Производството на всеки полупроводников продукт изисква стотици процеси. Разделяме целия производствен процес на осем стъпки:вафлаобработка-окисление-фотолитография-ецване-отлагане на тънък филм-епитаксиален растеж-дифузия-йонна имплантация.
За да ви помогнем да разберете и разпознаете полупроводниците и свързаните с тях процеси, ще публикуваме статии в WeChat във всеки брой, за да ви представим всяка от горните стъпки една по една.
В предишната статия беше споменато, че за да се защитивафлаОт различни примеси е направен оксиден филм - процес на окисление. Днес ще обсъдим „процеса на фотолитография“, при който се фотографира полупроводниковата схема върху пластината с образувания оксиден филм.
Процес на фотолитография
1. Какво е процес на фотолитография
Фотолитографията е за създаване на схеми и функционални области, необходими за производството на чипове.
Светлината, излъчвана от фотолитографската машина, се използва за експониране на тънкия филм, покрит с фоторезист, през маска с шарка. Фоторезистът ще промени свойствата си след като види светлината, така че шарката върху маската ще се копира върху тънкия филм, така че тънкият филм да има функцията на електронна схема. Това е ролята на фотолитографията, подобно на правенето на снимки с камера. Снимките, направени с камерата, се отпечатват върху филма, докато фотолитографията не гравира снимки, а схеми и други електронни компоненти.
Фотолитографията е прецизна технология за микрообработка.
Конвенционалната фотолитография е процес, който използва ултравиолетова светлина с дължина на вълната от 2000 до 4500 ангстрьома като носител на информация за изображението и използва фоторезист като междинна среда (запис на изображение), за да се постигне трансформация, трансфер и обработка на графики, и накрая предава информацията за изображението към чипа (главно силициев чип) или диелектричния слой.
Може да се каже, че фотолитографията е основата на съвременните полупроводникови, микроелектронни и информационни индустрии, а фотолитографията пряко определя нивото на развитие на тези технологии.
През повече от 60-те години след успешното изобретяване на интегралните схеми през 1959 г., ширината на линиите на графиките им е намалена с около четири порядъка, а интеграцията на схемите е подобрена с повече от шест порядъка. Бързият напредък на тези технологии се дължи главно на развитието на фотолитографията.
(Изисквания към фотолитографската технология на различни етапи от развитието на производството на интегрални схеми)
2. Основни принципи на фотолитографията
Фотолитографските материали обикновено се отнасят до фоторезисти, известни още като фоторезисти, които са най-важните функционални материали във фотолитографията. Този тип материал има характеристиките на светлинна (включително видима светлина, ултравиолетова светлина, електронен лъч и др.) реакция. След фотохимична реакция, неговата разтворимост се променя значително.
При тях разтворимостта на положителния фоторезист в проявителя се увеличава и полученият модел е същият като този на маската; при отрицателния фоторезист е обратното, т.е. разтворимостта му намалява или дори става неразтворима след излагане на проявителя и полученият модел е противоположен на този на маската. Областите на приложение на двата вида фоторезисти са различни. Положителните фоторезисти се използват по-често, като представляват повече от 80% от общия брой.
Горното е схематична диаграма на процеса на фотолитография
(1) Залепване:
Тоест, образуването на фоторезистен филм с равномерна дебелина, силна адхезия и без дефекти върху силициевата пластина. За да се подобри адхезията между фоторезистния филм и силициевата пластина, често е необходимо първо да се модифицира повърхността на силициевата пластина с вещества като хексаметилдисилазан (HMDS) и триметилсилилдиетиламин (TMSDEA). След това фоторезистният филм се приготвя чрез центрофугиране.
(2) Предварително печене:
След центрофугиране, фоторезистният филм все още съдържа известно количество разтворител. След изпичане при по-висока температура, разтворителят може да се отстрани възможно най-малко. След предварително изпичане, съдържанието на фоторезиста се намалява до около 5%.
(3) Експозиция:
Тоест, фоторезистът е изложен на светлина. В този момент протича фотореакция и се наблюдава разлика в разтворимостта между осветената и неосветената част.
(4) Развитие и втвърдяване:
Продуктът се потапя в проявителя. В този момент експонираната зона на позитивния фоторезист и неекспонираната зона на негативния фоторезист се разтварят в проявителя. Това създава триизмерен модел. След проявяване чипът се нуждае от процес на обработка с висока температура, за да се превърне в твърд филм, който служи главно за допълнително подобряване на адхезията на фоторезиста към основата.
(5) Гравиране:
Материалът под фоторезиста се ецва. Това включва течно мокро ецване и газово сухо ецване. Например, за мокро ецване на силиций се използва киселинен воден разтвор на флуороводородна киселина; за мокро ецване на мед се използва силен киселинен разтвор като азотна киселина и сярна киселина, докато сухото ецване често използва плазма или високоенергийни йонни лъчи, за да повредят повърхността на материала и да го ецват.
(6) Дегумиране:
Накрая, фоторезистът трябва да бъде отстранен от повърхността на лещата. Тази стъпка се нарича обезмасляване (degumming).
Безопасността е най-важният въпрос при цялото производство на полупроводници. Основните опасни и вредни фотолитографски газове в процеса на чип литография са следните:
1. Водороден пероксид
Водородният пероксид (H2O2) е силен окислител. Директният контакт може да причини възпаление и изгаряния на кожата и очите.
2. Ксилен
Ксиленът е разтворител и проявител, използван в негативната литография. Той е запалим и има ниска температура от само 27,3℃ (приблизително стайна температура). Експлозивен е, когато концентрацията му във въздуха е 1%-7%. Многократният контакт с ксилен може да причини възпаление на кожата. Парите на ксилола са сладки, подобни на миризмата на самолетен халс; излагането на ксилен може да причини възпаление на очите, носа и гърлото. Вдишването на газа може да причини главоболие, замаяност, загуба на апетит и умора.
3. Хексаметилдисилазан (HMDS)
Хексаметилдисилазан (HMDS) се използва най-често като грундов слой за увеличаване на адхезията на фоторезиста върху повърхността на продукта. Той е запалим и има точка на възпламеняване 6,7°C. Взривоопасен е, когато концентрацията му във въздуха е 0,8%-16%. HMDS реагира силно с вода, алкохол и минерални киселини, като отделя амоняк.
4. Тетраметиламониев хидроксид
Тетраметиламониевият хидроксид (TMAH) се използва широко като проявител за позитивна литография. Той е токсичен и корозивен. Може да бъде фатален при поглъщане или при директен контакт с кожата. Контактът с прах или мъгла от TMAH може да причини възпаление на очите, кожата, носа и гърлото. Вдишването на високи концентрации на TMAH ще доведе до смърт.
5. Хлор и флуор
Хлорът (Cl2) и флуорът (F2) се използват в ексимерните лазери като източници на светлина в дълбока ултравиолетова и екстремна ултравиолетова (EUV) област. И двата газа са токсични, изглеждат светлозелени и имат силна дразнеща миризма. Вдишването на високи концентрации от този газ ще доведе до смърт. Флуорът може да реагира с вода, за да произведе флуороводород. Флуороводородът е силна киселина, която дразни кожата, очите и дихателните пътища и може да причини симптоми като изгаряния и затруднено дишане. Високите концентрации на флуорид могат да причинят отравяне на човешкото тяло, причинявайки симптоми като главоболие, повръщане, диария и кома.
6. Аргон
Аргонът (Ar) е инертен газ, който обикновено не причинява пряка вреда на човешкото тяло. При нормални обстоятелства въздухът, който хората дишат, съдържа около 0,93% аргон и тази концентрация няма видим ефект върху човешкото тяло. В някои случаи обаче аргонът може да причини вреда на човешкото тяло.
Ето някои възможни ситуации: В затворено пространство концентрацията на аргон може да се увеличи, като по този начин намали концентрацията на кислород във въздуха и причини хипоксия. Това може да причини симптоми като замаяност, умора и задух. Освен това, аргонът е инертен газ, но може да експлодира при висока температура или високо налягане.
7. Неон
Неонът (Ne) е стабилен, безцветен и без мирис газ, който не участва в дихателния процес на човека, така че вдишването на висока концентрация на неонов газ ще причини хипоксия. Ако сте в състояние на хипоксия за дълго време, може да изпитате симптоми като главоболие, гадене и повръщане. Освен това, неоновият газ може да реагира с други вещества при висока температура или високо налягане, за да причини пожар или експлозия.
8. Ксенонов газ
Ксенонът (Xe) е стабилен, безцветен и без мирис газ, който не участва в дихателния процес на човека, така че вдишването на висока концентрация на ксенон ще причини хипоксия. Ако сте в състояние на хипоксия за дълго време, може да изпитате симптоми като главоболие, гадене и повръщане. Освен това, неоновият газ може да реагира с други вещества при висока температура или високо налягане, причинявайки пожар или експлозия.
9. Криптонов газ
Криптонът (Kr) е стабилен, безцветен и без мирис газ, който не участва в човешкия дихателен процес, така че вдишването на висока концентрация на криптон ще причини хипоксия. Ако сте в състояние на хипоксия за дълго време, може да изпитате симптоми като главоболие, гадене и повръщане. Освен това, ксенонът може да реагира с други вещества при висока температура или високо налягане, за да причини пожар или експлозия. Дишането в среда с липса на кислород може да причини хипоксия. Ако сте в състояние на хипоксия за дълго време, може да изпитате симптоми като главоболие, гадене и повръщане. Освен това, криптонът може да реагира с други вещества при висока температура или високо налягане, за да причини пожар или експлозия.
Решения за откриване на опасни газове за полупроводниковата индустрия
Полупроводниковата индустрия включва производство, преработка и обработка на запалими, експлозивни, токсични и вредни газове. Като потребител на газове в заводи за производство на полупроводници, всеки член на персонала трябва да разбира данните за безопасност на различните опасни газове преди употреба и да знае как да се справя с аварийните процедури при изтичане на тези газове.
В производството, преработката и съхранението на полупроводниковата индустрия, за да се избегнат загуби на човешки живот и имущество, причинени от изтичане на тези опасни газове, е необходимо да се инсталират инструменти за откриване на газ.
Газовите детектори са се превърнали в основни инструменти за мониторинг на околната среда в днешната полупроводникова индустрия и са също така най-директните инструменти за мониторинг.
Рикен Кейки винаги е обръщала внимание на безопасното развитие на индустрията за производство на полупроводници, с мисията да създаде безопасна работна среда за хората, и се е посветила на разработването на газови сензори, подходящи за полупроводниковата индустрия, предоставяйки разумни решения за различни проблеми, с които се сблъскват потребителите, и непрекъснато усъвършенствайки функциите на продуктите и оптимизирайки системите.
Време на публикуване: 16 юли 2024 г.