Fabricatio cuiusque producti semiconductoris centenas processus requirit. Totum processum fabricationis in octo gradus dividimus:crustulumprocessus-oxidatio-photolithographia-scapulatio-depositio pelliculae tenuis-incrementum epitaxiale-diffusio-implantatio ionum.
Ut semiconductoria et processus affines intellegere et agnoscere possis, articulos WeChat in singulis fasciculis proponemus ut gradus supra scripsos singillatim introducamus.
In articulo priori, dictum est ad protegendum...crustulumEx variis impuritatibus, pellicula oxidi facta est -- processus oxidationis. Hodie de "processu photolithographico" photographando circuitum designationis semiconductoris in lamella cum pellicula oxidi formatam disseremus.
Processus photolithographicus
1. Quid est processus photolithographicus?
Photolithographia circuitus et areas functionales ad productionem microplagularum necessarias fabricat.
Lux a machina photolithographica emissa adhibetur ad pelliculam tenuem, photoresisto obductam, per larvam cum figura patefaciendam. Photoresistum, postquam lucem videt, proprietates suas mutabit, ita ut figura in larva in pelliculam tenuem transcribatur, ita ut pellicula tenuis functionem diagrammatis circuitus electronici habeat. Hoc est munus photolithographiae, simile photographiae photographicae cum camera photographica capiendae. Photographiae a camera photographica captae in pellicula imprimuntur, dum photolithographia non imagines photographicas inscribit, sed diagrammata circuitus aliaque elementa electronica.
Photolithographia est technologia micromachinationis accurata.
Photolithographia conventionalis est processus qui lucem ultraviolaceam cum longitudine undae 2000 ad 4500 angstroms ut vectorem informationis imaginis adhibet, et photoresistum ut medium intermedium (imaginis inscriptionis) ad transformationem, translationem, et processum graphicorum efficiendum adhibet, ac denique informationem imaginis ad lamellam (praesertim lamellam siliconis) vel stratum dielectricum transmittit.
Dici potest photolithographiam fundamentum esse industriarum semiconductorum, microelectronicarum, et informationis modernarum, photolithographiamque gradum progressionis harum technologiarum directe determinare.
Per plus quam sexaginta annos ab inventione prospera circuituum integratorum anno 1959, latitudo linearum graphicarum eius circiter quattuor magnitudinis ordinibus redacta est, et integratio circuituum plus quam sex magnitudinis ordinibus emendata est. Progressus rapidus harum technologiarum imprimis evolutioni photolithographiae tribuitur.
(Requisita technologiae photolithographicae in variis stadiis evolutionis fabricationis circuitus integrati)
2. Principia fundamentalia photolithographiae
Materiae photolithographicae plerumque ad photoresistas, etiam photoresistas appellatas, referuntur, quae sunt materiae functionales gravissimae in photolithographia. Hoc genus materiae proprietates reactionis lucis (inter quas lux visibilis, lux ultraviolaceae, fasciculus electronicus, etc.) habet. Post reactionem photochemicam, solubilitas eius significanter mutatur.
Inter ea, solubilitas photoresisti positivi in revelatore augetur, et figura obtenta eadem est ac larva; photoresistum negativum contrarium est, id est, solubilitas minuitur vel etiam insolubilis fit post expositionem revelatori, et figura obtenta contraria est larvae. Campi applicationis duorum generum photoresistorum differunt. Photoresista positiva saepius adhibentur, plus quam 80% totius numeri constituentes.
Supra diagramma schematicum processus photolithographiae est.
(1) Glutinatio:
Id est, formando pelliculam photoresistentem crassitudine uniformi, adhaesione valida et nullis vitiis in lamella silicii. Ut adhaesio inter pelliculam photoresistentem et lamellam silicii augeatur, saepe necesse est superficiem lamellae silicii primum modificare substantiis ut hexamethyldisilazano (HMDS) et trimethylsilyldiethylamino (TMSDEA). Deinde, pellicula photoresistens per rotationem praeparatur.
(2) Praecoctio:
Post rotationem, pellicula photoresistens adhuc certam quantitatem solventis continet. Post coctionem ad altiore temperatura, solvens quam minimum removeri potest. Post praecoctionem, contentum photoresistens ad circiter 5% reducitur.
(3) Expositio:
Id est, photoresistens luci exponitur. Hoc tempore, photoreactio fit, et differentia solubilitatis inter partem illuminatam et partem non illuminatam oritur.
(4) Progressus et induratio:
Productum in revelatore immergitur. Hoc tempore, area nudata photoresisti positivi et area non nudata photoresisti negativi in revelatione dissolvuntur. Hoc exemplar tridimensionale praebet. Post revelationem, fragmentum processum tractationis altae temperaturae requirit ut pellicula dura fiat, quod praecipue ad adhaesionem photoresisti ad substratum ulterius augendam servit.
(5) Incisionem:
Materia sub photoresistente corroditur. Haec corrosio humida liquida et corrosio sicca gasosa comprehendit. Exempli gratia, ad corrodendum humidum silicii, solutio acida aquosa acidi hydrofluorici adhibetur; ad corrodendum humidum cupri, solutio acidi fortis, ut acidum nitricum et acidum sulfuricum, adhibetur, dum corrosio sicca saepe plasma vel fasciculos ionum altae energiae adhibet ad superficiem materiae laedendum et corrodendum.
(6) Deglutitio:
Denique, photoresistum a superficie lentis removendum est. Hoc gradus degummatio appellatur.
Salus est res gravissima in omni productione semiconductorum. Principales vapores photolithographici periculosi et noxii in processu lithographiae fragmentorum sunt hae:
1. Hydrogenii peroxidum
Hydrogenii peroxidum (H₂O₂) oxidans validum est. Contactus directus inflammationem cutis et oculorum necnon ustiones causare potest.
2. Xylenum
Xylenum est solvens et revelator in lithographia negativa adhibitus. Inflammabile est et temperaturam humilem habet, tantum 27.3°C (fere temperaturam cubiculi). Explosivum est cum concentratio in aere est 1%-7%. Contactus repetitus cum xyleno inflammationem cutis causare potest. Vapor xyleni dulcis est, similis odori cinguli aeroplani; expositio xyleno inflammationem oculorum, nasi et gutturis causare potest. Inhalatio gasis dolores capitis, vertiginem, appetitus amissionem et lassitudinem causare potest.
3. Hexamethyldisilazanum (HMDS)
Hexamethyldisilazanum (HMDS) saepissime ut stratum primarium ad augendam adhaesionem photoresisti in superficie producti adhibetur. Inflammabile est et punctum inflammationis 6.7°C habet. Explosivum est cum concentratio in aere 0.8%-16% est. HMDS fortiter cum aqua, alcohole et acidis mineralibus reagit ad liberandum ammoniam.
4. Tetramethylammonii hydroxidum
Tetramethylammonii hydroxidum (TMAH) late adhibetur ut revelator in lithographia positiva. Toxicum et corrosivum est. Si deglutitur vel in contactum directum cum cute inciderit, letale esse potest. Contactus cum pulvere vel nebula TMAH inflammationem oculorum, cutis, nasi et gutturis causare potest. Inhalatio magnarum concentrationum TMAH ad mortem ducet.
5. Chlorum et fluor
Chlorum (Cl₂) et fluorinum (F₂) ambo in laseribus excimeris ut fontes lucis ultraviolettii profundi et ultraviolettii extremi (EUV) adhibentur. Uterque gas toxicus est, colore viridi diluto apparet, et odorem acrem irritantem habet. Inhalatio altarum concentrationum huius gasis ad mortem ducit. Gas fluorinum cum aqua reagere potest ad producendum gas hydrogenii fluoridi. Gas hydrogenii fluoridi est acidum forte quod cutem, oculos et tractus respiratorios irritat et symptomata ut ustiones et difficultatem spirandi causare potest. Altae concentrationes fluoridi veneficium corpori humano inferre possunt, symptomata ut dolores capitis, vomitus, diarrhoea et coma causando.
6. Argon
Argon (Ar) est gas iners quod plerumque corpori humano directe nocere non solet. Sub condicionibus normalibus, aer quem homines respirant circiter 0.93% argon continet, et haec concentratio nullum effectum manifestum in corpus humanum habet. Attamen, in quibusdam casibus, argon corpori humano nocere potest.
Hic sunt aliquae condiciones possibiles: In spatio clauso, concentratio argonis crescere potest, ita concentrationem oxygenii in aere minuens et hypoxiam causans. Hoc symptomata ut vertiginem, lassitudinem, et dyspnoeam causare potest. Praeterea, argon gas iners est, sed sub alta temperatura vel alta pressione explodere potest.
7. Neon
Neon (Ne) est gas stabile, incolor et inodorum quod in respiratione humana non participat. Gas neon non implicatur, ergo inhalatio magnae concentrationis gasis neon hypoxiam causabit. Si diu in statu hypoxiae es, symptomata ut cephalalgia, nausea et vomitus experiri potes. Praeterea, gas neon cum aliis substantiis sub alta temperatura vel alta pressione reagere potest, ignem vel explosionem causans.
8. Gas Xenon
Xenon (Xe) est gas stabile, incolor et inodorum quod in processu respirationis humanae non participat, itaque inhalatio magnae concentrationis xenon hypoxiam efficiet. Si diu in statu hypoxiae fueris, symptomata ut cephalalgia, nausea et vomitus experiri potes. Praeterea, gas neon cum aliis substantiis sub alta temperatura vel alta pressione reagere potest ut ignem vel explosionem efficiat.
9. Gas cryptographicum
Gas kriptonicum (Kr) est gas stabile, incolor et inodorum quod in processu respirationis humanae non participat, itaque inhalatio magnae concentrationis gasis kriptonici hypoxiam causabit. Si diu in statu hypoxiae es, symptomata ut cephalalgiam, nauseam et vomitum experiri potes. Praeterea, gas xenon cum aliis substantiis sub alta temperatura vel alta pressione reagere potest ut ignem vel explosionem efficiat. Inhalatio in ambitu cum privatione oxygenii hypoxiam causare potest. Si diu in statu hypoxiae es, symptomata ut cephalalgiam, nauseam et vomitum experiri potes. Praeterea, gas kriptonicum cum aliis substantiis sub alta temperatura vel alta pressione reagere potest ut ignem vel explosionem efficiat.
Solutiones detectionis gasorum periculosorum pro industria semiconductorum
Industria semiconductorum productionem, fabricationem, et processum gasorum inflammabilium, explosivorum, toxicorum, et noxiorum complectitur. Ut usus gasorum in officinis fabricationis semiconductorum, quisque operarius debet notitias salutis variorum gasorum periculosorum ante usum intellegere, et scire quomodo rationes in casu necessitatis tractare cum hi gasi effluunt.
In productione, fabricatione, et conservatione industriae semiconductorum, ne iactura vitae et rerum ex effusione horum gasorum periculosorum oriatur, necesse est instrumenta detectionis gasorum instituere ad gas destinatum detegendum.
Detectores gasorum instrumenta necessaria ad ambitum vigilandum in hodierna industria semiconductorum facta sunt, et etiam sunt instrumenta monitoria directissima.
Riken Keiki semper curam dedit progressioni tutae industriae semiconductorum fabricandae, cum missione creandi ambitum laboris tutum hominibus, et se dedicavit ad sensoria gasorum industriae semiconductorum idonea evolvenda, solutiones rationabiles praebens variis difficultatibus ab usoribus obventis, et functiones productorum continuo emendandas atque systemata optimizanda.
Tempus publicationis: XVI Iulii, MMXXIV