De productie van elk halfgeleiderproduct vereist honderden processen. We verdelen het gehele productieproces in acht stappen:wafeltjeverwerking-oxidatie-fotolithografie-etsen-dunnefilmafzetting-epitaxiale groei-diffusie-ionenimplantatie.
Om u te helpen halfgeleiders en de bijbehorende processen te begrijpen en te herkennen, zullen we in elk nummer WeChat-artikelen publiceren waarin elk van de bovenstaande stappen één voor één wordt uitgelegd.
In het vorige artikel werd vermeld dat om de bescherming van dewafeltjeUit verschillende onzuiverheden werd een oxidefilm gevormd – een oxidatieproces. Vandaag bespreken we het "fotolithografieproces" waarbij het halfgeleiderontwerp op de wafer met de gevormde oxidefilm wordt gefotografeerd.
Fotolithografieproces
1. Wat is het fotolithografieproces?
Fotolithografie wordt gebruikt om de circuits en functionele gebieden te maken die nodig zijn voor de chipfabricage.
Het licht dat door de fotolithografiemachine wordt uitgezonden, wordt gebruikt om een dunne film, bedekt met fotolak, te belichten door middel van een masker met een patroon. De fotolak verandert van eigenschappen onder invloed van het licht, waardoor het patroon op het masker wordt gekopieerd naar de dunne film. Op deze dunne film ontstaat zo een schema van een elektronisch circuit. Dit is de werking van fotolithografie, vergelijkbaar met het maken van foto's met een camera. Foto's worden afgedrukt op film, terwijl fotolithografie geen foto's graveert, maar circuitschema's en andere elektronische componenten.
Fotolithografie is een nauwkeurige microbewerkingstechnologie.
Conventionele fotolithografie is een proces dat ultraviolet licht met een golflengte van 2000 tot 4500 Ångström gebruikt als drager van beeldinformatie, en fotolak als tussenliggend (beeldregistratie) medium om de transformatie, overdracht en verwerking van afbeeldingen te realiseren, en uiteindelijk de beeldinformatie over te brengen naar de chip (voornamelijk siliciumchip) of diëlektrische laag.
Je zou kunnen zeggen dat fotolithografie de basis vormt van de moderne halfgeleider-, micro-elektronica- en informatie-industrie, en dat fotolithografie direct bepalend is voor het ontwikkelingsniveau van deze technologieën.
In de meer dan zestig jaar sinds de succesvolle uitvinding van geïntegreerde schakelingen in 1959 is de lijnbreedte van de grafische weergave ervan met ongeveer vier ordes van grootte afgenomen en de circuitintegratie met meer dan zes ordes van grootte verbeterd. De snelle vooruitgang van deze technologieën is voornamelijk te danken aan de ontwikkeling van fotolithografie.
(Vereisten voor fotolithografietechnologie in verschillende ontwikkelingsfasen van de productie van geïntegreerde schakelingen)
2. Basisprincipes van fotolithografie
Fotolithografiematerialen verwijzen over het algemeen naar fotolakken, ook wel fotoresists genoemd, die de meest cruciale functionele materialen in de fotolithografie vormen. Dit type materiaal heeft de eigenschap dat het reageert op licht (waaronder zichtbaar licht, ultraviolet licht, elektronenbundels, enz.). Na een fotochemische reactie verandert de oplosbaarheid ervan aanzienlijk.
Bij positieve fotolakken neemt de oplosbaarheid in de ontwikkelaar toe, waardoor het verkregen patroon overeenkomt met het masker. Bij negatieve fotolakken is het tegenovergestelde het geval: de oplosbaarheid neemt af of de lak wordt zelfs onoplosbaar na blootstelling aan de ontwikkelaar, waardoor het verkregen patroon tegengesteld is aan het masker. De toepassingsgebieden van de twee soorten fotolakken verschillen. Positieve fotolakken worden het meest gebruikt en vertegenwoordigen meer dan 80% van het totaal.
Bovenstaande afbeelding is een schematische weergave van het fotolithografieproces.
(1) Lijmen:
Dat wil zeggen, het vormen van een fotolaklaag met uniforme dikte, sterke hechting en zonder defecten op de siliciumwafer. Om de hechting tussen de fotolaklaag en de siliciumwafer te verbeteren, is het vaak nodig om het oppervlak van de siliciumwafer eerst te modificeren met stoffen zoals hexamethyldisilazaan (HMDS) en trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Vervolgens wordt de fotolaklaag aangebracht door middel van spincoating.
(2) Voorbakken:
Na het spincoaten bevat de fotolakfilm nog een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel. Door te bakken op een hogere temperatuur kan het oplosmiddelgehalte tot een minimum worden beperkt. Na het voorbakken is het oplosmiddelgehalte van de fotolak gereduceerd tot ongeveer 5%.
(3) Blootstelling:
Dat wil zeggen, de fotolak wordt blootgesteld aan licht. Op dat moment vindt er een fotoreactie plaats, waardoor er een verschil in oplosbaarheid ontstaat tussen het belichte deel en het niet-belichte deel.
(4) Ontwikkeling en versterking:
Het product wordt ondergedompeld in de ontwikkelaar. Tijdens dit proces lossen het belichte gedeelte van de positieve fotolak en het niet-belichte gedeelte van de negatieve fotolak op in de ontwikkelvloeistof. Dit resulteert in een driedimensionaal patroon. Na de ontwikkeling ondergaat de chip een behandeling bij hoge temperatuur om een harde film te vormen. Deze behandeling dient voornamelijk om de hechting van de fotolak aan het substraat verder te verbeteren.
(5) Etsen:
Het materiaal onder de fotolak wordt geëtst. Dit omvat vloeibaar nat etsen en gasvormig droog etsen. Bijvoorbeeld, voor nat etsen van silicium wordt een zure waterige oplossing van fluorwaterstofzuur gebruikt; voor nat etsen van koper wordt een sterke zure oplossing zoals salpeterzuur en zwavelzuur gebruikt, terwijl bij droog etsen vaak plasma of hoogenergetische ionenbundels worden gebruikt om het oppervlak van het materiaal te beschadigen en te etsen.
(6) Ontgommen:
Ten slotte moet de fotolak van het lensoppervlak worden verwijderd. Deze stap wordt ontgommen genoemd.
Veiligheid is het allerbelangrijkste aspect in de gehele halfgeleiderproductie. De belangrijkste gevaarlijke en schadelijke gassen die vrijkomen bij fotolithografie in chips zijn de volgende:
1. Waterstofperoxide
Waterstofperoxide (H2O2) is een sterke oxidant. Direct contact kan huid- en oogontstekingen en brandwonden veroorzaken.
2. Xyleen
Xyleen is een oplosmiddel en ontwikkelaar die gebruikt wordt bij negatieve lithografie. Het is brandbaar en heeft een lage temperatuur van slechts 27,3 °C (ongeveer kamertemperatuur). Het is explosief bij een concentratie van 1% tot 7% in de lucht. Herhaald contact met xyleen kan huidontstekingen veroorzaken. Xyleendamp is zoet, vergelijkbaar met de geur van vliegtuigbrandstof; blootstelling aan xyleen kan ontstekingen van de ogen, neus en keel veroorzaken. Inademing van het gas kan hoofdpijn, duizeligheid, verlies van eetlust en vermoeidheid veroorzaken.
3. Hexamethyldisilazaan (HMDS)
Hexamethyldisilazaan (HMDS) wordt meestal gebruikt als primerlaag om de hechting van fotolak op het oppervlak van het product te verbeteren. Het is brandbaar en heeft een vlampunt van 6,7 °C. Het is explosief bij een concentratie van 0,8% tot 16% in de lucht. HMDS reageert sterk met water, alcohol en minerale zuren, waarbij ammoniak vrijkomt.
4. Tetramethylammoniumhydroxide
Tetramethylammoniumhydroxide (TMAH) wordt veel gebruikt als ontwikkelaar voor positieve lithografie. Het is giftig en corrosief. Inslikken of direct contact met de huid kan dodelijk zijn. Contact met TMAH-stof of -nevel kan ontstekingen van de ogen, huid, neus en keel veroorzaken. Inademing van hoge concentraties TMAH leidt tot de dood.
5. Chloor en fluor
Chloor (Cl2) en fluor (F2) worden beide gebruikt in excimerlasers als bronnen voor diep ultraviolet en extreem ultraviolet (EUV) licht. Beide gassen zijn giftig, hebben een lichtgroene kleur en een sterke, irriterende geur. Inademing van hoge concentraties van dit gas kan dodelijk zijn. Fluorgas kan met water reageren en waterstoffluoridegas produceren. Waterstoffluoridegas is een sterk zuur dat de huid, ogen en luchtwegen irriteert en symptomen kan veroorzaken zoals brandwonden en ademhalingsproblemen. Hoge concentraties fluoride kunnen leiden tot vergiftiging van het menselijk lichaam, met symptomen zoals hoofdpijn, braken, diarree en coma.
6. Argon
Argon (Ar) is een inert gas dat normaal gesproken geen directe schade aan het menselijk lichaam veroorzaakt. Onder normale omstandigheden bevat de lucht die mensen inademen ongeveer 0,93% argon, en deze concentratie heeft geen merkbaar effect op het menselijk lichaam. In sommige gevallen kan argon echter wel schadelijk zijn voor het menselijk lichaam.
Hier zijn enkele mogelijke situaties: In een afgesloten ruimte kan de argonconcentratie toenemen, waardoor de zuurstofconcentratie in de lucht afneemt en hypoxie ontstaat. Dit kan symptomen veroorzaken zoals duizeligheid, vermoeidheid en kortademigheid. Bovendien is argon een inert gas, maar het kan exploderen bij hoge temperaturen of hoge druk.
7. Neon
Neon (Ne) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet betrokken is bij de menselijke ademhaling. Het inademen van een hoge concentratie neongas kan leiden tot hypoxie. Langdurige hypoxie kan symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken veroorzaken. Bovendien kan neongas bij hoge temperaturen of hoge druk reageren met andere stoffen en brand of een explosie veroorzaken.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet betrokken is bij het menselijke ademhalingsproces. Het inademen van een hoge concentratie xenongas kan daarom leiden tot hypoxie. Langdurige hypoxie kan symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken veroorzaken. Bovendien kan neongas bij hoge temperaturen of hoge druk reageren met andere stoffen en brand of een explosie veroorzaken.
9. Kryptongas
Kryptongas (Kr) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet betrokken is bij de menselijke ademhaling. Het inademen van een hoge concentratie kryptongas kan daarom leiden tot hypoxie. Langdurige hypoxie kan symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken veroorzaken. Daarnaast kan kryptongas bij hoge temperaturen of hoge druk reageren met andere stoffen en brand of een explosie veroorzaken. Ademhalen in een zuurstofarme omgeving kan hypoxie veroorzaken. Langdurige hypoxie kan symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken veroorzaken. Bovendien kan kryptongas bij hoge temperaturen of hoge druk reageren met andere stoffen en brand of een explosie veroorzaken.
Detectieoplossingen voor gevaarlijke gassen voor de halfgeleiderindustrie
De halfgeleiderindustrie omvat de productie, fabricage en verwerking van brandbare, explosieve, giftige en schadelijke gassen. Als gebruiker van gassen in halfgeleiderfabrieken moet elke medewerker de veiligheidsinformatie van de verschillende gevaarlijke gassen kennen voordat ze deze gebruiken, en moet hij of zij weten hoe te handelen bij een noodlek.
In de productie, fabricage en opslag van halfgeleiders is het, om verlies van levens en eigendommen door lekkage van deze gevaarlijke gassen te voorkomen, noodzakelijk om gasdetectieapparatuur te installeren om het betreffende gas op te sporen.
Gasdetectoren zijn essentiële instrumenten voor milieumonitoring geworden in de hedendaagse halfgeleiderindustrie en zijn tevens de meest directe meetinstrumenten.
Riken Keiki heeft altijd aandacht besteed aan de veilige ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie, met als missie het creëren van een veilige werkomgeving voor mensen. Het bedrijf heeft zich toegelegd op de ontwikkeling van gasdetectoren die geschikt zijn voor de halfgeleiderindustrie, het bieden van redelijke oplossingen voor diverse problemen waarmee gebruikers te maken krijgen, en het continu verbeteren van productfuncties en het optimaliseren van systemen.
Geplaatst op: 16 juli 2024