Výroba každého polovodičového produktu si vyžaduje stovky procesov. Celý výrobný proces rozdeľujeme do ôsmich krokov:oblátkaspracovanie-oxidácia-fotolitografia-leptanie-depozícia tenkých vrstiev-epitaxný rast-difúzia-iónová implantácia.
Aby sme vám pomohli pochopiť a rozpoznať polovodiče a súvisiace procesy, budeme v každom čísle zverejňovať články na WeChat, v ktorých postupne predstavíme každý z vyššie uvedených krokov.
V predchádzajúcom článku bolo spomenuté, že na ochranuoblátkaZ rôznych nečistôt sa vytvoril oxidový film – oxidačný proces. Dnes si povieme o „procese fotolitografie“, pri ktorom sa na doštičke fotografuje polovodičový obvod s vytvoreným oxidovým filmom.
Proces fotolitografie
1. Čo je to proces fotolitografie
Fotolitografia slúži na výrobu obvodov a funkčných oblastí potrebných na výrobu čipov.
Svetlo vyžarované fotolitografickým strojom sa používa na exponovanie tenkej vrstvy potiahnutej fotorezistom cez masku so vzorom. Fotorezist po dopade svetla zmení svoje vlastnosti, takže vzor na maske sa skopíruje na tenkú vrstvu, takže tenká vrstva má funkciu elektronickej schémy zapojenia. To je úloha fotolitografie, podobne ako pri fotografovaní fotoaparátom. Fotografie nasnímané fotoaparátom sa tlačia na fóliu, pričom fotolitografia negravíruje fotografie, ale schémy zapojenia a iné elektronické súčiastky.
Fotolitografia je presná technológia mikroobrábania
Konvenčná fotolitografia je proces, ktorý využíva ultrafialové svetlo s vlnovou dĺžkou 2000 až 4500 Å ako nosič obrazových informácií a fotorezist ako medziprodukt (záznam obrazu) na dosiahnutie transformácie, prenosu a spracovania grafiky a nakoniec prenáša obrazové informácie na čip (hlavne kremíkový čip) alebo dielektrickú vrstvu.
Dá sa povedať, že fotolitografia je základom moderného polovodičového, mikroelektronického a informačného priemyslu a priamo určuje úroveň rozvoja týchto technológií.
Za viac ako 60 rokov od úspešného vynálezu integrovaných obvodov v roku 1959 sa šírka čiary ich grafiky znížila približne o štyri rády a integrácia obvodov sa zlepšila o viac ako šesť rádov. Rýchly pokrok týchto technológií sa pripisuje najmä rozvoju fotolitografie.
(Požiadavky na technológiu fotolitografie v rôznych fázach vývoja výroby integrovaných obvodov)
2. Základné princípy fotolitografie
Fotolitografické materiály sa vo všeobecnosti označujú ako fotorezisty, ktoré sú najdôležitejšími funkčnými materiálmi vo fotolitografii. Tento typ materiálu má vlastnosti reakcie so svetlom (vrátane viditeľného svetla, ultrafialového svetla, elektrónového lúča atď.). Po fotochemickej reakcii sa jeho rozpustnosť výrazne mení.
Medzi nimi sa rozpustnosť pozitívneho fotorezistu vo vývojke zvyšuje a výsledný vzor je rovnaký ako v maske; negatívny fotorezist je opačný, to znamená, že rozpustnosť sa po vystavení vývojke znižuje alebo sa dokonca stáva nerozpustnou a výsledný vzor je opačný ako v maske. Oblasti použitia týchto dvoch typov fotorezistov sa líšia. Pozitívne fotorezisty sa používajú častejšie a tvoria viac ako 80 % z celkového počtu.
Vyššie je znázornený schematický diagram procesu fotolitografie.
(1) Lepenie:
To znamená vytvorenie fotorezistovej vrstvy s rovnomernou hrúbkou, silnou priľnavosťou a bez defektov na kremíkovom plátku. Na zlepšenie priľnavosti medzi fotorezistovou vrstvou a kremíkovým plátkom je často potrebné najprv modifikovať povrch kremíkového plátku látkami, ako je hexametyldisilazán (HMDS) a trimetylsilyldietylamín (TMSDEA). Potom sa fotorezistová vrstva pripraví odstreďovaním.
(2) Predpečenie:
Po nanesení odstreďovacou vrstvou obsahuje fotorezistová vrstva stále určité množstvo rozpúšťadla. Po vypálení pri vyššej teplote sa rozpúšťadlo odstráni čo najmenej. Po predpečení sa obsah fotorezistu zníži na približne 5 %.
(3) Expozícia:
To znamená, že fotorezist je vystavený svetlu. V tomto okamihu dochádza k fotoreakcii a vzniká rozdiel v rozpustnosti medzi osvetlenou a neosvetlenou časťou.
(4) Vývoj a kalenie:
Produkt sa ponorí do vývojky. V tomto okamihu sa exponovaná oblasť pozitívneho fotorezistu a neexponovaná oblasť negatívneho fotorezistu rozpustia vo vývojke. Vznikne tak trojrozmerný vzor. Po vyvolaní musí čip podstúpiť proces vysokoteplotného spracovania, aby sa z neho stal tvrdý film, ktorý slúži najmä na ďalšie zlepšenie priľnavosti fotorezistu k substrátu.
(5) Leptanie:
Materiál pod fotorezistom sa leptá. Zahŕňa to leptanie za mokra v kvapaline a suché leptanie v plyne. Napríklad na leptanie kremíka za mokra sa používa kyslý vodný roztok kyseliny fluorovodíkovej; na leptanie medi za mokra sa používa silný kyslý roztok, ako je kyselina dusičná a kyselina sírová, zatiaľ čo suché leptanie často využíva plazmové alebo vysokoenergetické iónové lúče na poškodenie povrchu materiálu a jeho leptanie.
(6) Odstraňovanie slizu:
Nakoniec je potrebné z povrchu šošovky odstrániť fotorezist. Tento krok sa nazýva degumovanie.
Bezpečnosť je najdôležitejšou otázkou pri výrobe všetkých polovodičov. Hlavné nebezpečné a škodlivé fotolitografické plyny v procese čipovej litografie sú nasledovné:
1. Peroxid vodíka
Peroxid vodíka (H2O2) je silné oxidačné činidlo. Priamy kontakt môže spôsobiť zápal a popáleniny pokožky a očí.
2. Xylén
Xylén je rozpúšťadlo a vývojka používaná v negatívnej litografii. Je horľavý a má nízku teplotu iba 27,3 ℃ (približne izbová teplota). Je výbušný, keď je jeho koncentrácia vo vzduchu 1 % – 7 %. Opakovaný kontakt s xylénom môže spôsobiť zápal kože. Para xylénu je sladká, podobná zápachu leteckých potrieb; vystavenie xylénu môže spôsobiť zápal očí, nosa a hrdla. Vdýchnutie plynu môže spôsobiť bolesti hlavy, závraty, stratu chuti do jedla a únavu.
3. Hexametyldisilazán (HMDS)
Hexametyldisilazán (HMDS) sa najčastejšie používa ako základná vrstva na zvýšenie priľnavosti fotorezistu na povrchu výrobku. Je horľavý a má bod vzplanutia 6,7 °C. Je výbušný, keď je jeho koncentrácia vo vzduchu 0,8 % – 16 %. HMDS silne reaguje s vodou, alkoholom a minerálnymi kyselinami za vzniku amoniaku.
4. Hydroxid tetrametylamónny
Tetrametylamóniumhydroxid (TMAH) sa široko používa ako vývojka pre pozitívnu litografiu. Je toxický a korozívny. Pri požití alebo priamom kontakte s pokožkou môže byť smrteľný. Kontakt s prachom alebo hmlou TMAH môže spôsobiť zápal očí, kože, nosa a hrdla. Vdýchnutie vysokých koncentrácií TMAH vedie k smrti.
5. Chlór a fluór
Chlór (Cl2) a fluór (F2) sa používajú v excimerových laseroch ako zdroje hlbokého ultrafialového a extrémneho ultrafialového (EUV) žiarenia. Oba plyny sú toxické, majú svetlozelenú farbu a silný dráždivý zápach. Vdýchnutie vysokých koncentrácií tohto plynu vedie k smrti. Plynný fluór môže reagovať s vodou za vzniku fluorovodíka. Fluorovodík je silná kyselina, ktorá dráždi pokožku, oči a dýchacie cesty a môže spôsobiť príznaky, ako sú popáleniny a ťažkosti s dýchaním. Vysoké koncentrácie fluoridu môžu spôsobiť otravu ľudského tela, čo spôsobuje príznaky, ako sú bolesti hlavy, vracanie, hnačka a kóma.
6. Argón
Argón (Ar) je inertný plyn, ktorý zvyčajne nespôsobuje priame poškodenie ľudského tela. Za normálnych okolností vzduch, ktorý ľudia dýchajú, obsahuje približne 0,93 % argónu a táto koncentrácia nemá žiadny zjavný vplyv na ľudské telo. V niektorých prípadoch však argón môže ľudskému telu uškodiť.
Tu je niekoľko možných situácií: V uzavretom priestore sa môže koncentrácia argónu zvýšiť, čím sa zníži koncentrácia kyslíka vo vzduchu a spôsobí hypoxia. To môže spôsobiť príznaky ako závraty, únava a dýchavičnosť. Argón je navyše inertný plyn, ale pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku môže explodovať.
7. Neón
Neón (Ne) je stabilný, bezfarebný a bez zápachu plyn, ktorý sa nezúčastňuje na ľudskom dýchacom procese, takže vdýchnutie vysokej koncentrácie neónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás vyskytnúť príznaky, ako sú bolesti hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže neónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
8. Xenónový plyn
Xenónový plyn (Xe) je stabilný, bezfarebný a bez zápachu plyn, ktorý sa nezúčastňuje na ľudskom dýchacom procese, takže vdýchnutie vysokej koncentrácie xenónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás vyskytnúť príznaky, ako sú bolesti hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže neónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
9. Kryptónový plyn
Kryptónový plyn (Kr) je stabilný, bezfarebný a bez zápachu plyn, ktorý sa nezúčastňuje na ľudskom dýchacom procese, takže vdýchnutie vysokej koncentrácie kryptónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás vyskytnúť príznaky, ako sú bolesti hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže xenónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch. Vdýchnutie prostredia s nedostatkom kyslíka môže spôsobiť hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás vyskytnúť príznaky, ako sú bolesti hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže kryptónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
Riešenia detekcie nebezpečných plynov pre polovodičový priemysel
Polovodičový priemysel zahŕňa výrobu, spracovanie a spracovanie horľavých, výbušných, toxických a škodlivých plynov. Ako používateľ plynov v závodoch na výrobu polovodičov by mal každý zamestnanec pred použitím rozumieť bezpečnostným údajom o rôznych nebezpečných plynoch a mal by vedieť, ako riešiť núdzové postupy v prípade úniku týchto plynov.
Pri výrobe, spracovaní a skladovaní polovodičového priemyslu je potrebné nainštalovať prístroje na detekciu plynu, aby sa predišlo stratám na životoch a majetku spôsobeným únikom týchto nebezpečných plynov.
Detektory plynov sa stali základnými nástrojmi na monitorovanie životného prostredia v dnešnom polovodičovom priemysle a sú tiež najpriamejšími monitorovacími nástrojmi.
Spoločnosť Riken Keiki vždy venovala pozornosť bezpečnému rozvoju polovodičového priemyslu s cieľom vytvoriť bezpečné pracovné prostredie pre ľudí a venovala sa vývoju plynových senzorov vhodných pre polovodičový priemysel, poskytovaniu rozumných riešení rôznych problémov, s ktorými sa stretávajú používatelia, a neustálemu vylepšovaniu funkcií produktov a optimalizácii systémov.
Čas uverejnenia: 16. júla 2024