Fremstillingen af hvert halvlederprodukt kræver hundredvis af processer. Vi opdeler hele fremstillingsprocessen i otte trin:oblatbearbejdning-oxidation-fotolitografi-ætsning-tyndfilmaflejring-epitaksial vækst-diffusion-ionimplantation.
For at hjælpe dig med at forstå og genkende halvledere og relaterede processer, vil vi skubbe WeChat-artikler i hvert nummer for at introducere hvert af ovenstående trin én efter én.
I den forrige artikel blev det nævnt, at for at beskytteoblataf forskellige urenheder blev der lavet en oxidfilm - oxidationsproces. I dag vil vi diskutere "fotolitografiprocessen" med at fotografere halvlederdesignkredsløbet på waferen med den dannede oxidfilm.
Fotolitografi proces
1. Hvad er fotolitografiproces
Fotolitografi skal lave de kredsløb og funktionelle områder, der kræves til chipproduktion.
Lyset, der udsendes af fotolitografimaskinen, bruges til at eksponere den tynde film belagt med fotoresist gennem en maske med et mønster. Fotoresisten vil ændre sine egenskaber efter at have set lyset, således at mønsteret på masken kopieres til tyndfilmen, så tyndfilmen har funktionen som et elektronisk kredsløbsdiagram. Dette er rollen som fotolitografi, svarende til at tage billeder med et kamera. Billederne taget af kameraet er printet på filmen, mens fotolitografien ikke indgraverer fotos, men kredsløbsdiagrammer og andre elektroniske komponenter.
Fotolitografi er en præcis mikrobearbejdningsteknologi
Konventionel fotolitografi er en proces, der bruger ultraviolet lys med en bølgelængde på 2000 til 4500 ångstrøm som billedinformationsbærer og bruger fotoresist som mellemliggende (billedoptagelse) medium for at opnå transformation, overførsel og behandling af grafik og til sidst transmitterer billedet information til chippen (hovedsageligt siliciumchippen) eller det dielektriske lag.
Det kan siges, at fotolitografi er grundlaget for moderne halvleder-, mikroelektronik- og informationsindustrier, og fotolitografi bestemmer direkte udviklingsniveauet for disse teknologier.
I de mere end 60 år siden den vellykkede opfindelse af integrerede kredsløb i 1959, er linjebredden af dens grafik blevet reduceret med omkring fire størrelsesordener, og kredsløbsintegrationen er blevet forbedret med mere end seks størrelsesordener. Den hurtige udvikling af disse teknologier tilskrives hovedsageligt udviklingen af fotolitografi.
(Krav til fotolitografiteknologi på forskellige stadier af udvikling af integrerede kredsløbsfremstilling)
2. Grundlæggende principper for fotolitografi
Fotolitografimaterialer refererer generelt til fotoresists, også kendt som fotoresists, som er de mest kritiske funktionelle materialer i fotolitografi. Denne type materiale har karakteristika af lys (herunder synligt lys, ultraviolet lys, elektronstråle, etc.) reaktion. Efter fotokemisk reaktion ændres dets opløselighed betydeligt.
Blandt dem øges opløseligheden af positiv fotoresist i fremkalderen, og det opnåede mønster er det samme som masken; negativ fotoresist er det modsatte, det vil sige, at opløseligheden falder eller endda bliver uopløselig efter at være blevet udsat for fremkalderen, og det opnåede mønster er modsat masken. Anvendelsesområderne for de to typer fotoresist er forskellige. Positive fotoresists er mere almindeligt anvendte og tegner sig for mere end 80% af det samlede antal.
Ovenstående er et skematisk diagram af fotolitografiprocessen
(1) Limning: det vil sige dannelse af en fotoresistfilm med ensartet tykkelse, stærk vedhæftning og ingen defekter på siliciumwaferen. For at forbedre vedhæftningen mellem fotoresistfilmen og siliciumwaferen er det ofte nødvendigt først at modificere overfladen af siliciumwaferen med stoffer såsom hexamethyldisilazan (HMDS) og trimethylsilyldiethylamin (TMSDEA). Derefter fremstilles fotoresistfilmen ved spincoating.
(2) Forbagning: Efter spincoating indeholder fotoresistfilmen stadig en vis mængde opløsningsmiddel. Efter bagning ved højere temperatur kan opløsningsmidlet fjernes så lidt som muligt. Efter forbagning reduceres indholdet af fotoresisten til ca. 5%.
(3) Eksponering: Det vil sige, at fotoresisten udsættes for lys. På dette tidspunkt opstår en fotoreaktion, og opløselighedsforskellen mellem den oplyste del og den ikke-oplyste del opstår.
(4) Udvikling & hærdning: Produktet er nedsænket i fremkalderen. På dette tidspunkt vil det eksponerede område af den positive fotoresist og det ikke-eksponerede område af den negative fotoresist opløses i udviklingen. Dette præsenterer et tredimensionelt mønster. Efter udvikling har chippen brug for en højtemperaturbehandlingsproces for at blive en hård film, som hovedsageligt tjener til yderligere at forbedre vedhæftningen af fotoresisten til substratet.
(5) Ætsning: Materialet under fotoresisten er ætset. Det omfatter flydende vådætsning og gasformig tørætsning. For eksempel til vådætsning af silicium anvendes en sur vandig opløsning af flussyre; til vådætsning af kobber anvendes en stærk syreopløsning som salpetersyre og svovlsyre, mens tørætsning ofte bruger plasma- eller højenergi-ionstråler til at beskadige materialets overflade og ætse det.
(6) Degumming: Endelig skal fotoresisten fjernes fra linsens overflade. Dette trin kaldes afgummi.
Sikkerhed er det vigtigste emne i al halvlederproduktion. De vigtigste farlige og skadelige fotolitografigasser i chiplitografiprocessen er som følger:
1. Hydrogenperoxid
Hydrogenperoxid (H2O2) er en stærk oxidant. Direkte kontakt kan forårsage hud- og øjenbetændelse og forbrændinger.
2. Xylen
Xylen er et opløsningsmiddel og fremkalder, der bruges i negativ litografi. Det er brandfarligt og har en lav temperatur på kun 27,3 ℃ (ca. stuetemperatur). Det er eksplosivt, når koncentrationen i luften er 1%-7%. Gentagen kontakt med xylen kan forårsage hudbetændelse. Xylendamp er sød, ligner lugten af flyvemaskine; eksponering for xylen kan forårsage betændelse i øjne, næse og svælg. Indånding af gassen kan forårsage hovedpine, svimmelhed, appetitløshed og træthed.
3. Hexamethyldisilazan (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) bruges mest som et primerlag for at øge vedhæftningen af fotoresist på produktets overflade. Det er brandfarligt og har et flammepunkt på 6,7°C. Det er eksplosivt, når koncentrationen i luften er 0,8%-16%. HMDS reagerer kraftigt med vand, alkohol og mineralsyrer for at frigive ammoniak.
4. Tetramethylammoniumhydroxid
Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) bruges i vid udstrækning som fremkalder til positiv litografi. Det er giftigt og ætsende. Det kan være dødeligt, hvis det sluges eller kommer i direkte kontakt med huden. Kontakt med TMAH støv eller tåge kan forårsage betændelse i øjne, hud, næse og svælg. Indånding af høje koncentrationer af TMAH vil føre til døden.
5. Klor og fluor
Klor (Cl2) og fluor (F2) bruges begge i excimer-lasere som dybe ultraviolette og ekstreme ultraviolette (EUV) lyskilder. Begge gasser er giftige, virker lysegrønne og har en stærk irriterende lugt. Indånding af høje koncentrationer af denne gas vil føre til døden. Fluorgas kan reagere med vand og danne hydrogenfluoridgas. Hydrogenfluoridgas er en stærk syre, der irriterer hud, øjne og luftveje og kan forårsage symptomer som forbrændinger og åndedrætsbesvær. Høje koncentrationer af fluor kan forårsage forgiftning af den menneskelige krop og forårsage symptomer som hovedpine, opkastning, diarré og koma.
6. Argon
Argon (Ar) er en inert gas, der normalt ikke forårsager direkte skade på menneskekroppen. Under normale omstændigheder indeholder den luft, folk indånder, omkring 0,93 % argon, og denne koncentration har ingen åbenlys effekt på den menneskelige krop. Men i nogle tilfælde kan argon forårsage skade på den menneskelige krop.
Her er nogle mulige situationer: I et lukket rum kan koncentrationen af argon stige og derved reducere iltkoncentrationen i luften og forårsage hypoxi. Dette kan forårsage symptomer som svimmelhed, træthed og åndenød. Derudover er argon en inert gas, men den kan eksplodere under høj temperatur eller højt tryk.
7. Neon
Neon (Ne) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, der ikke deltager i Neongassen er ikke involveret i den menneskelige respirationsproces, så indånding af en høj koncentration af neongas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan neongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, som ikke deltager i den menneskelige respirationsproces, så indånding af en høj koncentration af xenongas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan neongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
9. Krypton gas
Krypton gas (Kr) er en stabil, farveløs og lugtfri gas, der ikke deltager i den menneskelige respirationsproces, så indånding af en høj koncentration af krypton gas vil forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan xenongas reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion. Vejrtrækning i et miljø med iltmangel kan forårsage hypoxi. Hvis du er i en tilstand af hypoxi i længere tid, kan du opleve symptomer som hovedpine, kvalme og opkastning. Derudover kan kryptongassen reagere med andre stoffer under høj temperatur eller højt tryk og forårsage brand eller eksplosion.
Løsninger til detektion af farlige gasser til halvlederindustrien
Halvlederindustrien involverer produktion, fremstilling og proces af brændbare, eksplosive, giftige og skadelige gasser. Som bruger af gasser i halvlederfabrikker bør enhver medarbejder forstå sikkerhedsdataene for forskellige farlige gasser før brug og bør vide, hvordan man håndterer nødprocedurerne, når disse gasser lækker.
Ved produktion, fremstilling og opbevaring af halvlederindustrien er det nødvendigt at installere gasdetektionsinstrumenter for at detektere målgassen for at undgå tab af liv og ejendom forårsaget af lækage af disse farlige gasser.
Gasdetektorer er blevet væsentlige miljøovervågningsinstrumenter i nutidens halvlederindustri og er også de mest direkte overvågningsværktøjer.
Riken Keiki har altid været opmærksom på sikker udvikling af halvlederfremstillingsindustrien med missionen om at skabe et sikkert arbejdsmiljø for mennesker, og har helliget sig at udvikle gassensorer, der egner sig til halvlederindustrien, hvilket giver rimelige løsninger på forskellige problemer, som man støder på. brugere, og løbende opgradering af produktfunktioner og optimering af systemer.
Indlægstid: 16-jul-2024