Produksjonen av hvert halvlederprodukt krever hundrevis av prosesser. Vi deler hele produksjonsprosessen inn i åtte trinn:kjeksprosessering-oksidasjon-fotolitografi-etsing-tynnfilmavsetning-epitaksial vekst-diffusjon-ionimplantasjon.
For å hjelpe deg med å forstå og gjenkjenne halvledere og relaterte prosesser, vil vi legge ut WeChat-artikler i hver utgave for å introdusere hvert av trinnene ovenfor ett etter ett.
I den forrige artikkelen ble det nevnt at for å beskyttekjeksFra forskjellige urenheter ble det laget en oksidfilm – en oksidasjonsprosess. I dag skal vi diskutere «fotolitografiprosessen» med å fotografere halvlederdesignkretsen på waferen med den dannede oksidfilmen.
Fotolitografisk prosess
1. Hva er fotolitografiprosessen
Fotolitografi er for å lage kretsene og funksjonsområdene som kreves for brikkeproduksjon.
Lyset som sendes ut av fotolitografimaskinen brukes til å eksponere den tynne filmen belagt med fotoresist gjennom en maske med et mønster. Fotoresisten vil endre egenskapene sine etter å ha sett lyset, slik at mønsteret på masken kopieres til den tynne filmen, slik at den tynne filmen fungerer som et elektronisk kretsdiagram. Dette er rollen til fotolitografi, som ligner på å ta bilder med et kamera. Bildene tatt av kameraet skrives ut på filmen, mens fotolitografi ikke graverer bilder, men kretsdiagrammer og andre elektroniske komponenter.
Fotolitografi er en presis mikromaskineringsteknologi
Konvensjonell fotolitografi er en prosess som bruker ultrafiolett lys med en bølgelengde på 2000 til 4500 Å som bildeinformasjonsbærer, og bruker fotoresist som mellomliggende medium (bildeopptak) for å oppnå transformasjon, overføring og behandling av grafikk, og til slutt overfører bildeinformasjonen til brikken (hovedsakelig silisiumbrikke) eller det dielektriske laget.
Man kan sies at fotolitografi er grunnlaget for moderne halvleder-, mikroelektronikk- og informasjonsindustrier, og fotolitografi bestemmer direkte utviklingsnivået til disse teknologiene.
I løpet av de mer enn 60 årene siden den vellykkede oppfinnelsen av integrerte kretser i 1959, har linjebredden på grafikken blitt redusert med omtrent fire størrelsesordener, og kretsintegrasjonen har blitt forbedret med mer enn seks størrelsesordener. Den raske utviklingen av disse teknologiene tilskrives hovedsakelig utviklingen av fotolitografi.
(Krav til fotolitografiteknologi på ulike stadier av utviklingen av produksjon av integrerte kretser)
2. Grunnleggende prinsipper for fotolitografi
Fotolitografiske materialer refererer vanligvis til fotoresister, også kjent som fotoresister, som er de viktigste funksjonelle materialene i fotolitografi. Denne typen materiale har egenskaper som lysreaksjon (inkludert synlig lys, ultrafiolett lys, elektronstråle, etc.). Etter fotokjemisk reaksjon endres løseligheten betydelig.
Blant disse øker løseligheten til positiv fotoresist i fremkalleren, og det oppnådde mønsteret er det samme som masken; negativ fotoresist er det motsatte, det vil si at løseligheten avtar eller til og med blir uoppløselig etter å ha blitt eksponert for fremkalleren, og det oppnådde mønsteret er motsatt av masken. Bruksområdene for de to typene fotoresister er forskjellige. Positive fotoresister er mer vanlige og står for mer enn 80 % av totalen.
Ovenstående er et skjematisk diagram av fotolitografiprosessen
(1) Liming:
Det vil si å danne en fotoresistfilm med jevn tykkelse, sterk adhesjon og ingen defekter på silisiumskiven. For å forbedre adhesjonen mellom fotoresistfilmen og silisiumskiven er det ofte nødvendig å først modifisere overflaten av silisiumskiven med stoffer som heksametyldisilazan (HMDS) og trimetylsilyldietylamin (TMSDEA). Deretter fremstilles fotoresistfilmen ved spinnbelegging.
(2) Forbaking:
Etter spinnbelegg inneholder fotoresistfilmen fortsatt en viss mengde løsemiddel. Etter brenning ved høyere temperatur kan løsemiddelet fjernes så lite som mulig. Etter forbrenning reduseres innholdet av fotoresist til omtrent 5 %.
(3) Eksponering:
Det vil si at fotoresisten eksponeres for lys. På dette tidspunktet skjer en fotoreaksjon, og det oppstår en løselighetsforskjell mellom den opplyste delen og den ikke-opplyste delen.
(4) Utvikling og herding:
Produktet senkes ned i fremkalleren. På dette tidspunktet vil det eksponerte området av den positive fotoresisten og det ikke-eksponerte området av den negative fotoresisten oppløses i fremkallingen. Dette gir et tredimensjonalt mønster. Etter fremkallingen trenger brikken en høytemperaturbehandlingsprosess for å bli en hard film, som hovedsakelig tjener til å forbedre fotoresistens adhesjon til underlaget ytterligere.
(5) Etsing:
Materialet under fotoresisten etses. Dette inkluderer flytende våtetsning og gassformet tørretsing. For eksempel, for våtetsning av silisium, brukes en sur vandig løsning av flussyre; for våtetsning av kobber brukes en sterk syreløsning som salpetersyre og svovelsyre, mens tørretsing ofte bruker plasma eller høyenergiske ionstråler for å skade overflaten av materialet og etse det.
(6) Avgummiering:
Til slutt må fotoresisten fjernes fra linsens overflate. Dette trinnet kalles degumming.
Sikkerhet er det viktigste problemet i all halvlederproduksjon. De viktigste farlige og skadelige fotolitografigassene i chiplitografiprosessen er som følger:
1. Hydrogenperoksid
Hydrogenperoksid (H2O2) er et sterkt oksidasjonsmiddel. Direkte kontakt kan forårsake betennelse i hud og øyne samt brannskader.
2. Xylen
Xylen er et løsemiddel og en fremkaller som brukes i negativ litografi. Det er brannfarlig og har en lav temperatur på bare 27,3 ℃ (omtrent romtemperatur). Det er eksplosivt når konsentrasjonen i luften er 1–7 %. Gjentatt kontakt med xylen kan forårsake hudbetennelse. Xylendamp er søt, og ligner på lukten av flyutstyr; eksponering for xylen kan forårsake betennelse i øyne, nese og hals. Innånding av gassen kan forårsake hodepine, svimmelhet, tap av appetitt og tretthet.
3. Heksametyldisilazan (HMDS)
Heksametyldisilazan (HMDS) brukes oftest som et grunningslag for å øke fotoresistens heft på overflaten av produktet. Det er brannfarlig og har et flammepunkt på 6,7 °C. Det er eksplosivt når konsentrasjonen i luften er 0,8 %–16 %. HMDS reagerer sterkt med vann, alkohol og mineralsyrer og frigjør ammoniakk.
4. Tetrametylammoniumhydroksid
Tetrametylammoniumhydroksid (TMAH) er mye brukt som fremkaller for positiv litografi. Det er giftig og etsende. Det kan være dødelig ved svelging eller direkte kontakt med huden. Kontakt med TMAH-støv eller -tåke kan forårsake betennelse i øyne, hud, nese og hals. Innånding av høye konsentrasjoner av TMAH vil føre til døden.
5. Klor og fluor
Klor (Cl2) og fluor (F2) brukes begge i eksimerlasere som dyp ultrafiolett og ekstrem ultrafiolett (EUV) lyskilder. Begge gassene er giftige, ser lysegrønne ut og har en sterk irriterende lukt. Innånding av høye konsentrasjoner av denne gassen vil føre til død. Fluorgass kan reagere med vann og produsere hydrogenfluoridgass. Hydrogenfluoridgass er en sterk syre som irriterer hud, øyne og luftveier, og kan forårsake symptomer som brannskader og pustevansker. Høye konsentrasjoner av fluorid kan forårsake forgiftning av menneskekroppen, noe som forårsaker symptomer som hodepine, oppkast, diaré og koma.
6. Argon
Argon (Ar) er en inert gass som vanligvis ikke forårsaker direkte skade på menneskekroppen. Under normale omstendigheter inneholder luften folk puster inn omtrent 0,93 % argon, og denne konsentrasjonen har ingen åpenbar effekt på menneskekroppen. I noen tilfeller kan imidlertid argon forårsake skade på menneskekroppen.
Her er noen mulige situasjoner: I et lukket rom kan konsentrasjonen av argon øke, og dermed redusere oksygenkonsentrasjonen i luften og forårsake hypoksi. Dette kan forårsake symptomer som svimmelhet, tretthet og kortpustethet. I tillegg er argon en inert gass, men den kan eksplodere under høy temperatur eller høyt trykk.
7. Neon
Neon (Ne) er en stabil, fargeløs og luktfri gass som ikke deltar i den menneskelige respirasjonsprosessen. Neongassen er ikke involvert i den menneskelige respirasjonsprosessen, så innånding av en høy konsentrasjon av neongass vil forårsake hypoksi. Hvis du er i en tilstand av hypoksi over lengre tid, kan du oppleve symptomer som hodepine, kvalme og oppkast. I tillegg kan neongass reagere med andre stoffer under høy temperatur eller høyt trykk og forårsake brann eller eksplosjon.
8. Xenongass
Xenongass (Xe) er en stabil, fargeløs og luktfri gass som ikke deltar i den menneskelige respirasjonsprosessen, så innånding av en høy konsentrasjon av xenongass vil forårsake hypoksi. Hvis du er i en tilstand av hypoksi over lengre tid, kan du oppleve symptomer som hodepine, kvalme og oppkast. I tillegg kan neongass reagere med andre stoffer under høy temperatur eller høyt trykk og forårsake brann eller eksplosjon.
9. Krypton-gass
Kryptongass (Kr) er en stabil, fargeløs og luktfri gass som ikke deltar i den menneskelige respirasjonsprosessen, så innånding av en høy konsentrasjon av kryptongass vil forårsake hypoksi. Hvis du er i en tilstand av hypoksi over lengre tid, kan du oppleve symptomer som hodepine, kvalme og oppkast. I tillegg kan xenongass reagere med andre stoffer under høy temperatur eller høyt trykk og forårsake brann eller eksplosjon. Innånding i et miljø med oksygenmangel kan forårsake hypoksi. Hvis du er i en tilstand av hypoksi over lengre tid, kan du oppleve symptomer som hodepine, kvalme og oppkast. I tillegg kan kryptongass reagere med andre stoffer under høy temperatur eller høyt trykk og forårsake brann eller eksplosjon.
Løsninger for deteksjon av farlige gasser for halvlederindustrien
Halvlederindustrien omfatter produksjon, tilvirkning og bearbeiding av brannfarlige, eksplosive, giftige og skadelige gasser. Som bruker av gasser i halvlederproduksjonsanlegg bør alle ansatte forstå sikkerhetsdataene for ulike farlige gasser før bruk, og vite hvordan de skal håndtere nødprosedyrer når disse gassene lekker.
I produksjon, tilvirkning og lagring av halvlederindustrien er det nødvendig å installere gassdeteksjonsinstrumenter for å oppdage målgassen for å unngå tap av liv og eiendom forårsaket av lekkasje av disse farlige gassene.
Gassdetektorer har blitt viktige miljøovervåkingsinstrumenter i dagens halvlederindustri, og er også de mest direkte overvåkingsverktøyene.
Riken Keiki har alltid vært opptatt av sikker utvikling av halvlederindustrien, med mål om å skape et trygt arbeidsmiljø for mennesker, og har viet seg til å utvikle gassensorer som er egnet for halvlederindustrien, tilby rimelige løsninger for ulike problemer som brukerne møter, og kontinuerlig oppgradere produktfunksjoner og optimalisere systemer.
Publisert: 16. juli 2024