Fabricarea fiecărui produs semiconductor necesită sute de procese. Împărțim întregul proces de fabricație în opt etape:napolitanăprocesare-oxidare-fotolitografie-gravare-depunere de peliculă subțire-creștere epitaxială-difuzie-implantare de ioni.
Pentru a vă ajuta să înțelegeți și să recunoașteți semiconductorii și procesele aferente, vom publica articole WeChat în fiecare număr pentru a prezenta fiecare dintre pașii de mai sus, unul câte unul.
În articolul precedent s-a menționat că, pentru a protejanapolitanăDin diverse impurități, s-a format o peliculă de oxid - proces de oxidare. Astăzi vom discuta despre „procesul de fotolitografie” de fotografiere a circuitului de proiectare a semiconductorilor pe plachetă cu pelicula de oxid formată.
Procesul de fotolitografie
1. Ce este procesul de fotolitografie
Fotolitografia are rolul de a realiza circuitele și zonele funcționale necesare pentru producerea de cipuri.
Lumina emisă de aparatul de fotolitografie este utilizată pentru a expune pelicula subțire acoperită cu fotorezist printr-o mască cu un model. Fotorezistul își va schimba proprietățile după ce va fi văzut de lumină, astfel încât modelul de pe mască este copiat pe pelicula subțire, astfel încât pelicula subțire are funcția unei scheme de circuit electronic. Acesta este rolul fotolitografiei, similar cu realizarea fotografiilor cu o cameră foto. Fotografiile făcute de cameră sunt imprimate pe peliculă, în timp ce fotolitografia nu gravează fotografii, ci scheme de circuit și alte componente electronice.
Fotolitografia este o tehnologie de micro-prelucrare precisă
Fotolitografia convențională este un proces care utilizează lumina ultravioletă cu o lungime de undă de 2000 până la 4500 Å ca purtător de informații despre imagine și folosește fotorezistul ca mediu intermediar (de înregistrare a imaginii) pentru a realiza transformarea, transferul și procesarea graficii și, în final, transmite informațiile despre imagine către cip (în principal cip de siliciu) sau stratul dielectric.
Se poate spune că fotolitografia este fundamentul industriilor moderne de semiconductori, microelectronici și informație, iar fotolitografia determină în mod direct nivelul de dezvoltare al acestor tehnologii.
În cei peste 60 de ani de la inventarea cu succes a circuitelor integrate în 1959, lățimea liniei graficelor sale a fost redusă cu aproximativ patru ordine de mărime, iar integrarea circuitelor a fost îmbunătățită cu peste șase ordine de mărime. Progresul rapid al acestor tehnologii este atribuit în principal dezvoltării fotolitografiei.
(Cerințe pentru tehnologia fotolitografiei în diferite etape de dezvoltare a fabricării circuitelor integrate)
2. Principiile de bază ale fotolitografiei
Materialele fotolitografice se referă în general la fotoreziste, cunoscute și sub denumirea de fotoreziste, care sunt cele mai importante materiale funcționale în fotolitografie. Acest tip de material are caracteristicile reacției luminoase (inclusiv lumina vizibilă, lumina ultravioletă, fasciculul de electroni etc.). După reacția fotochimică, solubilitatea sa se modifică semnificativ.
Printre acestea, solubilitatea fotorezistului pozitiv în revelator crește, iar modelul obținut este același cu cel al măștii; fotorezistul negativ este opusul, adică solubilitatea scade sau chiar devine insolubilă după expunerea la revelator, iar modelul obținut este opus măștii. Domeniile de aplicare ale celor două tipuri de fotorezisți sunt diferite. Fotorezisții pozitivi sunt mai frecvent utilizați, reprezentând peste 80% din total.
Mai sus este o diagramă schematică a procesului de fotolitografie
(1) Lipire:
Adică, formarea unei pelicule de fotorezist cu grosime uniformă, aderență puternică și fără defecte pe placheta de siliciu. Pentru a îmbunătăți aderența dintre pelicula de fotorezist și placheta de siliciu, este adesea necesar să se modifice mai întâi suprafața plachetei de siliciu cu substanțe precum hexametildisilazan (HMDS) și trimetilsilildietilamină (TMSDEA). Apoi, pelicula de fotorezist este preparată prin depunere prin centrifugare.
(2) Pre-coacere:
După aplicarea prin centrifugare, pelicula de fotorezist conține încă o anumită cantitate de solvent. După coacerea la o temperatură mai ridicată, solventul poate fi îndepărtat cât mai puțin posibil. După pre-coacere, conținutul de fotorezist este redus la aproximativ 5%.
(3) Expunere:
Adică, fotorezistul este expus la lumină. În acest moment, are loc o fotoreacție și apare diferența de solubilitate dintre partea iluminată și partea neiluminată.
(4) Dezvoltare și întărire:
Produsul este scufundat în revelator. În acest moment, zona expusă a fotorezistului pozitiv și zona neexpusă a fotorezistului negativ se vor dizolva în timpul developării. Aceasta prezintă un model tridimensional. După developare, cipul necesită un proces de tratament la temperatură înaltă pentru a deveni o peliculă dură, care servește în principal la îmbunătățirea aderenței fotorezistului la substrat.
(5) Gravură:
Materialul de sub fotorezist este gravat. Aceasta include gravarea umedă lichidă și gravarea uscată gazoasă. De exemplu, pentru gravarea umedă a siliciului, se utilizează o soluție apoasă acidă de acid fluorhidric; pentru gravarea umedă a cuprului, se utilizează o soluție acidă puternică, cum ar fi acidul azotic și acidul sulfuric, în timp ce gravarea uscată utilizează adesea plasmă sau fascicule de ioni de înaltă energie pentru a deteriora suprafața materialului și a o grava.
(6) Degumare:
În cele din urmă, fotorezistul trebuie îndepărtat de pe suprafața lentilei. Această etapă se numește degumare.
Siguranța este cea mai importantă problemă în toată producția de semiconductori. Principalele gaze fotolitografice periculoase și dăunătoare din procesul de litografiere a cipurilor sunt următoarele:
1. Peroxid de hidrogen
Peroxidul de hidrogen (H2O2) este un oxidant puternic. Contactul direct poate provoca inflamații ale pielii și ochilor și arsuri.
2. Xilen
Xilenul este un solvent și revelator utilizat în litografia negativă. Este inflamabil și are o temperatură scăzută de doar 27,3 ℃ (aproximativ temperatura camerei). Este exploziv când concentrația în aer este de 1%-7%. Contactul repetat cu xilenul poate provoca inflamații ale pielii. Vaporii de xilen sunt dulci, similari cu mirosul de harnașament al avionului; expunerea la xilen poate provoca inflamații ale ochilor, nasului și gâtului. Inhalarea gazului poate provoca dureri de cap, amețeli, pierderea poftei de mâncare și oboseală.
3. Hexametildisilazan (HMDS)
Hexametildisilazanul (HMDS) este cel mai frecvent utilizat ca strat de grund pentru a crește aderența fotorezistului la suprafața produsului. Este inflamabil și are un punct de aprindere de 6,7°C. Este exploziv când concentrația în aer este de 0,8%-16%. HMDS reacționează puternic cu apa, alcoolul și acizii minerali pentru a elibera amoniac.
4. Hidroxid de tetrametilamoniu
Hidroxidul de tetrametilamoniu (TMAH) este utilizat pe scară largă ca revelator pentru litografia pozitivă. Este toxic și coroziv. Poate fi fatal în caz de înghițire sau contact direct cu pielea. Contactul cu praful sau ceața de TMAH poate provoca inflamația ochilor, pielii, nasului și gâtului. Inhalarea unor concentrații mari de TMAH va duce la deces.
5. Clor și fluor
Clorul (Cl2) și fluorul (F2) sunt utilizate în laserele cu excimeri ca surse de lumină ultravioletă profundă și ultravioletă extremă (EUV). Ambele gaze sunt toxice, au o culoare verde deschis și un miros puternic iritant. Inhalarea unor concentrații mari ale acestui gaz duce la deces. Fluorul gazos poate reacționa cu apa și produce fluorură de hidrogen gazoasă. Fluorura de hidrogen gazoasă este un acid puternic care irită pielea, ochii și tractul respirator și poate provoca simptome precum arsuri și dificultăți de respirație. Concentrațiile mari de fluor pot provoca otrăviri ale organismului uman, provocând simptome precum dureri de cap, vărsături, diaree și comă.
6. Argon
Argonul (Ar) este un gaz inert care, de obicei, nu provoacă daune directe corpului uman. În circumstanțe normale, aerul pe care îl respiră oamenii conține aproximativ 0,93% argon, iar această concentrație nu are un efect evident asupra corpului uman. Cu toate acestea, în unele cazuri, argonul poate provoca daune organismului uman.
Iată câteva situații posibile: Într-un spațiu închis, concentrația de argon poate crește, reducând astfel concentrația de oxigen din aer și provocând hipoxie. Aceasta poate provoca simptome precum amețeli, oboseală și dificultăți de respirație. În plus, argonul este un gaz inert, dar poate exploda la temperaturi ridicate sau la presiune ridicată.
7. Neon
Neonul (Ne) este un gaz stabil, incolor și inodor, care nu participă la procesul respirator uman, așadar inhalarea unei concentrații mari de gaz neon va provoca hipoxie. Dacă vă aflați într-o stare de hipoxie pentru o perioadă lungă de timp, puteți prezenta simptome precum dureri de cap, greață și vărsături. În plus, gazul neon poate reacționa cu alte substanțe la temperaturi ridicate sau presiuni ridicate și poate provoca incendii sau explozii.
8. Gaz xenon
Gazul xenon (Xe) este un gaz stabil, incolor și inodor, care nu participă la procesul respirator uman, așadar inhalarea unei concentrații mari de gaz xenon va provoca hipoxie. Dacă vă aflați într-o stare de hipoxie pentru o perioadă lungă de timp, puteți prezenta simptome precum dureri de cap, greață și vărsături. În plus, gazul neon poate reacționa cu alte substanțe la temperaturi ridicate sau la presiune ridicată și poate provoca incendii sau explozii.
9. Gaz de kripton
Gazul kripton (Kr) este un gaz stabil, incolor și inodor, care nu participă la procesul respirator uman, așadar inhalarea unei concentrații mari de gaz kripton va provoca hipoxie. Dacă vă aflați într-o stare de hipoxie pentru o perioadă lungă de timp, puteți prezenta simptome precum dureri de cap, greață și vărsături. În plus, gazul xenon poate reacționa cu alte substanțe la temperaturi ridicate sau presiuni ridicate și poate provoca incendii sau explozii. Inhalarea într-un mediu cu privare de oxigen poate provoca hipoxie. Dacă vă aflați într-o stare de hipoxie pentru o perioadă lungă de timp, puteți prezenta simptome precum dureri de cap, greață și vărsături. În plus, gazul kripton poate reacționa cu alte substanțe la temperaturi ridicate sau presiuni ridicate și poate provoca incendii sau explozii.
Soluții de detectare a gazelor periculoase pentru industria semiconductorilor
Industria semiconductorilor implică producția, fabricarea și prelucrarea gazelor inflamabile, explozive, toxice și nocive. Ca utilizator de gaze în fabricile de fabricație a semiconductorilor, fiecare membru al personalului trebuie să înțeleagă datele de siguranță ale diferitelor gaze periculoase înainte de utilizare și trebuie să știe cum să gestioneze procedurile de urgență în cazul scurgerilor acestor gaze.
În producția, fabricarea și depozitarea din industria semiconductorilor, pentru a evita pierderile de vieți omenești și de proprietăți cauzate de scurgerile acestor gaze periculoase, este necesară instalarea de instrumente de detectare a gazelor pentru a detecta gazul țintă.
Detectoarele de gaze au devenit instrumente esențiale de monitorizare a mediului în industria semiconductorilor de astăzi și sunt, de asemenea, cele mai directe instrumente de monitorizare.
Riken Keiki a acordat întotdeauna atenție dezvoltării în siguranță a industriei de producție a semiconductorilor, cu misiunea de a crea un mediu de lucru sigur pentru oameni și s-a dedicat dezvoltării de senzori de gaz potriviți pentru industria semiconductorilor, oferind soluții rezonabile pentru diverse probleme întâmpinate de utilizatori și modernizând continuu funcțiile produselor și optimizând sistemele.
Data publicării: 16 iulie 2024