Minden félvezető termék gyártása több száz folyamatot igényel. A teljes gyártási folyamatot nyolc lépésre osztjuk:ostyafeldolgozás-oxidáció-fotolitográfia-maratás-vékonyréteg-leválasztás-epitaxiális növekedés-diffúzió-ionimplantáció.
A félvezetők és a kapcsolódó folyamatok megértésének és felismerésének elősegítése érdekében minden számban WeChat cikkeket fogunk közzétenni, amelyek egyenként bemutatják a fenti lépéseket.
Az előző cikkben említettük, hogy a védelem érdekébenostyakülönféle szennyeződésekből oxidfilmet készítettek – oxidációs folyamat. Ma a félvezető áramköri lapkán lévő, a képződött oxidfilmmel ellátott lapka „fotolitográfiai folyamatáról” fogunk beszélni.
Fotolitográfiai eljárás
1. Mi a fotolitográfiai eljárás?
A fotolitográfia feladata a chipgyártáshoz szükséges áramkörök és funkcionális területek létrehozása.
A fotolitográfiai gép által kibocsátott fényt arra használják, hogy a fotoreziszttel bevont vékonyréteget egy mintázott maszkon keresztül megvilágítsák. A fotoreziszt a fény hatására megváltoztatja tulajdonságait, így a maszk mintázata átmásolódik a vékonyrétegre, így a vékonyréteg elektronikus áramköri rajz funkcióját tölti be. Ez a fotolitográfia szerepe, hasonlóan a fényképezőgéppel történő fényképezéshez. A fényképezőgép által készített fényképek nyomtatásra kerülnek a filmre, míg a fotolitográfia nem fényképeket, hanem áramköri rajzokat és más elektronikus alkatrészeket gravíroz.
A fotolitográfia egy precíz mikromegmunkálási technológia
A hagyományos fotolitográfia egy olyan eljárás, amely 2000-4500 angström hullámhosszú ultraibolya fényt használ képi információhordozóként, és fotorezisztet használ köztes (képrögzítő) közegként a grafika átalakításához, átviteléhez és feldolgozásához, majd végül továbbítja a képi információt a chipre (főleg szilíciumchipre) vagy dielektromos rétegre.
Elmondható, hogy a fotolitográfia a modern félvezető-, mikroelektronikai és információs iparágak alapja, és a fotolitográfia közvetlenül meghatározza ezen technológiák fejlettségi szintjét.
Az integrált áramkörök 1959-es sikeres feltalálása óta eltelt több mint 60 évben a grafikák vonalszélessége körülbelül négy nagyságrenddel csökkent, az áramköri integráció pedig több mint hat nagyságrenddel javult. Ezen technológiák gyors fejlődése főként a fotolitográfia fejlődésének tulajdonítható.
(A fotolitográfiai technológiával szembeni követelmények az integrált áramköri gyártás különböző fejlődési szakaszaiban)
2. A fotolitográfia alapelvei
A fotolitográfiai anyagok általában fotorezisztekre, más néven fotorezisztekre vonatkoznak, amelyek a fotolitográfia legfontosabb funkcionális anyagai. Ez a típusú anyag fényreakció (beleértve a látható fényt, az ultraibolya fényt, az elektronnyalábot stb.) jellemzőivel rendelkezik. A fotokémiai reakció után az oldhatósága jelentősen megváltozik.
Ezek közül a pozitív fotoreziszt oldhatósága az előhívóban megnő, és a kapott minta megegyezik a maszkéval; a negatív fotorezisztnél az ellenkezője történik, azaz az oldhatóság csökken, vagy akár oldhatatlanná válik az előhívóval való érintkezés után, és a kapott minta ellentétes a maszkéval. A kétféle fotoreziszt alkalmazási területe eltérő. A pozitív fotoreziszteket gyakrabban használják, az összes felhasználás több mint 80%-át teszik ki.
A fenti ábra a fotolitográfiai folyamat vázlatos rajza.
(1) Ragasztás:
Vagyis egy egyenletes vastagságú, erős tapadású és hibáktól mentes fotoreziszt filmet képeznek a szilíciumlapon. A fotoreziszt film és a szilíciumlap közötti tapadás fokozása érdekében gyakran először módosítani kell a szilíciumlap felületét olyan anyagokkal, mint a hexametil-diszilazán (HMDS) és a trimetil-szilil-dietil-amin (TMSDEA). Ezután a fotoreziszt filmet centrifugális bevonatolással állítják elő.
(2) Elősütés:
A centrifugális bevonás után a fotoreziszt film még tartalmaz bizonyos mennyiségű oldószert. Magasabb hőmérsékleten történő sütést követően az oldószer a lehető legkevesebb mennyiségben távolítható el. Elősütés után a fotoreziszt tartalma körülbelül 5%-ra csökken.
(3) Expozíció:
Vagyis a fotorezisztet fény éri. Ekkor fotoreakció játszódik le, és oldhatósági különbség alakul ki a megvilágított és a nem megvilágított rész között.
(4) Fejlesztés és edzés:
A terméket az előhívóba merítik. Ekkor a pozitív fotoreziszt megvilágított területe és a negatív fotoreziszt nem megvilágított területe feloldódik az előhívóban. Ez egy háromdimenziós mintázatot hoz létre. Az előhívás után a chipet magas hőmérsékletű kezelésnek kell alávetni, hogy kemény filmmé váljon, ami elsősorban a fotoreziszt hordozóhoz való tapadásának további fokozására szolgál.
(5) Maratás:
A fotoreziszt alatti anyagot maratják. Ez magában foglalja a folyékony nedves maratást és a gáz halmazállapotú száraz maratást. Például a szilícium nedves maratásához savas vizes hidrogén-fluorid oldatot használnak; a réz nedves maratásához erős savas oldatot, például salétromsavat és kénsavat, míg a száraz maratás gyakran plazmát vagy nagy energiájú ionsugarakat használ az anyag felületének károsítására és maratására.
(6) Gyantamentesítés:
Végül a fotorezisztet el kell távolítani a lencse felületéről. Ezt a lépést degumbing-nek nevezik.
A biztonság a legfontosabb kérdés minden félvezetőgyártás során. A chip litográfiai folyamatában a főbb veszélyes és káros fotolitográfiai gázok a következők:
1. Hidrogén-peroxid
A hidrogén-peroxid (H2O2) erős oxidálószer. A közvetlen érintkezés bőr- és szemgyulladást, valamint égési sérüléseket okozhat.
2. Xilol
A xilol egy oldószer és előhívó, amelyet negatív litográfiában használnak. Gyúlékony, és mindössze 27,3 ℃-os alacsony hőmérséklete van (körülbelül szobahőmérséklet). Robbanásveszélyes, ha a levegőben lévő koncentrációja 1%-7%. A xilollal való ismételt érintkezés bőrgyulladást okozhat. A xilol gőze édes, hasonló a repülőgép ragasztójának szagához; a xilolnak való kitettség a szem, az orr és a torok gyulladását okozhatja. A gáz belélegzése fejfájást, szédülést, étvágytalanságot és fáradtságot okozhat.
3. Hexametil-diszilazán (HMDS)
A hexametil-diszilazánt (HMDS) leggyakrabban alapozó rétegként használják a fotoreziszt tapadásának fokozására a termék felületén. Gyúlékony, lobbanáspontja 6,7°C. Robbanásveszélyes, ha a levegőben lévő koncentrációja 0,8%-16%. A HMDS erősen reagál vízzel, alkohollal és ásványi savakkal, ammóniát szabadítva fel.
4. Tetrametil-ammónium-hidroxid
A tetrametil-ammónium-hidroxidot (TMAH) széles körben használják előhívóként pozitív litográfiákhoz. Mérgező és maró hatású. Lenyelés vagy a bőrrel való közvetlen érintkezés esetén halálos lehet. A TMAH porával vagy ködjével való érintkezés a szem, a bőr, az orr és a torok gyulladását okozhatja. A TMAH magas koncentrációjának belélegzése halálhoz vezet.
5. Klór és fluor
A klórt (Cl2) és a fluort (F2) egyaránt használják excimer lézerekben mély ultraibolya és extrém ultraibolya (EUV) fényforrásként. Mindkét gáz mérgező, világoszöld színű és erős, irritáló szagú. A gáz nagy koncentrációban történő belélegzése halálhoz vezethet. A fluoridgáz vízzel reakcióba léphet, hidrogén-fluorid gázt képezve. A hidrogén-fluoridgáz egy erős sav, amely irritálja a bőrt, a szemet és a légzőrendszert, és olyan tüneteket okozhat, mint az égési sérülések és a légzési nehézség. A fluorid nagy koncentrációja mérgezést okozhat az emberi szervezetben, ami olyan tüneteket okozhat, mint a fejfájás, hányás, hasmenés és kóma.
6. Argon
Az argon (Ar) egy inert gáz, amely általában nem okoz közvetlen kárt az emberi szervezetben. Normál körülmények között a belélegzett levegő körülbelül 0,93% argont tartalmaz, és ennek a koncentrációnak nincs látható hatása az emberi szervezetre. Bizonyos esetekben azonban az argon károsíthatja az emberi szervezetet.
Íme néhány lehetséges helyzet: Zárt térben az argon koncentrációja megnőhet, ezáltal csökkentve a levegő oxigénkoncentrációját és hipoxiát okozva. Ez olyan tüneteket okozhat, mint a szédülés, fáradtság és légszomj. Ezenkívül az argon inert gáz, de magas hőmérsékleten vagy nagy nyomáson felrobbanhat.
7. Neon
A neon (Ne) egy stabil, színtelen és szagtalan gáz, amely nem vesz részt az emberi légzési folyamatokban, ezért a neongáz nagy koncentrációban történő belélegzése hipoxiát okoz. Ha hosszú ideig hipoxiás állapotban van, olyan tüneteket tapasztalhat, mint a fejfájás, hányinger és hányás. Ezenkívül a neongáz magas hőmérsékleten vagy nagy nyomáson más anyagokkal reakcióba léphet, tüzet vagy robbanást okozva.
8. Xenongáz
A xenongáz (Xe) egy stabil, színtelen és szagtalan gáz, amely nem vesz részt az emberi légzési folyamatban, ezért a xenongáz nagy koncentrációban történő belélegzése hipoxiát okoz. Ha valaki hosszú ideig hipoxiás állapotban van, olyan tüneteket tapasztalhat, mint a fejfájás, hányinger és hányás. Ezenkívül a neongáz magas hőmérsékleten vagy nagy nyomáson más anyagokkal reakcióba léphet, tüzet vagy robbanást okozva.
9. Kriptongáz
A kriptongáz (Kr) egy stabil, színtelen és szagtalan gáz, amely nem vesz részt az emberi légzési folyamatban, így a kriptongáz nagy koncentrációban történő belélegzése hipoxiát okoz. Ha valaki hosszú ideig hipoxiás állapotban van, olyan tüneteket tapasztalhat, mint a fejfájás, hányinger és hányás. Ezenkívül a xenongáz magas hőmérsékleten vagy nagy nyomáson más anyagokkal reakcióba léphet, tüzet vagy robbanást okozva. Oxigénhiányos környezetben történő belélegzés hipoxiát okozhat. Ha valaki hosszú ideig hipoxiás állapotban van, olyan tüneteket tapasztalhat, mint a fejfájás, hányinger és hányás. Ezenkívül a kriptongáz magas hőmérsékleten vagy nagy nyomáson más anyagokkal reakcióba léphet, tüzet vagy robbanást okozva.
Veszélyes gázok észlelési megoldásai a félvezetőipar számára
A félvezetőipar gyúlékony, robbanásveszélyes, mérgező és káros gázok gyártásával, gyártásával és feldolgozásával foglalkozik. A félvezetőgyártó üzemekben gázokat felhasználó minden alkalmazottnak meg kell értenie a különféle veszélyes gázok biztonsági adatait használat előtt, és tudnia kell, hogyan kell kezelni a vészhelyzeti eljárásokat, ha ezek a gázok szivárognak.
A félvezetőipar gyártása, gyártása és tárolása során, ezen veszélyes gázok szivárgása okozta élet- és vagyonvesztés elkerülése érdekében gázérzékelő műszereket kell telepíteni a célgáz kimutatására.
A gázérzékelők a mai félvezetőipar alapvető környezeti monitorozó eszközeivé váltak, és egyben a legközvetlenebb monitorozó eszközök is.
A Riken Keiki mindig is nagy figyelmet fordított a félvezetőgyártó ipar biztonságos fejlesztésére, küldetésének tekintve az emberek számára biztonságos munkakörnyezet megteremtését, és elkötelezett a félvezetőipar számára alkalmas gázérzékelők fejlesztése, a felhasználók által tapasztalt különféle problémákra ésszerű megoldások biztosítása, valamint a termékek funkcióinak folyamatos fejlesztése és a rendszerek optimalizálása iránt.
Közzététel ideje: 2024. július 16.