Izdelava vsakega polprevodniškega izdelka zahteva na stotine procesov. Celoten proizvodni proces razdelimo na osem korakov:oblatiobdelava-oksidacija-fotolitografija-jedkanje-nalaganje tankih filmov-epitaksialna rast-difuzija-ionska implantacija.
Da bi vam pomagali razumeti in prepoznati polprevodnike in z njimi povezane procese, bomo v vsaki številki objavili članke WeChat, v katerih bomo enega za drugim predstavili vse zgornje korake.
V prejšnjem članku je bilo omenjeno, da je za zaščitooblatiIz različnih nečistoč je bil narejen oksidni film – postopek oksidacije. Danes bomo razpravljali o "postopku fotolitografije", pri katerem se polprevodniško vezje na rezini z nastalim oksidnim filmom fotografira.
Postopek fotolitografije
1. Kaj je postopek fotolitografije
Fotolitografija je namenjena izdelavi vezij in funkcionalnih področij, potrebnih za proizvodnjo čipov.
Svetloba, ki jo oddaja fotolitografski stroj, se uporablja za osvetlitev tanke plasti, prevlečene s fotorezistom, skozi masko z vzorcem. Fotorezist po izpostavljenosti svetlobi spremeni svoje lastnosti, tako da se vzorec na maski kopira na tanko plast, tako da tanka plast deluje kot elektronski diagram vezja. To je vloga fotolitografije, podobno kot fotografiranje s kamero. Fotografije, posnete s kamero, se natisnejo na plast, medtem ko fotolitografija ne gravira fotografij, temveč diagrame vezij in druge elektronske komponente.
Fotolitografija je natančna tehnologija mikroobdelave
Konvencionalna fotolitografija je postopek, ki uporablja ultravijolično svetlobo z valovno dolžino od 2000 do 4500 angstromov kot nosilec slikovnih informacij, fotorezist pa kot vmesni medij (za snemanje slike) za doseganje transformacije, prenosa in obdelave grafike ter končno prenese slikovne informacije na čip (predvsem silicijev čip) ali dielektrično plast.
Lahko rečemo, da je fotolitografija temelj sodobne polprevodniške, mikroelektronske in informacijske industrije, fotolitografija pa neposredno določa raven razvoja teh tehnologij.
V več kot 60 letih od uspešnega izuma integriranih vezij leta 1959 se je širina črt njihove grafike zmanjšala za približno štiri velikostne rede, integracija vezij pa se je izboljšala za več kot šest velikostnih redov. Hiter napredek teh tehnologij je mogoče pripisati predvsem razvoju fotolitografije.
(Zahteve za tehnologijo fotolitografije na različnih stopnjah razvoja izdelave integriranih vezij)
2. Osnovna načela fotolitografije
Fotolitografski materiali se na splošno nanašajo na fotoreziste, znane tudi kot fotorezisti, ki so najpomembnejši funkcionalni materiali v fotolitografiji. Ta vrsta materiala ima značilnosti svetlobne reakcije (vključno z vidno svetlobo, ultravijolično svetlobo, elektronskim žarkom itd.). Po fotokemični reakciji se njegova topnost znatno spremeni.
Med njimi se topnost pozitivnega fotorezista v razvijalcu poveča in dobljeni vzorec je enak kot maska; pri negativnem fotorezistu je ravno nasprotno, to pomeni, da se topnost po izpostavljenosti razvijalcu zmanjša ali celo postane netopna, dobljeni vzorec pa je nasproten kot maska. Področja uporabe obeh vrst fotorezistov se razlikujejo. Pozitivni fotorezisti se uporabljajo pogosteje in predstavljajo več kot 80 % celotne uporabe.
Zgornji diagram je shematski diagram postopka fotolitografije
(1) Lepljenje:
To pomeni, da se na silicijevem rezincu oblikuje fotorezistni film z enakomerno debelino, močnim oprijemom in brez napak. Za izboljšanje oprijema med fotorezistnim filmom in silicijevim rezincem je pogosto potrebno najprej modificirati površino silicijevega rezinca s snovmi, kot sta heksametildisilazan (HMDS) in trimetilsilildietilamin (TMSDEA). Nato se fotorezistni film pripravi s centrifugiranjem.
(2) Predpečenje:
Po centrifugiranju fotorezistna folija še vedno vsebuje določeno količino topila. Po pečenju pri višji temperaturi se topilo odstrani v najmanjši možni meri. Po predhodnem pečenju se vsebnost fotorezista zmanjša na približno 5 %.
(3) Izpostavljenost:
To pomeni, da je fotorezist izpostavljen svetlobi. V tem času pride do fotoreakcije in razlike v topnosti med osvetljenim in neosvetljenim delom.
(4) Razvoj in utrjevanje:
Izdelek se potopi v razvijalec. V tem času se izpostavljeno območje pozitivnega fotorezista in neizpostavljeno območje negativnega fotorezista raztopita v razvijalcu. To ustvari tridimenzionalni vzorec. Po razvijanju čip potrebuje visokotemperaturno obdelavo, da postane trd film, ki služi predvsem za dodatno izboljšanje oprijema fotorezista na podlago.
(5) Jedkanje:
Material pod fotorezistom se jedka. To vključuje tekoče mokro jedkanje in plinsko suho jedkanje. Na primer, za mokro jedkanje silicija se uporablja kisla vodna raztopina fluorovodikove kisline; za mokro jedkanje bakra se uporablja močna kislinska raztopina, kot sta dušikova in žveplova kislina, medtem ko se pri suhem jedkanju pogosto uporabljajo plazma ali visokoenergijski ionski žarki za poškodbo površine materiala in njegovo jedkanje.
(6) Degumiranje:
Na koncu je treba s površine leče odstraniti fotorezist. Ta korak se imenuje degumiranje.
Varnost je najpomembnejše vprašanje pri vsej proizvodnji polprevodnikov. Glavni nevarni in škodljivi plini za fotolitografijo v procesu litografije čipov so naslednji:
1. Vodikov peroksid
Vodikov peroksid (H2O2) je močan oksidant. Neposreden stik lahko povzroči vnetje kože in oči ter opekline.
2. Ksilen
Ksilen je topilo in razvijalec, ki se uporablja v negativni litografiji. Je vnetljiv in ima nizko temperaturo le 27,3 ℃ (približno sobna temperatura). Eksplozivno je, ko je koncentracija v zraku 1–7 %. Ponavljajoč stik s ksilenom lahko povzroči vnetje kože. Hlapi ksilena so sladki, podobni vonju letalskih lepil; izpostavljenost ksilenu lahko povzroči vnetje oči, nosu in grla. Vdihavanje plina lahko povzroči glavobole, omotico, izgubo apetita in utrujenost.
3. Heksametildisilazan (HMDS)
Heksametildisilazan (HMDS) se najpogosteje uporablja kot temeljni premaz za povečanje oprijema fotorezista na površini izdelka. Je vnetljiv in ima plamenišče 6,7 °C. Eksplozivno je, ko je koncentracija v zraku 0,8–16 %. HMDS močno reagira z vodo, alkoholom in mineralnimi kislinami, pri čemer sprošča amonijak.
4. Tetrametilamonijev hidroksid
Tetrametilamonijev hidroksid (TMAH) se pogosto uporablja kot razvijalec za pozitivno litografijo. Je strupen in koroziven. Pri zaužitju ali neposrednem stiku s kožo je lahko smrtno nevaren. Stik s prahom ali meglico TMAH lahko povzroči vnetje oči, kože, nosu in grla. Vdihavanje visokih koncentracij TMAH povzroči smrt.
5. Klor in fluor
Klor (Cl2) in fluor (F2) se uporabljata v eksimernih laserjih kot vira svetlobe globokega ultravijoličnega in ekstremnega ultravijoličnega (EUV) sevanja. Oba plina sta strupena, svetlo zelene barve in imata močan dražeč vonj. Vdihavanje visokih koncentracij tega plina povzroči smrt. Fluor lahko reagira z vodo in tvori vodikov fluorid. Vodikov fluorid je močna kislina, ki draži kožo, oči in dihala ter lahko povzroči simptome, kot so opekline in težave z dihanjem. Visoke koncentracije fluorida lahko povzročijo zastrupitev človeškega telesa, kar povzroča simptome, kot so glavoboli, bruhanje, driska in koma.
6. Argon
Argon (Ar) je inertni plin, ki običajno ne povzroča neposredne škode človeškemu telesu. V normalnih okoliščinah zrak, ki ga ljudje dihajo, vsebuje približno 0,93 % argona in ta koncentracija nima očitnega vpliva na človeško telo. Vendar pa lahko argon v nekaterih primerih povzroči škodo človeškemu telesu.
Tukaj je nekaj možnih situacij: V zaprtem prostoru se lahko koncentracija argona poveča, s čimer se zmanjša koncentracija kisika v zraku in povzroči hipoksijo. To lahko povzroči simptome, kot so omotica, utrujenost in zasoplost. Poleg tega je argon inerten plin, vendar lahko eksplodira pri visoki temperaturi ali visokem tlaku.
7. Neon
Neon (Ne) je stabilen, brezbarven in brez vonja plin, ki ne sodeluje v človeškem dihalnem procesu, zato vdihavanje visoke koncentracije neonskega plina povzroči hipoksijo. Če ste v stanju hipoksije dlje časa, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko neon pri visoki temperaturi ali visokem tlaku reagira z drugimi snovmi in povzroči požar ali eksplozijo.
8. Ksenon
Ksenon (Xe) je stabilen, brezbarven plin brez vonja, ki ne sodeluje v človeškem dihalnem procesu, zato bo vdihavanje visoke koncentracije ksenona povzročilo hipoksijo. Če ste v stanju hipoksije dlje časa, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko neon pri visoki temperaturi ali visokem tlaku reagira z drugimi snovmi in povzroči požar ali eksplozijo.
9. Kripton plin
Kripton (Kr) je stabilen, brezbarven in brez vonja plin, ki ne sodeluje v človeškem dihalnem procesu, zato bo vdihavanje visoke koncentracije kriptonskega plina povzročilo hipoksijo. Če ste dlje časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko ksenonski plin pri visoki temperaturi ali visokem tlaku reagira z drugimi snovmi in povzroči požar ali eksplozijo. Dihanje v okolju s pomanjkanjem kisika lahko povzroči hipoksijo. Če ste dlje časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko kriptonski plin pri visoki temperaturi ali visokem tlaku reagira z drugimi snovmi in povzroči požar ali eksplozijo.
Rešitve za zaznavanje nevarnih plinov za polprevodniško industrijo
Polprevodniška industrija vključuje proizvodnjo, predelavo in obdelavo vnetljivih, eksplozivnih, strupenih in škodljivih plinov. Kot uporabnik plinov v obratih za proizvodnjo polprevodnikov bi moral vsak zaposleni pred uporabo razumeti varnostne podatke o različnih nevarnih plinih in vedeti, kako ravnati v sili, če ti plini uhajajo.
V proizvodnji, predelovalnih dejavnostih in skladiščenju polprevodniške industrije je treba za preprečevanje izgube življenj in premoženja zaradi uhajanja teh nevarnih plinov namestiti instrumente za zaznavanje plina, ki zaznajo ciljni plin.
Detektorji plina so postali bistveni instrumenti za spremljanje okolja v današnji polprevodniški industriji in so tudi najbolj neposredna orodja za spremljanje.
Riken Keiki je vedno posvečal pozornost varnemu razvoju industrije proizvodnje polprevodnikov s poslanstvom ustvarjanja varnega delovnega okolja za ljudi in se posvetil razvoju plinskih senzorjev, primernih za polprevodniško industrijo, zagotavljanju razumnih rešitev za različne težave, s katerimi se srečujejo uporabniki, ter nenehnemu nadgrajevanju funkcij izdelkov in optimizaciji sistemov.
Čas objave: 16. julij 2024