Výroba každého polovodičového produktu vyžaduje stovky procesů. Celý výrobní proces dělíme do osmi kroků:oplatkazpracování-oxidace-fotolitografie-leptání-depozice tenkých vrstev-epitaxní růst-difúze-iontová implantace.
Abychom vám pomohli porozumět a rozpoznat polovodiče a související procesy, budeme v každém čísle postupně zveřejňovat články na WeChatu, které vám představí každý z výše uvedených kroků.
V předchozím článku bylo zmíněno, že za účelem ochranyoplatkaZ různých nečistot byl vytvořen oxidový film – oxidační proces. Dnes si probereme „proces fotolitografie“, při kterém se na waferu vyfotografuje polovodičový obvod s vytvořeným oxidovým filmem.
Proces fotolitografie
1. Co je to proces fotolitografie
Fotolitografie slouží k výrobě obvodů a funkčních oblastí potřebných pro výrobu čipů.
Světlo vyzařované fotolitografickým strojem se používá k expozici tenké vrstvy potažené fotorezistem přes masku se vzorem. Fotorezist po dopadu světla změní své vlastnosti, takže vzor na masce se zkopíruje na tenkou vrstvu, takže tenká vrstva má funkci elektronického schématu zapojení. To je role fotolitografie, podobná fotografování fotoaparátem. Fotografie pořízené fotoaparátem se tisknou na fólii, zatímco fotolitografie negravíruje fotografie, ale schémata zapojení a další elektronické součástky.
Fotolitografie je přesná technologie mikroobrábění.
Konvenční fotolitografie je proces, který využívá ultrafialové světlo s vlnovou délkou 2000 až 4500 Å jako nosič obrazové informace a fotorezist jako mezilehlé médium (záznam obrazu) k dosažení transformace, přenosu a zpracování grafiky a nakonec přenáší obrazovou informaci na čip (hlavně křemíkový čip) nebo dielektrickou vrstvu.
Dá se říci, že fotolitografie je základem moderního polovodičového, mikroelektronického a informačního průmyslu a přímo určuje úroveň rozvoje těchto technologií.
Za více než 60 let od úspěšného vynálezu integrovaných obvodů v roce 1959 se šířka čáry jejich grafiky zmenšila přibližně o čtyři řády a integrace obvodů se zlepšila o více než šest řádů. Rychlý pokrok těchto technologií se připisuje především rozvoji fotolitografie.
(Požadavky na technologii fotolitografie v různých fázích vývoje výroby integrovaných obvodů)
2. Základní principy fotolitografie
Fotolitografické materiály se obecně vztahují k fotorezistům, také známým jako fotorezisty, což jsou nejdůležitější funkční materiály ve fotolitografii. Tento typ materiálu má vlastnosti světelné reakce (včetně viditelného světla, ultrafialového světla, elektronového paprsku atd.). Po fotochemické reakci se jeho rozpustnost výrazně mění.
Mezi nimi se rozpustnost pozitivního fotorezistu ve vývojce zvyšuje a výsledný vzor je stejný jako u masky; u negativního fotorezistu je to naopak, tj. po vystavení vývojce se rozpustnost snižuje nebo se dokonce stává nerozpustnou a výsledný vzor je opačný než u masky. Oblasti použití těchto dvou typů fotorezistů se liší. Pozitivní fotorezisty se používají častěji a tvoří více než 80 % z celkového počtu.
Výše uvedený diagram je schematický diagram procesu fotolitografie.
(1) Lepení:
To znamená vytvoření fotorezistové vrstvy s rovnoměrnou tloušťkou, silnou adhezí a bez defektů na křemíkové destičce. Pro zvýšení adheze mezi fotorezistovou vrstvou a křemíkovou destičkou je často nutné nejprve modifikovat povrch křemíkové destičky látkami, jako je hexamethyldisilazan (HMDS) a trimethylsilyldiethylamin (TMSDEA). Poté se fotorezistová vrstva připraví odstředivým nanášením.
(2) Předpečení:
Po nanesení odstředivým povlakem obsahuje fotorezistní film stále určité množství rozpouštědla. Po vypálení při vyšší teplotě lze rozpouštědlo odstranit co nejméně. Po předběžném vypálení se obsah fotorezistu sníží na přibližně 5 %.
(3) Expozice:
To znamená, že fotorezist je vystaven světlu. V tomto okamžiku dochází k fotoreakci a vzniká rozdíl v rozpustnosti mezi osvětlenou a neosvětlenou částí.
(4) Vývoj a kalení:
Produkt se ponoří do vývojky. V tomto okamžiku se exponovaná oblast pozitivního fotorezistu a neexponovaná oblast negativního fotorezistu rozpustí ve vývojce. Vznikne tak trojrozměrný vzor. Po vyvolání je čip podroben vysokoteplotnímu zpracování, aby se z něj stal tvrdý film, který slouží především k dalšímu zvýšení přilnavosti fotorezistu k substrátu.
(5) Leptání:
Materiál pod fotorezistem se leptá. Zahrnuje leptání za mokra v kapalině a suché leptání v plynu. Například pro mokré leptání křemíku se používá kyselý vodný roztok kyseliny fluorovodíkové; pro mokré leptání mědi se používá silný kyselý roztok, jako je kyselina dusičná a kyselina sírová, zatímco suché leptání často využívá plazma nebo vysokoenergetické iontové paprsky k poškození povrchu materiálu a jeho leptání.
(6) Odstraňování slizu:
Nakonec je třeba z povrchu čočky odstranit fotorezist. Tento krok se nazývá degumování.
Bezpečnost je nejdůležitější otázkou ve veškeré výrobě polovodičů. Hlavní nebezpečné a škodlivé fotolitografické plyny v procesu čipové litografie jsou následující:
1. Peroxid vodíku
Peroxid vodíku (H2O2) je silné oxidační činidlo. Přímý kontakt může způsobit zánět a popáleniny kůže a očí.
2. Xylen
Xylen je rozpouštědlo a vývojka používaná v negativní litografii. Je hořlavý a má nízkou teplotu pouhých 27,3 °C (přibližně pokojová teplota). Je výbušný, pokud je jeho koncentrace ve vzduchu 1 %–7 %. Opakovaný kontakt s xylenem může způsobit zánět kůže. Páry xylenu jsou sladké, podobné zápachu leteckých lepidel; vystavení xylenu může způsobit zánět očí, nosu a krku. Vdechnutí plynu může způsobit bolesti hlavy, závratě, ztrátu chuti k jídlu a únavu.
3. Hexamethyldisilazan (HMDS)
Hexamethyldisilazan (HMDS) se nejčastěji používá jako základní vrstva pro zvýšení přilnavosti fotorezistu k povrchu výrobku. Je hořlavý a má bod vzplanutí 6,7 °C. Je výbušný, pokud je jeho koncentrace ve vzduchu 0,8 %–16 %. HMDS silně reaguje s vodou, alkoholem a minerálními kyselinami za vzniku amoniaku.
4. Hydroxid tetramethylamonium
Tetramethylamoniumhydroxid (TMAH) se široce používá jako vývojka pro pozitivní litografii. Je toxický a žíravý. Při požití nebo přímém kontaktu s kůží může být smrtelný. Kontakt s prachem nebo mlhou TMAH může způsobit zánět očí, kůže, nosu a krku. Vdechnutí vysokých koncentrací TMAH vede k smrti.
5. Chlor a fluor
Chlor (Cl2) a fluor (F2) se oba používají v excimerových laserech jako zdroje hlubokého ultrafialového a extrémního ultrafialového (EUV) záření. Oba plyny jsou toxické, mají světle zelenou barvu a silný dráždivý zápach. Vdechnutí vysokých koncentrací tohoto plynu vede k smrti. Plynný fluor může reagovat s vodou za vzniku fluorovodíku. Fluorovodík je silná kyselina, která dráždí kůži, oči a dýchací cesty a může způsobit příznaky, jako jsou popáleniny a potíže s dýcháním. Vysoké koncentrace fluoridu mohou způsobit otravu lidského těla s příznaky, jako jsou bolesti hlavy, zvracení, průjem a kóma.
6. Argon
Argon (Ar) je inertní plyn, který obvykle nezpůsobuje přímé poškození lidského těla. Za normálních okolností vzduch, který lidé dýchají, obsahuje asi 0,93 % argonu a tato koncentrace nemá žádný zjevný vliv na lidské tělo. V některých případech však argon může lidskému tělu způsobit poškození.
Zde je několik možných situací: V uzavřeném prostoru se může koncentrace argonu zvýšit, čímž se sníží koncentrace kyslíku ve vzduchu a způsobí hypoxie. To může způsobit příznaky, jako jsou závratě, únava a dušnost. Argon je navíc inertní plyn, ale může explodovat za vysoké teploty nebo vysokého tlaku.
7. Neon
Neon (Ne) je stabilní, bezbarvý a bez zápachu plyn, který se nepodílí na lidském dýchacím procesu, takže vdechování vysoké koncentrace neonového plynu způsobí hypoxii. Pokud jste ve stavu hypoxie po delší dobu, můžete pociťovat příznaky, jako jsou bolesti hlavy, nevolnost a zvracení. Kromě toho může neonový plyn reagovat s jinými látkami za vysoké teploty nebo vysokého tlaku a způsobit požár nebo výbuch.
8. Xenonový plyn
Xenonový plyn (Xe) je stabilní, bezbarvý a bez zápachu plyn, který se neúčastní lidského dýchacího procesu, takže vdechování vysoké koncentrace xenonu způsobí hypoxii. Pokud jste ve stavu hypoxie po delší dobu, můžete pociťovat příznaky, jako jsou bolesti hlavy, nevolnost a zvracení. Kromě toho může neonový plyn reagovat s jinými látkami za vysoké teploty nebo vysokého tlaku a způsobit požár nebo výbuch.
9. Kryptonový plyn
Krypton (Kr) je stabilní, bezbarvý a bez zápachu plyn, který se neúčastní lidského dýchacího procesu, takže vdechování vysoké koncentrace kryptonu způsobí hypoxii. Pokud jste ve stavu hypoxie po dlouhou dobu, můžete pociťovat příznaky, jako je bolest hlavy, nevolnost a zvracení. Kromě toho může xenonový plyn reagovat s jinými látkami za vysoké teploty nebo vysokého tlaku a způsobit požár nebo výbuch. Vdechování prostředí s nedostatkem kyslíku může způsobit hypoxii. Pokud jste ve stavu hypoxie po dlouhou dobu, můžete pociťovat příznaky, jako je bolest hlavy, nevolnost a zvracení. Kromě toho může kryptonový plyn reagovat s jinými látkami za vysoké teploty nebo vysokého tlaku a způsobit požár nebo výbuch.
Řešení pro detekci nebezpečných plynů pro polovodičový průmysl
Polovodičový průmysl zahrnuje výrobu, zpracování a zpracování hořlavých, výbušných, toxických a škodlivých plynů. Jako uživatel plynů v závodech na výrobu polovodičů by měl každý zaměstnanec před použitím znát bezpečnostní údaje o různých nebezpečných plynech a měl by vědět, jak postupovat v případě úniku těchto plynů.
Ve výrobě, zpracování a skladování v polovodičovém průmyslu je nutné instalovat přístroje pro detekci plynu, aby se zabránilo ztrátám na životech a majetku způsobeným únikem těchto nebezpečných plynů.
Detektory plynů se v dnešním polovodičovém průmyslu staly nezbytnými nástroji pro monitorování životního prostředí a jsou také nejpřímějšími monitorovacími nástroji.
Společnost Riken Keiki vždy věnovala pozornost bezpečnému rozvoji polovodičového průmyslu s cílem vytvořit bezpečné pracovní prostředí pro lidi. Věnovala se vývoji plynových senzorů vhodných pro polovodičový průmysl, poskytovala rozumná řešení různých problémů, se kterými se uživatelé setkávají, a neustále vylepšovala funkce produktů a optimalizovala systémy.
Čas zveřejnění: 16. července 2024