Proizvodnja svakog poluvodičkog proizvoda zahtijeva stotine procesa. Cijeli proizvodni proces dijelimo u osam koraka:oblatnaobrada-oksidacija-fotolitografija-nagrizanje-taloženje tankog filma-epitaksijalni rast-difuzija-ionska implantacija.
Kako bismo vam pomogli da razumijete i prepoznate poluvodiče i srodne procese, u svakom ćemo broju objavljivati članke na WeChatu kako bismo vam predstavili svaki od gore navedenih koraka jedan po jedan.
U prethodnom članku spomenuto je da bi se, kako bi se zaštitilooblatnaOd raznih nečistoća napravljen je oksidni film -- proces oksidacije. Danas ćemo raspravljati o "procesu fotolitografije" fotografiranja poluvodičkog dizajna sklopa na pločici s formiranim oksidnim filmom.
Proces fotolitografije
1. Što je proces fotolitografije
Fotolitografija služi za izradu sklopova i funkcionalnih područja potrebnih za proizvodnju čipova.
Svjetlost koju emitira fotolitografski stroj koristi se za osvjetljavanje tankog filma prekrivenog fotorezistom kroz masku s uzorkom. Fotorezist će promijeniti svoja svojstva nakon što vidi svjetlost, tako da se uzorak na maski kopira na tanki film, tako da tanki film ima funkciju elektroničkog dijagrama kruga. To je uloga fotolitografije, slično snimanju fotografija kamerom. Fotografije snimljene kamerom ispisuju se na film, dok fotolitografija ne gravira fotografije, već dijagrame krugova i druge elektroničke komponente.
Fotolitografija je precizna tehnologija mikroobrade.
Konvencionalna fotolitografija je proces koji koristi ultraljubičasto svjetlo valne duljine od 2000 do 4500 angstroma kao nositelj informacija o slici, a fotorezist kao međumedij (medij za snimanje slike) za postizanje transformacije, prijenosa i obrade grafike, te konačno prenosi informacije o slici na čip (uglavnom silicijski čip) ili dielektrični sloj.
Može se reći da je fotolitografija temelj moderne poluvodičke, mikroelektroničke i informacijske industrije, a fotolitografija izravno određuje razinu razvoja tih tehnologija.
U više od 60 godina od uspješnog izuma integriranih krugova 1959. godine, širina linije njihove grafike smanjena je za oko četiri reda veličine, a integracija kruga poboljšana je za više od šest redova veličine. Brzi napredak ovih tehnologija uglavnom se pripisuje razvoju fotolitografije.
(Zahtjevi za tehnologiju fotolitografije u različitim fazama razvoja proizvodnje integriranih krugova)
2. Osnovni principi fotolitografije
Fotolitografski materijali općenito se odnose na fotoreziste, poznate i kao fotorezisti, koji su najvažniji funkcionalni materijali u fotolitografiji. Ova vrsta materijala ima karakteristike svjetlosne reakcije (uključujući vidljivu svjetlost, ultraljubičastu svjetlost, elektronski snop itd.). Nakon fotokemijske reakcije, njegova topljivost se značajno mijenja.
Među njima, topljivost pozitivnog fotorezista u razvijaču se povećava, a dobiveni uzorak je isti kao i maska; negativni fotorezist je suprotan, odnosno topljivost se smanjuje ili čak postaje netopljiva nakon izlaganja razvijaču, a dobiveni uzorak je suprotan maski. Područja primjene dviju vrsta fotorezista su različita. Pozitivni fotorezisti se češće koriste, čineći više od 80% ukupnog broja.
Gore je shematski dijagram procesa fotolitografije
(1) Lijepljenje:
To jest, formiranje fotorezistnog filma s ujednačenom debljinom, jakim prianjanjem i bez nedostataka na silicijskoj pločici. Kako bi se poboljšala adhezija između fotorezistnog filma i silicijske pločice, često je potrebno prvo modificirati površinu silicijske pločice tvarima kao što su heksametildisilazan (HMDS) i trimetilsilildietilamin (TMSDEA). Zatim se fotorezistni film priprema centrifugiranjem.
(2) Prethodno pečenje:
Nakon centrifugiranja, fotorezistni film još uvijek sadrži određenu količinu otapala. Nakon pečenja na višoj temperaturi, otapalo se može ukloniti što je manje moguće. Nakon prethodnog pečenja, sadržaj fotorezista smanjuje se na oko 5%.
(3) Izloženost:
To jest, fotorezist je izložen svjetlosti. U tom trenutku dolazi do fotoreakcije i nastaje razlika u topljivosti između osvijetljenog i neosvijetljenog dijela.
(4) Razvoj i očvršćavanje:
Proizvod se uranja u razvijač. U ovom trenutku, izloženo područje pozitivnog fotorezista i neeksponirano područje negativnog fotorezista će se otopiti u razvijaču. To predstavlja trodimenzionalni uzorak. Nakon razvijanja, čip treba obraditi na visokoj temperaturi kako bi postao tvrdi film, koji uglavnom služi za daljnje poboljšanje prianjanja fotorezista na podlogu.
(5) Jetkanje:
Materijal ispod fotorezista se jetka. To uključuje tekuće mokro jetkanje i plinovito suho jetkanje. Na primjer, za mokro jetkanje silicija koristi se kisela vodena otopina fluorovodične kiseline; za mokro jetkanje bakra koristi se jaka kisela otopina poput dušične i sumporne kiseline, dok se za suho jetkanje često koriste plazma ili visokoenergetske ionske zrake za oštećenje površine materijala i njegovo jetkanje.
(6) Degumiranje:
Konačno, fotorezist treba ukloniti s površine leće. Taj se korak naziva degumiranje.
Sigurnost je najvažnije pitanje u svoj proizvodnji poluvodiča. Glavni opasni i štetni plinovi za fotolitografiju u procesu litografije čipova su sljedeći:
1. Vodikov peroksid
Vodikov peroksid (H2O2) je jak oksidans. Izravni kontakt može uzrokovati upalu kože i očiju te opekline.
2. Ksilen
Ksilen je otapalo i razvijač koji se koristi u negativnoj litografiji. Zapaljiv je i ima nisku temperaturu od samo 27,3 ℃ (približno sobna temperatura). Eksplozivan je kada je koncentracija u zraku 1%-7%. Ponavljani kontakt s ksilenom može uzrokovati upalu kože. Para ksilena je slatka, slična mirisu avionskog pribora; izloženost ksilenu može uzrokovati upalu očiju, nosa i grla. Udisanje plina može uzrokovati glavobolje, vrtoglavicu, gubitak apetita i umor.
3. Heksametildisilazan (HMDS)
Heksametildisilazan (HMDS) se najčešće koristi kao temeljni sloj za povećanje prianjanja fotorezista na površinu proizvoda. Zapaljiv je i ima plamište od 6,7 °C. Eksplozivan je kada je koncentracija u zraku 0,8%-16%. HMDS snažno reagira s vodom, alkoholom i mineralnim kiselinama oslobađajući amonijak.
4. Tetrametilamonijev hidroksid
Tetrametilamonijev hidroksid (TMAH) se široko koristi kao razvijač za pozitivnu litografiju. Toksičan je i korozivan. Može biti smrtonosan ako se proguta ili u izravnom kontaktu s kožom. Kontakt s prašinom ili maglom TMAH može uzrokovati upalu očiju, kože, nosa i grla. Udisanje visokih koncentracija TMAH dovest će do smrti.
5. Klor i fluor
Klor (Cl2) i fluor (F2) koriste se u eksimer laserima kao izvori svjetlosti dubokog ultraljubičastog i ekstremnog ultraljubičastog (EUV) zračenja. Oba plina su otrovna, svijetlozelene su boje i imaju jak nadražujući miris. Udisanje visokih koncentracija ovog plina dovest će do smrti. Fluor može reagirati s vodom stvarajući plin vodikov fluorid. Plin vodikov fluorid je jaka kiselina koja nadražuje kožu, oči i dišne putove te može uzrokovati simptome poput opeklina i otežanog disanja. Visoke koncentracije fluorida mogu uzrokovati trovanje ljudskog tijela, uzrokujući simptome poput glavobolje, povraćanja, proljeva i kome.
6. Argon
Argon (Ar) je inertni plin koji obično ne uzrokuje izravnu štetu ljudskom tijelu. U normalnim okolnostima, zrak koji ljudi udišu sadrži oko 0,93% argona, a ta koncentracija nema očigledan učinak na ljudsko tijelo. Međutim, u nekim slučajevima, argon može uzrokovati štetu ljudskom tijelu.
Evo nekih mogućih situacija: U zatvorenom prostoru koncentracija argona može se povećati, čime se smanjuje koncentracija kisika u zraku i uzrokuje hipoksiju. To može uzrokovati simptome poput vrtoglavice, umora i kratkoće daha. Osim toga, argon je inertni plin, ali može eksplodirati pod visokom temperaturom ili visokim tlakom.
7. Neon
Neon (Ne) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne sudjeluje u ljudskom respiratornom procesu, pa udisanje visoke koncentracije neonskog plina uzrokuje hipoksiju. Ako ste dulje vrijeme u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, neonski plin može reagirati s drugim tvarima pod visokim temperaturama ili visokim tlakom i uzrokovati požar ili eksploziju.
8. Ksenon plin
Ksenon (Xe) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne sudjeluje u ljudskom respiratornom procesu, pa će udisanje visoke koncentracije ksenona uzrokovati hipoksiju. Ako ste dulje vrijeme u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, neon može reagirati s drugim tvarima pod visokom temperaturom ili visokim tlakom i uzrokovati požar ili eksploziju.
9. Kripton plin
Kripton (Kr) je stabilan, bezbojan i bez mirisa plin koji ne sudjeluje u ljudskom respiratornom procesu, pa će udisanje visoke koncentracije kriptona uzrokovati hipoksiju. Ako ste dulje vrijeme u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, ksenon može reagirati s drugim tvarima pod visokom temperaturom ili visokim tlakom i uzrokovati požar ili eksploziju. Udisanje u okruženju s nedostatkom kisika može uzrokovati hipoksiju. Ako ste dulje vrijeme u stanju hipoksije, možete osjetiti simptome poput glavobolje, mučnine i povraćanja. Osim toga, kripton može reagirati s drugim tvarima pod visokom temperaturom ili visokim tlakom i uzrokovati požar ili eksploziju.
Rješenja za detekciju opasnih plinova za poluvodičku industriju
Industrija poluvodiča uključuje proizvodnju, preradu i obradu zapaljivih, eksplozivnih, otrovnih i štetnih plinova. Kao korisnik plinova u tvornicama za proizvodnju poluvodiča, svaki član osoblja trebao bi razumjeti sigurnosne podatke o raznim opasnim plinovima prije upotrebe i trebao bi znati kako postupati u hitnim slučajevima kada ti plinovi procure.
U proizvodnji, prerađivanju i skladištenju poluvodičke industrije, kako bi se izbjegao gubitak života i imovine uzrokovan curenjem ovih opasnih plinova, potrebno je instalirati instrumente za detekciju plina kako bi se otkrio ciljani plin.
Detektori plina postali su bitni instrumenti za praćenje okoliša u današnjoj industriji poluvodiča, a ujedno su i najizravniji alati za praćenje.
Riken Keiki oduvijek je posvećivao pozornost sigurnom razvoju industrije proizvodnje poluvodiča, s misijom stvaranja sigurnog radnog okruženja za ljude, te se posvetio razvoju plinskih senzora pogodnih za poluvodičku industriju, pružajući razumna rješenja za razne probleme s kojima se susreću korisnici te kontinuiranom nadogradnji funkcija proizvoda i optimizaciji sustava.
Vrijeme objave: 16. srpnja 2024.