Fremstillingen af hvert halvlederprodukt kræver hundredvis af processer. Vi opdeler hele fremstillingsprocessen i otte trin:vaffelBearbejdning-oxidation-fotolitografi-ætsning-tyndfilmsaflejring-epitaksial vækst-diffusion-ionimplantation.
For at hjælpe dig med at forstå og genkende halvledere og relaterede processer, vil vi udgive WeChat-artikler i hvert nummer for at introducere hvert af ovenstående trin et efter et.
I den forrige artikel blev det nævnt, at for at beskyttevaffelUd fra forskellige urenheder blev der lavet en oxidfilm – en oxidationsproces. I dag vil vi diskutere "fotolitografiprocessen", hvor man fotograferer halvlederkredsløbet på waferen med den dannede oxidfilm.
Fotolitografiproces
1. Hvad er fotolitografiprocessen
Fotolitografi bruges til at fremstille de kredsløb og funktionelle områder, der kræves til chipproduktion.
Lyset fra fotolitografimaskinen bruges til at eksponere den tyndfilm, der er belagt med fotoresist, gennem en maske med et mønster. Fotoresisten ændrer sine egenskaber efter at have set lyset, så mønsteret på masken kopieres til den tynde film, så den tynde film fungerer som et elektronisk kredsløbsdiagram. Dette er fotolitografiens rolle, der ligner at tage billeder med et kamera. De billeder, der tages af kameraet, printes på filmen, mens fotolitografi ikke graverer billeder, men kredsløbsdiagrammer og andre elektroniske komponenter.
Fotolitografi er en præcis mikrobearbejdningsteknologi
Konventionel fotolitografi er en proces, der bruger ultraviolet lys med en bølgelængde på 2000 til 4500 Å som billedinformationsbærer og bruger fotoresist som mellemliggende (billedoptagelses)medium til at opnå transformation, overførsel og behandling af grafik, og endelig overfører billedinformationen til chippen (primært siliciumchippen) eller det dielektriske lag.
Man kan sige, at fotolitografi er fundamentet for moderne halvleder-, mikroelektronik- og informationsindustrier, og fotolitografi bestemmer direkte udviklingsniveauet for disse teknologier.
I de mere end 60 år siden den succesfulde opfindelse af integrerede kredsløb i 1959 er linjebredden på grafikken blevet reduceret med omkring fire størrelsesordener, og kredsløbsintegrationen er blevet forbedret med mere end seks størrelsesordener. De hurtige fremskridt inden for disse teknologier tilskrives hovedsageligt udviklingen af fotolitografi.
(Krav til fotolitografiteknologi på forskellige stadier af udviklingen af fremstilling af integrerede kredsløb)
2. Grundlæggende principper for fotolitografi
Fotolitografiske materialer refererer generelt til fotoresister, også kendt som fotoresister, som er de mest kritiske funktionelle materialer i fotolitografi. Denne type materiale har karakteristika for lysreaktion (herunder synligt lys, ultraviolet lys, elektronstråle osv.). Efter fotokemisk reaktion ændres dets opløselighed betydeligt.
Blandt dem øges opløseligheden af positiv fotoresist i fremkalderen, og det opnåede mønster er det samme som masken; negativ fotoresist er det modsatte, dvs. opløseligheden falder eller bliver endda uopløselig efter at være blevet eksponeret for fremkalderen, og det opnåede mønster er modsat masken. Anvendelsesområderne for de to typer fotoresister er forskellige. Positive fotoresister er mere almindeligt anvendte og tegner sig for mere end 80% af det samlede antal.
Ovenstående er et skematisk diagram over fotolitografiprocessen
(1) Limning:
Det vil sige, at der dannes en fotoresistfilm med ensartet tykkelse, stærk vedhæftning og ingen defekter på siliciumskiven. For at forbedre vedhæftningen mellem fotoresistfilmen og siliciumskiven er det ofte nødvendigt først at modificere siliciumskivens overflade med stoffer som hexamethyldisilazan (HMDS) og trimethylsilyldiethylamin (TMSDEA). Derefter fremstilles fotoresistfilmen ved spincoating.
(2) Forbagning:
Efter spincoating indeholder fotoresistfilmen stadig en vis mængde opløsningsmiddel. Efter bagning ved en højere temperatur kan opløsningsmidlet fjernes så lidt som muligt. Efter forbagning reduceres indholdet af fotoresist til ca. 5%.
(3) Eksponering:
Det vil sige, at fotoresisten udsættes for lys. På dette tidspunkt finder en fotoreaktion sted, og der opstår en forskel i opløselighed mellem den belyste del og den ikke-belyste del.
(4) Udvikling og hærdning:
Produktet nedsænkes i fremkalderen. På dette tidspunkt vil det eksponerede område af den positive fotoresist og det ikke-eksponerede område af den negative fotoresist opløses i fremkalderen. Dette giver et tredimensionelt mønster. Efter fremkaldelsen skal chippen gennemgå en højtemperaturbehandlingsproces for at blive en hård film, hvilket primært tjener til yderligere at forbedre fotoresistens vedhæftning til substratet.
(5) Ætsning:
Materialet under fotoresisten ætses. Det omfatter flydende vådætsning og gasformig tørætsning. For eksempel anvendes en sur vandig opløsning af flussyre til vådætsning af silicium; til vådætsning af kobber anvendes en stærk syreopløsning såsom salpetersyre og svovlsyre, mens tørætsning ofte bruger plasma eller højenergiske ionstråler til at beskadige materialets overflade og ætse det.
(6) Afgummering:
Til sidst skal fotoresisten fjernes fra linsens overflade. Dette trin kaldes degumming.
Sikkerhed er det vigtigste problem i al halvlederproduktion. De vigtigste farlige og skadelige fotolitografiske gasser i chiplitografiprocessen er som følger:
1. Brintoverilte
Hydrogenperoxid (H2O2) er et stærkt oxidationsmiddel. Direkte kontakt kan forårsage betændelse i hud og øjne samt forbrændinger.
2. Xylen
Xylen er et opløsningsmiddel og en fremkalder, der anvendes i negativ litografi. Det er brandfarligt og har en lav temperatur på kun 27,3 ℃ (omtrent stuetemperatur). Det er eksplosivt, når koncentrationen i luften er 1%-7%. Gentagen kontakt med xylen kan forårsage hudbetændelse. Xylendamp er sød og ligner lugten af flyudstyr; eksponering for xylen kan forårsage betændelse i øjne, næse og hals. Indånding af gassen kan forårsage hovedpine, svimmelhed, appetitløshed og træthed.
3. Hexamethyldisilazan (HMDS)
Hexamethyldisilazan (HMDS) bruges oftest som primerlag for at øge fotoresistens vedhæftning på produktets overflade. Det er brandfarligt og har et flammepunkt på 6,7 °C. Det er eksplosivt, når koncentrationen i luften er 0,8 %-16 %. HMDS reagerer kraftigt med vand, alkohol og mineralsyrer og frigiver ammoniak.
4. Tetramethylammoniumhydroxid
Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) anvendes i vid udstrækning som fremkalder til positiv litografi. Det er giftigt og ætsende. Det kan være dødeligt ved indtagelse eller direkte kontakt med huden. Kontakt med TMAH-støv eller -tåge kan forårsage betændelse i øjne, hud, næse og hals. Indånding af høje koncentrationer af TMAH vil føre til døden.
5. Klor og fluor
Klor (Cl2) og fluor (F2) bruges begge i excimerlasere som dyb ultraviolet og ekstrem ultraviolet (EUV) lyskilder. Begge gasser er giftige, fremstår lysegrønne og har en stærk irriterende lugt. Indånding af høje koncentrationer af denne gas vil føre til døden. Fluorgas kan reagere med vand og producere hydrogenfluoridgas. Hydrogenfluoridgas er en stærk syre, der irriterer hud, øjne og luftveje og kan forårsage symptomer som forbrændinger og vejrtrækningsbesvær. Høje koncentrationer af fluorid kan forårsage forgiftning af menneskekroppen og forårsage symptomer som hovedpine, opkastning, diarré og koma.
6. Argon
Argon (Ar) er en inert gas, der normalt ikke forårsager direkte skade på menneskekroppen. Under normale omstændigheder indeholder den luft, folk indånder, omkring 0,93% argon, og denne koncentration har ingen åbenlys effekt på menneskekroppen. I nogle tilfælde kan argon dog forårsage skade på menneskekroppen.
Her er nogle mulige situationer: I et lukket rum kan koncentrationen af argon stige, hvilket reducerer iltkoncentrationen i luften og forårsager hypoxi. Dette kan forårsage symptomer som svimmelhed, træthed og åndenød. Derudover er argon en inert gas, men den kan eksplodere under høj temperatur eller højt tryk.
7. Neon
Neon (Ne) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, der ikke deltager i den menneskelige åndedrætsproces, så indånding af en høj koncentration af neongas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan neongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, der ikke deltager i den menneskelige åndedrætsproces, så indånding af en høj koncentration af xenongas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan neongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
9. Krypton-gas
Kryptongas (Kr) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, der ikke deltager i den menneskelige åndedrætsproces, så indånding af en høj koncentration af kryptongas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan xenongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion. Indånding i et miljø med iltmangel kan forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan kryptongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
Løsninger til detektion af farlige gasser til halvlederindustrien
Halvlederindustrien omfatter produktion, fremstilling og forarbejdning af brandfarlige, eksplosive, giftige og skadelige gasser. Som bruger af gasser i halvlederfabrikker bør alle medarbejdere forstå sikkerhedsdataene for forskellige farlige gasser før brug og vide, hvordan man håndterer nødprocedurerne, når disse gasser lækker.
I produktion, fremstilling og opbevaring i halvlederindustrien er det nødvendigt at installere gasdetektionsinstrumenter til at detektere målgassen for at undgå tab af liv og ejendom forårsaget af lækage af disse farlige gasser.
Gasdetektorer er blevet essentielle miljøovervågningsinstrumenter i dagens halvlederindustri og er også de mest direkte overvågningsværktøjer.
Riken Keiki har altid været opmærksom på sikker udvikling af halvlederindustrien med missionen at skabe et sikkert arbejdsmiljø for mennesker og har dedikeret sig til at udvikle gassensorer, der er egnede til halvlederindustrien, levere rimelige løsninger på forskellige problemer, som brugerne støder på, og løbende opgradere produktfunktioner og optimere systemer.
Opslagstidspunkt: 16. juli 2024