Pembuatan setiap produk semikonduktor membutuhkan ratusan proses. Kami membagi seluruh proses pembuatan menjadi delapan langkah:kue waferpemrosesan-oksidasi-fotolitografi-etsa-deposisi lapisan tipis-pertumbuhan epitaksial-difusi-implantasi ion.
Untuk membantu Anda memahami dan mengenali semikonduktor dan proses terkait, kami akan membagikan artikel WeChat di setiap edisi untuk memperkenalkan setiap langkah di atas satu per satu.
Pada artikel sebelumnya, telah disebutkan bahwa untuk melindungikue waferDari berbagai pengotor, lapisan oksida terbentuk—proses oksidasi. Hari ini kita akan membahas "proses fotolitografi" yaitu memotret desain sirkuit semikonduktor pada wafer dengan lapisan oksida yang telah terbentuk.
Proses fotolitografi
1. Apa itu proses fotolitografi?
Fotolitografi adalah proses pembuatan sirkuit dan area fungsional yang dibutuhkan untuk produksi chip.
Cahaya yang dipancarkan oleh mesin fotolitografi digunakan untuk mengekspos lapisan tipis yang dilapisi dengan photoresist melalui masker dengan pola. Photoresist akan mengubah sifatnya setelah terkena cahaya, sehingga pola pada masker disalin ke lapisan tipis, sehingga lapisan tipis tersebut memiliki fungsi sebagai diagram rangkaian elektronik. Inilah peran fotolitografi, mirip dengan mengambil gambar dengan kamera. Foto yang diambil oleh kamera dicetak pada film, sedangkan fotolitografi tidak mengukir foto, tetapi diagram rangkaian dan komponen elektronik lainnya.
Fotolitografi adalah teknologi pemesinan mikro yang presisi.
Fotolitografi konvensional adalah proses yang menggunakan sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 2000 hingga 4500 angstrom sebagai pembawa informasi gambar, dan menggunakan photoresist sebagai media perantara (perekaman gambar) untuk mencapai transformasi, transfer, dan pemrosesan grafis, dan akhirnya mengirimkan informasi gambar ke chip (terutama chip silikon) atau lapisan dielektrik.
Dapat dikatakan bahwa fotolitografi adalah fondasi dari industri semikonduktor, mikroelektronika, dan informasi modern, dan fotolitografi secara langsung menentukan tingkat perkembangan teknologi-teknologi tersebut.
Dalam lebih dari 60 tahun sejak penemuan sirkuit terpadu yang sukses pada tahun 1959, lebar garis grafiknya telah berkurang sekitar empat orde besaran, dan integrasi sirkuit telah meningkat lebih dari enam orde besaran. Kemajuan pesat teknologi ini terutama disebabkan oleh perkembangan fotolitografi.
(Persyaratan untuk teknologi fotolitografi pada berbagai tahap pengembangan manufaktur sirkuit terpadu)
2. Prinsip dasar fotolitografi
Material fotolitografi umumnya merujuk pada photoresist, juga dikenal sebagai photoresist, yang merupakan material fungsional paling penting dalam fotolitografi. Jenis material ini memiliki karakteristik reaksi terhadap cahaya (termasuk cahaya tampak, sinar ultraviolet, berkas elektron, dll.). Setelah reaksi fotokimia, kelarutannya berubah secara signifikan.
Di antara keduanya, kelarutan photoresist positif dalam developer meningkat, dan pola yang dihasilkan sama dengan mask; photoresist negatif sebaliknya, yaitu, kelarutannya menurun atau bahkan menjadi tidak larut setelah terpapar developer, dan pola yang dihasilkan berlawanan dengan mask. Bidang aplikasi kedua jenis photoresist ini berbeda. Photoresist positif lebih umum digunakan, mencakup lebih dari 80% dari total keseluruhan.
Gambar di atas adalah diagram skematis dari proses fotolitografi.
(1) Perekatan:
Artinya, membentuk lapisan photoresist dengan ketebalan seragam, daya rekat kuat, dan tanpa cacat pada wafer silikon. Untuk meningkatkan daya rekat antara lapisan photoresist dan wafer silikon, seringkali perlu terlebih dahulu memodifikasi permukaan wafer silikon dengan zat-zat seperti heksametildisilazana (HMDS) dan trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Kemudian, lapisan photoresist disiapkan dengan metode spin coating.
(2) Pra-pemanggangan:
Setelah pelapisan putar (spin coating), lapisan photoresist masih mengandung sejumlah pelarut. Setelah dipanggang pada suhu yang lebih tinggi, pelarut dapat dihilangkan seminimal mungkin. Setelah pemanggangan awal (pre-bake), kandungan photoresist berkurang hingga sekitar 5%.
(3) Paparan:
Artinya, lapisan fotoresist terpapar cahaya. Pada saat ini, terjadi reaksi fotokimia, dan timbul perbedaan kelarutan antara bagian yang terkena cahaya dan bagian yang tidak terkena cahaya.
(4) Pengembangan & pengerasan:
Produk tersebut direndam dalam larutan pengembang. Pada saat ini, area yang terpapar dari photoresist positif dan area yang tidak terpapar dari photoresist negatif akan larut dalam larutan pengembang. Hal ini menghasilkan pola tiga dimensi. Setelah pengembangan, chip tersebut memerlukan proses perlakuan suhu tinggi untuk menjadi film keras, yang terutama berfungsi untuk lebih meningkatkan daya rekat photoresist ke substrat.
(5) Etsa:
Material di bawah lapisan photoresist akan teretsa. Proses ini meliputi etsa basah cair dan etsa kering gas. Misalnya, untuk etsa basah silikon, digunakan larutan asam berair seperti asam fluorida; untuk etsa basah tembaga, digunakan larutan asam kuat seperti asam nitrat dan asam sulfat, sedangkan etsa kering sering menggunakan plasma atau berkas ion berenergi tinggi untuk merusak permukaan material dan mengikisnya.
(6) Penghilangan getah:
Terakhir, lapisan photoresist perlu dihilangkan dari permukaan lensa. Langkah ini disebut penghilangan getah (degumming).
Keselamatan adalah isu terpenting dalam semua produksi semikonduktor. Gas-gas berbahaya dan merusak utama dalam proses litografi chip adalah sebagai berikut:
1. Hidrogen peroksida
Hidrogen peroksida (H2O2) adalah oksidan kuat. Kontak langsung dapat menyebabkan peradangan dan luka bakar pada kulit dan mata.
2. Xilena
Xylene adalah pelarut dan pengembang yang digunakan dalam litografi negatif. Zat ini mudah terbakar dan memiliki suhu rendah hanya 27,3℃ (kira-kira suhu ruangan). Zat ini mudah meledak ketika konsentrasinya di udara mencapai 1%-7%. Kontak berulang dengan xylene dapat menyebabkan peradangan kulit. Uap xylene berbau manis, mirip dengan bau perekat pesawat; paparan xylene dapat menyebabkan peradangan pada mata, hidung, dan tenggorokan. Menghirup gas ini dapat menyebabkan sakit kepala, pusing, kehilangan nafsu makan, dan kelelahan.
3. Heksametildisilazana (HMDS)
Heksametildisilazana (HMDS) paling umum digunakan sebagai lapisan primer untuk meningkatkan daya rekat photoresist pada permukaan produk. Senyawa ini mudah terbakar dan memiliki titik nyala 6,7°C. Senyawa ini meledak ketika konsentrasinya di udara mencapai 0,8%-16%. HMDS bereaksi kuat dengan air, alkohol, dan asam mineral untuk melepaskan amonia.
4. Tetrametilamonium hidroksida
Tetrametilamonium hidroksida (TMAH) banyak digunakan sebagai pengembang untuk litografi positif. Zat ini beracun dan korosif. Dapat berakibat fatal jika tertelan atau terkena kulit secara langsung. Kontak dengan debu atau kabut TMAH dapat menyebabkan peradangan pada mata, kulit, hidung, dan tenggorokan. Menghirup TMAH dalam konsentrasi tinggi akan menyebabkan kematian.
5. Klorin dan fluorin
Klorin (Cl2) dan fluorin (F2) keduanya digunakan dalam laser excimer sebagai sumber cahaya ultraviolet dalam dan ultraviolet ekstrem (EUV). Kedua gas ini beracun, tampak berwarna hijau muda, dan memiliki bau yang menyengat dan mengiritasi. Menghirup konsentrasi tinggi gas ini dapat menyebabkan kematian. Gas fluorin dapat bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen fluorida. Gas hidrogen fluorida adalah asam kuat yang mengiritasi kulit, mata, dan saluran pernapasan serta dapat menyebabkan gejala seperti luka bakar dan kesulitan bernapas. Konsentrasi fluorida yang tinggi dapat menyebabkan keracunan pada tubuh manusia, menyebabkan gejala seperti sakit kepala, muntah, diare, dan koma.
6. Argon
Argon (Ar) adalah gas inert yang biasanya tidak menyebabkan bahaya langsung bagi tubuh manusia. Dalam keadaan normal, udara yang dihirup manusia mengandung sekitar 0,93% argon, dan konsentrasi ini tidak memiliki efek yang jelas pada tubuh manusia. Namun, dalam beberapa kasus, argon dapat menyebabkan bahaya bagi tubuh manusia.
Berikut beberapa kemungkinan situasi: Di ruang tertutup, konsentrasi argon dapat meningkat, sehingga mengurangi konsentrasi oksigen di udara dan menyebabkan hipoksia. Hal ini dapat menyebabkan gejala seperti pusing, kelelahan, dan sesak napas. Selain itu, argon adalah gas inert, tetapi dapat meledak pada suhu tinggi atau tekanan tinggi.
7. Neon
Neon (Ne) adalah gas stabil, tidak berwarna, dan tidak berbau yang tidak berpartisipasi dalam proses pernapasan manusia. Gas neon tidak terlibat dalam proses pernapasan manusia, sehingga menghirup gas neon dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam kondisi hipoksia untuk waktu yang lama, Anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas neon dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi sehingga menyebabkan kebakaran atau ledakan.
8. Gas Xenon
Gas xenon (Xe) adalah gas stabil, tidak berwarna, dan tidak berbau yang tidak berpartisipasi dalam proses pernapasan manusia, sehingga menghirup gas xenon dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam kondisi hipoksia untuk waktu yang lama, Anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas xenon dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi sehingga menyebabkan kebakaran atau ledakan.
9. Gas Kripton
Gas kripton (Kr) adalah gas stabil, tidak berwarna, dan tidak berbau yang tidak berpartisipasi dalam proses pernapasan manusia, sehingga menghirup gas kripton dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam kondisi hipoksia untuk waktu yang lama, Anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas xenon dapat bereaksi dengan zat lain di bawah suhu atau tekanan tinggi sehingga menyebabkan kebakaran atau ledakan. Menghirup udara di lingkungan dengan kekurangan oksigen dapat menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam kondisi hipoksia untuk waktu yang lama, Anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas kripton dapat bereaksi dengan zat lain di bawah suhu atau tekanan tinggi sehingga menyebabkan kebakaran atau ledakan.
Solusi deteksi gas berbahaya untuk industri semikonduktor
Industri semikonduktor melibatkan produksi, pembuatan, dan pengolahan gas yang mudah terbakar, meledak, beracun, dan berbahaya. Sebagai pengguna gas di pabrik manufaktur semikonduktor, setiap anggota staf harus memahami data keselamatan berbagai gas berbahaya sebelum digunakan, dan harus mengetahui cara menangani prosedur darurat jika gas-gas tersebut bocor.
Dalam produksi, manufaktur, dan penyimpanan industri semikonduktor, untuk menghindari hilangnya nyawa dan harta benda akibat kebocoran gas berbahaya ini, perlu dipasang instrumen deteksi gas untuk mendeteksi gas target.
Detektor gas telah menjadi instrumen pemantauan lingkungan yang penting dalam industri semikonduktor saat ini, dan juga merupakan alat pemantauan yang paling langsung.
Riken Keiki selalu memperhatikan pengembangan industri manufaktur semikonduktor yang aman, dengan misi menciptakan lingkungan kerja yang aman bagi masyarakat, dan telah berdedikasi untuk mengembangkan sensor gas yang sesuai untuk industri semikonduktor, memberikan solusi yang tepat untuk berbagai masalah yang dihadapi pengguna, serta terus meningkatkan fungsi produk dan mengoptimalkan sistem.
Waktu posting: 16 Juli 2024