Η κατασκευή κάθε ημιαγωγικού προϊόντος απαιτεί εκατοντάδες διαδικασίες. Χωρίζουμε ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής σε οκτώ βήματα:όστιαεπεξεργασία-οξείδωση-φωτολιθογραφία-χάραξη-εναπόθεση λεπτής μεμβράνης-επιταξιακή ανάπτυξη-διάχυση-εμφύτευση ιόντων.
Για να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε και να αναγνωρίσετε τους ημιαγωγούς και τις σχετικές διεργασίες, θα παρουσιάζουμε άρθρα του WeChat σε κάθε τεύχος για να παρουσιάζουμε καθένα από τα παραπάνω βήματα ένα προς ένα.
Στο προηγούμενο άρθρο αναφέρθηκε ότι για την προστασία τωνόστιαΑπό διάφορες ακαθαρσίες, δημιουργήθηκε μια μεμβράνη οξειδίου - διαδικασία οξείδωσης. Σήμερα θα συζητήσουμε τη «διαδικασία φωτολιθογραφίας» της φωτογράφισης του κυκλώματος σχεδιασμού ημιαγωγών στο πλακίδιο με το σχηματισμένο φιλμ οξειδίου.
Διαδικασία φωτολιθογραφίας
1. Τι είναι η φωτολιθογραφία;
Η φωτολιθογραφία έχει ως στόχο την κατασκευή των κυκλωμάτων και των λειτουργικών περιοχών που απαιτούνται για την παραγωγή τσιπ.
Το φως που εκπέμπεται από τη μηχανή φωτολιθογραφίας χρησιμοποιείται για να εκθέσει την λεπτή μεμβράνη που είναι επικαλυμμένη με φωτοευαίσθητο υλικό μέσα από μια μάσκα με μοτίβο. Η φωτοευαίσθητη μεμβράνη θα αλλάξει τις ιδιότητές της αφού δει το φως, έτσι ώστε το μοτίβο στη μάσκα να αντιγραφεί στη λεπτή μεμβράνη, έτσι ώστε η λεπτή μεμβράνη να έχει τη λειτουργία ενός ηλεκτρονικού διαγράμματος κυκλώματος. Αυτός είναι ο ρόλος της φωτολιθογραφίας, παρόμοιος με τη λήψη φωτογραφιών με μια φωτογραφική μηχανή. Οι φωτογραφίες που λαμβάνονται από την κάμερα εκτυπώνονται στην μεμβράνη, ενώ η φωτολιθογραφία δεν χαράζει φωτογραφίες, αλλά διαγράμματα κυκλωμάτων και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Η φωτολιθογραφία είναι μια ακριβής τεχνολογία μικρο-κατεργασίας
Η συμβατική φωτολιθογραφία είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί υπεριώδες φως με μήκος κύματος από 2000 έως 4500 angstroms ως φορέα πληροφοριών εικόνας και χρησιμοποιεί φωτοευαίσθητο υλικό ως ενδιάμεσο μέσο (εγγραφής εικόνας) για την επίτευξη του μετασχηματισμού, της μεταφοράς και της επεξεργασίας γραφικών και τέλος μεταδίδει τις πληροφορίες εικόνας στο τσιπ (κυρίως τσιπ πυριτίου) ή στο διηλεκτρικό στρώμα.
Μπορεί να ειπωθεί ότι η φωτολιθογραφία αποτελεί το θεμέλιο των σύγχρονων βιομηχανιών ημιαγωγών, μικροηλεκτρονικής και πληροφορικής, και η φωτολιθογραφία καθορίζει άμεσα το επίπεδο ανάπτυξης αυτών των τεχνολογιών.
Στα περισσότερα από 60 χρόνια που έχουν περάσει από την επιτυχημένη εφεύρεση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων το 1959, το πλάτος γραμμής των γραφικών τους έχει μειωθεί κατά περίπου τέσσερις τάξεις μεγέθους και η ολοκλήρωση των κυκλωμάτων έχει βελτιωθεί κατά περισσότερες από έξι τάξεις μεγέθους. Η ραγδαία πρόοδος αυτών των τεχνολογιών αποδίδεται κυρίως στην ανάπτυξη της φωτολιθογραφίας.
(Απαιτήσεις για την τεχνολογία φωτολιθογραφίας σε διάφορα στάδια ανάπτυξης της κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων)
2. Βασικές αρχές φωτολιθογραφίας
Τα υλικά φωτολιθογραφίας αναφέρονται γενικά σε φωτοανθεκτικά υλικά, γνωστά και ως φωτοανθεκτικά, τα οποία είναι τα πιο κρίσιμα λειτουργικά υλικά στη φωτολιθογραφία. Αυτός ο τύπος υλικού έχει τα χαρακτηριστικά της αντίδρασης φωτός (συμπεριλαμβανομένου του ορατού φωτός, της υπεριώδους ακτινοβολίας, της δέσμης ηλεκτρονίων κ.λπ.). Μετά τη φωτοχημική αντίδραση, η διαλυτότητά του αλλάζει σημαντικά.
Μεταξύ αυτών, η διαλυτότητα του θετικού φωτοευαίσθητου υλικού στον εμφανιστή αυξάνεται και το λαμβανόμενο μοτίβο είναι το ίδιο με αυτό της μάσκας. Το αρνητικό φωτοευαίσθητο υλικό είναι το αντίθετο, δηλαδή η διαλυτότητα μειώνεται ή και γίνεται αδιάλυτη μετά την έκθεση στον εμφανιστή και το λαμβανόμενο μοτίβο είναι το αντίθετο από αυτό της μάσκας. Τα πεδία εφαρμογής των δύο τύπων φωτοευαίσθητων υλικών είναι διαφορετικά. Τα θετικά φωτοευαίσθητα υλικά χρησιμοποιούνται πιο συχνά, αντιπροσωπεύοντας περισσότερο από το 80% του συνόλου.
Το παραπάνω είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της φωτολιθογραφικής διαδικασίας
(1) Κόλληση:
Δηλαδή, σχηματίζεται μια φωτοευαίσθητη μεμβράνη με ομοιόμορφο πάχος, ισχυρή πρόσφυση και χωρίς ελαττώματα στην πλακέτα πυριτίου. Προκειμένου να ενισχυθεί η πρόσφυση μεταξύ της φωτοευαίσθητης μεμβράνης και της πλακέτας πυριτίου, είναι συχνά απαραίτητο να τροποποιηθεί πρώτα η επιφάνεια της πλακέτας πυριτίου με ουσίες όπως εξαμεθυλοδισιλαζάνη (HMDS) και τριμεθυλοσιλυλδιαιθυλαμίνη (TMSDEA). Στη συνέχεια, η φωτοευαίσθητη μεμβράνη παρασκευάζεται με επίστρωση με περιδίνηση.
(2) Προψήσιμο:
Μετά την επίστρωση με περιδίνηση, η μεμβράνη φωτοευαίσθητου υλικού εξακολουθεί να περιέχει μια ορισμένη ποσότητα διαλύτη. Μετά το ψήσιμο σε υψηλότερη θερμοκρασία, ο διαλύτης μπορεί να αφαιρεθεί όσο το δυνατόν λιγότερο. Μετά το προψήσιμο, η περιεκτικότητα του φωτοευαίσθητου υλικού μειώνεται σε περίπου 5%.
(3) Έκθεση:
Δηλαδή, το φωτοευαίσθητο υλικό εκτίθεται στο φως. Σε αυτή τη φάση, λαμβάνει χώρα μια φωτοαντίδραση και εμφανίζεται η διαφορά διαλυτότητας μεταξύ του φωτισμένου και του μη φωτισμένου μέρους.
(4) Ανάπτυξη & σκλήρυνση:
Το προϊόν βυθίζεται στον εμφανιστή. Αυτή τη στιγμή, η εκτεθειμένη περιοχή του θετικού φωτοευαίσθητου υλικού και η μη εκτεθειμένη περιοχή του αρνητικού φωτοευαίσθητου υλικού θα διαλυθούν κατά την εμφάνιση. Αυτό παρουσιάζει ένα τρισδιάστατο μοτίβο. Μετά την εμφάνιση, το τσιπ χρειάζεται μια διαδικασία επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας για να γίνει μια σκληρή μεμβράνη, η οποία χρησιμεύει κυρίως για την περαιτέρω ενίσχυση της πρόσφυσης του φωτοευαίσθητου υλικού στο υπόστρωμα.
(5) Χάραξη:
Το υλικό κάτω από το φωτοευαίσθητο υλικό χαράσσεται. Περιλαμβάνει υγρή υγρή χάραξη και αέρια ξηρή χάραξη. Για παράδειγμα, για την υγρή χάραξη πυριτίου, χρησιμοποιείται ένα όξινο υδατικό διάλυμα υδροφθορικού οξέος. για την υγρή χάραξη χαλκού, χρησιμοποιείται ένα ισχυρό όξινο διάλυμα όπως νιτρικό οξύ και θειικό οξύ, ενώ η ξηρή χάραξη συχνά χρησιμοποιεί πλάσμα ή δέσμες ιόντων υψηλής ενέργειας για να προκαλέσει ζημιά στην επιφάνεια του υλικού και να το χαράξει.
(6) Αποκομμίωση:
Τέλος, το φωτοευαίσθητο υλικό πρέπει να αφαιρεθεί από την επιφάνεια του φακού. Αυτό το βήμα ονομάζεται αποκομμάτωση.
Η ασφάλεια είναι το πιο σημαντικό ζήτημα σε κάθε παραγωγή ημιαγωγών. Τα κύρια επικίνδυνα και επιβλαβή αέρια φωτολιθογραφίας στη διαδικασία λιθογραφίας τσιπ είναι τα εξής:
1. Υπεροξείδιο του υδρογόνου
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό. Η άμεση επαφή μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή του δέρματος και των ματιών και εγκαύματα.
2. Ξυλόλιο
Το ξυλόλιο είναι ένας διαλύτης και εμφανιστικό που χρησιμοποιείται στην αρνητική λιθογραφία. Είναι εύφλεκτο και έχει χαμηλή θερμοκρασία μόνο 27,3℃ (περίπου σε θερμοκρασία δωματίου). Είναι εκρηκτικό όταν η συγκέντρωση στον αέρα είναι 1%-7%. Η επαναλαμβανόμενη επαφή με το ξυλόλιο μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή του δέρματος. Οι ατμοί του ξυλολίου είναι γλυκοί, παρόμοιοι με τη μυρωδιά της κόλλας του αεροπλάνου. Η έκθεση στο ξυλόλιο μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή στα μάτια, τη μύτη και το λαιμό. Η εισπνοή του αερίου μπορεί να προκαλέσει πονοκεφάλους, ζάλη, απώλεια όρεξης και κόπωση.
3. Εξαμεθυλοδισιλαζάνη (HMDS)
Η εξαμεθυλοδισιλαζάνη (HMDS) χρησιμοποιείται συχνότερα ως στρώμα ασταριού για την αύξηση της πρόσφυσης του φωτοευαίσθητου υλικού στην επιφάνεια του προϊόντος. Είναι εύφλεκτη και έχει σημείο ανάφλεξης 6,7°C. Είναι εκρηκτική όταν η συγκέντρωση στον αέρα είναι 0,8%-16%. Η HMDS αντιδρά έντονα με νερό, αλκοόλη και ανόργανα οξέα και απελευθερώνει αμμωνία.
4. Υδροξείδιο τετραμεθυλαμμωνίου
Το υδροξείδιο του τετραμεθυλαμμωνίου (TMAH) χρησιμοποιείται ευρέως ως εμφανιστικό για θετική λιθογραφία. Είναι τοξικό και διαβρωτικό. Μπορεί να αποβεί μοιραίο σε περίπτωση κατάποσης ή άμεσης επαφής με το δέρμα. Η επαφή με σκόνη ή ομίχλη TMAH μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή στα μάτια, το δέρμα, τη μύτη και το λαιμό. Η εισπνοή υψηλών συγκεντρώσεων TMAH θα οδηγήσει σε θάνατο.
5. Χλώριο και φθόριο
Το χλώριο (Cl2) και το φθόριο (F2) χρησιμοποιούνται και τα δύο σε λέιζερ excimer ως πηγές φωτός βαθιάς υπεριώδους και ακραίας υπεριώδους (EUV). Και τα δύο αέρια είναι τοξικά, έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα και έντονη ερεθιστική οσμή. Η εισπνοή υψηλών συγκεντρώσεων αυτού του αερίου θα οδηγήσει σε θάνατο. Το αέριο φθόριο μπορεί να αντιδράσει με το νερό και να παράγει αέριο υδροφθόριο. Το αέριο υδροφθόριο είναι ένα ισχυρό οξύ που ερεθίζει το δέρμα, τα μάτια και την αναπνευστική οδό και μπορεί να προκαλέσει συμπτώματα όπως εγκαύματα και δυσκολία στην αναπνοή. Οι υψηλές συγκεντρώσεις φθορίου μπορούν να προκαλέσουν δηλητηρίαση στο ανθρώπινο σώμα, προκαλώντας συμπτώματα όπως πονοκεφάλους, έμετο, διάρροια και κώμα.
6. Αργόν
Το αργό (Ar) είναι ένα αδρανές αέριο που συνήθως δεν προκαλεί άμεση βλάβη στο ανθρώπινο σώμα. Υπό κανονικές συνθήκες, ο αέρας που αναπνέουν οι άνθρωποι περιέχει περίπου 0,93% αργό και αυτή η συγκέντρωση δεν έχει εμφανή επίδραση στο ανθρώπινο σώμα. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, το αργό μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο ανθρώπινο σώμα.
Ακολουθούν ορισμένες πιθανές καταστάσεις: Σε περιορισμένο χώρο, η συγκέντρωση αργού μπορεί να αυξηθεί, μειώνοντας έτσι τη συγκέντρωση οξυγόνου στον αέρα και προκαλώντας υποξία. Αυτό μπορεί να προκαλέσει συμπτώματα όπως ζάλη, κόπωση και δύσπνοια. Επιπλέον, το αργό είναι ένα αδρανές αέριο, αλλά μπορεί να εκραγεί υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση.
7. Νέον
Το νέον (Ne) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η εισπνοή υψηλής συγκέντρωσης αερίου νέον θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενδέχεται να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο νέον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση και να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
8. Αέριο ξένον
Το αέριο ξένον (Xe) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η εισπνοή υψηλής συγκέντρωσης αερίου ξένου θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενδέχεται να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο νέον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση και να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
9. Αέριο κρυπτόν
Το αέριο κρυπτόν (Kr) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η εισπνοή υψηλής συγκέντρωσης αερίου κρυπτόν θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενδέχεται να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο ξένον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση και να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη. Η εισπνοή σε περιβάλλον με στέρηση οξυγόνου μπορεί να προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενδέχεται να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο κρυπτόν μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση και να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
Λύσεις ανίχνευσης επικίνδυνων αερίων για τη βιομηχανία ημιαγωγών
Η βιομηχανία ημιαγωγών περιλαμβάνει την παραγωγή, την κατασκευή και την επεξεργασία εύφλεκτων, εκρηκτικών, τοξικών και επιβλαβών αερίων. Ως χρήστης αερίων σε εργοστάσια κατασκευής ημιαγωγών, κάθε μέλος του προσωπικού θα πρέπει να κατανοεί τα δεδομένα ασφαλείας διαφόρων επικίνδυνων αερίων πριν από τη χρήση και να γνωρίζει πώς να χειρίζεται τις διαδικασίες έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση διαρροής αυτών των αερίων.
Στην παραγωγή, την κατασκευή και την αποθήκευση της βιομηχανίας ημιαγωγών, προκειμένου να αποφευχθεί η απώλεια ζωής και περιουσίας που προκαλείται από τη διαρροή αυτών των επικίνδυνων αερίων, είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν όργανα ανίχνευσης αερίων για την ανίχνευση του αερίου-στόχου.
Οι ανιχνευτές αερίων έχουν γίνει απαραίτητα όργανα παρακολούθησης του περιβάλλοντος στη σημερινή βιομηχανία ημιαγωγών και αποτελούν επίσης τα πιο άμεσα εργαλεία παρακολούθησης.
Η Riken Keiki έδινε πάντα προσοχή στην ασφαλή ανάπτυξη της βιομηχανίας κατασκευής ημιαγωγών, με στόχο τη δημιουργία ενός ασφαλούς εργασιακού περιβάλλοντος για τους ανθρώπους, και έχει αφιερωθεί στην ανάπτυξη αισθητήρων αερίου κατάλληλων για τη βιομηχανία ημιαγωγών, παρέχοντας εύλογες λύσεις για διάφορα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι χρήστες και αναβαθμίζοντας συνεχώς τις λειτουργίες των προϊόντων και βελτιστοποιώντας τα συστήματα.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Ιουλίου 2024