La fabricació de cada producte semiconductor requereix centenars de processos. Dividim tot el procés de fabricació en vuit passos:hòstiaprocessament-oxidació-fotolitografia-gravat-deposició de pel·lícula fina-creixement epitaxial-difusió-implantació d'ions.
Per ajudar-vos a entendre i reconèixer els semiconductors i els processos relacionats, impulsarem els articles de WeChat a cada número per introduir cadascun dels passos anteriors un per un.
En l'article anterior, s'esmentava que per protegir elhòstiaa partir de diverses impureses, es va fer una pel·lícula d'òxid: procés d'oxidació. Avui parlarem del "procés de fotolitografia" de fotografiar el circuit de disseny de semiconductors a l'hòstia amb la pel·lícula d'òxid formada.
Procés de fotolitografia
1. Què és el procés de fotolitografia
La fotolitografia consisteix a fer els circuits i les àrees funcionals necessàries per a la producció de xips.
La llum emesa per la màquina de fotolitografia s'utilitza per exposar la pel·lícula fina recoberta de fotoresist a través d'una màscara amb un patró. El fotoresistent canviarà les seves propietats després de veure la llum, de manera que el patró de la màscara es copia a la pel·lícula fina, de manera que la pel·lícula prima tingui la funció d'un diagrama de circuit electrònic. Aquest és el paper de la fotolitografia, semblant a fer fotos amb una càmera. Les fotografies fetes per la càmera s'imprimeixen a la pel·lícula, mentre que la fotolitografia no grava fotos, sinó esquemes de circuits i altres components electrònics.
La fotolitografia és una tecnologia de micromecanitzat precisa
La fotolitografia convencional és un procés que utilitza llum ultraviolada amb una longitud d'ona de 2000 a 4500 angstroms com a portador d'informació d'imatge, i utilitza fotoresist com a mitjà intermedi (enregistrament d'imatges) per aconseguir la transformació, transferència i processament de gràfics, i finalment transmet la imatge. informació al xip (principalment xip de silici) o a la capa dielèctrica.
Es pot dir que la fotolitografia és la base de les indústries modernes de semiconductors, microelectrònica i informació, i la fotolitografia determina directament el nivell de desenvolupament d'aquestes tecnologies.
En els més de 60 anys des de la invenció reeixida dels circuits integrats el 1959, l'amplada de línia dels seus gràfics s'ha reduït en uns quatre ordres de magnitud i la integració del circuit s'ha millorat en més de sis ordres de magnitud. El ràpid progrés d'aquestes tecnologies s'atribueix principalment al desenvolupament de la fotolitografia.
(Requisits per a la tecnologia de fotolitografia en les diferents etapes de desenvolupament de la fabricació de circuits integrats)
2. Principis bàsics de la fotolitografia
Els materials de fotolitografia generalment es refereixen a fotoresists, també coneguts com a fotoresists, que són els materials funcionals més crítics en fotolitografia. Aquest tipus de material té les característiques de la reacció de la llum (incloent la llum visible, la llum ultraviolada, el feix d'electrons, etc.). Després de la reacció fotoquímica, la seva solubilitat canvia significativament.
Entre ells, augmenta la solubilitat de la fotoresist positiva en el revelador i el patró obtingut és el mateix que la màscara; El fotoresist negatiu és el contrari, és a dir, la solubilitat disminueix o fins i tot es torna insoluble després d'haver estat exposat al revelador, i el patró obtingut és oposat a la màscara. Els camps d'aplicació dels dos tipus de fotoresistències són diferents. Les fotoresistències positives s'utilitzen més habitualment, que representen més del 80% del total.
L'anterior és un diagrama esquemàtic del procés de fotolitografia
(1) Encolat:
És a dir, formant una pel·lícula fotoresistent amb un gruix uniforme, una forta adherència i sense defectes a la hòstia de silici. Per millorar l'adhesió entre la pel·lícula fotoresistent i la hòstia de silici, sovint és necessari modificar primer la superfície de l'hòstia de silici amb substàncies com l'hexametildisilasà (HMDS) i la trimetilsilildietilamina (TMSDEA). A continuació, la pel·lícula fotoresistent es prepara mitjançant un recobriment giratori.
(2) Cocció prèvia:
Després del recobriment giratori, la pel·lícula fotoresistent encara conté una certa quantitat de dissolvent. Després de coure a una temperatura més alta, el dissolvent es pot eliminar el menys possible. Després de la cocció prèvia, el contingut de la fotoresist es redueix a un 5%.
(3) Exposició:
És a dir, el fotoresistent està exposat a la llum. En aquest moment, es produeix una fotoreacció i es produeix la diferència de solubilitat entre la part il·luminada i la part no il·luminada.
(4) Desenvolupament i enduriment:
El producte està immers en el desenvolupador. En aquest moment, l'àrea exposada del fotoresist positiu i l'àrea no exposada del fotoresist negatiu es dissoldran en el desenvolupament. Això presenta un patró tridimensional. Després del desenvolupament, el xip necessita un procés de tractament a alta temperatura per convertir-se en una pel·lícula dura, que serveix principalment per millorar encara més l'adhesió del fotoresistent al substrat.
(5) Gravat:
El material sota la fotoresist està gravat. Inclou gravat líquid humit i gravat en sec gasós. Per exemple, per al gravat humit del silici, s'utilitza una solució aquosa àcida d'àcid fluorhídric; per al gravat humit del coure, s'utilitza una solució àcida forta com l'àcid nítric i l'àcid sulfúric, mentre que el gravat en sec sovint utilitza plasma o feixos d'ions d'alta energia per danyar la superfície del material i gravar-lo.
(6) Desgomat:
Finalment, cal eliminar el fotoresistent de la superfície de la lent. Aquest pas s'anomena desgomat.
La seguretat és el tema més important en tota la producció de semiconductors. Els principals gasos de fotolitografia perillosos i nocius en el procés de litografia de xips són els següents:
1. Peròxid d'hidrogen
El peròxid d'hidrogen (H2O2) és un fort oxidant. El contacte directe pot causar inflamació i cremades de la pell i els ulls.
2. Xilè
El xilè és un dissolvent i revelador utilitzat en la litografia negativa. És inflamable i té una temperatura baixa de només 27,3 ℃ (aproximadament la temperatura ambient). És explosiu quan la concentració a l'aire és de l'1%-7%. El contacte repetit amb xileno pot causar inflamació de la pell. El vapor de xilè és dolç, semblant a l'olor de l'adherència d'un avió; l'exposició al xileno pot causar inflamació dels ulls, el nas i la gola. La inhalació del gas pot provocar mals de cap, marejos, pèrdua de gana i fatiga.
3. Hexametildisilasà (HMDS)
L'hexametildisilasà (HMDS) s'utilitza més habitualment com a capa d'imprimació per augmentar l'adhesió del fotoresist a la superfície del producte. És inflamable i té un punt d'inflamació de 6,7 °C. És explosiu quan la concentració a l'aire és del 0,8% al 16%. HMDS reacciona fortament amb aigua, alcohol i àcids minerals per alliberar amoníac.
4. Hidròxid de tetrametilamoni
L'hidròxid de tetrametilamoni (TMAH) s'utilitza àmpliament com a revelador per a la litografia positiva. És tòxic i corrosiu. Pot ser mortal si s'empassa o en contacte directe amb la pell. El contacte amb la pols o la boira de TMAH pot causar inflamació dels ulls, la pell, el nas i la gola. La inhalació d'altes concentracions de TMAH conduirà a la mort.
5. Clor i fluor
El clor (Cl2) i el fluor (F2) s'utilitzen en làsers excímers com a fonts de llum ultraviolada profunda i ultraviolada extrema (EUV). Tots dos gasos són tòxics, semblen de color verd clar i tenen una forta olor irritant. La inhalació d'eleves concentracions d'aquest gas provocarà la mort. El gas fluor pot reaccionar amb l'aigua per produir fluorur d'hidrogen gasós. El fluorur d'hidrogen gas és un àcid fort que irrita la pell, els ulls i les vies respiratòries i pot provocar símptomes com cremades i dificultat per respirar. Les concentracions elevades de fluor poden causar intoxicació al cos humà, causant símptomes com mals de cap, vòmits, diarrea i coma.
6. Argó
L'argó (Ar) és un gas inert que normalment no causa danys directes al cos humà. En circumstàncies normals, l'aire que respiren conté aproximadament un 0,93% d'argó, i aquesta concentració no té cap efecte evident sobre el cos humà. Tanmateix, en alguns casos, l'argó pot causar danys al cos humà.
Aquestes són algunes de les situacions possibles: En un espai confinat, la concentració d'argó pot augmentar, reduint així la concentració d'oxigen a l'aire i provocant hipòxia. Això pot causar símptomes com mareig, fatiga i dificultat per respirar. A més, l'argó és un gas inert, però pot explotar a alta temperatura o alta pressió.
7. Neó
El neó (Ne) és un gas estable, incolor i inodor que no participa El gas de neó no està implicat en el procés respiratori humà, de manera que respirar una alta concentració de gas de neó provocarà hipòxia. Si estàs en un estat d'hipòxia durant molt de temps, pots experimentar símptomes com mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas de neó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió per provocar incendi o explosió.
8. Gas xenó
El gas xenó (Xe) és un gas estable, incolor i inodor que no participa en el procés respiratori humà, de manera que respirar una alta concentració de gas xenó provocarà hipòxia. Si estàs en un estat d'hipòxia durant molt de temps, pots experimentar símptomes com mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas de neó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió per provocar incendi o explosió.
9. Gas criptó
El gas criptó (Kr) és un gas estable, incolor i inodor que no participa en el procés respiratori humà, de manera que respirar una concentració elevada de gas criptó provocarà hipòxia. Si estàs en un estat d'hipòxia durant molt de temps, pots experimentar símptomes com mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas xenó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió per provocar incendi o explosió. Respirar en un ambient amb privació d'oxigen pot provocar hipòxia. Si estàs en un estat d'hipòxia durant molt de temps, pots experimentar símptomes com mal de cap, nàusees i vòmits. A més, el gas criptó pot reaccionar amb altres substàncies a alta temperatura o alta pressió per provocar incendi o explosió.
Solucions de detecció de gasos perillosos per a la indústria dels semiconductors
La indústria dels semiconductors implica la producció, la fabricació i el procés de gasos inflamables, explosius, tòxics i nocius. Com a usuari de gasos a les plantes de fabricació de semiconductors, cada membre del personal ha d'entendre les dades de seguretat de diversos gasos perillosos abans d'utilitzar-los i ha de saber com fer front als procediments d'emergència quan aquests gasos es filtren.
En la producció, fabricació i emmagatzematge de la indústria dels semiconductors, per evitar la pèrdua de vides i propietats causades per la fuita d'aquests gasos perillosos, cal instal·lar instruments de detecció de gasos per detectar el gas objectiu.
Els detectors de gas s'han convertit en instruments essencials de monitorització ambiental en la indústria actual dels semiconductors, i també són les eines de monitoratge més directes.
Riken Keiki sempre ha prestat atenció al desenvolupament segur de la indústria de fabricació de semiconductors, amb la missió de crear un entorn de treball segur per a les persones, i s'ha dedicat a desenvolupar sensors de gas adequats per a la indústria de semiconductors, proporcionant solucions raonables per a diversos problemes que es troben. usuaris, i actualitzar contínuament les funcions del producte i optimitzar els sistemes.
Hora de publicació: 16-jul-2024