Die vervaardiging van elke halfgeleierproduk vereis honderde prosesse. Ons verdeel die hele vervaardigingsproses in agt stappe:wafelverwerking-oksidasie-fotolitografie-etsing-dunfilmafsetting-epitaksiale groei-diffusie-iooninplanting.
Om jou te help om halfgeleiers en verwante prosesse te verstaan en te herken, sal ons WeChat-artikels in elke uitgawe plaas om elk van die bogenoemde stappe een vir een bekend te stel.
In die vorige artikel is genoem dat om die beskerming van diewafelUit verskeie onsuiwerhede is 'n oksiedfilm gemaak -- die oksidasieproses. Vandag bespreek ons die "fotolitografieproses" om die halfgeleier-ontwerpkring op die wafer te fotografeer met die gevormde oksiedfilm.
Fotolitografie proses
1. Wat is die fotolitografieproses
Fotolitografie is om die stroombane en funksionele areas te maak wat benodig word vir skyfieproduksie.
Die lig wat deur die fotolitografiemasjien uitgestraal word, word gebruik om die dun film wat met fotoresist bedek is, deur 'n masker met 'n patroon bloot te stel. Die fotoresist sal sy eienskappe verander nadat dit die lig gesien het, sodat die patroon op die masker na die dun film gekopieer word, sodat die dun film die funksie van 'n elektroniese stroombaandiagram het. Dit is die rol van fotolitografie, soortgelyk aan die neem van foto's met 'n kamera. Die foto's wat deur die kamera geneem word, word op die film gedruk, terwyl die fotolitografie nie foto's graveer nie, maar stroombaandiagramme en ander elektroniese komponente.
Fotolitografie is 'n presiese mikrobewerkingstegnologie
Konvensionele fotolitografie is 'n proses wat ultravioletlig met 'n golflengte van 2000 tot 4500 Ångström as die beeldinligtingsdraer gebruik, en fotoresist as die tussenliggende (beeldopname) medium gebruik om die transformasie, oordrag en verwerking van grafika te bewerkstellig, en uiteindelik die beeldinligting na die skyfie (hoofsaaklik silikonskyfie) of diëlektriese laag oordra.
Daar kan gesê word dat fotolitografie die fondament is van moderne halfgeleier-, mikro-elektronika- en inligtingsbedrywe, en fotolitografie bepaal direk die ontwikkelingsvlak van hierdie tegnologieë.
In die meer as 60 jaar sedert die suksesvolle uitvinding van geïntegreerde stroombane in 1959, is die lynwydte van die grafika met ongeveer vier ordes van grootte verminder, en die stroombaanintegrasie is met meer as ses ordes van grootte verbeter. Die vinnige vooruitgang van hierdie tegnologieë word hoofsaaklik toegeskryf aan die ontwikkeling van fotolitografie.
(Vereistes vir fotolitografietegnologie in verskillende stadiums van ontwikkeling van geïntegreerde stroombaanvervaardiging)
2. Basiese beginsels van fotolitografie
Fotolitografiese materiale verwys gewoonlik na fotoresiste, ook bekend as fotoresiste, wat die mees kritieke funksionele materiale in fotolitografie is. Hierdie tipe materiaal het die eienskappe van ligreaksie (insluitend sigbare lig, ultravioletlig, elektronstraal, ens.). Na die fotochemiese reaksie verander die oplosbaarheid daarvan aansienlik.
Onder hulle neem die oplosbaarheid van positiewe fotoresist in die ontwikkelaar toe, en die verkrygde patroon is dieselfde as die masker; negatiewe fotoresist is die teenoorgestelde, dit wil sê, die oplosbaarheid neem af of word selfs onoplosbaar nadat dit aan die ontwikkelaar blootgestel is, en die verkrygde patroon is teenoor die masker. Die toepassingsvelde van die twee tipes fotoresiste verskil. Positiewe fotoresiste word meer algemeen gebruik en maak meer as 80% van die totaal uit.
Bogenoemde is 'n skematiese diagram van die fotolitografieproses
(1) Gom:
Dit wil sê, die vorming van 'n fotoresistfilm met eenvormige dikte, sterk adhesie en geen defekte op die silikonwafel nie. Om die adhesie tussen die fotoresistfilm en die silikonwafel te verbeter, is dit dikwels nodig om eers die oppervlak van die silikonwafel te modifiseer met stowwe soos heksametildisilazaan (HMDS) en trimetielsilieldietielamien (TMSDEA). Dan word die fotoresistfilm voorberei deur spinbedekking.
(2) Voorbak:
Na spinbedekking bevat die fotoresistfilm steeds 'n sekere hoeveelheid oplosmiddel. Na bak by 'n hoër temperatuur kan die oplosmiddel so min as moontlik verwyder word. Na voorbak word die inhoud van die fotoresist tot ongeveer 5% verminder.
(3) Blootstelling:
Dit wil sê, die fotoresis word aan lig blootgestel. Op hierdie tydstip vind 'n fotoreaksie plaas, en die oplosbaarheidsverskil tussen die verligte deel en die nie-verligte deel vind plaas.
(4) Ontwikkeling en verharding:
Die produk word in die ontwikkelaar gedompel. Op hierdie tydstip sal die blootgestelde area van die positiewe fotoresis en die nie-blootgestelde area van die negatiewe fotoresis in die ontwikkeling oplos. Dit bied 'n driedimensionele patroon. Na ontwikkeling benodig die skyfie 'n hoëtemperatuurbehandelingsproses om 'n harde film te word, wat hoofsaaklik dien om die adhesie van die fotoresis aan die substraat verder te verbeter.
(5) Etswerk:
Die materiaal onder die fotoresis word geëts. Dit sluit vloeibare nat-etsing en gasvormige droë-etsing in. Byvoorbeeld, vir nat-etsing van silikon word 'n suur waterige oplossing van hidrofluoorsuur gebruik; vir nat-etsing van koper word 'n sterk suuroplossing soos salpetersuur en swaelsuur gebruik, terwyl droë-etsing dikwels plasma- of hoë-energie-ioonstrale gebruik om die oppervlak van die materiaal te beskadig en te ets.
(6) Ontgomming:
Laastens moet die fotoresist van die oppervlak van die lens verwyder word. Hierdie stap word degomming genoem.
Veiligheid is die belangrikste kwessie in alle halfgeleierproduksie. Die belangrikste gevaarlike en skadelike fotolitografiese gasse in die skyfie-litografieproses is soos volg:
1. Waterstofperoksied
Waterstofperoksied (H2O2) is 'n sterk oksidant. Direkte kontak kan vel- en ooginflammasie en brandwonde veroorsaak.
2. Xyleen
Xileen is 'n oplosmiddel en ontwikkelaar wat in negatiewe litografie gebruik word. Dit is vlambaar en het 'n lae temperatuur van slegs 27.3 ℃ (ongeveer kamertemperatuur). Dit is plofbaar wanneer die konsentrasie in die lug 1%-7% is. Herhaalde kontak met xileen kan velontsteking veroorsaak. Xileendamp is soet, soortgelyk aan die reuk van vliegtuigspyker; blootstelling aan xileen kan inflammasie van die oë, neus en keel veroorsaak. Inaseming van die gas kan hoofpyn, duiseligheid, verlies aan eetlus en moegheid veroorsaak.
3. Heksametieldisilazaan (HMDS)
Heksametieldisilazaan (HMDS) word meestal as 'n onderlaag gebruik om die adhesie van fotoresis op die oppervlak van die produk te verhoog. Dit is vlambaar en het 'n vlampunt van 6.7°C. Dit is plofbaar wanneer die konsentrasie in die lug 0.8%-16% is. HMDS reageer sterk met water, alkohol en minerale sure om ammoniak vry te stel.
4. Tetrametilammoniumhidroksied
Tetrametilammoniumhidroksied (TMAH) word wyd gebruik as 'n ontwikkelaar vir positiewe litografie. Dit is giftig en korrosief. Dit kan dodelik wees as dit ingesluk word of in direkte kontak met die vel kom. Kontak met TMAH-stof of -mis kan inflammasie van die oë, vel, neus en keel veroorsaak. Inaseming van hoë konsentrasies TMAH sal tot die dood lei.
5. Chloor en fluoor
Chloor (Cl2) en fluoor (F2) word albei in eksimeerlasers as diep ultraviolet- en ekstreme ultraviolet (EUV) ligbronne gebruik. Beide gasse is giftig, lyk liggroen en het 'n sterk irriterende reuk. Inaseming van hoë konsentrasies van hierdie gas sal tot die dood lei. Fluoorgas kan met water reageer om waterstoffluoriedgas te produseer. Waterstoffluoriedgas is 'n sterk suur wat die vel, oë en lugweë irriteer en simptome soos brandwonde en probleme met asemhaling kan veroorsaak. Hoë konsentrasies fluoried kan vergiftiging van die menslike liggaam veroorsaak, wat simptome soos hoofpyn, braking, diarree en koma veroorsaak.
6. Argon
Argon (Ar) is 'n inerte gas wat gewoonlik nie direkte skade aan die menslike liggaam veroorsaak nie. Onder normale omstandighede bevat die lug wat mense inasem ongeveer 0.93% argon, en hierdie konsentrasie het geen ooglopende effek op die menslike liggaam nie. In sommige gevalle kan argon egter skade aan die menslike liggaam veroorsaak.
Hier is 'n paar moontlike situasies: In 'n beperkte ruimte kan die konsentrasie argon toeneem, wat die suurstofkonsentrasie in die lug verminder en hipoksie veroorsaak. Dit kan simptome soos duiseligheid, moegheid en kortasem veroorsaak. Daarbenewens is argon 'n inerte gas, maar dit kan onder hoë temperatuur of hoë druk ontplof.
7. Neon
Neon (Ne) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie aan die menslike asemhalingsproses deelneem nie, dus die inaseming van 'n hoë konsentrasie neongas sal hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie verkeer, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan neongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie aan die menslike asemhalingsproses deelneem nie, dus sal die inaseming van 'n hoë konsentrasie xenongas hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie verkeer, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan neongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
9. Kripton-gas
Kriptongas (Kr) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie aan die menslike asemhalingsproses deelneem nie, dus sal die inaseming van 'n hoë konsentrasie kriptongas hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie verkeer, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan xenongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak. Asemhaling in 'n omgewing met suurstoftekort kan hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie verkeer, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan kriptongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
Oplossings vir die opsporing van gevaarlike gasse vir die halfgeleierbedryf
Die halfgeleierbedryf behels die produksie, vervaardiging en verwerking van vlambare, plofbare, giftige en skadelike gasse. As 'n gebruiker van gasse in halfgeleiervervaardigingsaanlegte, moet elke personeellid die veiligheidsdata van verskeie gevaarlike gasse voor gebruik verstaan, en moet weet hoe om die noodprosedures te hanteer wanneer hierdie gasse lek.
In die produksie, vervaardiging en berging van die halfgeleierbedryf, om die verlies van lewe en eiendom wat veroorsaak word deur die lekkasie van hierdie gevaarlike gasse te vermy, is dit nodig om gasopsporingsinstrumente te installeer om die teikengas op te spoor.
Gasdetektors het noodsaaklike omgewingsmoniteringsinstrumente in vandag se halfgeleierbedryf geword, en is ook die mees direkte moniteringsinstrumente.
Riken Keiki het nog altyd aandag gegee aan die veilige ontwikkeling van die halfgeleiervervaardigingsbedryf, met die missie om 'n veilige werksomgewing vir mense te skep, en het homself toegewy aan die ontwikkeling van gassensors wat geskik is vir die halfgeleierbedryf, die verskaffing van redelike oplossings vir verskeie probleme wat gebruikers ondervind, en die voortdurende opgradering van produkfunksies en die optimalisering van stelsels.
Plasingstyd: 16 Julie 2024