Proizvodnja svakog poluprovodničkog proizvoda zahtijeva stotine procesa. Cijeli proizvodni proces dijelimo na osam koraka:oblatnaobrada-oksidacija-fotolitografija-nagrizanje-depozicija tankog filma-epitaksijalni rast-difuzija-ionska implantacija.
Kako bismo vam pomogli da razumijete i prepoznate poluprovodnike i srodne procese, u svakom broju ćemo objavljivati članke na WeChatu kako bismo vam predstavili svaki od gore navedenih koraka, jedan po jedan.
U prethodnom članku je spomenuto da bi se, kako bi se zaštitilooblatnaOd raznih nečistoća napravljen je oksidni film -- proces oksidacije. Danas ćemo razgovarati o "procesu fotolitografije" fotografisanja poluprovodničkog dizajna kola na pločici sa formiranim oksidnim filmom.
Proces fotolitografije
1. Šta je proces fotolitografije
Fotolitografija služi za izradu strujnih kola i funkcionalnih područja potrebnih za proizvodnju čipova.
Svjetlost koju emituje fotolitografska mašina koristi se za eksponiranje tankog filma presvučenog fotorezistom kroz masku sa uzorkom. Fotorezist će promijeniti svoja svojstva nakon što vidi svjetlost, tako da se uzorak na maski kopira na tanki film, tako da tanki film ima funkciju elektronskog dijagrama kola. To je uloga fotolitografije, slično snimanju slika kamerom. Fotografije snimljene kamerom se štampaju na filmu, dok fotolitografija ne gravira fotografije, već dijagrame kola i druge elektronske komponente.
Fotolitografija je precizna tehnologija mikroobrade.
Konvencionalna fotolitografija je proces koji koristi ultraljubičasto svjetlo talasne dužine od 2000 do 4500 angstroma kao nosač informacija o slici, a fotorezist kao međumedij (medij za snimanje slike) za postizanje transformacije, prenosa i obrade grafike, te konačno prenosi informacije o slici na čip (uglavnom silicijumski čip) ili dielektrični sloj.
Može se reći da je fotolitografija temelj moderne poluprovodničke, mikroelektronske i informacione industrije, a fotolitografija direktno određuje nivo razvoja ovih tehnologija.
U više od 60 godina od uspješnog izuma integriranih kola 1959. godine, širina linija njegove grafike smanjena je za oko četiri reda veličine, a integracija kola poboljšana je za više od šest redova veličine. Brzi napredak ovih tehnologija uglavnom se pripisuje razvoju fotolitografije.
(Zahtjevi za tehnologiju fotolitografije u različitim fazama razvoja proizvodnje integriranih kola)
2. Osnovni principi fotolitografije
Fotolitografski materijali se uglavnom odnose na fotoreziste, poznate i kao fotorezisti, koji su najvažniji funkcionalni materijali u fotolitografiji. Ova vrsta materijala ima karakteristike svjetlosne reakcije (uključujući vidljivu svjetlost, ultraljubičastu svjetlost, elektronski snop itd.). Nakon fotohemijske reakcije, njegova topljivost se značajno mijenja.
Među njima, topljivost pozitivnog fotorezista u razvijaču se povećava, a dobijeni uzorak je isti kao i maska; kod negativnog fotorezista je suprotno, odnosno topljivost se smanjuje ili čak postaje netopljiva nakon izlaganja razvijaču, a dobijeni uzorak je suprotan maski. Područja primjene dvije vrste fotorezista su različita. Pozitivni fotorezisti se češće koriste i čine više od 80% ukupne količine.
Gore je shematski dijagram procesa fotolitografije
(1) Lijepljenje:
To jest, formiranje fotorezistnog filma ujednačene debljine, jake adhezije i bez defekata na silicijumskoj pločici. Kako bi se poboljšala adhezija između fotorezistnog filma i silicijumske pločice, često je potrebno prvo modificirati površinu silicijumske pločice supstancama kao što su heksametildisilazan (HMDS) i trimetilsilildietilamin (TMSDEA). Zatim se fotorezistni film priprema centrifugiranjem.
(2) Prethodno pečenje:
Nakon centrifugiranja, fotorezistni film i dalje sadrži određenu količinu rastvarača. Nakon pečenja na višoj temperaturi, rastvarač se može ukloniti što je manje moguće. Nakon prethodnog pečenja, sadržaj fotorezista se smanjuje na oko 5%.
(3) Izloženost:
To jest, fotorezist je izložen svjetlosti. U ovom trenutku dolazi do fotoreakcije i nastaje razlika u topljivosti između osvijetljenog i neosvijetljenog dijela.
(4) Razvoj i očvršćavanje:
Proizvod se uranja u razvijač. U ovom trenutku, izloženo područje pozitivnog fotorezista i neeksponirano područje negativnog fotorezista će se rastvoriti u razvijaču. Ovo predstavlja trodimenzionalni uzorak. Nakon razvijanja, čipu je potreban proces obrade na visokoj temperaturi da bi postao tvrdi film, koji uglavnom služi za dalje poboljšanje prianjanja fotorezista na podlogu.
(5) Nagrizanje:
Materijal ispod fotorezista se nagriza. To uključuje tekuće mokro nagrizanje i plinovito suho nagrizanje. Na primjer, za mokro nagrizanje silicija koristi se kiseli vodeni rastvor fluorovodonične kiseline; za mokro nagrizanje bakra koristi se jaki kiseli rastvor poput dušične i sumporne kiseline, dok suho nagrizanje često koristi plazmu ili visokoenergetske ionske snopove za oštećenje površine materijala i njegovo nagrizanje.
(6) Degumiranje:
Konačno, fotorezist treba ukloniti sa površine sočiva. Ovaj korak se naziva degumiranje.
Sigurnost je najvažnije pitanje u svakoj proizvodnji poluprovodnika. Glavni opasni i štetni fotolitografski plinovi u procesu litografije čipova su sljedeći:
1. Vodikov peroksid
Vodikov peroksid (H2O2) je jak oksidans. Direktan kontakt može izazvati upalu i opekotine kože i očiju.
2. Ksilen
Ksilen je rastvarač i razvijač koji se koristi u negativnoj litografiji. Zapaljiv je i ima nisku temperaturu od samo 27,3 ℃ (približno sobna temperatura). Eksplozivan je kada je koncentracija u zraku 1%-7%. Ponovljeni kontakt s ksilenom može izazvati upalu kože. Para ksilena je slatka, slična mirisu avionskog pribora; izloženost ksilenu može izazvati upalu očiju, nosa i grla. Udisanje plina može uzrokovati glavobolju, vrtoglavicu, gubitak apetita i umor.
3. Heksametildisilazan (HMDS)
Heksametildisilazan (HMDS) se najčešće koristi kao osnovni sloj za povećanje prianjanja fotorezista na površinu proizvoda. Zapaljiv je i ima tačku paljenja od 6,7°C. Eksplozivan je kada je koncentracija u zraku 0,8%-16%. HMDS snažno reagira s vodom, alkoholom i mineralnim kiselinama oslobađajući amonijak.
4. Tetrametilamonij hidroksid
Tetrametilamonij hidroksid (TMAH) se široko koristi kao razvijač za pozitivnu litografiju. Toksičan je i korozivan. Može biti fatalan ako se proguta ili u direktnom kontaktu s kožom. Kontakt s prašinom ili maglom TMAH može izazvati upalu očiju, kože, nosa i grla. Udisanje visokih koncentracija TMAH dovest će do smrti.
5. Hlor i fluor
Hlor (Cl2) i fluor (F2) se koriste u eksimer laserima kao izvori svjetlosti dubokog ultraljubičastog i ekstremnog ultraljubičastog (EUV) zračenja. Oba gasa su otrovna, svijetlozelene su boje i imaju jak iritantan miris. Udisanje visokih koncentracija ovog gasa dovest će do smrti. Fluor može reagovati s vodom stvarajući fluorovodik. Fluorid je jaka kiselina koja iritira kožu, oči i respiratorni trakt i može izazvati simptome poput opekotina i otežanog disanja. Visoke koncentracije fluorida mogu izazvati trovanje ljudskog tijela, uzrokujući simptome poput glavobolje, povraćanja, dijareje i kome.
6. Argon
Argon (Ar) je inertni plin koji obično ne uzrokuje direktnu štetu ljudskom tijelu. U normalnim okolnostima, zrak koji ljudi udišu sadrži oko 0,93% argona, a ta koncentracija nema očigledan učinak na ljudsko tijelo. Međutim, u nekim slučajevima, argon može uzrokovati štetu ljudskom tijelu.
Evo nekih mogućih situacija: U zatvorenom prostoru, koncentracija argona može se povećati, čime se smanjuje koncentracija kisika u zraku i uzrokuje hipoksiju. To može uzrokovati simptome poput vrtoglavice, umora i kratkoće daha. Osim toga, argon je inertni plin, ali može eksplodirati pod visokom temperaturom ili visokim pritiskom.
7. Neon
Neon (Ne) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne učestvuje u ljudskom respiratornom procesu, tako da udisanje visoke koncentracije neonskog plina uzrokuje hipoksiju. Ako ste u stanju hipoksije duže vrijeme, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, neonski plin može reagirati s drugim supstancama pod visokim temperaturama ili visokim pritiskom i uzrokovati požar ili eksploziju.
8. Ksenon plin
Ksenon (Xe) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne učestvuje u ljudskom respiratornom procesu, tako da će udisanje visoke koncentracije ksenona uzrokovati hipoksiju. Ako ste u stanju hipoksije duže vrijeme, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, neon može reagirati s drugim supstancama pod visokom temperaturom ili visokim pritiskom i uzrokovati požar ili eksploziju.
9. Kripton plin
Kripton (Kr) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne učestvuje u ljudskom respiratornom procesu, tako da će udisanje visoke koncentracije kriptona uzrokovati hipoksiju. Ako ste dugo u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, ksenon može reagirati s drugim supstancama na visokoj temperaturi ili visokom pritisku i izazvati požar ili eksploziju. Udisanje u okruženju s nedostatkom kisika može uzrokovati hipoksiju. Ako ste dugo u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, kripton može reagirati s drugim supstancama na visokoj temperaturi ili visokom pritisku i izazvati požar ili eksploziju.
Rješenja za detekciju opasnih gasova za poluprovodničku industriju
Industrija poluprovodnika obuhvata proizvodnju, preradu i obradu zapaljivih, eksplozivnih, toksičnih i štetnih gasova. Kao korisnik gasova u fabrikama za proizvodnju poluprovodnika, svaki član osoblja treba da razumije sigurnosne podatke o različitim opasnim gasovima prije upotrebe i treba da zna kako da postupa u hitnim slučajevima kada ovi gasovi cure.
U proizvodnji, prerađivanju i skladištenju poluprovodničke industrije, kako bi se izbjegao gubitak života i imovine uzrokovan curenjem ovih opasnih gasova, potrebno je instalirati instrumente za detekciju gasa kako bi se detektovao ciljni gas.
Detektori plina postali su neophodni instrumenti za praćenje okoliša u današnjoj industriji poluvodiča, a ujedno su i najdirektniji alati za praćenje.
Riken Keiki je oduvijek posvećivao pažnju sigurnom razvoju industrije proizvodnje poluprovodnika, s misijom stvaranja sigurnog radnog okruženja za ljude, te se posvetio razvoju plinskih senzora pogodnih za industriju poluprovodnika, pružajući razumna rješenja za različite probleme s kojima se susreću korisnici, te kontinuirano unapređujući funkcije proizvoda i optimizirajući sisteme.
Vrijeme objave: 16. jula 2024.