Pembuatan setiap produk semikonduktor memerlukan beratus-ratus proses. Kami membahagikan keseluruhan proses pembuatan kepada lapan langkah:waferpemprosesan-pengoksidaan-fotolitografi-pengetsaan-filem nipis pemendapan-pertumbuhan-resapan-epitaksi implantasi ion.
Untuk membantu anda memahami dan mengenali semikonduktor dan proses berkaitan, kami akan menerbitkan artikel WeChat dalam setiap isu untuk memperkenalkan setiap langkah di atas satu persatu.
Dalam artikel sebelum ini, telah dinyatakan bahawa untuk melindungiwaferDaripada pelbagai bendasing, satu filem oksida telah dibuat--proses pengoksidaan. Hari ini kita akan membincangkan "proses fotolitografi" untuk mengambil gambar litar reka bentuk semikonduktor pada wafer dengan filem oksida yang terbentuk.
Proses fotolitografi
1. Apakah proses fotolitografi?
Fotolitografi adalah untuk membuat litar dan kawasan berfungsi yang diperlukan untuk pengeluaran cip.
Cahaya yang dipancarkan oleh mesin fotolitografi digunakan untuk mendedahkan filem nipis yang disalut dengan fotoresis melalui topeng bercorak. Fotoresis akan mengubah sifatnya selepas melihat cahaya, supaya corak pada topeng disalin ke filem nipis, supaya filem nipis mempunyai fungsi gambarajah litar elektronik. Ini adalah peranan fotolitografi, sama seperti mengambil gambar dengan kamera. Foto yang diambil oleh kamera dicetak pada filem, manakala fotolitografi tidak mengukir foto, tetapi gambarajah litar dan komponen elektronik lain.
Fotolitografi ialah teknologi pemesinan mikro yang tepat
Fotolitografi konvensional ialah proses yang menggunakan cahaya ultraungu dengan panjang gelombang 2000 hingga 4500 angstrom sebagai pembawa maklumat imej, dan menggunakan fotoresis sebagai medium perantaraan (rakaman imej) untuk mencapai transformasi, pemindahan dan pemprosesan grafik, dan akhirnya menghantar maklumat imej ke cip (terutamanya cip silikon) atau lapisan dielektrik.
Boleh dikatakan bahawa fotolitografi merupakan asas industri semikonduktor, mikroelektronik dan maklumat moden, dan fotolitografi secara langsung menentukan tahap pembangunan teknologi ini.
Dalam tempoh lebih 60 tahun sejak kejayaan penciptaan litar bersepadu pada tahun 1959, lebar garisan grafiknya telah dikurangkan sebanyak kira-kira empat peringkat magnitud, dan penyepaduan litar telah dipertingkatkan sebanyak lebih daripada enam peringkat magnitud. Kemajuan pesat teknologi ini terutamanya disebabkan oleh perkembangan fotolitografi.
(Keperluan untuk teknologi fotolitografi pada pelbagai peringkat pembangunan pembuatan litar bersepadu)
2. Prinsip asas fotolitografi
Bahan fotolitografi secara amnya merujuk kepada fotoresis, juga dikenali sebagai fotoresis, yang merupakan bahan berfungsi paling kritikal dalam fotolitografi. Bahan jenis ini mempunyai ciri-ciri tindak balas cahaya (termasuk cahaya nampak, cahaya ultraungu, pancaran elektron, dll.). Selepas tindak balas fotokimia, keterlarutannya berubah dengan ketara.
Antaranya, keterlarutan fotoresis positif dalam pembangun meningkat, dan corak yang diperoleh adalah sama dengan topeng; fotoresis negatif adalah sebaliknya, iaitu keterlarutan berkurangan atau menjadi tidak larut selepas terdedah kepada pembangun, dan corak yang diperoleh adalah bertentangan dengan topeng. Medan aplikasi kedua-dua jenis fotoresis adalah berbeza. Fotoresis positif lebih biasa digunakan, menyumbang lebih daripada 80% daripada jumlah keseluruhan.
Gambarajah skematik di atas adalah gambarajah proses fotolitografi.
(1) Melekat:
Iaitu, membentuk filem fotoresis dengan ketebalan yang seragam, lekatan yang kuat dan tiada kecacatan pada wafer silikon. Untuk meningkatkan lekatan antara filem fotoresis dan wafer silikon, selalunya perlu mengubah suai permukaan wafer silikon terlebih dahulu dengan bahan seperti heksametildisilazana (HMDS) dan trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Kemudian, filem fotoresis disediakan melalui salutan putaran.
(2) Pra-pembakaran:
Selepas salutan putaran, filem fotoresis masih mengandungi sejumlah pelarut tertentu. Selepas dibakar pada suhu yang lebih tinggi, pelarut boleh disingkirkan sesedikit mungkin. Selepas pra-pembakaran, kandungan fotoresis dikurangkan kepada kira-kira 5%.
(3) Pendedahan:
Iaitu, fotoresis terdedah kepada cahaya. Pada masa ini, tindak balas foto berlaku, dan perbezaan keterlarutan antara bahagian yang diterangi dan bahagian yang tidak diterangi berlaku.
(4) Pembangunan & pengerasan:
Produk tersebut direndam dalam pembangun. Pada masa ini, kawasan fotoresis positif yang terdedah dan kawasan fotoresis negatif yang tidak terdedah akan larut dalam pembangunan. Ini menunjukkan corak tiga dimensi. Selepas pembangunan, cip memerlukan proses rawatan suhu tinggi untuk menjadi filem keras, yang terutamanya berfungsi untuk meningkatkan lagi lekatan fotoresis pada substrat.
(5) Pengukir:
Bahan di bawah fotoresis diukir. Ia merangkumi ukiran basah cecair dan ukiran kering gas. Contohnya, untuk ukiran basah silikon, larutan akueus asid hidrofluorik berasid digunakan; untuk ukiran basah kuprum, larutan asid kuat seperti asid nitrik dan asid sulfurik digunakan, manakala ukiran kering selalunya menggunakan pancaran plasma atau ion bertenaga tinggi untuk merosakkan permukaan bahan dan mengukirnya.
(6) Penyahgetah:
Akhir sekali, fotoresist perlu dikeluarkan dari permukaan kanta. Langkah ini dipanggil penyahguman.
Keselamatan merupakan isu yang paling penting dalam semua pengeluaran semikonduktor. Gas fotolitografi berbahaya dan memudaratkan utama dalam proses litografi cip adalah seperti berikut:
1. Hidrogen peroksida
Hidrogen peroksida (H2O2) ialah pengoksidaan yang kuat. Sentuhan langsung boleh menyebabkan keradangan kulit dan mata serta melecur.
2. Xilena
Xilena ialah pelarut dan pembangun yang digunakan dalam litografi negatif. Ia mudah terbakar dan mempunyai suhu rendah hanya 27.3℃ (lebih kurang suhu bilik). Ia mudah meletup apabila kepekatan di udara adalah 1%-7%. Sentuhan berulang dengan xilena boleh menyebabkan keradangan kulit. Wap xilena adalah manis, serupa dengan bau kapal terbang; pendedahan kepada xilena boleh menyebabkan keradangan pada mata, hidung dan tekak. Penyedutan gas boleh menyebabkan sakit kepala, pening, hilang selera makan dan keletihan.
3. Heksametildisilazana (HMDS)
Heksametildisilazana (HMDS) paling biasa digunakan sebagai lapisan primer untuk meningkatkan lekatan fotoresist pada permukaan produk. Ia mudah terbakar dan mempunyai takat kilat 6.7°C. Ia mudah meletup apabila kepekatan di udara adalah 0.8%-16%. HMDS bertindak balas dengan kuat dengan air, alkohol dan asid mineral untuk melepaskan ammonia.
4. Tetrametilamonium hidroksida
Tetrametilamonium hidroksida (TMAH) digunakan secara meluas sebagai pembangun untuk litografi positif. Ia adalah toksik dan menghakis. Ia boleh membawa maut jika tertelan atau bersentuhan langsung dengan kulit. Sentuhan dengan habuk atau kabus TMAH boleh menyebabkan keradangan pada mata, kulit, hidung dan tekak. Penyedutan kepekatan TMAH yang tinggi akan mengakibatkan kematian.
5. Klorin dan fluorin
Klorin (Cl2) dan fluorin (F2) kedua-duanya digunakan dalam laser excimer sebagai sumber cahaya ultraungu dalam dan ultraungu ekstrem (EUV). Kedua-dua gas ini toksik, kelihatan hijau muda dan mempunyai bau yang merengsa. Penyedutan kepekatan tinggi gas ini akan mengakibatkan kematian. Gas fluorin boleh bertindak balas dengan air untuk menghasilkan gas hidrogen fluorida. Gas hidrogen fluorida ialah asid kuat yang merengsakan kulit, mata dan saluran pernafasan dan boleh menyebabkan gejala seperti melecur dan kesukaran bernafas. Kepekatan fluorida yang tinggi boleh menyebabkan keracunan pada tubuh manusia, menyebabkan gejala seperti sakit kepala, muntah, cirit-birit dan koma.
6. Argon
Argon (Ar) ialah gas lengai yang biasanya tidak menyebabkan kemudaratan langsung kepada tubuh manusia. Dalam keadaan biasa, udara yang dihirup mengandungi kira-kira 0.93% argon, dan kepekatan ini tidak mempunyai kesan yang jelas pada tubuh manusia. Walau bagaimanapun, dalam beberapa kes, argon boleh menyebabkan kemudaratan kepada tubuh manusia.
Berikut adalah beberapa situasi yang mungkin berlaku: Di dalam ruang terkurung, kepekatan argon mungkin meningkat, sekali gus mengurangkan kepekatan oksigen di udara dan menyebabkan hipoksia. Ini boleh menyebabkan gejala seperti pening, keletihan, dan sesak nafas. Di samping itu, argon ialah gas lengai, tetapi ia mungkin meletup di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi.
7. Neon
Neon (Ne) ialah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak terlibat dalam proses pernafasan manusia, jadi apabila menyedut gas neon berkepekatan tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk jangka masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya dan muntah. Di samping itu, gas neon boleh bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
8. Gas Xenon
Gas Xenon (Xe) ialah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak terlibat dalam proses pernafasan manusia, jadi menyedut gas xenon yang berkepekatan tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk jangka masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya, dan muntah. Di samping itu, gas neon boleh bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
9. Gas kripton
Gas kripton (Kr) ialah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak terlibat dalam proses pernafasan manusia, jadi menyedut gas kripton berkepekatan tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk jangka masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya, dan muntah. Di samping itu, gas xenon boleh bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan. Bernafas dalam persekitaran yang kekurangan oksigen boleh menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk jangka masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya, dan muntah. Di samping itu, gas kripton boleh bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
Penyelesaian pengesanan gas berbahaya untuk industri semikonduktor
Industri semikonduktor melibatkan pengeluaran, pembuatan dan proses gas mudah terbakar, letupan, toksik dan berbahaya. Sebagai pengguna gas di kilang pembuatan semikonduktor, setiap kakitangan harus memahami data keselamatan pelbagai gas berbahaya sebelum digunakan dan harus tahu cara menangani prosedur kecemasan apabila gas ini bocor.
Dalam pengeluaran, pembuatan dan penyimpanan industri semikonduktor, bagi mengelakkan kehilangan nyawa dan harta benda yang disebabkan oleh kebocoran gas berbahaya ini, adalah perlu untuk memasang instrumen pengesanan gas bagi mengesan gas sasaran.
Pengesan gas telah menjadi instrumen pemantauan alam sekitar yang penting dalam industri semikonduktor hari ini, dan juga merupakan alat pemantauan yang paling langsung.
Riken Keiki sentiasa memberi perhatian kepada pembangunan industri pembuatan semikonduktor yang selamat, dengan misi mewujudkan persekitaran kerja yang selamat untuk orang ramai, dan telah mengabdikan diri untuk membangunkan sensor gas yang sesuai untuk industri semikonduktor, menyediakan penyelesaian yang munasabah untuk pelbagai masalah yang dihadapi oleh pengguna, dan sentiasa menaik taraf fungsi produk dan mengoptimumkan sistem.
Masa siaran: 16 Julai 2024