Iga pooljuhttoote tootmine nõuab sadu protsesse. Jagame kogu tootmisprotsessi kaheksaks etapiks:vahveltöötlemine-oksüdeerimine-fotolitograafia-söövitamine-õhukese kile sadestamine-epitaksiaalne kasv-difusioon-ioonimplantatsioon.
Pooljuhtide ja nendega seotud protsesside mõistmiseks ja äratundmiseks lisame igasse numbrisse WeChati artikleid, et tutvustada kõiki ülaltoodud samme ükshaaval.
Eelmises artiklis mainiti, et kaitsmiseksvahvelErinevatest lisanditest valmistati oksiidkile – oksüdatsiooniprotsess. Täna arutame pooljuhtkonstruktsiooni vooluringi pildistamise "fotolitograafiaprotsessi" moodustunud oksiidkilega plaadil.
Fotolitograafia protsess
1. Mis on fotolitograafia protsess?
Fotolitograafia eesmärk on luua kiibi tootmiseks vajalikud vooluringid ja funktsionaalsed alad.
Fotolitograafiamasina kiirgava valguse abil säritatakse fotoresistiga kaetud õhuke kile läbi mustriga maski. Fotoresist muudab pärast valguse nägemist oma omadusi, nii et maski muster kopeeritakse õhukesele kilele, nii et õhuke kile toimib elektroonilise vooluringi skeemina. See on fotolitograafia roll, sarnaselt kaameraga pildistamisega. Kaameraga tehtud fotod trükitakse filmile, samas kui fotolitograafias ei graveerita fotosid, vaid vooluringi skeeme ja muid elektroonilisi komponente.
Fotolitograafia on täpne mikrotöötlustehnoloogia
Tavapärane fotolitograafia on protsess, mis kasutab pildiinfo kandjana ultraviolettvalgust lainepikkusega 2000–4500 angströmi ja graafika teisendamiseks, edastamiseks ja töötlemiseks vaheühendina (pildi salvestamise) keskkonnana fotoresisti ning lõpuks edastab pildiinfo kiibile (peamiselt räniplaadile) või dielektrilisele kihile.
Võib öelda, et fotolitograafia on tänapäevaste pooljuhtide, mikroelektroonika ja infotehnoloogia tööstuse alus ning fotolitograafia määrab otseselt nende tehnoloogiate arengutaseme.
Enam kui 60 aasta jooksul pärast integraallülituste edukat leiutamist 1959. aastal on nende graafika joone laiust vähendatud umbes nelja suurusjärgu võrra ja vooluringide integreeritust on parandatud enam kui kuue suurusjärgu võrra. Nende tehnoloogiate kiire areng on peamiselt tingitud fotolitograafia arengust.
(Fotolitograafiatehnoloogia nõuded integraallülituste tootmise eri arenguetappides)
2. Fotolitograafia põhiprintsiibid
Fotolitograafiamaterjalide all peetakse üldiselt silmas fotoresistide ehk fotoresistide nime all tuntud materjale, mis on fotolitograafias kõige olulisemad funktsionaalsed materjalid. Seda tüüpi materjalil on valguse (sh nähtava valguse, ultraviolettvalguse, elektronkiire jne) reaktsiooni omadused. Pärast fotokeemilist reaktsiooni muutub selle lahustuvus oluliselt.
Nende hulgas suureneb positiivse fotoresisti lahustuvus ilmutises ja saadud muster on sama mis maskil; negatiivse fotoresistiga on vastupidine, st lahustuvus väheneb või muutub pärast ilmutiga kokkupuudet isegi lahustumatuks ja saadud muster on maski omast vastupidine. Kahe fotoresistiliigi rakendusvaldkonnad on erinevad. Positiivseid fotoresistid on levinumad, moodustades üle 80% koguarvust.
Ülaltoodud on fotolitograafia protsessi skemaatiline diagramm.
(1) Liimimine:
See tähendab, et moodustatakse ühtlase paksusega, tugeva nakkuvusega ja defektideta fotoresistkile räniplaadil. Fotoresistkile ja räniplaadi vahelise nakkuvuse parandamiseks on sageli vaja kõigepealt räniplaadi pinda modifitseerida selliste ainetega nagu heksametüüldisilasaan (HMDS) ja trimetüülsilüüldietüülamiin (TMSDEA). Seejärel valmistatakse fotoresistkile tsentrifuugkatmise teel.
(2) Eelküpsetamine:
Pärast tsentrifuugkatmist sisaldab fotoresistkile siiski teatud koguse lahustit. Pärast kõrgemal temperatuuril küpsetamist saab lahustit võimalikult vähe eemaldada. Pärast eelküpsetamist väheneb fotoresisti sisaldus umbes 5%-ni.
(3) Kokkupuude:
See tähendab, et fotoresist puutub kokku valgusega. Sel ajal toimub fotoreaktsioon ja tekib lahustuvuse erinevus valgustatud ja valgustamata osa vahel.
(4) Arendamine ja karastamine:
Toode kastetakse ilmutisse. Sel ajal lahustuvad positiivse fotoresisti säritatud ala ja negatiivse fotoresisti säritamata ala ilmutises. Tekib kolmemõõtmeline muster. Pärast ilmutamist vajab kiip kõvaks kileks saamiseks kõrgel temperatuuril töötlemist, mis parandab peamiselt fotoresisti nakkumist aluspinnaga.
(5) Söövitamine:
Fotoresisti all olev materjal söövitatakse. See hõlmab vedelat märgsöövitust ja gaasilist kuivsöövitust. Näiteks räni märgsöövituseks kasutatakse vesinikfluoriidhappe happelist vesilahust; vase märgsöövituseks kasutatakse tugevat happelahust, näiteks lämmastikhapet ja väävelhapet, samas kui kuivsöövitusel kasutatakse materjali pinna kahjustamiseks ja söövitamiseks sageli plasmat või suure energiaga ioonkiiri.
(6) Lima eemaldamine:
Lõpuks tuleb fotoresist läätse pinnalt eemaldada. Seda etappi nimetatakse degumminguks.
Ohutus on pooljuhtide tootmise kõige olulisem küsimus. Peamised ohtlikud ja kahjulikud fotolitograafiagaasid kiibilitograafia protsessis on järgmised:
1. Vesinikperoksiid
Vesinikperoksiid (H2O2) on tugev oksüdeerija. Otsene kokkupuude võib põhjustada naha- ja silmapõletikku ning -põletusi.
2. Ksüleen
Ksüleen on lahusti ja ilmuti, mida kasutatakse negatiivses litograafias. See on tuleohtlik ja selle madal temperatuur on vaid 27,3 ℃ (umbes toatemperatuur). See on plahvatusohtlik, kui selle kontsentratsioon õhus on 1–7%. Korduv kokkupuude ksüleeniga võib põhjustada nahapõletikku. Ksüleeni aur on magus, sarnane lennukimürgi lõhnaga; kokkupuude ksüleeniga võib põhjustada silmade, nina ja kurgu põletikku. Gaasi sissehingamine võib põhjustada peavalu, pearinglust, isutust ja väsimust.
3. Heksametüüldisilasaan (HMDS)
Heksametüüldisilasaani (HMDS) kasutatakse kõige sagedamini kruntkihina, et suurendada fotoresisti nakkuvust toote pinnale. See on tuleohtlik ja selle leekpunkt on 6,7 °C. See on plahvatusohtlik, kui selle kontsentratsioon õhus on 0,8–16%. HMDS reageerib tugevalt vee, alkoholi ja mineraalhapetega, vabastades ammoniaaki.
4. Tetrametüülammooniumhüdroksiid
Tetrametüülammooniumhüdroksiidi (TMAH) kasutatakse laialdaselt positiivse litograafia ilmutina. See on mürgine ja söövitav. Allaneelamisel või nahaga otsesel kokkupuutel võib see olla surmav. Kokkupuude TMAH tolmu või uduga võib põhjustada silmade, naha, nina ja kurgu põletikku. Suurte TMAH kontsentratsioonide sissehingamine põhjustab surma.
5. Kloor ja fluor
Kloori (Cl2) ja fluori (F2) kasutatakse eksimeerlaserites sügava ultraviolett- ja äärmusliku ultraviolettkiirguse (EUV) valgusallikatena. Mõlemad gaasid on mürgised, tunduvad helerohelised ja neil on tugev ärritav lõhn. Selle gaasi suurte kontsentratsioonide sissehingamine põhjustab surma. Fluorigaas võib veega reageerides tekitada vesinikfluoriidgaasi. Vesinikfluoriidgaas on tugev hape, mis ärritab nahka, silmi ja hingamisteid ning võib põhjustada selliseid sümptomeid nagu põletused ja hingamisraskused. Suur fluoriidi kontsentratsioon võib põhjustada inimkehale mürgistust, põhjustades selliseid sümptomeid nagu peavalu, oksendamine, kõhulahtisus ja kooma.
6. Argoon
Argoon (Ar) on inertgaas, mis tavaliselt inimkehale otsest kahju ei tekita. Tavalistes tingimustes sisaldab hingatav õhk umbes 0,93% argooni ja sellel kontsentratsioonil ei ole inimkehale ilmset mõju. Mõnel juhul võib argoon siiski inimkehale kahju tekitada.
Siin on mõned võimalikud olukorrad: Suletud ruumis võib argooni kontsentratsioon suureneda, vähendades seeläbi õhu hapnikusisaldust ja põhjustades hüpoksiat. See võib põhjustada selliseid sümptomeid nagu pearinglus, väsimus ja õhupuudus. Lisaks on argoon inertgaas, kuid see võib kõrge temperatuuri või rõhu all plahvatada.
7. Neoon
Neoon (Ne) on stabiilne, värvitu ja lõhnatu gaas, mis ei osale inimese hingamisprotsessis, seega põhjustab suure kontsentratsiooniga neoongaasi sissehingamine hüpoksiat. Kui olete pikka aega hüpoksia seisundis, võivad teil esineda sellised sümptomid nagu peavalu, iiveldus ja oksendamine. Lisaks võib neoongaas kõrge temperatuuri või rõhu all teiste ainetega reageerida, põhjustades tulekahju või plahvatuse.
8. Ksenoongaas
Ksenoongaas (Xe) on stabiilne, värvitu ja lõhnatu gaas, mis ei osale inimese hingamisprotsessis, seega põhjustab suure ksenoongaasi kontsentratsiooni sissehingamine hüpoksiat. Kui olete pikka aega hüpoksia seisundis, võivad teil esineda sellised sümptomid nagu peavalu, iiveldus ja oksendamine. Lisaks võib neoongaas kõrge temperatuuri või rõhu all teiste ainetega reageerida, põhjustades tulekahju või plahvatuse.
9. Krüptooni gaas
Krüptoongaas (Kr) on stabiilne, värvitu ja lõhnatu gaas, mis ei osale inimese hingamisprotsessis, seega suure kontsentratsiooniga krüptoongaasi sissehingamine põhjustab hüpoksiat. Kui olete pikka aega hüpoksia seisundis, võivad teil esineda sellised sümptomid nagu peavalu, iiveldus ja oksendamine. Lisaks võib ksenoongaas kõrgel temperatuuril või kõrgel rõhul reageerida teiste ainetega, põhjustades tulekahju või plahvatuse. Hapnikuvaeses keskkonnas hingamine võib põhjustada hüpoksiat. Kui olete pikka aega hüpoksia seisundis, võivad teil esineda sellised sümptomid nagu peavalu, iiveldus ja oksendamine. Lisaks võib krüptoongaas kõrgel temperatuuril või kõrgel rõhul reageerida teiste ainetega, põhjustades tulekahju või plahvatuse.
Ohtlike gaaside tuvastamise lahendused pooljuhtide tööstusele
Pooljuhtide tööstus hõlmab tuleohtlike, plahvatusohtlike, mürgiste ja kahjulike gaaside tootmist, valmistamist ja töötlemist. Pooljuhtide tootmistehastes gaaside kasutajana peaks iga töötaja enne kasutamist mõistma erinevate ohtlike gaaside ohutusandmeid ja teadma, kuidas tegutseda hädaolukorras nende gaaside lekke korral.
Pooljuhtide tööstuse tootmisel, valmistamisel ja ladustamisel on nende ohtlike gaaside lekke põhjustatud elu- ja varakaotuse vältimiseks vaja paigaldada gaasidetektorid sihtgaasi tuvastamiseks.
Gaasidetektoritest on saanud tänapäeva pooljuhtide tööstuses olulised keskkonnaseireinstrumendid ning need on ka kõige otsesemad seirevahendid.
Riken Keiki on alati pööranud tähelepanu pooljuhtide tootmistööstuse ohutule arengule, mille missiooniks on luua inimestele ohutu töökeskkond, ning on pühendunud pooljuhtide tööstusele sobivate gaasisensorite arendamisele, pakkudes mõistlikke lahendusi kasutajate erinevatele probleemidele ning pidevalt täiustades toote funktsioone ja optimeerides süsteeme.
Postituse aeg: 16. juuli 2024