Her bir yarı iletken ürünün üretimi yüzlerce işlem gerektirir. Tüm üretim sürecini sekiz adıma ayırıyoruz:gofretİşleme-oksidasyon-fotolitografi-aşındırma-ince film biriktirme-epitaksiyel büyüme-difüzyon-iyon implantasyonu.
Yarı iletkenleri ve ilgili süreçleri anlamanıza ve tanımanıza yardımcı olmak için, her sayıda yukarıdaki adımların her birini tek tek tanıtan WeChat makaleleri yayınlayacağız.
Önceki yazıda, korumak amacıyla şunlardan bahsedilmişti:gofretÇeşitli safsızlıklardan bir oksit filmi oluşturuldu - oksidasyon işlemi. Bugün, oksit filmi oluşturulmuş olan yarı iletken devre tasarımının yonga levhası üzerinde fotoğraflanması olan "fotolitografi işlemi"ni ele alacağız.
Fotolitografi süreci
1. Fotolitografi işlemi nedir?
Fotolitografi, çip üretimi için gerekli devreleri ve fonksiyonel alanları oluşturmak için kullanılır.
Fotolitografi makinesinin yaydığı ışık, desenli bir maske aracılığıyla fotorezist ile kaplanmış ince filme yansıtılır. Fotorezist, ışığı gördükten sonra özelliklerini değiştirir, böylece maske üzerindeki desen ince filme kopyalanır ve ince film elektronik devre şeması işlevi görür. Bu, fotoğraf makinesiyle fotoğraf çekmeye benzer şekilde fotolitografinin rolüdür. Fotoğraf makinesiyle çekilen fotoğraflar filme basılırken, fotolitografi fotoğraf değil, devre şemaları ve diğer elektronik bileşenleri işler.
Fotolitografi, hassas bir mikro işleme teknolojisidir.
Geleneksel fotolitografi, görüntü bilgisi taşıyıcısı olarak 2000 ila 4500 angstrom dalga boyuna sahip ultraviyole ışık kullanan ve grafiklerin dönüştürülmesi, aktarılması ve işlenmesi için ara (görüntü kaydı) ortam olarak fotorezist kullanan ve son olarak görüntü bilgisini çipe (esas olarak silikon çip) veya dielektrik katmana ileten bir işlemdir.
Fotolitografinin modern yarı iletken, mikroelektronik ve bilgi işlem endüstrilerinin temeli olduğu ve bu teknolojilerin gelişim düzeyini doğrudan belirlediği söylenebilir.
1959'da entegre devrelerin başarılı bir şekilde icadından bu yana geçen 60 yılı aşkın sürede, grafiklerin çizgi genişliği yaklaşık dört kat azaltılmış ve devre entegrasyonu altı kattan fazla iyileştirilmiştir. Bu teknolojilerin hızlı ilerlemesi esas olarak fotolitografinin gelişimine bağlanmaktadır.
(Entegre devre üretiminin çeşitli geliştirme aşamalarındaki fotolitografi teknolojisine yönelik gereksinimler)
2. Fotolitografinin Temel Prensipleri
Fotolitografi malzemeleri genellikle fotorezist olarak da bilinen ve fotolitografide en kritik fonksiyonel malzemeler olan malzemeleri ifade eder. Bu malzeme türü, ışık (görünür ışık, ultraviyole ışık, elektron ışını vb.) ile reaksiyona girme özelliğine sahiptir. Fotokimyasal reaksiyon sonrasında çözünürlüğü önemli ölçüde değişir.
Bunlar arasında, pozitif fotorezistin geliştirici içindeki çözünürlüğü artar ve elde edilen desen maskeyle aynıdır; negatif fotorezist ise bunun tam tersidir, yani geliştiriciye maruz kaldıktan sonra çözünürlüğü azalır veya hatta çözünmez hale gelir ve elde edilen desen maskenin tersidir. İki tip fotorezistin uygulama alanları farklıdır. Pozitif fotorezistler daha yaygın olarak kullanılır ve toplamın %80'inden fazlasını oluşturur.
Yukarıda fotolitografi işleminin şematik diyagramı yer almaktadır.
(1) Yapıştırma:
Yani, silikon levha üzerinde düzgün kalınlıkta, güçlü yapışma özelliğine sahip ve kusursuz bir fotorezist film oluşturmak. Fotorezist film ile silikon levha arasındaki yapışmayı artırmak için, genellikle önce silikon levhanın yüzeyini heksametildisilazan (HMDS) ve trimetilsilildietilamin (TMSDEA) gibi maddelerle modifiye etmek gerekir. Daha sonra, fotorezist film spin kaplama yöntemiyle hazırlanır.
(2) Ön pişirme:
Döndürerek kaplama işleminden sonra, fotorezist film hala belirli miktarda çözücü içerir. Daha yüksek bir sıcaklıkta fırınlama işleminden sonra, çözücü mümkün olduğunca az miktarda uzaklaştırılabilir. Ön fırınlama işleminden sonra, fotorezist içeriği yaklaşık %5'e düşer.
(3) Maruz Kalma:
Yani, fotorezist ışığa maruz bırakılır. Bu sırada bir fotoreaksiyon meydana gelir ve aydınlatılan kısım ile aydınlatılmayan kısım arasında çözünürlük farkı oluşur.
(4) Geliştirme ve sertleştirme:
Ürün geliştiriciye daldırılır. Bu sırada, pozitif fotorezistin pozlanmış alanı ve negatif fotorezistin pozlanmamış alanı geliştirici içinde çözünür. Bu, üç boyutlu bir desen oluşturur. Geliştirme işleminden sonra, çipin sert bir film haline gelmesi için yüksek sıcaklıkta bir işlemden geçirilmesi gerekir; bu işlem esas olarak fotorezistin alt tabakaya yapışmasını daha da artırmaya yarar.
(5) Gravür:
Fotorezist altındaki malzeme aşındırılır. Bu işlem, sıvı ıslak aşındırma ve gazlı kuru aşındırmayı içerir. Örneğin, silikonun ıslak aşındırılması için hidroflorik asidin asidik sulu çözeltisi kullanılır; bakırın ıslak aşındırılması için nitrik asit ve sülfürik asit gibi güçlü asit çözeltileri kullanılırken, kuru aşındırmada genellikle malzemenin yüzeyine zarar vermek ve aşındırmak için plazma veya yüksek enerjili iyon ışınları kullanılır.
(6) Sakız giderme:
Son olarak, lens yüzeyinden fotorezist tabakasının çıkarılması gerekir. Bu işleme "yapıştırıcıyı giderme" denir.
Tüm yarı iletken üretiminde güvenlik en önemli konudur. Çip litografi işleminde kullanılan başlıca tehlikeli ve zararlı fotolitografi gazları şunlardır:
1. Hidrojen peroksit
Hidrojen peroksit (H2O2) güçlü bir oksitleyicidir. Doğrudan temas ciltte ve gözlerde iltihaplanmaya ve yanıklara neden olabilir.
2. Ksilen
Ksilen, negatif litografide kullanılan bir çözücü ve geliştiricidir. Yanıcıdır ve sadece 27,3℃ (yaklaşık oda sıcaklığı) gibi düşük bir sıcaklığa sahiptir. Havadaki konsantrasyonu %1-7 olduğunda patlayıcıdır. Ksilen ile tekrarlanan temas cilt iltihabına neden olabilir. Ksilen buharı tatlıdır, uçak yapıştırıcısının kokusuna benzer; ksilene maruz kalma göz, burun ve boğaz iltihabına neden olabilir. Gazın solunması baş ağrısı, baş dönmesi, iştahsızlık ve yorgunluğa neden olabilir.
3. Heksametildisilazan (HMDS)
Heksametildisilazan (HMDS), ürün yüzeyinde fotorezistin yapışmasını artırmak için en yaygın olarak astar tabakası olarak kullanılır. Yanıcıdır ve 6,7°C'lik bir parlama noktasına sahiptir. Havadaki konsantrasyonu %0,8-%16 olduğunda patlayıcıdır. HMDS, su, alkol ve mineral asitlerle güçlü bir şekilde reaksiyona girerek amonyak açığa çıkarır.
4. Tetrametilamonyum hidroksit
Tetrametilamonyum hidroksit (TMAH), pozitif litografi için yaygın olarak kullanılan bir geliştiricidir. Zehirli ve aşındırıcıdır. Yutulması veya ciltle doğrudan temas etmesi halinde ölümcül olabilir. TMAH tozu veya buharı ile temas, gözlerde, ciltte, burunda ve boğazda iltihaplanmaya neden olabilir. Yüksek konsantrasyonlarda TMAH solunması ölüme yol açar.
5. Klor ve flor
Klor (Cl2) ve flor (F2) gazları, eksimer lazerlerde derin ultraviyole ve aşırı ultraviyole (EUV) ışık kaynakları olarak kullanılır. Her iki gaz da zehirlidir, açık yeşil renktedir ve güçlü, tahriş edici bir kokuya sahiptir. Bu gazın yüksek konsantrasyonlarda solunması ölüme yol açar. Flor gazı su ile reaksiyona girerek hidrojen florür gazı üretebilir. Hidrojen florür gazı, cildi, gözleri ve solunum yollarını tahriş eden ve yanıklar ve nefes darlığı gibi semptomlara neden olabilen güçlü bir asittir. Yüksek konsantrasyonlarda florür, insan vücudunda zehirlenmeye neden olarak baş ağrısı, kusma, ishal ve koma gibi semptomlara yol açabilir.
6. Argon
Argon (Ar), genellikle insan vücuduna doğrudan zarar vermeyen inert bir gazdır. Normal şartlar altında, insanların soluduğu havada yaklaşık %0,93 argon bulunur ve bu konsantrasyonun insan vücudu üzerinde belirgin bir etkisi yoktur. Bununla birlikte, bazı durumlarda argon insan vücuduna zarar verebilir.
İşte bazı olası durumlar: Kapalı bir alanda, argon konsantrasyonu artabilir, bu da havadaki oksijen konsantrasyonunu azaltarak hipoksiye neden olabilir. Bu durum baş dönmesi, yorgunluk ve nefes darlığı gibi belirtilere yol açabilir. Ayrıca, argon inert bir gaz olmasına rağmen, yüksek sıcaklık veya yüksek basınç altında patlayabilir.
7. Neon
Neon (Ne), insan solunum sürecinde yer almayan, kararlı, renksiz ve kokusuz bir gazdır; bu nedenle yüksek konsantrasyonda neon gazı solunması hipoksiye neden olur. Uzun süre hipoksi durumunda kalırsanız, baş ağrısı, mide bulantısı ve kusma gibi belirtiler yaşayabilirsiniz. Ayrıca, neon gazı yüksek sıcaklık veya yüksek basınç altında diğer maddelerle reaksiyona girerek yangına veya patlamaya neden olabilir.
8. Ksenon gazı
Ksenon gazı (Xe), insan solunum sürecine katılmayan, kararlı, renksiz ve kokusuz bir gazdır; bu nedenle yüksek konsantrasyonda ksenon gazı solunması hipoksiye neden olur. Uzun süre hipoksi durumunda kalırsanız, baş ağrısı, mide bulantısı ve kusma gibi belirtiler yaşayabilirsiniz. Ayrıca, ksenon gazı yüksek sıcaklık veya yüksek basınç altında diğer maddelerle reaksiyona girerek yangına veya patlamaya neden olabilir.
9. Kripton gazı
Kripton gazı (Kr), insan solunum sürecine katılmayan, kararlı, renksiz ve kokusuz bir gazdır; bu nedenle yüksek konsantrasyonda kripton gazı solunması hipoksiye neden olur. Uzun süre hipoksi durumunda kalırsanız, baş ağrısı, mide bulantısı ve kusma gibi belirtiler yaşayabilirsiniz. Ayrıca, ksenon gazı yüksek sıcaklık veya yüksek basınç altında diğer maddelerle reaksiyona girerek yangına veya patlamaya neden olabilir. Oksijen yetersizliği olan bir ortamda nefes almak hipoksiye neden olabilir. Uzun süre hipoksi durumunda kalırsanız, baş ağrısı, mide bulantısı ve kusma gibi belirtiler yaşayabilirsiniz. Ayrıca, kripton gazı yüksek sıcaklık veya yüksek basınç altında diğer maddelerle reaksiyona girerek yangına veya patlamaya neden olabilir.
Yarı iletken endüstrisi için tehlikeli gaz algılama çözümleri
Yarı iletken endüstrisi, yanıcı, patlayıcı, zehirli ve zararlı gazların üretimi, imalatı ve işlenmesini içerir. Yarı iletken üretim tesislerinde gaz kullanan her personel, kullanımdan önce çeşitli tehlikeli gazların güvenlik verilerini anlamalı ve bu gazlar sızdığında acil durum prosedürleriyle nasıl başa çıkılacağını bilmelidir.
Yarı iletken endüstrisinde üretim, imalat ve depolama aşamalarında, bu tehlikeli gazların sızıntısından kaynaklanabilecek can ve mal kayıplarını önlemek için, hedef gazı tespit etmek amacıyla gaz algılama cihazlarının kurulması gereklidir.
Gaz dedektörleri, günümüz yarı iletken endüstrisinde çevresel izleme için vazgeçilmez araçlar haline gelmiş olup, aynı zamanda en doğrudan izleme araçlarıdır.
Riken Keiki, insanların güvenli bir çalışma ortamına sahip olmasını misyon edinerek, yarı iletken üretim sektörünün güvenli gelişimine her zaman önem vermiş, yarı iletken sektörüne uygun gaz sensörleri geliştirmeye, kullanıcıların karşılaştığı çeşitli sorunlara makul çözümler sunmaya ve ürün fonksiyonlarını sürekli olarak geliştirip sistemleri optimize etmeye kendini adamıştır.
Yayın tarihi: 16 Temmuz 2024