Katra pusvadītāju izstrādājuma ražošanai nepieciešami simtiem procesu. Visu ražošanas procesu mēs sadalām astoņos posmos:vafeleapstrāde-oksidēšana-fotolitogrāfija-kodināšana-plānas plēves uzklāšana-epitaksiāla augšana-difūzija-jonu implantācija.
Lai palīdzētu jums izprast un atpazīt pusvadītājus un saistītos procesus, katrā numurā mēs ievietosim WeChat rakstus, lai soli pa solim iepazīstinātu ar katru no iepriekš minētajiem soļiem.
Iepriekšējā rakstā tika minēts, ka, lai aizsargātuvafeleNo dažādiem piemaisījumiem tika izveidota oksīda plēve — oksidācijas process. Šodien mēs apspriedīsim "fotolitogrāfijas procesu", kurā uz vafeles tiek fotografēta pusvadītāju konstrukcijas shēma ar izveidoto oksīda plēvi.
Fotolitogrāfijas process
1. Kas ir fotolitogrāfijas process?
Fotolitogrāfija ir paredzēta mikroshēmu ražošanai nepieciešamo shēmu un funkcionālo zonu izgatavošanai.
Fotolitogrāfijas iekārtas izstarotā gaisma tiek izmantota, lai eksponētu ar fotorezistoru pārklātu plāno plēvi caur masku ar rakstu. Fotorezists pēc gaismas iedarbības mainīs savas īpašības, lai maskas raksts tiktu kopēts uz plānās plēves, un plānā plēve pildītu elektroniskās shēmas funkciju. Šī ir fotolitogrāfijas funkcija, līdzīgi kā fotografējot ar kameru. Ar kameru uzņemtie fotoattēli tiek drukāti uz plēves, savukārt fotolitogrāfija neiegravē fotoattēlus, bet gan shēmas un citus elektroniskos komponentus.
Fotolitogrāfija ir precīza mikroapstrādes tehnoloģija.
Parastā fotolitogrāfija ir process, kurā kā attēla informācijas nesēju izmanto ultravioleto gaismu ar viļņa garumu no 2000 līdz 4500 angstrēmiem, un kā starpposma (attēla ierakstīšanas) vidi izmanto fotorezistoru, lai panāktu grafikas pārveidošanu, pārsūtīšanu un apstrādi, un visbeidzot attēla informāciju pārsūta uz mikroshēmu (galvenokārt silīcija mikroshēmu) vai dielektrisko slāni.
Var teikt, ka fotolitogrāfija ir mūsdienu pusvadītāju, mikroelektronikas un informācijas nozaru pamats, un fotolitogrāfija tieši nosaka šo tehnoloģiju attīstības līmeni.
Vairāk nekā 60 gadu laikā kopš integrēto shēmu veiksmīgās izgudrošanas 1959. gadā to grafikas līniju platums ir samazināts par aptuveni četrām lieluma kārtām, un shēmu integrācija ir uzlabota par vairāk nekā sešām lieluma kārtām. Šo tehnoloģiju straujā attīstība galvenokārt tiek saistīta ar fotolitogrāfijas attīstību.
(Fotolitogrāfijas tehnoloģijas prasības dažādos integrēto shēmu ražošanas attīstības posmos)
2. Fotolitogrāfijas pamatprincipi
Fotolitogrāfijas materiāli parasti attiecas uz fotorezistiem, kas pazīstami arī kā fotorezistori, un ir vissvarīgākie funkcionālie materiāli fotolitogrāfijā. Šāda veida materiālam piemīt gaismas (tostarp redzamās gaismas, ultravioletās gaismas, elektronu staru u.c.) reakcijas īpašības. Pēc fotoķīmiskās reakcijas tā šķīdība ievērojami mainās.
Starp tiem pozitīvā fotorezista šķīdība attīstītājā palielinās, un iegūtais raksts ir tāds pats kā maskai; negatīvajam fotorezistam ir pretēji, tas ir, šķīdība samazinās vai pat kļūst nešķīstoša pēc iedarbības ar attīstītāju, un iegūtais raksts ir pretējs maskai. Abu veidu fotorezistu pielietojuma lauki atšķiras. Biežāk tiek izmantoti pozitīvie fotorezisti, kas veido vairāk nekā 80% no kopējā skaita.
Iepriekš redzamā ir fotolitogrāfijas procesa shematiska diagramma.
(1) Līmēšana:
Tas nozīmē, ka uz silīcija plāksnes tiek veidota vienmērīga biezuma fotorezista plēve ar spēcīgu saķeri un bez defektiem. Lai uzlabotu saķeri starp fotorezista plēvi un silīcija plāksni, bieži vien vispirms ir jāmodificē silīcija plāksnes virsma ar tādām vielām kā heksametildisilazāns (HMDS) un trimetilsilildietilamīns (TMSDEA). Pēc tam fotorezista plēve tiek sagatavota ar centrifūgas pārklājumu.
(2) Cepšana iepriekš:
Pēc centrifūgas pārklāšanas fotorezista plēve joprojām satur noteiktu daudzumu šķīdinātāja. Pēc cepšanas augstākā temperatūrā šķīdinātāju var noņemt pēc iespējas mazāk. Pēc iepriekšējas cepšanas fotorezista saturs samazinās līdz aptuveni 5%.
(3) Iedarbība:
Tas nozīmē, ka fotorezists tiek pakļauts gaismai. Šajā laikā notiek fotoreakcija, un rodas šķīdības atšķirība starp apgaismoto un neapgaismoto daļu.
(4) Attīstība un sacietēšana:
Produkts tiek iegremdēts attīstītājā. Šajā laikā pozitīvā fotorezista eksponētā zona un negatīvā fotorezista neapstarotā zona izšķīst attīstīšanā. Tādējādi tiek izveidots trīsdimensiju raksts. Pēc attīstīšanas mikroshēmai ir nepieciešams augstas temperatūras apstrādes process, lai tā kļūtu par cietu plēvi, kas galvenokārt kalpo, lai vēl vairāk uzlabotu fotorezista saķeri ar substrātu.
(5) Kodināšana:
Materiāls zem fotorezista tiek kodināts. Tas ietver šķidru mitro kodināšanu un gāzveida sauso kodināšanu. Piemēram, silīcija mitrajai kodināšanai izmanto skābu fluorūdeņražskābes ūdens šķīdumu; vara mitrajai kodināšanai izmanto stipru skābu šķīdumu, piemēram, slāpekļskābi un sērskābi, savukārt sausajā kodināšanā bieži izmanto plazmu vai augstas enerģijas jonu starus, lai bojātu materiāla virsmu un to kodinātu.
(6) Atbrīvošana no līmvielām:
Visbeidzot, fotorezists ir jānoņem no lēcas virsmas. Šo soli sauc par degumēšanas noņemšanu.
Drošība ir vissvarīgākais jautājums visā pusvadītāju ražošanā. Galvenās bīstamās un kaitīgās fotolitogrāfijas gāzes mikroshēmu litogrāfijas procesā ir šādas:
1. Ūdeņraža peroksīds
Ūdeņraža peroksīds (H2O2) ir spēcīgs oksidētājs. Tieša saskare var izraisīt ādas un acu iekaisumu un apdegumus.
2. Ksilols
Ksilols ir šķīdinātājs un attīstītājs, ko izmanto negatīvajā litogrāfijā. Tas ir viegli uzliesmojošs un tā temperatūra ir tikai 27,3 ℃ (aptuveni istabas temperatūrā). Tas ir sprādzienbīstams, ja tā koncentrācija gaisā ir 1–7 %. Atkārtota saskare ar ksilolu var izraisīt ādas iekaisumu. Ksilola tvaiki ir saldi, līdzīgi lidmašīnu līmes smaržai; ksilola iedarbība var izraisīt acu, deguna un rīkles iekaisumu. Gāzes ieelpošana var izraisīt galvassāpes, reiboni, apetītes zudumu un nogurumu.
3. Heksametildisilazāns (HMDS)
Heksametildisilazāns (HMDS) visbiežāk tiek izmantots kā grunts slānis, lai palielinātu fotorezista saķeri ar produkta virsmu. Tas ir viegli uzliesmojošs un tā uzliesmošanas temperatūra ir 6,7 °C. Tas ir sprādzienbīstams, ja tā koncentrācija gaisā ir 0,8–16 %. HMDS spēcīgi reaģē ar ūdeni, spirtu un minerālskābēm, atbrīvojot amonjaku.
4. Tetrametilamonija hidroksīds
Tetrametilamonija hidroksīds (TMAH) tiek plaši izmantots kā attīstītājs pozitīvajā litogrāfijā. Tas ir toksisks un kodīgs. Norijot vai nonākot tiešā saskarē ar ādu, tas var būt letāls. Saskare ar TMAH putekļiem vai miglu var izraisīt acu, ādas, deguna un rīkles iekaisumu. Augstu TMAH koncentrāciju ieelpošana izraisīs nāvi.
5. Hlors un fluors
Hlors (Cl2) un fluors (F2) tiek izmantoti eksimērlāzeros kā dziļā ultravioletā un galējā ultravioletā (EUV) gaismas avoti. Abas gāzes ir toksiskas, izskatās gaiši zaļas un tām ir spēcīga kairinoša smaka. Augstas šīs gāzes koncentrācijas ieelpošana var izraisīt nāvi. Fluora gāze var reaģēt ar ūdeni, veidojot fluorūdeņraža gāzi. Fluorūdeņraža gāze ir spēcīga skābe, kas kairina ādu, acis un elpošanas ceļus un var izraisīt tādus simptomus kā apdegumus un apgrūtinātu elpošanu. Augsta fluorīda koncentrācija var izraisīt cilvēka organisma saindēšanos, izraisot tādus simptomus kā galvassāpes, vemšana, caureja un koma.
6. Argons
Argons (Ar) ir inerta gāze, kas parasti nerada tiešu kaitējumu cilvēka ķermenim. Normālos apstākļos gaiss, ko cilvēki elpo, satur aptuveni 0,93% argona, un šai koncentrācijai nav acīmredzamas ietekmes uz cilvēka ķermeni. Tomēr dažos gadījumos argons var kaitēt cilvēka ķermenim.
Šeit ir dažas iespējamās situācijas: Slēgtā telpā argona koncentrācija var palielināties, tādējādi samazinot skābekļa koncentrāciju gaisā un izraisot hipoksiju. Tas var izraisīt tādus simptomus kā reibonis, nogurums un elpas trūkums. Turklāt argons ir inerta gāze, bet augstā temperatūrā vai augstā spiedienā tas var eksplodēt.
7. Neons
Neons (Ne) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās cilvēka elpošanas procesā, tāpēc lielas neona gāzes koncentrācijas ieelpošana izraisīs hipoksiju. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt neona gāze augstā temperatūrā vai augstā spiedienā var reaģēt ar citām vielām, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
8. Ksenona gāze
Ksenona gāze (Xe) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās cilvēka elpošanas procesā, tāpēc lielas ksenona gāzes koncentrācijas ieelpošana izraisīs hipoksiju. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt neona gāze augstā temperatūrā vai augstā spiedienā var reaģēt ar citām vielām, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
9. Kriptona gāze
Kriptona gāze (Kr) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās cilvēka elpošanas procesā, tāpēc lielas kriptona gāzes koncentrācijas ieelpošana izraisīs hipoksiju. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt ksenona gāze augstā temperatūrā vai augstā spiedienā var reaģēt ar citām vielām, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu. Elpošana vidē ar skābekļa trūkumu var izraisīt hipoksiju. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt kriptona gāze augstā temperatūrā vai augstā spiedienā var reaģēt ar citām vielām, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
Bīstamo gāzu noteikšanas risinājumi pusvadītāju rūpniecībai
Pusvadītāju rūpniecība ietver viegli uzliesmojošu, sprādzienbīstamu, toksisku un kaitīgu gāzu ražošanu, izgatavošanu un apstrādi. Kā gāzu lietotājam pusvadītāju ražošanas rūpnīcās, katram darbiniekam pirms lietošanas ir jāsaprot dažādu bīstamu gāzu drošības dati un jāzina, kā rīkoties ārkārtas situācijās, ja šīs gāzes noplūst.
Pusvadītāju rūpniecības ražošanā, izgatavošanā un uzglabāšanā, lai izvairītos no dzīvības zaudēšanas un īpašuma zaudēšanas, ko izraisa šo bīstamo gāzu noplūde, ir jāuzstāda gāzes noteikšanas ierīces mērķa gāzes noteikšanai.
Gāzes detektori mūsdienu pusvadītāju nozarē ir kļuvuši par būtiskiem vides monitoringa instrumentiem, un tie ir arī vistiešākie monitoringa rīki.
Riken Keiki vienmēr ir pievērsis uzmanību pusvadītāju ražošanas nozares drošai attīstībai, par mērķi izvirzot drošu darba vidi cilvēkiem, un ir veltījis sevi pusvadītāju nozarei piemērotu gāzes sensoru izstrādei, nodrošinot saprātīgus risinājumus dažādām lietotāju problēmām, kā arī nepārtraukti uzlabojot produktu funkcijas un optimizējot sistēmas.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 16. jūlijs