平台的定位及特色：

国际先进水平，面向国内外开放的纳米科学研究和成果转化的公共技术平台。

加工精度最小为10nm。

纳米加工平台的加工能力：

微纳米电子器件，光电子器件，微纳光机电系统，生物传感器及生物芯片，化合物半导体器件。

平台设备概况：

主要包括镀膜，刻蚀，光刻，掺杂，封装等工艺的设备。

平台现阶段研究方向：

宽带隙半导体材料与器件（主要包括功率器件，InP光电器件以及微电子机械系统），新型信息功能材料及器件（自旋电子器件，可用于非易失性存储器，传感器，硬盘，自旋发光二极管，微波器件，自旋晶体管等），二维材料纳米器件。

三，超净间参观

老师带领我们参观了超净间一楼及二楼的几个实验室，简单介绍了相关的一些仪器及注意事项，着重提到了清洗间，灰区，黄光室等。

7.6加工平台综合培训（超净间的使用，安全知识，常用小型设备介绍）

一，超净间的使用（主要包括超净间使用指引，超净间进出步骤，超净间管理规定，设备预约四方面）

超净间使用指引：

老师解释了纳米加工平台用户培训的流程，介绍超净间每个楼层的具体布局。

每个实验室旁边都有一个灰区，用来存放相关的设备和器材，清洁度要求比超净间低，可以节约一定的能源，同时一些有毒有害物质也存放在里面，所以一般非工作人员禁止进入，非紧急情况禁止进入。

每一层都有两个安全门。

超净间进出步骤：

穿一次性鞋套（不能将未穿鞋套的脚放置在鞋柜内或将穿鞋套的脚放置在鞋柜外）—指纹门禁（严禁一人按指纹多人进入）—一次更衣—二次更衣（口鼻完全遮住，头发不外露，手腕不外露）—风淋室，出来步骤相反，但二次更衣手套要最后一个脱掉。

超净间管理规定：

听从平台工作人员的指导和指示，平台工作人员有权纠正违反加工平台规章制度人员的行为。

使用设备时，如存在任何疑问，应及早主动与平台工作人员沟通或咨询。

除在相关工作区域作业外，不能随意走动。

非紧急情况严禁进入灰区。

湿法腐蚀只能在清洗间进行。

光刻间（104和105）限制人数，无工艺者不能进入。

未经平台规定的培训并考核合格及预约人员不得擅自操作任何设备。

未经许可，严禁挪动任何设备、仪器和装置。

工艺之前必须进行网上预约。

未经许可，除待加工样品、光刻版外严禁带入任何物品。

在超净间内严禁吸烟、拍照、摄像、饮食、接打手机。

必须保持工作环境整洁有序。

在非紧急状况下，严禁使用应急设备和设施（灭火器、消防栓、灭火毯、六氟灵、逃生门、洗眼器、淋浴器、急救包、排烟口开放装置）。

设备预约：

使用设备必须先在平台网站进行预约。

预约时间注意点：

工作时间（上午9:

00-12:

00，下午13:

30-18:

00）可以随时预约（仅限可以自己操作设备的用户）。

中午12:

00-13:

30，需提前1小时以上预约,下午18:

00以后的工艺需在下午17:

00前预约。

周末时间需在周五下午16:

00前预约。

二，安全知识（安全意识，水电气安全，消防安全，逃生路线，化学品安全）

安全意识：

树立正确的安全意识是事故防范及处理的基础。

水电气安全：

水电气安全问题立刻报告平台工作人员。

消防安全：

碱金属，三酸（硫酸，硝酸，盐酸），轻于水的易燃液体不能用水扑救。

常见的灭火器有干粉灭火器（有腐蚀性，不适用于昂贵的仪器），二氧化碳灭火器（一般摆放在设备旁边，一拔二压）。

消防栓中水管与水带的阀门不同。

无机和有机清洗间均有防火棉。

逃生路线：

每个楼层都有两个逃生门，一楼A逃生门外开，B逃生门内开。

化学品安全：

1.清洗间（有机清洗间和无机清洗间）使用流程：

1.预约并阅读化学品安全技术说明书（MSDS）。

2.额外的器皿和特殊化学品如要带入需向平台管理员申请。

3.填写《加工平台清洗台使用记录表》相关操作内容并记录开始时间。

④.防护用品准备和穿戴（所有无机化药和有机中的三氯乙烯、四氯化碳、氯苯均需要穿戴完整防护，其余有机化药需要佩戴防护眼镜和手套）。

手部防护：

防护橡胶手套。

眼部防护：

防护眼镜。

面部防护：

防护面罩。

身体防护：

围裙、护袖。

⑤.化学品操作：

混合溶液时密度大的注入密度小的，稀释时加溶液于水，不可颠倒。

不可将氢氟酸放置在石英和玻璃器皿中。

要节约使用化药。

⑥.操作结束后要清洗台面及橡胶手套，废液按要求处理。

⑦.脱下防护用品，与穿戴顺序相反。

⑧.填写《加工平台清洗台使用记录表》相关操作内容并记录结束时间。

2.废液的回收和存放：

处理无机废液时，要注意选择好相应的废液桶，倒废液之前加入5倍以上的去离子水稀释（浓硫酸除外），其中废液稀释的水包括原溶液以上的去离子水稀释（浓硫酸除外），其中废液稀释的水包括原溶液中的水。

废浓硫酸桶中存放废液有：

（1）废浓硫酸占总体积大于50％以上的废液。

（2）废纯浓硫酸。

两者废液都不需要稀释，直接倒入废浓硫酸桶。

两者废液都不需要稀释，直接倒入废浓硫酸桶。

如果废液中浓硫酸总体积比小于50％，则需要加5倍以上去离子水稀释（废浓硫酸加入水）倒入废酸桶。

有机无机分开，酸碱分开的原则。

浓酸和稀酸分开的原则。

HF和BOE一起回收和存放。

稀碱单独回收和存放。

丙酮、乙醇、异丙醇有机溶剂一起回收和存放。

按照每个桶贴上标签或标识，倾倒和回收化学废液。

桶盖不要拧紧。

3.化学品知识：

化学品入侵途径分吸入，食入和皮肤接触。

皮肤接触：

立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟，就医。

眼睛接触：

立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟，就医。

吸入：

迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅，如呼吸困难，给输氧，如呼吸停止，立即进行人工呼吸，就医。

食入：

腐蚀性：

用水漱口，不可催吐。

就医。

非腐蚀性：

饮足量温水，催吐。

就医。

小量泄漏：

用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。

接触氢氟酸或BOE（氢氟酸和氟化铵），应在一分钟内用六氟灵冲洗，之后流水冲洗至少15分钟后就医。

（一楼的在有机清洗间新液药品柜的柜顶，二楼的在无机清洗间）

三，常用小型设备介绍

快速退火炉（用于快速热处理，原理为高功率卤钨灯和红外辐射加热）。

台阶仪（用于台阶高度和表面粗糙度的检测，原理为探针在样品表面划过的高度由探针后面的传感器所记录）。

膜厚仪（用于测量薄膜厚度，原理为薄膜表面或界面的反射光与基底的反射光相干涉，通过计算拟合得到薄膜的厚度）。

光学轮廓仪（用于测量台阶高度、表面粗糙度、三维形貌，原理为薄膜表面的反射光与参考面的反射光相干涉，通过计算得到薄膜表面的高精度轮廓）。

数码显微镜（用于常规显微观察，原理为CCD成像）。

莱卡金相显微镜（用于常规显微观察，原理为CCD成像）。

7.7清洗间考核

我们有五个人被安排在一楼有机清洗间进行考核，老师抽查了两名同学的操作情况，我们在旁观察，操作过程中并没有出现过多的疏漏，但是在使用溶液时对量把握地不够好，并且最后清理台面不够干净。

7.8综合培训考试

主要考查了综合培训中提到的平台预约，清洗间的使用，安全问题，超净间使用规范等项目。

7.11综合理论培训（光刻工艺，刻蚀及CMP，薄膜沉积技术，封装工艺）

一，光刻工艺

光刻的本质是把制作在掩膜版上的图形复制到以后要进行刻蚀和离子注入的晶圆上。

光刻工艺的主要流程为清洗—表面处理—涂胶—前烘—对准、曝光—后烘—显影—坚膜—检查。

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，分为正性光刻胶（曝光后软化变得可溶）和负性光刻胶（曝光后硬化变得不可溶解）。

常用的曝光设备：

步进重复式曝光系统，接触、接近式曝光系统，电子束、离子束曝光系统。

分辨率增强技术：

离轴照明技术，相移掩模技术，邻近效应修正技术，多重曝光技术，抗反射层技术。

二，刻蚀技术

刻蚀工艺基础：

用物理的、化学的或者同时使用物理和化学方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分材料去除，从而得到和抗蚀剂一致的图形，实现图形转移。

两类蚀刻方法：

湿法蚀刻（湿法化学过程，各向同性），干法蚀刻（等离子刻蚀，通常为各向异性）。

干法蚀刻效果较为优异。

干法蚀刻的不同类型：

反应离子刻蚀，等离子刻蚀，ICP刻蚀。

掩膜选取原则：

刻蚀选择比，去除方便，高温工艺需要避免互融及共晶，是否需要通过掩膜对刻蚀结果进行控制。

刻蚀工艺中主要工艺参数：

温度，功率，压力，其他（气体流量，反应物材料，反应腔室洁净度，掩膜材料）。

三，薄膜沉积技术

薄膜分类：

金属薄膜（电极、互连：

Al、Ti、TiN、W、Cu等），半导体薄膜（有源层、电极、互连：

单晶硅等），绝缘体薄膜（介质层、隔离层。

钝化层：

二氧化硅等）。

薄膜特性：

好的厚度均匀性，高的纯度及密度，好的台阶覆盖能力，填充高深比孔隙的能力，具有理想配比并可控制，具有比较低的应力，电学性质佳，衬底材料和薄膜附着性好。

物理气相沉积（PVD）：

是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到衬底表面上的过程，应用于金属薄膜和介质薄膜的沉积。

化学气相沉积（CVD）：

反应物扩散过边界层到达衬底表面，衬底表面吸附反应物，化学反应沉积形成薄膜。

相比于PVD优点是沉积是三维的并且是表面选择沉积。

一般可分为APCVD、LPCVD、PECVD、ICPCVD四类。

热氧化工艺可分为干氧和湿氧，干氧形成的氧化膜质量好，湿氧生长速率比干法快得多。

四，封装工艺

芯片封装就是指把硅片上的电路管脚用导线接引到外部接头以便与其他器件连接。

IC芯片封装流程：

晶圆切割—芯片分选—芯片贴片—固化—引线键合—晶粒封胶—封胶—封胶后烘烤—去胶—锡铅电镀—正面印码—去框、成型—LS检测—包装。

划片类型：

机械式（钻石刀、砂轮等），激光（表面烧蚀熔融）。

常用的引线键合方式：

球焊，楔焊。

扫描电子显微镜（SEM）：

原理为通过高能电子轰击样品表面激发各种信号，如二次电子、背散射电子、俄歇电子、特征X射线等信号，通过相应的接收器得到图像以及相应的数据。

用于观察样品表面形貌和做样品分析。

7.12—7.15超净间实习（203室，指导老师：

程伟）

203室主要进行镀膜工艺，我们先后接触到的设备有：

磁控溅射，离子束刻蚀，电子束蒸发，热蒸发，ALD（原子层沉积），快速退火炉，国产溅射台，复合真空计，真空烘箱，棱镜耦合仪等。

因为多方面原因我们未能动手操作这些设备，但较为重要使用频率较高的仪器还是有了一定的了解：

离子束刻蚀（IBE）：

把Ar气充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。

用于刻蚀较难刻蚀的物质及金属。

一次可刻蚀6寸片/4寸片/3寸片一片或2寸片4片。

刻蚀均匀性<±5%。

磁控溅射（LAB）：

主要用于溅射Ti、Al、Ni、Au、Ag、Cr、Pt、Cu、TiW、Pd、Pt、Zn、Mo、W、Ta、Ru等金属薄膜，TaN、TiN等复合材料。

单次工艺可溅射两寸片5片，四寸片和六寸片1片，向下尺寸兼容，薄膜不均匀性≤±5%。

电子束蒸发：

主要用于蒸发Ti、Al、Ni、Au、AuGe、Cr、Pt等金属薄膜，蒸发速率0.1A/s-20A/s可调，最大蒸发厚度可至2000nm。

一次可蒸镀两寸片180片，四寸片和六寸片8片，向下尺寸兼容，薄膜不均匀性≤±5%。

7.18—7.20超净间实习（103室，指导老师：

孙国庆）

103室主要进行检测和探测，主要的设备有：

FHR溅射台，台阶测量仪，双束聚焦粒子束，氟化氢气态刻蚀，等离子体刻蚀，K-Mac膜厚仪，卡尔蔡司显微镜，自动金属镀膜机，氮（氧）氢管式退火炉，四探针测量仪，三维视频显微镜，光学轮廓仪，扫描电镜，氧化扩散炉，快速退火炉。

使用频率较高的仪器有：

FHR溅射台：

在相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将原子等粒子溅出，溅出的粒子则沉积于阳极的基板上而形成薄膜。

磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场，由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。

淀积材料：

Al、Au、Cu、Cr、Ti、TiW。

聚焦离子束：

1.定点切割（PrecisionalCutting）-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的2.选择性的材料蒸镀（SelectiveDeposition）-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积（MetalandTEOSDeposition）.该设备的材料沉积只有金属铂（Platinum,Pt）3.强化性蚀刻或选择性（EnhancedEtching-Iodine/SelectiveEtching-XeF2）-辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除4.蚀刻终点侦测（EndPointDetection）-侦测二次离子的讯号，借以了解切割或蚀刻的进行状况。

7.21职业技能考试及成果汇报

上午考试的内容主要涉及微纳加工的工艺，包括光刻，刻蚀，薄膜生长，封装以及CMP（化学机械抛光）等。

下午按照小组汇报了这一段时间的实习成果，并且为我们颁发了结业证书，宣告着为期三周的实习圆满结束。

7.22办理手续离开苏州回到学校

五、实习总结及体会

实习的这段日子对我而言是充实且意义重大的。

在这三周的时间里，苏纳所的各位老师以及工作人员们不辞辛劳地对我们进行了理论知识的培训和超净间仪器操作的指导，使我们在掌握更多知识的同时提高了动手能力，拓宽了我们的眼界，掌握了更多课堂上无法学习到的技能，熟悉了超净间的工作环境，进一步加深了我们对于整套微纳加工工艺的理解，培养了我们对于这个行业的初步认知。

这些对于我们来说，这些无疑都是具有重大意义的。

以前在课堂上学习的理论和知识，到了这里到了实际应用操作的时候才真正明白确实是“纸上得来终觉浅”，理论知识任何时候都不可能代替实际操作中的经历，也就是说“读万卷书”与“行万里路”是不可能互相取代的，何况是在微纳加工这样一个极其精密的学科中，所以我平时不仅仅要注重理论知识的学习，更要将其与实践操作紧密联系起来，这样才能取得更大的进步。

微纳加工这个领域随着第一只晶体管的诞生至今已经发展了近70年，以我对于这个行业浅薄的理解以及这次实习过程中的所见所闻，可以肯定的是这个行业在这70年的历史中对于推动人类社会进步起到了不可替代的重要作用，它让我们完全迈入了信息时代，让科技真正地成为了第一生产力，有幸参与到这个专业中并且将来有一天可能真正从事这个行业让我无比的激动，因为这个行业见证了人类光辉的历史并且在可预见的未来仍将继续改变我们的生活。

这让我与对于苏纳所的印象联系了起来，在这三周的时间里，除了严谨与认真之外，我感受到的苏纳所最浓重的气质是开放，纳米加工平台本身就秉承着开放的原则，意在为全球用户提供国际一流的纳米科学研究和成果转化的公共技术平台，而在开放的同时平台也持续跟进着多项重大的科研项目，我想这就是所谓的产学研合一吧。

很多高校以及研究所也有大量先进的仪器设备，但却并不面向行业开放，许多珍贵的设备得不到合理的安排及利用，或者就是许多科研成果与产业脱节，这只能理解为是对资源的浪费。

但是苏纳所并不存在这个问题，他们利用现有的设备吸引各方客户，即取得了收入又可以维持平台自身的有效运作，平台取得的科研成果则可以和客户直接合作投入到生产中去，这不仅为社会带来了利益同时也推动着平台进一步发展。

这无疑是可以称作典范的发展模式，在这样的模式下，我很期待苏纳所未来的进一步腾飞。

微纳加工领域发展至今已与各个行业都产生了一定的交叉，也不断催生着新领域的发展，但我有些悲观地看到目前能够大规模生产尖端芯片的厂商（三星，台积电，英特尔，Globalfoundries）都不是国内的企业，这说明我们在这个领域是落后于国际高端水平的，而这个行业，日本人认为它是全球所有行业的命脉，我想这并不是危言耸听。

国内的半导体行业正在全面地扩张，慢慢地追赶国际先进水平，我们还有很长的路要走，所以我才觉得苏纳所让我震撼，国内并不是没有尖端技术，只是科学界还缺乏开放的态度，还缺乏有效的创新模式，缺乏把科研成果转化为工业成品的有效机制，与其说我们在半导体行业在微纳加工领域有很长的路要走，倒不如说我们的科学界还有很长的路要走，还有很多的课要补。

但是起码已经有在这样做在补课的了，苏纳所真的是一个很好的典范，而我对这个行业有着深厚的兴趣，也更希望自己将来投身于这个行业中去为这个行业为祖国做出贡献。

也许说了很多大话很多没营养的事儿，但是这一次实习教给我的书本之外的东西确实更多。

最后，确实是要谢谢苏纳所和学校，谢谢给我们提供这样一个宝贵的机会，谢谢苏纳所的老师们和工作人员，谢谢你们三周的陪伴和各方面的指导，你们辛苦了，谢谢带队的张老师，您辛苦了，这将是我们全体难忘的经历，真的十分感谢。