Kiekvieno puslaidininkinio gaminio gamybai reikia šimtų procesų. Visą gamybos procesą suskirstome į aštuonis etapus:vaflisapdorojimas-oksidacija-fotolitografija-ėsdinimas-plonų sluoksnių nusodinimas-epitaksinis augimas-difuzija-jonų implantacija.
Kad padėtume jums suprasti ir atpažinti puslaidininkius ir susijusius procesus, kiekviename numeryje pateiksime „WeChat“ straipsnius, kuriuose po vieną pristatysime kiekvieną iš aukščiau išvardytų žingsnių.
Ankstesniame straipsnyje buvo minėta, kad siekiant apsaugotivaflisiš įvairių priemaišų buvo pagaminta oksido plėvelė – oksidacijos procesas. Šiandien aptarsime „fotolitografijos procesą“, kurio metu fotografuojama puslaidininkinė grandinė ant plokštelės su susidariusia oksido plėvele.
Fotolitografijos procesas
1. Kas yra fotolitografijos procesas?
Fotolitografija skirta lustų gamybai reikalingų grandinių ir funkcinių sričių gamybai.
Fotolitografijos aparato skleidžiama šviesa naudojama plonai fotorezistu padengtai plėvelei apšviesti per kaukę su raštu. Fotorezistas, matydamas šviesą, pakeičia savo savybes, todėl kaukės raštas nukopijuojamas ant plonos plėvelės, todėl plona plėvelė atlieka elektroninės grandinės schemos funkciją. Tai yra fotolitografijos vaidmuo, panašus į fotografavimą fotoaparatu. Fotoaparatu padarytos nuotraukos spausdinamos ant plėvelės, o fotolitografijos metu graviruojamos ne nuotraukos, o grandinės schemos ir kiti elektroniniai komponentai.
Fotolitografija yra tiksli mikroapdirbimo technologija
Įprastinė fotolitografija – tai procesas, kurio metu vaizdo informacijos nešėja yra ultravioletinė šviesa, kurios bangos ilgis yra nuo 2000 iki 4500 angstromų, o fotorezistas – tarpinė (vaizdo įrašymo) terpė grafikai transformuoti, perduoti ir apdoroti, o galiausiai vaizdo informacija perduodama į lustą (daugiausia silicio lustą) arba dielektrinį sluoksnį.
Galima teigti, kad fotolitografija yra šiuolaikinių puslaidininkių, mikroelektronikos ir informacinių technologijų pagrindas, o fotolitografija tiesiogiai lemia šių technologijų išsivystymo lygį.
Per daugiau nei 60 metų nuo sėkmingo integrinių grandynų išradimo 1959 m., jų grafikos linijų plotis sumažėjo maždaug keturiomis dydžio eilėmis, o grandynų integracija pagerėjo daugiau nei šešiomis dydžio eilėmis. Sparčią šių technologijų pažangą daugiausia lemia fotolitografijos plėtra.
(Fotolitografijos technologijos reikalavimai įvairiuose integrinių grandynų gamybos vystymosi etapuose)
2. Pagrindiniai fotolitografijos principai
Fotolitografijos medžiagos paprastai vadinamos fotorezistais, dar vadinamais fotorezistais, kurie yra svarbiausios funkcinės medžiagos fotolitografijoje. Šio tipo medžiaga pasižymi šviesos (įskaitant matomą šviesą, ultravioletinę šviesą, elektronų pluoštą ir kt.) reakcijos savybėmis. Po fotocheminės reakcijos jos tirpumas labai pasikeičia.
Tarp jų teigiamo fotorezisto tirpumas ryškale padidėja, o gautas raštas yra toks pat kaip ir kaukės; neigiamo fotorezisto atveju yra priešingai, t. y. tirpumas sumažėja arba net tampa netirpus po sąlyčio su ryškalu, o gautas raštas yra priešingas kaukės raštui. Dviejų tipų fotorezistų taikymo sritys skiriasi. Dažniau naudojami teigiami fotorezistai, kurie sudaro daugiau nei 80 % visų.
Aukščiau pateikta fotolitografijos proceso schema.
(1) Klijavimas:
Tai yra, suformuojant vienodo storio, stipriai sukibančią ir be defektų fotorezistinę plėvelę ant silicio plokštelės. Siekiant pagerinti fotorezistinės plėvelės ir silicio plokštelės sukibimą, dažnai reikia pirmiausia modifikuoti silicio plokštelės paviršių tokiomis medžiagomis kaip heksametildisilazanas (HMDS) ir trimetilsilildietilaminas (TMSDEA). Tada fotorezistinė plėvelė paruošiama centrifuginiu dengimu.
(2) Išankstinis kepimas:
Po centrifuginio padengimo fotorezistinėje plėvelėje vis dar yra tam tikras kiekis tirpiklio. Po kepimo aukštesnėje temperatūroje tirpiklio galima pašalinti kuo mažiau. Po išankstinio kepimo fotorezistoriaus kiekis sumažinamas iki maždaug 5 %.
(3) Poveikis:
Tai reiškia, kad fotorezistas yra veikiamas šviesos. Šiuo metu vyksta fotoreakcija ir atsiranda tirpumo skirtumas tarp apšviestos ir neapšviestos dalių.
(4) Vystymas ir grūdinimas:
Produktas panardinamas į ryškalą. Šiuo metu teigiamo fotorezisto apšviesta sritis ir neigiamo fotorezisto neapšviesta sritis ištirpsta ryškale. Taip susidaro trimatis raštas. Po ryškinimo lustas apdorojamas aukštoje temperatūroje, kad taptų kieta plėvele, kuri daugiausia padeda dar labiau pagerinti fotorezisto sukibimą su pagrindu.
(5) Ėsdinimas:
Medžiaga po fotorezistu yra ėsdinama. Tai apima skystą šlapią ėsdinimą ir dujinį sausą ėsdinimą. Pavyzdžiui, silicio šlapiam ėsdinimui naudojamas rūgštinis vandeninis vandenilio fluorido rūgšties tirpalas; vario šlapiam ėsdinimui naudojamas stiprus rūgšties tirpalas, pvz., azoto rūgštis ir sieros rūgštis, o sausam ėsdinimui dažnai naudojama plazma arba didelės energijos jonų pluoštai, siekiant pažeisti medžiagos paviršių ir jį ėsdinti.
(6) Gumos šalinimas:
Galiausiai, nuo lęšio paviršiaus reikia pašalinti fotorezistą. Šis žingsnis vadinamas gumų šalinimu (degumentų šalinimu).
Sauga yra svarbiausias klausimas visoje puslaidininkių gamyboje. Pagrindinės pavojingos ir kenksmingos fotolitografijos dujos lustų litografijos procese yra šios:
1. Vandenilio peroksidas
Vandenilio peroksidas (H₂O₂) yra stiprus oksidatorius. Tiesioginis sąlytis gali sukelti odos ir akių uždegimą bei nudegimus.
2. Ksilenas
Ksilenas yra tirpiklis ir ryškalas, naudojamas negatyviojoje litografijoje. Jis yra degus ir jo temperatūra siekia tik 27,3 ℃ (maždaug kambario temperatūra). Jis sprogus, kai jo koncentracija ore yra 1–7 %. Pakartotinis sąlytis su ksilenu gali sukelti odos uždegimą. Ksileno garai yra saldūs, panašūs į lėktuvo lipniosios gumos kvapą; ksileno poveikis gali sukelti akių, nosies ir gerklės uždegimą. Įkvėpus dujų, gali atsirasti galvos skausmas, galvos svaigimas, apetito praradimas ir nuovargis.
3. Heksametildisilazanas (HMDS)
Heksametildisilazanas (HMDS) dažniausiai naudojamas kaip grunto sluoksnis, siekiant padidinti fotorezisto sukibimą su gaminio paviršiumi. Jis yra degus ir jo pliūpsnio temperatūra yra 6,7 °C. Jis sprogus, kai jo koncentracija ore yra 0,8–16 %. HMDS stipriai reaguoja su vandeniu, alkoholiu ir mineralinėmis rūgštimis, išskirdamas amoniaką.
4. Tetrametilamonio hidroksidas
Tetrametilamonio hidroksidas (TMAH) plačiai naudojamas kaip ryškalas teigiamojoje litografijoje. Jis yra toksiškas ir ėsdinantis. Prarijus arba tiesiogiai susilietus su oda, jis gali būti mirtinas. Sąlytis su TMAH dulkėmis ar rūku gali sukelti akių, odos, nosies ir gerklės uždegimą. Didelės TMAH koncentracijos įkvėpimas gali sukelti mirtį.
5. Chloras ir fluoras
Chloras (Cl2) ir fluoras (F2) naudojami eksimeriniuose lazeriuose kaip giliosios ultravioletinės ir ekstremaliosios ultravioletinės (EUV) šviesos šaltiniai. Abi dujos yra toksiškos, atrodo šviesiai žalios ir skleidžia stiprų dirginantį kvapą. Didelės šių dujų koncentracijos įkvėpimas gali sukelti mirtį. Fluoro dujos gali reaguoti su vandeniu ir sudaryti vandenilio fluorido dujas. Vandenilio fluorido dujos yra stipri rūgštis, kuri dirgina odą, akis ir kvėpavimo takus ir gali sukelti tokius simptomus kaip nudegimai ir kvėpavimo sutrikimai. Didelės fluorido koncentracijos gali sukelti žmogaus organizmo apsinuodijimą, sukeldamos tokius simptomus kaip galvos skausmas, vėmimas, viduriavimas ir koma.
6. Argonas
Argonas (Ar) yra inertinės dujos, kurios paprastai nekelia tiesioginės žalos žmogaus organizmui. Įprastomis sąlygomis ore, kuriuo kvėpuoja žmonės, yra apie 0,93 % argono, ir ši koncentracija neturi akivaizdaus poveikio žmogaus organizmui. Tačiau kai kuriais atvejais argonas gali pakenkti žmogaus organizmui.
Štai kelios galimos situacijos: uždaroje erdvėje argono koncentracija gali padidėti, dėl to sumažėja deguonies koncentracija ore ir atsiranda hipoksija. Tai gali sukelti tokius simptomus kaip galvos svaigimas, nuovargis ir dusulys. Be to, argonas yra inertinės dujos, tačiau esant aukštai temperatūrai ar aukštam slėgiui jis gali sprogti.
7. Neonas
Neonas (Ne) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, kurios nedalyvauja žmogaus kvėpavimo procese, todėl įkvėpus didelės koncentracijos neono dujų, sukels hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite patirti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, neono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai ar aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą ar sprogimą.
8. Ksenono dujos
Ksenono dujos (Xe) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, kurios nedalyvauja žmogaus kvėpavimo procese, todėl įkvėpus didelės koncentracijos ksenono dujų, sukels hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite patirti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, neono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai ar aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą ar sprogimą.
9. Kriptono dujos
Kriptono dujos (Kr) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, kurios nedalyvauja žmogaus kvėpavimo procese, todėl įkvėpus didelės koncentracijos kriptono dujų, gali kilti hipoksija. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite patirti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, ksenono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą. Kvėpavimas aplinkoje, kurioje trūksta deguonies, gali sukelti hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite patirti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, kriptono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą.
Pavojingų dujų aptikimo sprendimai puslaidininkių pramonei
Puslaidininkių pramonėje gaminamos, perdirbamos ir apdorojamos degios, sprogios, toksiškos ir kenksmingos dujos. Kiekvienas darbuotojas, naudodamasis dujomis puslaidininkių gamybos įmonėse, prieš naudodamasis turėtų suprasti įvairių pavojingų dujų saugos duomenis ir žinoti, kaip elgtis avariniu atveju, kai šios dujos nuteka.
Puslaidininkių pramonės gamyboje, perdirbimo ir sandėliavimo metu, siekiant išvengti gyvybių ir turto praradimo dėl šių pavojingų dujų nuotėkio, būtina įrengti dujų aptikimo prietaisus, kad būtų galima aptikti tikslines dujas.
Dujų detektoriai tapo esminiais aplinkos stebėjimo prietaisais šiandieninėje puslaidininkių pramonėje ir yra tiesioginės stebėjimo priemonės.
„Riken Keiki“ visada skyrė dėmesį saugiai puslaidininkių gamybos pramonės plėtrai, siekdama sukurti saugią darbo aplinką žmonėms, ir atsidavė puslaidininkių pramonei tinkamų dujų jutiklių kūrimui, teikdama pagrįstus sprendimus įvairioms vartotojų patiriamoms problemoms, nuolat atnaujindama gaminių funkcijas ir optimizuodama sistemas.
Įrašo laikas: 2024 m. liepos 16 d.