La fabricació de cada producte semiconductor requereix centenars de processos. Dividim tot el procés de fabricació en vuit passos:obliaprocessament-oxidació-fotolitografia-gravat-deposició de pel·lícula fina-creixement epitaxial-difusió-implantació d'ions.
Per ajudar-vos a entendre i reconèixer els semiconductors i els processos relacionats, publicarem articles de WeChat a cada número per introduir cadascun dels passos anteriors un per un.
En l'article anterior es va esmentar que, per tal de protegir elobliaa partir de diverses impureses, es va crear una pel·lícula d'òxid: procés d'oxidació. Avui parlarem del "procés de fotolitografia" de fotografiar el circuit de disseny de semiconductors a l'oblia amb la pel·lícula d'òxid formada.
Procés de fotolitografia
1. Què és el procés de fotolitografia
La fotolitografia serveix per fabricar els circuits i les àrees funcionals necessàries per a la producció de xips.
La llum emesa per la màquina de fotolitografia s'utilitza per exposar la pel·lícula fina recoberta amb fotoresist a través d'una màscara amb un patró. La fotoresist canviarà les seves propietats després de veure la llum, de manera que el patró de la màscara es copiarà a la pel·lícula fina, de manera que la pel·lícula fina tindrà la funció d'un diagrama de circuit electrònic. Aquest és el paper de la fotolitografia, similar a fer fotos amb una càmera. Les fotos fetes per la càmera s'imprimeixen a la pel·lícula, mentre que la fotolitografia no grava fotos, sinó diagrames de circuits i altres components electrònics.
La fotolitografia és una tecnologia de micromecanitzat precisa
La fotolitografia convencional és un procés que utilitza llum ultraviolada amb una longitud d'ona de 2000 a 4500 angstroms com a portador d'informació de la imatge, i utilitza fotoresist com a medi intermedi (enregistrament d'imatges) per aconseguir la transformació, transferència i processament de gràfics, i finalment transmet la informació de la imatge al xip (principalment xip de silici) o capa dielèctrica.
Es pot dir que la fotolitografia és la base de les indústries modernes de semiconductors, microelectrònica i informació, i la fotolitografia determina directament el nivell de desenvolupament d'aquestes tecnologies.
En els més de 60 anys transcorreguts des de la reeixida invenció dels circuits integrats el 1959, l'amplada de línia dels seus gràfics s'ha reduït en uns quatre ordres de magnitud i la integració del circuit s'ha millorat en més de sis ordres de magnitud. El ràpid progrés d'aquestes tecnologies s'atribueix principalment al desenvolupament de la fotolitografia.
(Requisits per a la tecnologia de fotolitografia en diverses etapes de desenvolupament de la fabricació de circuits integrats)
2. Principis bàsics de la fotolitografia
Els materials de fotolitografia generalment es refereixen a les fotoresistències, també conegudes com a fotoresistències, que són els materials funcionals més crítics en fotolitografia. Aquest tipus de material té les característiques de la reacció lumínica (inclosa la llum visible, la llum ultraviolada, el feix d'electrons, etc.). Després de la reacció fotoquímica, la seva solubilitat canvia significativament.
Entre ells, la solubilitat de la fotoresistència positiva en el revelador augmenta, i el patró obtingut és el mateix que el de la màscara; la fotoresistència negativa és el contrari, és a dir, la solubilitat disminueix o fins i tot es torna insoluble després d'estar exposada al revelador, i el patró obtingut és oposat a la màscara. Els camps d'aplicació dels dos tipus de fotoresistències són diferents. Les fotoresistències positives són les més utilitzades, representant més del 80% del total.
El diagrama anterior és esquemàtic del procés de fotolitografia
(1) Encolat:
És a dir, formant una pel·lícula de fotoresist amb un gruix uniforme, una forta adhesió i sense defectes a la oblia de silici. Per tal de millorar l'adhesió entre la pel·lícula de fotoresist i l'oblia de silici, sovint cal modificar primer la superfície de l'oblia de silici amb substàncies com l'hexametildisilazà (HMDS) i la trimetilsilildietilamina (TMSDEA). A continuació, la pel·lícula de fotoresist es prepara mitjançant un recobriment per centrifugació.
(2) Precocció:
Després del recobriment per centrifugació, la pel·lícula de fotorresina encara conté una certa quantitat de dissolvent. Després de la cocció a una temperatura més alta, es pot eliminar el dissolvent tant com sigui possible. Després de la precocció, el contingut de fotorresina es redueix a aproximadament un 5%.
(3) Exposició:
És a dir, la fotorresina s'exposa a la llum. En aquest moment, es produeix una fotoreacció i es produeix la diferència de solubilitat entre la part il·luminada i la part no il·luminada.
(4) Desenvolupament i enduriment:
El producte s'immergeix en el revelador. En aquest moment, la zona exposada de la fotorresina positiva i la zona no exposada de la fotorresina negativa es dissoldran durant el revelat. Això presenta un patró tridimensional. Després del revelat, el xip necessita un procés de tractament a alta temperatura per convertir-se en una pel·lícula dura, que serveix principalment per millorar encara més l'adhesió de la fotorresina al substrat.
(5) Gravat:
El material sota la fotoresina es grava. Inclou el gravat humit líquid i el gravat sec gasós. Per exemple, per al gravat humit de silici, s'utilitza una solució aquosa àcida d'àcid fluorhídric; per al gravat humit de coure, s'utilitza una solució d'àcid fort com l'àcid nítric i l'àcid sulfúric, mentre que el gravat sec sovint utilitza plasma o feixos d'ions d'alta energia per danyar la superfície del material i gravar-la.
(6) Desgomatització:
Finalment, cal treure la fotoresina de la superfície de la lent. Aquest pas s'anomena desgomat.
La seguretat és el tema més important en tota la producció de semiconductors. Els principals gasos de fotolitografia perillosos i nocius en el procés de litografia de xips són els següents:
1. Peròxid d'hidrogen
El peròxid d'hidrogen (H2O2) és un oxidant fort. El contacte directe pot causar inflamació i cremades a la pell i als ulls.
2. Xilè
El xilè és un dissolvent i revelador utilitzat en litografia negativa. És inflamable i té una baixa temperatura de només 27,3 ℃ (aproximadament la temperatura ambient). És explosiu quan la concentració a l'aire és de l'1% al 7%. El contacte repetit amb el xilè pot causar inflamació de la pell. El vapor de xilè és dolç, similar a l'olor de la vela dels avions; l'exposició al xilè pot causar inflamació dels ulls, el nas i la gola. La inhalació del gas pot causar mals de cap, marejos, pèrdua de gana i fatiga.
3. Hexametildisilazà (HMDS)
L'hexametildisilazà (HMDS) s'utilitza més habitualment com a capa d'imprimació per augmentar l'adhesió de la fotorresina a la superfície del producte. És inflamable i té un punt d'inflamació de 6,7 °C. És explosiu quan la concentració a l'aire és del 0,8% al 16%. L'HMDS reacciona fortament amb l'aigua, l'alcohol i els àcids minerals per alliberar amoníac.
4. Hidròxid de tetrametilamoni
L'hidròxid de tetrametilamoni (TMAH) s'utilitza àmpliament com a revelador per a litografia positiva. És tòxic i corrosiu. Pot ser mortal si s'ingereix o entra en contacte directe amb la pell. El contacte amb la pols o la boira de TMAH pot causar inflamació dels ulls, la pell, el nas i la gola. La inhalació d'altes concentracions de TMAH provocarà la mort.
5. Clor i fluor
El clor (Cl2) i el fluor (F2) s'utilitzen en làsers excímers com a fonts de llum ultraviolada profunda i ultraviolada extrema (EUV). Tots dos gasos són tòxics, tenen un aspecte verd clar i una forta olor irritant. La inhalació d'altes concentracions d'aquest gas provocarà la mort. El gas fluor pot reaccionar amb l'aigua per produir gas fluorur d'hidrogen. El gas fluorur d'hidrogen és un àcid fort que irrita la pell, els ulls i les vies respiratòries i pot causar símptomes com ara cremades i dificultat per respirar. Les altes concentracions de fluor poden causar intoxicació al cos humà, causant símptomes com ara mals de cap, vòmits, diarrea i coma.
6. Argó
L'argó (Ar) és un gas inert que normalment no causa danys directes al cos humà. En circumstàncies normals, l'aire que respirem conté aproximadament un 0,93% d'argó, i aquesta concentració no té cap efecte evident sobre el cos humà. Tanmateix, en alguns casos, l'argó pot causar danys al cos humà.
Aquí teniu algunes situacions possibles: en un espai confinat, la concentració d'argó pot augmentar, reduint així la concentració d'oxigen a l'aire i provocant hipòxia. Això pot causar símptomes com marejos, fatiga i dificultat per respirar. A més, l'argó és un gas inert, però pot explotar a altes temperatures o altes pressions.
7. Neó
El neó (Ne) és un gas estable, incolor i inodor que no participa en el procés respiratori humà, per la qual cosa la inhalació d'una alta concentració de gas neó causarà hipòxia. Si esteu en estat d'hipòxia durant molt de temps, podeu experimentar símptomes com ara mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas neó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió i causar incendis o explosions.
8. Gas xenó
El gas xenó (Xe) és un gas estable, incolor i inodor que no participa en el procés respiratori humà, per la qual cosa inhalar una alta concentració de gas xenó causarà hipòxia. Si esteu en estat d'hipòxia durant molt de temps, podeu experimentar símptomes com ara mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas neó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió i causar incendis o explosions.
9. Gas de criptó
El gas criptó (Kr) és un gas estable, incolor i inodor que no participa en el procés respiratori humà, per la qual cosa inhalar una alta concentració de gas criptó causarà hipòxia. Si esteu en estat d'hipòxia durant molt de temps, podeu experimentar símptomes com ara mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas xenó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió i causar incendi o explosions. Inhalar en un ambient amb privació d'oxigen pot causar hipòxia. Si esteu en estat d'hipòxia durant molt de temps, podeu experimentar símptomes com ara mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas criptó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió i causar incendi o explosions.
Solucions de detecció de gasos perillosos per a la indústria dels semiconductors
La indústria dels semiconductors implica la producció, fabricació i processament de gasos inflamables, explosius, tòxics i nocius. Com a usuari de gasos a les plantes de fabricació de semiconductors, tots els membres del personal han de comprendre les dades de seguretat de diversos gasos perillosos abans del seu ús i han de saber com actuar amb els procediments d'emergència quan aquests gasos es fugen.
En la producció, fabricació i emmagatzematge de la indústria dels semiconductors, per tal d'evitar la pèrdua de vides i propietats causada per les fuites d'aquests gasos perillosos, cal instal·lar instruments de detecció de gasos per detectar el gas objectiu.
Els detectors de gas s'han convertit en instruments essencials de monitorització ambiental en la indústria actual dels semiconductors, i també són les eines de monitorització més directes.
Riken Keiki sempre ha prestat atenció al desenvolupament segur de la indústria de fabricació de semiconductors, amb la missió de crear un entorn de treball segur per a les persones, i s'ha dedicat a desenvolupar sensors de gas adequats per a la indústria dels semiconductors, proporcionant solucions raonables per a diversos problemes que troben els usuaris i millorant contínuament les funcions del producte i optimitzant els sistemes.
Data de publicació: 16 de juliol de 2024