Производња сваког полупроводничког производа захтева стотине процеса. Читав производни процес делимо на осам корака:вафлаобрада-оксидација-фотолитографија-нагризање-таложење танких филмова-епитаксијални раст-дифузија-јонска имплантација.
Да бисмо вам помогли да разумете и препознате полупроводнике и сродне процесе, објављиваћемо чланке на WeChat-у у сваком издању како бисмо вам представили сваки од горе наведених корака један по један.
У претходном чланку је поменуто да би се заштитиловафлаОд разних нечистоћа, направљен је оксидни филм -- процес оксидације. Данас ћемо разговарати о „процесу фотолитографије“ фотографисања полупроводничког кола на плочици са формираним оксидним филмом.
Процес фотолитографије
1. Шта је процес фотолитографије
Фотолитографија служи за израду кола и функционалних области потребних за производњу чипова.
Светлост коју емитује машина за фотолитографију користи се за осветљавање танког филма пресвученог фоторезистом кроз маску са шаром. Фоторезист ће променити своја својства након што види светлост, тако да се шара на маски копира на танки филм, тако да танки филм има функцију електронског дијаграма кола. То је улога фотолитографије, слично снимању фотографија камером. Фотографије снимљене камером штампају се на филму, док фотолитографија не гравира фотографије, већ дијаграме кола и друге електронске компоненте.
Фотолитографија је прецизна технологија микрообраде.
Конвенционална фотолитографија је процес који користи ултраљубичасто светло таласне дужине од 2000 до 4500 ангстрома као носилац информација о слици, а фоторезист као посредник (снимање слике) користи за постизање трансформације, преноса и обраде графике, и коначно преноси информације о слици на чип (углавном силицијумски чип) или диелектрични слој.
Може се рећи да је фотолитографија темељ модерне полупроводничке, микроелектронске и информационе индустрије, а фотолитографија директно одређује ниво развоја ових технологија.
У више од 60 година од успешног проналаска интегрисаних кола 1959. године, ширина линије његове графике је смањена за око четири реда величине, а интеграција кола је побољшана за више од шест реда величине. Брзи напредак ових технологија се углавном приписује развоју фотолитографије.
(Захтеви за технологију фотолитографије у различитим фазама развоја производње интегрисаних кола)
2. Основни принципи фотолитографије
Фотолитографски материјали се генерално односе на фоторезисте, познате и као фоторезисти, који су најважнији функционални материјали у фотолитографији. Ова врста материјала има карактеристике реакције на светлост (укључујући видљиву светлост, ултраљубичасту светлост, електронски сноп итд.). Након фотохемијске реакције, његова растворљивост се значајно мења.
Међу њима, растворљивост позитивног фоторезиста у развијачу се повећава, а добијени узорак је исти као и маска; негативни фоторезист је супротан, односно растворљивост се смањује или чак постаје нерастворљива након излагања развијачу, а добијени узорак је супротан маски. Области примене ове две врсте фоторезиста су различите. Позитивни фоторезисти се чешће користе, чинећи више од 80% од укупног броја.
Горе је шематски дијаграм процеса фотолитографије
(1) Лепљење:
То јест, формирање фоторезистног филма са уједначеном дебљином, јаком адхезијом и без дефеката на силицијумској плочици. Да би се побољшала адхезија између фоторезистног филма и силицијумске плочице, често је потребно прво модификовати површину силицијумске плочице супстанцама као што су хексаметилдисилазан (HMDS) и триметилсилилдиетиламин (TMSDEA). Затим се фоторезистни филм припрема центрифугирањем.
(2) Претходно печење:
Након центрифугирања, фоторезистни филм и даље садржи одређену количину растварача. Након печења на вишој температури, растварач се може уклонити што је мање могуће. Након претходног печења, садржај фоторезиста се смањује на око 5%.
(3) Изложеност:
То јест, фоторезист је изложен светлости. У овом тренутку долази до фотореакције и јавља се разлика у растворљивости између осветљеног и неосветљеног дела.
(4) Развој и очвршћавање:
Производ се урања у развијач. У овом тренутку, изложена површина позитивног фоторезиста и неизложена површина негативног фоторезиста ће се растварати током развијања. Ово представља тродимензионални образац. Након развијања, чип захтева процес обраде на високој температури да би постао тврди филм, што углавном служи за додатно побољшање пријањања фоторезиста на подлогу.
(5) Гравирање:
Материјал испод фоторезиста се нагриза. То укључује течно мокро нагризање и гасовито суво нагризање. На пример, за мокро нагризање силицијума користи се кисели водени раствор флуороводоничне киселине; за мокро нагризање бакра користи се јак кисели раствор као што су азотна киселина и сумпорна киселина, док суво нагризање често користи плазму или високоенергетске јонске зраке да би оштетило површину материјала и нагризало га.
(6) Дегумирање:
Коначно, фоторезист треба уклонити са површине сочива. Овај корак се назива дегумирање.
Безбедност је најважније питање у целокупној производњи полупроводника. Главни опасни и штетни гасови за фотолитографију у процесу литографије чипова су следећи:
1. Водоник-пероксид
Водоник-пероксид (H2O2) је јак оксиданс. Директан контакт може изазвати упалу и опекотине коже и очију.
2. Ксилен
Ксилен је растварач и развијач који се користи у негативној литографији. Запаљив је и има ниску температуру од само 27,3 ℃ (приближно собна температура). Експлозиван је када је концентрација у ваздуху 1%-7%. Поновљени контакт са ксиленом може изазвати упалу коже. Пара ксилена је слатка, слична мирису авионског лепка; излагање ксилену може изазвати упалу очију, носа и грла. Удисање гаса може изазвати главобољу, вртоглавицу, губитак апетита и умор.
3. Хексаметилдисилазан (HMDS)
Хексаметилдисилазан (HMDS) се најчешће користи као прајмерни слој за повећање пријањања фоторезиста на површину производа. Запаљив је и има тачку паљења од 6,7°C. Експлозиван је када је концентрација у ваздуху 0,8%-16%. HMDS снажно реагује са водом, алкохолом и минералним киселинама ослобађајући амонијак.
4. Тетраметиламонијум хидроксид
Тетраметиламонијум хидроксид (TMAH) се широко користи као развијач за позитивну литографију. Токсичан је и корозиван. Може бити смртоносан ако се прогута или у директном контакту са кожом. Контакт са прашином или маглом TMAH може изазвати упалу очију, коже, носа и грла. Удисање високих концентрација TMAH довешће до смрти.
5. Хлор и флуор
Хлор (Cl2) и флуор (F2) се користе у ексимер ласерима као извори светлости дубоког ултраљубичастог и екстремног ултраљубичастог (EUV). Оба гаса су токсична, светлозелене су боје и имају јак иритирајући мирис. Удисање високих концентрација овог гаса довешће до смрти. Флуор може реаговати са водом и производити флуороводоник. Флуороводоник је јака киселина која иритира кожу, очи и респираторни тракт и може изазвати симптоме као што су опекотине и отежано дисање. Високе концентрације флуорида могу изазвати тровање људског тела, узрокујући симптоме као што су главобоља, повраћање, дијареја и кома.
6. Аргон
Аргон (Ar) је инертни гас који обично не узрокује директну штету људском телу. У нормалним околностима, ваздух који људи удишу садржи око 0,93% аргона, и ова концентрација нема очигледан ефекат на људско тело. Међутим, у неким случајевима, аргон може изазвати штету људском телу.
Ево неких могућих ситуација: У затвореном простору, концентрација аргона може се повећати, чиме се смањује концентрација кисеоника у ваздуху и изазива хипоксија. Ово може изазвати симптоме као што су вртоглавица, умор и отежано дисање. Поред тога, аргон је инертан гас, али може експлодирати под високим температурама или високим притиском.
7. Неон
Неон (Ne) је стабилан, безбојан и без мириса гас који не учествује у људском респираторном процесу, тако да удисање високе концентрације неонског гаса изазива хипоксију. Ако сте у стању хипоксије дуже време, можете искусити симптоме попут главобоље, мучнине и повраћања. Поред тога, неонски гас може реаговати са другим супстанцама под високом температуром или високим притиском и изазвати пожар или експлозију.
8. Ксенон гас
Ксенон (Xe) је стабилан, безбојан и без мириса гас који не учествује у људском респираторном процесу, тако да ће удисање високе концентрације ксенона изазвати хипоксију. Ако сте у стању хипоксије дуже време, можете искусити симптоме попут главобоље, мучнине и повраћања. Поред тога, неон може реаговати са другим супстанцама под високом температуром или високим притиском и изазвати пожар или експлозију.
9. Криптон гас
Криптон гас (Kr) је стабилан, безбојан и без мириса гас који не учествује у људском респираторном процесу, тако да ће удисање високе концентрације криптонског гаса изазвати хипоксију. Ако сте у стању хипоксије дуже време, можете искусити симптоме као што су главобоља, мучнина и повраћање. Поред тога, ксенон гас може реаговати са другим супстанцама под високом температуром или високим притиском и изазвати пожар или експлозију. Удисање у окружењу са недостатком кисеоника може изазвати хипоксију. Ако сте у стању хипоксије дуже време, можете искусити симптоме као што су главобоља, мучнина и повраћање. Поред тога, криптон гас може реаговати са другим супстанцама под високом температуром или високим притиском и изазвати пожар или експлозију.
Решења за детекцију опасних гасова за полупроводничку индустрију
Индустрија полупроводника обухвата производњу, прераду и обраду запаљивих, експлозивних, токсичних и штетних гасова. Као корисник гасова у постројењима за производњу полупроводника, сваки члан особља треба да разуме безбедносне податке о различитим опасним гасовима пре употребе и треба да зна како да поступа у ванредним ситуацијама када дође до цурења ових гасова.
У производњи, прерађивању и складиштењу полупроводничке индустрије, како би се избегао губитак живота и имовине узрокован цурењем ових опасних гасова, неопходно је инсталирати инструменте за детекцију гаса како би се открио циљни гас.
Детектори гаса постали су неопходни инструменти за праћење животне средине у данашњој индустрији полупроводника, а такође су и најдиректнији алати за праћење.
Рикен Кеики је увек обраћао пажњу на безбедан развој индустрије производње полупроводника, са мисијом стварања безбедног радног окружења за људе, и посветио се развоју гасних сензора погодних за полупроводничку индустрију, пружајући разумна решења за различите проблеме са којима се сусрећу корисници, и континуирано надограђујући функције производа и оптимизујући системе.
Време објаве: 16. јул 2024.