A fabricación de cada produto semicondutor require centos de procesos. Dividimos todo o proceso de fabricación en oito pasos:obleaprocesamento-oxidación-fotolitografía-gravado-deposición de película fina-crecemento epitaxial-difusión-implantación de ións.
Para axudarche a comprender e recoñecer os semicondutores e os procesos relacionados, publicaremos artigos de WeChat en cada número para presentar cada un dos pasos anteriores un por un.
No artigo anterior mencionábase que, para protexer aobleaa partir de diversas impurezas, creouse unha película de óxido: proceso de oxidación. Hoxe imos falar do "proceso de fotolitografía" que consiste en fotografar o circuíto de deseño de semicondutores na oblea coa película de óxido formada.
proceso de fotolitografía
1. Que é o proceso de fotolitografía?
A fotolitografía serve para fabricar os circuítos e as áreas funcionais necesarias para a produción de chips.
A luz emitida pola máquina de fotolitografía úsase para expoñer a película fina recuberta con fotorresina a través dunha máscara cun patrón. A fotorresina cambiará as súas propiedades despois de ver a luz, de xeito que o patrón da máscara se copie na película fina, de xeito que a película fina teña a función dun diagrama de circuíto electrónico. Esta é a función da fotolitografía, similar a sacar fotos cunha cámara. As fotos tomadas pola cámara imprímense na película, mentres que a fotolitografía non grava fotos, senón diagramas de circuítos e outros compoñentes electrónicos.
A fotolitografía é unha tecnoloxía de micromecanizado precisa
A fotolitografía convencional é un proceso que emprega luz ultravioleta cunha lonxitude de onda de 2000 a 4500 angstroms como portador de información da imaxe e emprega fotorresina como medio intermedio (gravación de imaxes) para lograr a transformación, transferencia e procesamento de gráficos, e finalmente transmite a información da imaxe ao chip (principalmente chip de silicio) ou á capa dieléctrica.
Pódese dicir que a fotolitografía é a base das industrias modernas de semicondutores, microelectrónica e información, e que a fotolitografía determina directamente o nivel de desenvolvemento destas tecnoloxías.
Nos máis de 60 anos transcorridos desde a invención exitosa dos circuítos integrados en 1959, o ancho de liña dos seus gráficos reduciuse en aproximadamente catro ordes de magnitude e a integración dos circuítos mellorou en máis de seis ordes de magnitude. O rápido progreso destas tecnoloxías atribúese principalmente ao desenvolvemento da fotolitografía.
(Requisitos para a tecnoloxía de fotolitografía en diversas etapas de desenvolvemento da fabricación de circuítos integrados)
2. Principios básicos da fotolitografía
Os materiais de fotolitografía xeralmente refírense a fotorresinas, tamén coñecidas como fotorresinas, que son os materiais funcionais máis importantes na fotolitografía. Este tipo de material ten as características da reacción da luz (incluíndo luz visible, luz ultravioleta, feixe de electróns, etc.). Despois da reacción fotoquímica, a súa solubilidade cambia significativamente.
Entre eles, a solubilidade da fotorresina positiva no revelador aumenta e o patrón obtido é o mesmo que o da máscara; a fotorresina negativa é o contrario, é dicir, a solubilidade diminúe ou incluso se volve insoluble despois de ser exposta ao revelador, e o patrón obtido é oposto ao da máscara. Os campos de aplicación dos dous tipos de fotorresinas son diferentes. As fotorresinas positivas son as máis utilizadas, representando máis do 80 % do total.
O anterior é un diagrama esquemático do proceso de fotolitografía
(1) Encolado:
É dicir, formando unha película de fotorresina cun grosor uniforme, forte adhesión e sen defectos na oblea de silicio. Para mellorar a adhesión entre a película de fotorresina e a oblea de silicio, a miúdo é necesario modificar primeiro a superficie da oblea de silicio con substancias como o hexametildisilazano (HMDS) e a trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Despois, a película de fotorresina prepárase mediante revestimento por centrifugación.
(2) Precocción:
Despois do revestimento por centrifugación, a película de fotorresina aínda contén unha certa cantidade de solvente. Despois de cocer a unha temperatura máis alta, o solvente pódese eliminar o mínimo posible. Despois da precocción, o contido de fotorresina redúcese a aproximadamente o 5 %.
(3) Exposición:
É dicir, a fotorresina expóñese á luz. Neste momento, prodúcese unha fotorreacción e a diferenza de solubilidade entre a parte iluminada e a parte non iluminada.
(4) Desenvolvemento e endurecemento:
O produto mergúllase no revelador. Neste momento, a área exposta da fotorresina positiva e a área non exposta da fotorresina negativa disolveranse no revelado. Isto presenta un patrón tridimensional. Despois do revelado, o chip necesita un proceso de tratamento a alta temperatura para converterse nunha película dura, o que serve principalmente para mellorar aínda máis a adhesión da fotorresina ao substrato.
(5) Gravado:
O material debaixo da fotorresina é gravado. Inclúe o gravado húmido líquido e o gravado seco gasoso. Por exemplo, para o gravado húmido do silicio, utilízase unha solución acuosa ácida de ácido fluorhídrico; para o gravado húmido do cobre, utilízase unha solución de ácido forte como ácido nítrico e ácido sulfúrico, mentres que o gravado seco adoita empregar plasma ou feixes de ións de alta enerxía para danar a superficie do material e gravala.
(6) Desgomado:
Finalmente, cómpre retirar a resina fotorresina da superficie da lente. Este paso chámase desgomado.
A seguridade é o problema máis importante en toda a produción de semicondutores. Os principais gases de fotolitografía perigosos e nocivos no proceso de litografía de chips son os seguintes:
1. Peróxido de hidróxeno
O peróxido de hidróxeno (H2O2) é un oxidante forte. O contacto directo pode causar inflamación e queimaduras na pel e nos ollos.
2. Xileno
O xileno é un solvente e revelador empregado na litografía negativa. É inflamable e ten unha baixa temperatura de só 27,3 ℃ (aproximadamente a temperatura ambiente). É explosivo cando a concentración no aire é do 1 % ao 7 %. O contacto repetido co xileno pode causar inflamación da pel. O vapor do xileno é doce, semellante ao cheiro da amarra dos avións; a exposición ao xileno pode causar inflamación dos ollos, o nariz e a gorxa. A inhalación do gas pode causar dores de cabeza, mareos, perda de apetito e fatiga.
3. Hexametildisilazano (HMDS)
O hexametildisilazano (HMDS) úsase máis habitualmente como capa de imprimación para aumentar a adhesión da fotorresina na superficie do produto. É inflamable e ten un punto de inflamación de 6,7 °C. É explosivo cando a concentración no aire é do 0,8 % ao 16 %. O HMDS reacciona fortemente coa auga, o alcol e os ácidos minerais para liberar amoníaco.
4. Hidróxido de tetrametilamonio
O hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) úsase amplamente como revelador para litografía positiva. É tóxico e corrosivo. Pode ser mortal se se inxire ou entra en contacto directo coa pel. O contacto co po ou a néboa de TMAH pode causar inflamación dos ollos, a pel, o nariz e a gorxa. A inhalación de altas concentracións de TMAH provocará a morte.
5. Cloro e flúor
O cloro (Cl2) e o flúor (F2) utilízanse en láseres excímeros como fontes de luz ultravioleta profunda e ultravioleta extrema (EUV). Ambos os gases son tóxicos, teñen un aspecto verde claro e un forte cheiro irritante. A inhalación de altas concentracións deste gas provocará a morte. O gas flúor pode reaccionar coa auga para producir gas fluoruro de hidróxeno. O gas fluoruro de hidróxeno é un ácido forte que irrita a pel, os ollos e as vías respiratorias e pode causar síntomas como queimaduras e dificultade para respirar. As altas concentracións de flúor poden causar intoxicación no corpo humano, causando síntomas como dores de cabeza, vómitos, diarrea e coma.
6. Argón
O argón (Ar) é un gas inerte que non adoita causar danos directos ao corpo humano. En circunstancias normais, o aire que respiramos contén arredor dun 0,93 % de argón, e esta concentración non ten ningún efecto evidente no corpo humano. Non obstante, nalgúns casos, o argón pode causar danos ao corpo humano.
Aquí tes algunhas posibles situacións: nun espazo confinado, a concentración de argón pode aumentar, reducindo así a concentración de osíxeno no aire e provocando hipoxia. Isto pode causar síntomas como mareos, fatiga e falta de aire. Ademais, o argón é un gas inerte, pero pode explotar a altas temperaturas ou altas presións.
7. Neón
O neón (Ne) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa no proceso respiratorio humano. O gas neón non participa no proceso respiratorio humano, polo que inhalar unha alta concentración de gas neón causará hipoxia. Se estás en estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas neón pode reaccionar con outras substancias a alta temperatura ou alta presión e causar incendios ou explosións.
8. Gas xenón
O gas xenón (Xe) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa no proceso respiratorio humano, polo que inhalar unha alta concentración de gas xenón provocará hipoxia. Se se está en estado de hipoxia durante moito tempo, poden experimentarse síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas neón pode reaccionar con outras substancias a altas temperaturas ou altas presións e provocar incendios ou explosións.
9. Gas criptón
O gas criptón (Kr) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa no proceso respiratorio humano, polo que inhalar unha alta concentración de gas criptón causará hipoxia. Se estás en estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas xenón pode reaccionar con outras substancias a alta temperatura ou alta presión para causar incendio ou explosión. Inhalar nun ambiente con privación de osíxeno pode causar hipoxia. Se estás en estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas criptón pode reaccionar con outras substancias a alta temperatura ou alta presión para causar incendio ou explosión.
Solucións de detección de gases perigosos para a industria dos semicondutores
A industria dos semicondutores implica a produción, fabricación e procesamento de gases inflamables, explosivos, tóxicos e nocivos. Como usuario de gases en plantas de fabricación de semicondutores, todo o persoal debe comprender os datos de seguridade dos diversos gases perigosos antes do seu uso e debe saber como xestionar os procedementos de emerxencia cando se producen fugas destes gases.
Na produción, fabricación e almacenamento da industria dos semicondutores, para evitar a perda de vidas e bens causada polas fugas destes gases perigosos, é necesario instalar instrumentos de detección de gases para detectar o gas obxectivo.
Os detectores de gas convertéronse en instrumentos esenciais de vixilancia ambiental na industria actual dos semicondutores e tamén son as ferramentas de vixilancia máis directas.
Riken Keiki sempre prestou atención ao desenvolvemento seguro da industria de fabricación de semicondutores, coa misión de crear un ambiente de traballo seguro para as persoas, e dedicouse a desenvolver sensores de gas axeitados para a industria dos semicondutores, proporcionando solucións razoables para diversos problemas atopados polos usuarios e actualizando continuamente as funcións dos produtos e optimizando os sistemas.
Data de publicación: 16 de xullo de 2024