Виробництво кожного напівпровідникового продукту вимагає сотень процесів. Ми розділяємо весь виробничий процес на вісім кроків:вафляобробка-окислення-фотолітографія-травлення-осадження тонких плівок-епітаксійний ріст-дифузія-іонна імплантація.
Щоб допомогти вам зрозуміти та розпізнати напівпровідники та пов'язані з ними процеси, ми будемо публікувати статті WeChat у кожному випуску, щоб ознайомити вас з кожним із вищезазначених кроків один за одним.
У попередній статті згадувалося, що для захистувафляЗ різних домішок було створено оксидну плівку – процес окислення. Сьогодні ми обговоримо «процес фотолітографії» – фотографування напівпровідникової схеми на пластині зі сформованою оксидною плівкою.
Процес фотолітографії
1. Що таке процес фотолітографії
Фотолітографія призначена для створення схем та функціональних областей, необхідних для виробництва мікросхем.
Світло, що випромінюється фотолітографічним апаратом, використовується для експонування тонкої плівки, покритої фоторезистом, через маску з візерунком. Фоторезист змінює свої властивості після потрапляння світла, так що візерунок на масці копіюється на тонку плівку, завдяки чому тонка плівка виконує функцію електронної схеми. Це роль фотолітографії, подібна до фотографування камерою. Фотографії, зроблені камерою, друкуються на плівці, тоді як фотолітографія гравірує не фотографії, а схеми та інші електронні компоненти.
Фотолітографія – це технологія точної мікрообробки.
Звичайна фотолітографія – це процес, у якому як носій інформації про зображення використовується ультрафіолетове світло з довжиною хвилі від 2000 до 4500 ангстрем, а фоторезист – проміжне середовище (запис зображення) для досягнення перетворення, передачі та обробки графіки, і, нарешті, інформація про зображення передається на чіп (головним чином кремнієвий чіп) або діелектричний шар.
Можна сказати, що фотолітографія є основою сучасної напівпровідникової, мікроелектроніки та інформаційної галузей, і фотолітографія безпосередньо визначає рівень розвитку цих технологій.
За понад 60 років з моменту успішного винаходу інтегральних схем у 1959 році ширина ліній їхньої графіки зменшилася приблизно на чотири порядки, а інтеграція схем покращилася більш ніж на шість порядків. Швидкий прогрес цих технологій головним чином пояснюється розвитком фотолітографії.
(Вимоги до технології фотолітографії на різних етапах розвитку виробництва інтегральних схем)
2. Основні принципи фотолітографії
Фотолітографічні матеріали зазвичай називають фоторезистами, також відомими як фоторезисти, які є найважливішими функціональними матеріалами у фотолітографії. Цей тип матеріалу має характеристики світлової (включаючи видиме світло, ультрафіолетове світло, електронний промінь тощо) реакції. Після фотохімічної реакції його розчинність значно змінюється.
Серед них розчинність позитивного фоторезисту в проявнику збільшується, і отриманий малюнок такий самий, як у масці; негативний фоторезист має протилежну властивість, тобто розчинність зменшується або навіть стає нерозчинною після впливу проявника, і отриманий малюнок протилежний масці. Галузі застосування цих двох типів фоторезистів різні. Позитивні фоторезисти використовуються частіше, складаючи понад 80% від загальної кількості.
Вище наведено схематичну діаграму процесу фотолітографії.
(1) Склеювання:
Тобто, формування плівки фоторезисту з рівномірною товщиною, міцною адгезією та без дефектів на кремнієвій пластині. Для покращення адгезії між плівкою фоторезисту та кремнієвою пластиною часто необхідно спочатку модифікувати поверхню кремнієвої пластини такими речовинами, як гексаметилдисилазан (HMDS) та триметилсилілдіетиламін (TMSDEA). Потім плівку фоторезисту готують методом центрифугування.
(2) Попереднє випікання:
Після нанесення покриття центрифугуванням плівка фоторезисту все ще містить певну кількість розчинника. Після випікання за вищої температури розчинник можна видалити якомога менше. Після попереднього випікання вміст фоторезисту зменшується приблизно до 5%.
(3) Експозиція:
Тобто, фоторезист піддається впливу світла. У цей час відбувається фотореакція, і виникає різниця в розчинності між освітленою та неосвітленою частинами.
(4) Розвиток та загартування:
Виріб занурюють у проявник. У цей час експонована ділянка позитивного фоторезисту та неекспонована ділянка негативного фоторезисту розчиняються в проявнику. Це створює тривимірний візерунок. Після проявлення чіп потребує високотемпературної обробки, щоб перетворитися на тверду плівку, яка головним чином служить для подальшого посилення адгезії фоторезисту до підкладки.
(5) Травлення:
Матеріал під фоторезистом піддається травленню. Це включає рідке мокре травлення та газове сухе травлення. Наприклад, для мокрого травлення кремнію використовується кислий водний розчин плавикової кислоти; для мокрого травлення міді використовується сильний кислотний розчин, такий як азотна та сірчана кислоти, тоді як сухе травлення часто використовує плазму або високоенергетичні іонні пучки для пошкодження поверхні матеріалу та його травлення.
(6) Дегумування:
Нарешті, фоторезист потрібно видалити з поверхні лінзи. Цей крок називається дегумуванням.
Безпека є найважливішим питанням у виробництві напівпровідників. Основні небезпечні та шкідливі гази для фотолітографії в процесі літографії мікросхем є такими:
1. Перекис водню
Перекис водню (H2O2) є сильним окислювачем. Безпосередній контакт може спричинити запалення та опіки шкіри та очей.
2. Ксилол
Ксилол – це розчинник і проявник, який використовується в негативній літографії. Він легкозаймистий і має низьку температуру лише 27,3 ℃ (приблизно кімнатна температура). Він вибухонебезпечний, коли концентрація в повітрі становить 1%-7%. Повторний контакт з ксилолом може спричинити запалення шкіри. Пари ксилолу солодкі, схожі на запах авіаційного глісеру; вплив ксилолу може спричинити запалення очей, носа та горла. Вдихання газу може спричинити головний біль, запаморочення, втрату апетиту та втому.
3. Гексаметилдисилазан (ГМДС)
Гексаметилдисилазан (HMDS) найчастіше використовується як ґрунтувальний шар для збільшення адгезії фоторезисту до поверхні виробу. Він легкозаймистий і має температуру спалаху 6,7°C. Вибухонебезпечний, коли концентрація в повітрі становить 0,8%-16%. HMDS сильно реагує з водою, спиртом та мінеральними кислотами з виділенням аміаку.
4. Гідроксид тетраметиламонію
Гідроксид тетраметиламонію (TMAH) широко використовується як проявник для позитивної літографії. Він токсичний та корозійний. Може бути смертельним при ковтанні або безпосередньому контакті зі шкірою. Контакт з пилом або туманом TMAH може спричинити запалення очей, шкіри, носа та горла. Вдихання високих концентрацій TMAH призведе до смерті.
5. Хлор і фтор
Хлор (Cl2) та фтор (F2) використовуються в ексимерних лазерах як джерела світла глибокого ультрафіолетового та екстремального ультрафіолетового (EUV) випромінювання. Обидва гази є токсичними, мають світло-зелений колір та сильний подразнюючий запах. Вдихання високих концентрацій цього газу призводить до смерті. Фтор може реагувати з водою з утворенням фтористого водню. Фтористий водень – це сильна кислота, яка подразнює шкіру, очі та дихальні шляхи і може викликати такі симптоми, як опіки та утруднене дихання. Високі концентрації фтору можуть спричинити отруєння організму людини, спричиняючи такі симптоми, як головний біль, блювота, діарея та кома.
6. Аргон
Аргон (Ar) – це інертний газ, який зазвичай не завдає прямої шкоди організму людини. За нормальних обставин повітря, яким дихають люди, містить близько 0,93% аргону, і ця концентрація не має помітного впливу на організм людини. Однак у деяких випадках аргон може завдати шкоди організму людини.
Ось деякі можливі ситуації: у замкнутому просторі концентрація аргону може зрости, тим самим зменшуючи концентрацію кисню в повітрі та спричиняючи гіпоксію. Це може спричинити такі симптоми, як запаморочення, втома та задишка. Крім того, аргон є інертним газом, але він може вибухнути під дією високої температури або високого тиску.
7. Неон
Неон (Ne) – це стабільний, безбарвний газ без запаху, який не бере участі в процесі дихання людини, тому вдихання високої концентрації неону спричиняє гіпоксію. Якщо ви перебуваєте в стані гіпоксії протягом тривалого часу, у вас можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота та блювота. Крім того, неон може реагувати з іншими речовинами за високої температури або високого тиску, що може спричинити пожежу або вибух.
8. Ксеноновий газ
Ксенон (Xe) – це стабільний газ без кольору та запаху, який не бере участі в процесі дихання людини, тому вдихання високої концентрації ксенону спричиняє гіпоксію. Якщо ви перебуваєте в стані гіпоксії протягом тривалого часу, у вас можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота та блювота. Крім того, неон може реагувати з іншими речовинами за високої температури або високого тиску, спричиняючи пожежу або вибух.
9. Криптоновий газ
Криптон (Kr) – це стабільний, безбарвний газ без запаху, який не бере участі в процесі дихання людини, тому вдихання криптону у високій концентрації спричиняє гіпоксію. Якщо ви перебуваєте в стані гіпоксії протягом тривалого часу, у вас можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота та блювота. Крім того, ксенон може реагувати з іншими речовинами за високої температури або високого тиску, спричиняючи пожежу або вибух. Вдихання в середовищі з нестачею кисню може спричинити гіпоксію. Якщо ви перебуваєте в стані гіпоксії протягом тривалого часу, у вас можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота та блювота. Крім того, криптон може реагувати з іншими речовинами за високої температури або високого тиску, спричиняючи пожежу або вибух.
Рішення для виявлення небезпечних газів для напівпровідникової промисловості
Напівпровідникова промисловість займається виробництвом, переробкою та обробкою легкозаймистих, вибухонебезпечних, токсичних та шкідливих газів. Як користувач газів на заводах з виробництва напівпровідників, кожен співробітник повинен розуміти дані безпеки різних небезпечних газів перед їх використанням та знати, як діяти в надзвичайних ситуаціях у разі витоку цих газів.
У виробництві, виготовленні та зберіганні напівпровідникової промисловості, щоб уникнути втрати життя та майна, спричинених витоком цих небезпечних газів, необхідно встановити прилади для виявлення газу.
Газові детектори стали важливими інструментами моніторингу навколишнього середовища в сучасній напівпровідниковій промисловості, а також є найбезпосереднішими інструментами моніторингу.
Компанія Riken Keiki завжди приділяла увагу безпечному розвитку напівпровідникової промисловості, прагнучи створити безпечне робоче середовище для людей, і присвятила себе розробці газових датчиків, придатних для напівпровідникової промисловості, забезпечуючи розумні рішення для різних проблем, з якими стикаються користувачі, а також постійно вдосконалюючи функції продукції та оптимізуючи системи.
Час публікації: 16 липня 2024 р.