Tillverkningen av varje halvledarprodukt kräver hundratals processer. Vi delar upp hela tillverkningsprocessen i åtta steg:rånbearbetning-oxidation-fotolitografi-etsning-tunnfilmsdeponering-epitaxiell tillväxt-diffusion-jonimplantation.
För att hjälpa dig att förstå och känna igen halvledare och relaterade processer kommer vi att publicera WeChat-artiklar i varje nummer för att introducera vart och ett av ovanstående steg ett i taget.
I den föregående artikeln nämndes att för att skyddarånFrån olika föroreningar tillverkades en oxidfilm – en oxidationsprocess. Idag ska vi diskutera "fotolitografiprocessen" för att fotografera halvledarkretsen på wafern med den bildade oxidfilmen.
Fotolitografiprocess
1. Vad är fotolitografiprocessen
Fotolitografi är till för att tillverka de kretsar och funktionella områden som krävs för chipproduktion.
Ljuset som avges av fotolitografimaskinen används för att exponera den tunna filmen belagd med fotoresist genom en mask med ett mönster. Fotoresisten ändrar sina egenskaper efter att ha sett ljuset, så att mönstret på masken kopieras till den tunna filmen, så att den tunna filmen fungerar som ett elektroniskt kretsschema. Detta är fotolitografins roll, ungefär som att ta bilder med en kamera. Fotona som tas av kameran skrivs ut på filmen, medan fotolitografin inte graverar foton, utan kretsscheman och andra elektroniska komponenter.
Fotolitografi är en precis mikrobearbetningsteknik
Konventionell fotolitografi är en process som använder ultraviolett ljus med en våglängd på 2000 till 4500 Ångström som bildinformationsbärare, och använder fotoresist som mellanliggande (bildinspelnings-) medium för att uppnå transformation, överföring och bearbetning av grafik, och slutligen överför bildinformationen till chipet (främst kiselchip) eller dielektriska lagret.
Man kan säga att fotolitografi är grunden för moderna halvledar-, mikroelektronik- och informationsindustrier, och fotolitografi avgör direkt utvecklingsnivån för dessa tekniker.
Under de mer än 60 år som gått sedan den framgångsrika uppfinningen av integrerade kretsar 1959 har linjebredden på dess grafik minskats med ungefär fyra storleksordningar, och kretsintegrationen har förbättrats med mer än sex storleksordningar. De snabba framstegen inom dessa tekniker tillskrivs huvudsakligen utvecklingen av fotolitografi.
(Krav för fotolitografiteknik i olika utvecklingsstadier av tillverkning av integrerade kretsar)
2. Grundläggande principer för fotolitografi
Fotolitografiska material hänvisar generellt till fotoresister, även kända som fotoresister, vilka är de mest kritiska funktionella materialen inom fotolitografi. Denna typ av material har egenskaper som ljusreaktion (inklusive synligt ljus, ultraviolett ljus, elektronstråle etc.). Efter fotokemisk reaktion förändras dess löslighet avsevärt.
Bland dem ökar lösligheten av positiv fotoresist i framkallaren, och det erhållna mönstret är detsamma som masken; negativ fotoresist är det motsatta, det vill säga lösligheten minskar eller till och med blir olöslig efter att ha exponerats för framkallaren, och det erhållna mönstret är motsatt masken. Användningsområdena för de två typerna av fotoresister är olika. Positiva fotoresister används oftare och står för mer än 80 % av totalen.
Ovanstående är ett schematiskt diagram över fotolitografiprocessen
(1) Limning:
Det vill säga att bilda en fotoresistfilm med jämn tjocklek, stark vidhäftning och inga defekter på kiselskivan. För att förbättra vidhäftningen mellan fotoresistfilmen och kiselskivan är det ofta nödvändigt att först modifiera kiselskivans yta med ämnen som hexametyldisilazan (HMDS) och trimetylsilyldietylamin (TMSDEA). Därefter framställs fotoresistfilmen genom spinnbeläggning.
(2) Förgräddning:
Efter spinbeläggningen innehåller fotoresistfilmen fortfarande en viss mängd lösningsmedel. Efter härdning vid högre temperatur kan lösningsmedlet avlägsnas så lite som möjligt. Efter förhärdning reduceras fotoresisthalten till cirka 5 %.
(3) Exponering:
Det vill säga att fotoresisten exponeras för ljus. Vid denna tidpunkt sker en fotoreaktion, och det uppstår en skillnad i löslighet mellan den belysta delen och den icke-belysta delen.
(4) Utveckling och härdning:
Produkten doppas i framkallaren. Vid denna tidpunkt kommer det exponerade området av den positiva fotoresisten och det oexponerade området av den negativa fotoresisten att upplösas i framkallningen. Detta ger ett tredimensionellt mönster. Efter framkallningen behöver chipet en högtemperaturbehandlingsprocess för att bli en hård film, vilket främst tjänar till att ytterligare förbättra fotoresistens vidhäftning till substratet.
(5) Etsning:
Materialet under fotoresisten etsas. Det inkluderar flytande våtetsning och gasformig torretsning. Till exempel, för våtetsning av kisel används en sur vattenlösning av fluorvätesyra; för våtetsning av koppar används en stark syralösning såsom salpetersyra och svavelsyra, medan torretsning ofta använder plasma eller högenergijonstrålar för att skada materialets yta och etsa den.
(6) Avslemning:
Slutligen måste fotoresisten tas bort från linsens yta. Detta steg kallas avgummering.
Säkerhet är den viktigaste frågan inom all halvledarproduktion. De viktigaste farliga och skadliga fotolitografiska gaserna i chiplitografiprocessen är följande:
1. Väteperoxid
Väteperoxid (H2O2) är ett starkt oxidationsmedel. Direkt kontakt kan orsaka hud- och ögoninflammation samt brännskador.
2. Xylen
Xylen är ett lösningsmedel och framkallare som används i negativ litografi. Det är brandfarligt och har en låg temperatur på endast 27,3 ℃ (ungefär rumstemperatur). Det är explosivt när koncentrationen i luften är 1–7 %. Upprepad kontakt med xylen kan orsaka hudinflammation. Xylenånga är söt och liknar lukten av flygplansutrustning; exponering för xylen kan orsaka inflammation i ögon, näsa och hals. Inandning av gasen kan orsaka huvudvärk, yrsel, aptitlöshet och trötthet.
3. Hexametyldisilazan (HMDS)
Hexametyldisilazan (HMDS) används oftast som primer för att öka vidhäftningen av fotoresist på produktens yta. Det är brandfarligt och har en flampunkt på 6,7 °C. Det är explosivt när koncentrationen i luften är 0,8 %–16 %. HMDS reagerar starkt med vatten, alkohol och mineralsyror och frigör ammoniak.
4. Tetrametylammoniumhydroxid
Tetrametylammoniumhydroxid (TMAH) används ofta som framkallare för positiv litografi. Det är giftigt och frätande. Det kan vara dödligt vid förtäring eller direkt kontakt med huden. Kontakt med TMAH-damm eller -dimma kan orsaka inflammation i ögon, hud, näsa och hals. Inandning av höga koncentrationer av TMAH leder till döden.
5. Klor och fluor
Klor (Cl2) och fluor (F2) används båda i excimerlasrar som djupa ultravioletta och extrema ultravioletta (EUV) ljuskällor. Båda gaserna är giftiga, har en ljusgröna färg och en stark irriterande lukt. Inandning av höga koncentrationer av denna gas leder till döden. Fluorgas kan reagera med vatten och producera vätefluoridgas. Vätefluoridgas är en stark syra som irriterar hud, ögon och luftvägar och kan orsaka symtom som brännskador och andningssvårigheter. Höga koncentrationer av fluorid kan orsaka förgiftning av människokroppen, vilket orsakar symtom som huvudvärk, kräkningar, diarré och koma.
6. Argon
Argon (Ar) är en inert gas som vanligtvis inte orsakar direkt skada på människokroppen. Under normala omständigheter innehåller luften som människor andas cirka 0,93 % argon, och denna koncentration har ingen uppenbar effekt på människokroppen. I vissa fall kan argon dock orsaka skador på människokroppen.
Här är några möjliga situationer: I ett slutet utrymme kan koncentrationen av argon öka, vilket minskar syrekoncentrationen i luften och orsakar hypoxi. Detta kan orsaka symtom som yrsel, trötthet och andnöd. Dessutom är argon en inert gas, men den kan explodera vid hög temperatur eller högt tryck.
7. Neon
Neon (Ne) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i den mänskliga andningsprocessen. Neongasen är inte involverad i den mänskliga andningsprocessen, så att andas in en hög koncentration av neongas kommer att orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan neongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i den mänskliga andningsprocessen, så inandning av en hög koncentration av xenongas orsakar hypoxi. Om du befinner dig i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan neongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
9. Kryptongas
Kryptongas (Kr) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i den mänskliga andningsprocessen, så att andas in en hög koncentration av kryptongas kommer att orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan xenongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion. Att andas in i en miljö med syrebrist kan orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan kryptongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
Lösningar för detektering av farliga gaser för halvledarindustrin
Halvledarindustrin omfattar produktion, tillverkning och bearbetning av brandfarliga, explosiva, giftiga och skadliga gaser. Som användare av gaser i halvledartillverkningsanläggningar bör varje anställd förstå säkerhetsdata för olika farliga gaser före användning, och bör veta hur man hanterar nödprocedurer när dessa gaser läcker ut.
Vid produktion, tillverkning och lagring inom halvledarindustrin är det nödvändigt att installera gasdetekteringsinstrument för att detektera målgasen för att undvika förlust av liv och egendom orsakad av läckage av dessa farliga gaser.
Gasdetektorer har blivit viktiga miljöövervakningsinstrument inom dagens halvledarindustri och är också de mest direkta övervakningsverktygen.
Riken Keiki har alltid varit uppmärksam på en säker utveckling av halvledartillverkningsindustrin, med uppdraget att skapa en säker arbetsmiljö för människor, och har ägnat sig åt att utveckla gassensorer lämpliga för halvledarindustrin, tillhandahålla rimliga lösningar för olika problem som användare stöter på, och kontinuerligt uppgradera produktfunktioner och optimera system.
Publiceringstid: 16 juli 2024