Die vervaardiging van elke halfgeleierproduk vereis honderde prosesse. Ons verdeel die hele vervaardigingsproses in agt stappe:waferverwerking-oksidasie-fotolitografie-ets-dunfilmafsetting-epitaksiale groei-diffusie-ioon-inplanting.
Om jou te help om halfgeleiers en verwante prosesse te verstaan en te herken, sal ons WeChat-artikels in elke uitgawe stoot om elk van die bogenoemde stappe een vir een bekend te stel.
In die vorige artikel is genoem dat ten einde diewaferuit verskeie onsuiwerhede is 'n oksiedfilm gemaak--oksidasieproses. Vandag sal ons die "fotolitografieproses" bespreek om die halfgeleier-ontwerpkring op die wafer te fotografeer met die oksiedfilm wat gevorm is.
Fotolitografie proses
1. Wat is fotolitografiese proses
Fotolitografie is om die stroombane en funksionele areas te maak wat benodig word vir skyfieproduksie.
Die lig wat deur die fotolitografiemasjien uitgestraal word, word gebruik om die dun film wat met fotoresist bedek is deur 'n masker met 'n patroon bloot te stel. Die fotoweerstand sal sy eienskappe verander nadat hy die lig gesien het, sodat die patroon op die masker na die dun film gekopieer word, sodat die dun film die funksie van 'n elektroniese stroombaandiagram het. Dit is die rol van fotolitografie, soortgelyk aan die neem van foto's met 'n kamera. Die foto's wat deur die kamera geneem word, word op die film gedruk, terwyl die fotolitografie nie foto's graveer nie, maar stroombaandiagramme en ander elektroniese komponente.
Fotolitografie is 'n presiese mikro-bewerking tegnologie
Konvensionele fotolitografie is 'n proses wat ultravioletlig met 'n golflengte van 2000 tot 4500 Angstrom as die beeldinligtingdraer gebruik, en fotoresist as die intermediêre (beeldopname) medium gebruik om die transformasie, oordrag en verwerking van grafika te bewerkstellig, en uiteindelik die beeld oordra. inligting na die skyfie (hoofsaaklik silikonskyfie) of diëlektriese laag.
Daar kan gesê word dat fotolitografie die grondslag is van moderne halfgeleier-, mikro-elektronika en inligtingsindustrieë, en fotolitografie bepaal direk die ontwikkelingsvlak van hierdie tegnologieë.
In die meer as 60 jaar sedert die suksesvolle uitvinding van geïntegreerde stroombane in 1959, is die lynwydte van sy grafika met ongeveer vier ordes van grootte verminder, en die stroombaanintegrasie is met meer as ses ordes van grootte verbeter. Die vinnige vooruitgang van hierdie tegnologieë word hoofsaaklik toegeskryf aan die ontwikkeling van fotolitografie.
(Vereistes vir fotolitografietegnologie in verskeie stadiums van ontwikkeling van geïntegreerde stroombaanvervaardiging)
2. Basiese beginsels van fotolitografie
Fotolitografiese materiale verwys gewoonlik na fotoresists, ook bekend as fotoresists, wat die mees kritieke funksionele materiale in fotolitografie is. Hierdie tipe materiaal het die eienskappe van lig (insluitend sigbare lig, ultraviolet lig, elektronstraal, ens.) reaksie. Na fotochemiese reaksie verander die oplosbaarheid daarvan aansienlik.
Onder hulle neem die oplosbaarheid van positiewe fotoresist in die ontwikkelaar toe, en die verkry patroon is dieselfde as die masker; negatiewe fotoweerstand is die teenoorgestelde, dit wil sê die oplosbaarheid neem af of word selfs onoplosbaar nadat dit aan die ontwikkelaar blootgestel is, en die verkry patroon is die teenoorgestelde van die masker. Die toepassingsvelde van die twee tipes fotoresists verskil. Positiewe fotoresists word meer algemeen gebruik, wat meer as 80% van die totaal uitmaak.
Bogenoemde is 'n skematiese diagram van die fotolitografieproses
(1) Gom: dit wil sê, die vorming van 'n fotoweerstandfilm met eenvormige dikte, sterk adhesie en geen defekte op die silikonwafel nie. Om die adhesie tussen die fotoweerstandfilm en die silikonwafel te verbeter, is dit dikwels nodig om eers die oppervlak van die silikonwafel te verander met stowwe soos heksametieldisilazaan (HMDS) en trimetielsilieldiëtielamien (TMSDEA). Dan word die fotoresistfilm voorberei deur spinbedekking.
(2) Voorbak: Na spinbedekking bevat die fotoresistfilm steeds 'n sekere hoeveelheid oplosmiddel. Nadat dit by 'n hoër temperatuur gebak is, kan die oplosmiddel so min as moontlik verwyder word. Na voorbak word die inhoud van die fotoresist tot ongeveer 5% verminder.
(3) Blootstelling: Dit wil sê, die fotoweerstand word aan lig blootgestel. Op hierdie tydstip vind 'n fotoreaksie plaas, en die oplosbaarheidsverskil tussen die verligte deel en die nie-verligte deel vind plaas.
(4) Ontwikkeling en verharding: Die produk word in die ontwikkelaar gedompel. Op hierdie tydstip sal die blootgestelde area van die positiewe fotoresist en die nie-blootgestelde area van die negatiewe fotoresist in die ontwikkeling oplos. Dit bied 'n driedimensionele patroon. Na ontwikkeling benodig die skyfie 'n hoë-temperatuur behandelingsproses om 'n harde film te word, wat hoofsaaklik dien om die adhesie van die fotoweerstand aan die substraat verder te verbeter.
(5) Ets: Die materiaal onder die fotoresist is geëts. Dit sluit vloeibare nat ets en gasvormige droë ets in. Byvoorbeeld, vir nat ets van silikon word 'n suur waterige oplossing van fluoresuur gebruik; vir nat ets van koper word 'n sterk suuroplossing soos salpetersuur en swaelsuur gebruik, terwyl droë ets dikwels plasma- of hoë-energie-ioonstrale gebruik om die oppervlak van die materiaal te beskadig en dit te ets.
(6) Degumming: Laastens moet die fotoresist van die oppervlak van die lens verwyder word. Hierdie stap word degumming genoem.
Veiligheid is die belangrikste kwessie in alle halfgeleierproduksie. Die belangrikste gevaarlike en skadelike fotolitografiese gasse in die skyfielitografieproses is soos volg:
1. Waterstofperoksied
Waterstofperoksied (H2O2) is 'n sterk oksidant. Direkte kontak kan vel- en oogontsteking en brandwonde veroorsaak.
2. Xileen
Xileen is 'n oplosmiddel en ontwikkelaar wat in negatiewe litografie gebruik word. Dit is vlambaar en het 'n lae temperatuur van slegs 27.3℃ (ongeveer kamertemperatuur). Dit is plofbaar wanneer die konsentrasie in die lug 1%-7% is. Herhaalde kontak met xileen kan velontsteking veroorsaak. Xileen damp is soet, soortgelyk aan die reuk van vliegtuig tack; blootstelling aan xileen kan ontsteking van die oë, neus en keel veroorsaak. Inaseming van die gas kan hoofpyn, duiseligheid, verlies aan eetlus en moegheid veroorsaak.
3. Heksamieldisilazaan (HMDS)
Heksamieldisilazaan (HMDS) word die meeste gebruik as 'n onderlaag om die adhesie van fotoweerstand op die oppervlak van die produk te verhoog. Dit is vlambaar en het ’n vlampunt van 6,7°C. Dit is plofbaar wanneer die konsentrasie in die lug 0,8%-16% is. HMDS reageer sterk met water, alkohol en minerale sure om ammoniak vry te stel.
4. Tetrametielammoniumhidroksied
Tetrametielammoniumhidroksied (TMAH) word wyd gebruik as 'n ontwikkelaar vir positiewe litografie. Dit is giftig en bytend. Dit kan dodelik wees as dit ingesluk word of in direkte kontak met die vel. Kontak met TMAH stof of mis kan ontsteking van die oë, vel, neus en keel veroorsaak. Inaseming van hoë konsentrasies TMAH sal tot die dood lei.
5. Chloor en fluoor
Chloor (Cl2) en fluoor (F2) word albei in eksimerlasers gebruik as diep ultraviolet en uiterste ultraviolet (EUV) ligbronne. Albei gasse is giftig, lyk liggroen en het 'n sterk irriterende reuk. Inaseming van hoë konsentrasies van hierdie gas sal tot die dood lei. Fluoorgas kan met water reageer om waterstoffluoriedgas te produseer. Waterstoffluoriedgas is 'n sterk suur wat die vel, oë en asemhalingskanaal irriteer en kan simptome soos brandwonde en moeilike asemhaling veroorsaak. Hoë konsentrasies fluoried kan vergiftiging aan die menslike liggaam veroorsaak, wat simptome soos hoofpyn, braking, diarree en koma veroorsaak.
6. Argon
Argon (Ar) is 'n inerte gas wat gewoonlik nie direkte skade aan die menslike liggaam veroorsaak nie. Onder normale omstandighede bevat die lug wat mense inasem ongeveer 0,93% argon, en hierdie konsentrasie het geen ooglopende uitwerking op die menslike liggaam nie. In sommige gevalle kan argon egter skade aan die menslike liggaam veroorsaak.
Hier is 'n paar moontlike situasies: In 'n beperkte ruimte kan die konsentrasie argon toeneem, wat die suurstofkonsentrasie in die lug verminder en hipoksie veroorsaak. Dit kan simptome soos duiseligheid, moegheid en kortasem veroorsaak. Daarbenewens is argon 'n inerte gas, maar dit kan onder hoë temperatuur of hoë druk ontplof.
7. Neon
Neon (Ne) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie deelneem aan Die neongas is nie betrokke by die menslike respiratoriese proses nie, dus asemhaling van 'n hoë konsentrasie neongas sal hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie is, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan neongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie aan die menslike respiratoriese proses deelneem nie, dus asemhaling van 'n hoë konsentrasie xenongas sal hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie is, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan neongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
9. Kripton gas
Kriptongas (Kr) is 'n stabiele, kleurlose en reuklose gas wat nie aan die menslike respiratoriese proses deelneem nie, so asemhaling van 'n hoë konsentrasie kriptongas sal hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie is, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Boonop kan xenongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak. Asemhaling in 'n omgewing met suurstoftekort kan hipoksie veroorsaak. As jy vir 'n lang tyd in 'n toestand van hipoksie is, kan jy simptome soos hoofpyn, naarheid en braking ervaar. Daarbenewens kan kriptongas met ander stowwe onder hoë temperatuur of hoë druk reageer om brand of ontploffing te veroorsaak.
Oplossings vir die opsporing van gevaarlike gas vir die halfgeleierbedryf
Die halfgeleierbedryf behels die produksie, vervaardiging en proses van vlambare, plofbare, giftige en skadelike gasse. As 'n gebruiker van gasse in halfgeleiervervaardigingsaanlegte, moet elke personeellid die veiligheidsdata van verskeie gevaarlike gasse voor gebruik verstaan, en moet weet hoe om die noodprosedures te hanteer wanneer hierdie gasse lek.
In die produksie, vervaardiging en berging van die halfgeleier-industrie, om die verlies van lewe en eiendom wat veroorsaak word deur die lekkasie van hierdie gevaarlike gasse te vermy, is dit nodig om gasopsporingsinstrumente te installeer om die teikengas op te spoor.
Gasdetektors het noodsaaklike omgewingsmoniteringsinstrumente geword in vandag se halfgeleierbedryf, en is ook die mees direkte moniteringsinstrumente.
Riken Keiki het nog altyd aandag gegee aan die veilige ontwikkeling van die halfgeleiervervaardigingsbedryf, met die missie om 'n veilige werksomgewing vir mense te skep, en het hom daaraan gewy om gassensors te ontwikkel wat geskik is vir die halfgeleierbedryf, wat redelike oplossings bied vir verskeie probleme wat teëgekom word deur gebruikers, en voortdurend produkfunksies op te gradeer en stelsels te optimaliseer.
Pos tyd: Jul-16-2024