Η κατασκευή κάθε προϊόντος ημιαγωγών απαιτεί εκατοντάδες διαδικασίες. Χωρίζουμε ολόκληρη τη διαδικασία παραγωγής σε οκτώ βήματα:όστιαεπεξεργασία-οξείδωση-φωτολιθογραφία-χαλκογραφία-απόθεση λεπτής μεμβράνης-επιταξιακή ανάπτυξη-διάχυση-εμφύτευση ιόντων.
Για να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε και να αναγνωρίσετε τους ημιαγωγούς και τις σχετικές διεργασίες, θα προωθήσουμε τα άρθρα του WeChat σε κάθε τεύχος για να εισάγουμε καθένα από τα παραπάνω βήματα ένα προς ένα.
Στο προηγούμενο άρθρο αναφέρθηκε ότι για την προστασία τουόστιααπό διάφορες ακαθαρσίες, κατασκευάστηκε ένα φιλμ οξειδίου -- διαδικασία οξείδωσης. Σήμερα θα συζητήσουμε τη «διαδικασία φωτολιθογραφίας» της φωτογράφησης του κυκλώματος σχεδίασης ημιαγωγών στη γκοφρέτα με το φιλμ οξειδίου που σχηματίζεται.
Διαδικασία φωτολιθογραφίας
1. Τι είναι η διαδικασία φωτολιθογραφίας
Η φωτολιθογραφία είναι η κατασκευή των κυκλωμάτων και των λειτουργικών περιοχών που απαιτούνται για την παραγωγή τσιπ.
Το φως που εκπέμπεται από το μηχάνημα φωτολιθογραφίας χρησιμοποιείται για την έκθεση του λεπτού φιλμ επικαλυμμένου με φωτοανθεκτικό μέσω μιας μάσκας με σχέδιο. Το φωτοανθεκτικό θα αλλάξει τις ιδιότητές του αφού δει το φως, έτσι ώστε το σχέδιο στη μάσκα να αντιγραφεί στο λεπτό φιλμ, έτσι ώστε το λεπτό φιλμ να έχει τη λειτουργία ενός διαγράμματος ηλεκτρονικού κυκλώματος. Αυτός είναι ο ρόλος της φωτολιθογραφίας, παρόμοιος με τη λήψη φωτογραφιών με κάμερα. Οι φωτογραφίες που τράβηξε η κάμερα εκτυπώνονται στο φιλμ, ενώ η φωτολιθογραφία δεν χαράζει φωτογραφίες, αλλά διαγράμματα κυκλωμάτων και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Η φωτολιθογραφία είναι μια ακριβής τεχνολογία μικροκατεργασίας
Η συμβατική φωτολιθογραφία είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί υπεριώδες φως με μήκος κύματος 2000 έως 4500 angstroms ως φορέα πληροφοριών εικόνας και χρησιμοποιεί φωτοανθεκτικό ως ενδιάμεσο μέσο (εγγραφή εικόνας) για να επιτύχει τον μετασχηματισμό, τη μεταφορά και την επεξεργασία των γραφικών και τελικά μεταδίδει την εικόνα πληροφορίες στο τσιπ (κυρίως τσιπ πυριτίου) ή στο διηλεκτρικό στρώμα.
Μπορούμε να πούμε ότι η φωτολιθογραφία είναι το θεμέλιο των σύγχρονων βιομηχανιών ημιαγωγών, μικροηλεκτρονικών και πληροφοριών, και η φωτολιθογραφία καθορίζει άμεσα το επίπεδο ανάπτυξης αυτών των τεχνολογιών.
Στα περισσότερα από 60 χρόνια από την επιτυχημένη εφεύρεση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων το 1959, το πλάτος γραμμής των γραφικών του έχει μειωθεί κατά περίπου τέσσερις τάξεις μεγέθους και η ολοκλήρωση του κυκλώματος έχει βελτιωθεί κατά περισσότερες από έξι τάξεις μεγέθους. Η ραγδαία πρόοδος αυτών των τεχνολογιών αποδίδεται κυρίως στην ανάπτυξη της φωτολιθογραφίας.
(Απαιτήσεις για τεχνολογία φωτολιθογραφίας σε διάφορα στάδια ανάπτυξης της κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων)
2. Βασικές αρχές φωτολιθογραφίας
Τα υλικά φωτολιθογραφίας αναφέρονται γενικά σε φωτοανθεκτικά, γνωστά και ως φωτοανθεκτικά, τα οποία είναι τα πιο κρίσιμα λειτουργικά υλικά στη φωτολιθογραφία. Αυτός ο τύπος υλικού έχει τα χαρακτηριστικά αντίδρασης φωτός (συμπεριλαμβανομένου του ορατού φωτός, του υπεριώδους φωτός, της δέσμης ηλεκτρονίων κ.λπ.). Μετά τη φωτοχημική αντίδραση, η διαλυτότητά του αλλάζει σημαντικά.
Μεταξύ αυτών, η διαλυτότητα του θετικού φωτοανθεκτικού στον προγραμματιστή αυξάνεται και το μοτίβο που προκύπτει είναι το ίδιο με τη μάσκα. Το αρνητικό φωτοανθεκτικό είναι το αντίθετο, δηλαδή, η διαλυτότητα μειώνεται ή ακόμη και γίνεται αδιάλυτη μετά την έκθεση στον προγραμματιστή και το μοτίβο που προκύπτει είναι αντίθετο από τη μάσκα. Τα πεδία εφαρμογής των δύο τύπων φωτοανθεκτικών είναι διαφορετικά. Τα θετικά φωτοανθεκτικά χρησιμοποιούνται συχνότερα, που αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 80% του συνόλου.
Τα παραπάνω είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της διαδικασίας φωτολιθογραφίας
(1) Κόλληση:
Σχηματίζοντας δηλαδή ένα φωτοανθεκτικό φιλμ με ομοιόμορφο πάχος, ισχυρή πρόσφυση και χωρίς ελαττώματα στη γκοφρέτα πυριτίου. Προκειμένου να ενισχυθεί η πρόσφυση μεταξύ του φιλμ φωτοανθεκτικού και του πλακιδίου πυριτίου, είναι συχνά απαραίτητο να τροποποιηθεί πρώτα η επιφάνεια του πλακιδίου πυριτίου με ουσίες όπως εξαμεθυλδισιλαζάνη (HMDS) και τριμεθυλσιλυλδιαιθυλαμίνη (TMSDEA). Στη συνέχεια, το φωτοανθεκτικό φιλμ παρασκευάζεται με επίστρωση περιστροφής.
(2) Προψήσιμο:
Μετά την επίστρωση περιστροφής, το φωτοανθεκτικό φιλμ εξακολουθεί να περιέχει μια ορισμένη ποσότητα διαλύτη. Μετά το ψήσιμο σε υψηλότερη θερμοκρασία, ο διαλύτης μπορεί να αφαιρεθεί όσο το δυνατόν λιγότερο. Μετά το προψήσιμο, η περιεκτικότητα του φωτοανθεκτικού μειώνεται σε περίπου 5%.
(3) Έκθεση:
Δηλαδή, το φωτοανθεκτικό εκτίθεται στο φως. Αυτή τη στιγμή, εμφανίζεται μια φωτοαντίδραση και εμφανίζεται η διαφορά διαλυτότητας μεταξύ του φωτισμένου τμήματος και του μη φωτισμένου μέρους.
(4) Ανάπτυξη και σκλήρυνση:
Το προϊόν είναι βυθισμένο στον προγραμματιστή. Αυτή τη στιγμή, η εκτεθειμένη περιοχή του θετικού φωτοανθεκτικού και η μη εκτεθειμένη περιοχή του αρνητικού φωτοανθεκτικού θα διαλυθούν στην ανάπτυξη. Αυτό παρουσιάζει ένα τρισδιάστατο μοτίβο. Μετά την ανάπτυξη, το τσιπ χρειάζεται μια διαδικασία επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας για να γίνει σκληρό φιλμ, το οποίο κυρίως χρησιμεύει για την περαιτέρω ενίσχυση της πρόσφυσης του φωτοανθεκτικού στο υπόστρωμα.
(5) Χαλκογραφία:
Το υλικό κάτω από το φωτοαντίστατο είναι χαραγμένο. Περιλαμβάνει υγρή υγρή χάραξη και αέρια ξηρή χάραξη. Για παράδειγμα, για υγρή χάραξη πυριτίου, χρησιμοποιείται ένα όξινο υδατικό διάλυμα υδροφθορικού οξέος. για την υγρή χάραξη του χαλκού, χρησιμοποιείται ένα ισχυρό όξινο διάλυμα όπως νιτρικό οξύ και θειικό οξύ, ενώ η ξηρή χάραξη χρησιμοποιεί συχνά δέσμες ιόντων πλάσματος ή υψηλής ενέργειας για να βλάψει την επιφάνεια του υλικού και να το χαράξει.
(6) Αποκομμωτική:
Τέλος, το φωτοανθεκτικό πρέπει να αφαιρεθεί από την επιφάνεια του φακού. Αυτό το βήμα ονομάζεται αποκομμίωση.
Η ασφάλεια είναι το πιο σημαντικό ζήτημα σε όλη την παραγωγή ημιαγωγών. Τα κύρια επικίνδυνα και επιβλαβή αέρια φωτολιθογραφίας στη διαδικασία λιθογραφίας με τσιπ είναι τα εξής:
1. Υπεροξείδιο του υδρογόνου
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό. Η άμεση επαφή μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή του δέρματος και των ματιών και εγκαύματα.
2. Ξυλόλιο
Το ξυλόλιο είναι ένας διαλύτης και παράγοντας ανάπτυξης που χρησιμοποιείται στην αρνητική λιθογραφία. Είναι εύφλεκτο και έχει χαμηλή θερμοκρασία μόνο 27,3℃ (περίπου θερμοκρασία δωματίου). Είναι εκρηκτικό όταν η συγκέντρωση στον αέρα είναι 1%-7%. Η επανειλημμένη επαφή με το ξυλόλιο μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή του δέρματος. Ο ατμός ξυλενίου είναι γλυκός, παρόμοιος με τη μυρωδιά του αεροπλάνου. η έκθεση στο ξυλόλιο μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή των ματιών, της μύτης και του λαιμού. Η εισπνοή του αερίου μπορεί να προκαλέσει πονοκεφάλους, ζάλη, απώλεια όρεξης και κόπωση.
3. Εξαμεθυλδισιλαζάνη (HMDS)
Το εξαμεθυλδισιλαζάνιο (HMDS) χρησιμοποιείται συνήθως ως στρώση ασταριού για την αύξηση της πρόσφυσης του φωτοανθεκτικού στην επιφάνεια του προϊόντος. Είναι εύφλεκτο και έχει σημείο ανάφλεξης 6,7°C. Είναι εκρηκτικό όταν η συγκέντρωση στον αέρα είναι 0,8%-16%. Το HMDS αντιδρά έντονα με το νερό, το αλκοόλ και τα μεταλλικά οξέα για να απελευθερώσει αμμωνία.
4. Υδροξείδιο τετραμεθυλαμμωνίου
Το υδροξείδιο τετραμεθυλαμμωνίου (TMAH) χρησιμοποιείται ευρέως ως παράγοντας ανάπτυξης για θετική λιθογραφία. Είναι τοξικό και διαβρωτικό. Μπορεί να είναι θανατηφόρο σε περίπτωση κατάποσης ή σε άμεση επαφή με το δέρμα. Η επαφή με σκόνη ή ομίχλη TMAH μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή των ματιών, του δέρματος, της μύτης και του λαιμού. Η εισπνοή υψηλών συγκεντρώσεων TMAH θα οδηγήσει σε θάνατο.
5. Χλώριο και φθόριο
Το χλώριο (Cl2) και το φθόριο (F2) χρησιμοποιούνται και τα δύο σε λέιζερ excimer ως πηγές φωτός βαθιάς υπεριώδους και ακραίας υπεριώδους (EUV). Και τα δύο αέρια είναι τοξικά, φαίνονται ανοιχτό πράσινο και έχουν έντονη ερεθιστική οσμή. Η εισπνοή υψηλών συγκεντρώσεων αυτού του αερίου θα οδηγήσει σε θάνατο. Το αέριο φθόριο μπορεί να αντιδράσει με το νερό για να παράγει αέριο υδροφθόριο. Το αέριο υδροφθόριο είναι ένα ισχυρό οξύ που ερεθίζει το δέρμα, τα μάτια και την αναπνευστική οδό και μπορεί να προκαλέσει συμπτώματα όπως εγκαύματα και δυσκολία στην αναπνοή. Οι υψηλές συγκεντρώσεις φθορίου μπορεί να προκαλέσουν δηλητηρίαση στο ανθρώπινο σώμα, προκαλώντας συμπτώματα όπως πονοκεφάλους, έμετο, διάρροια και κώμα.
6. Αργόν
Το αργό (Ar) είναι ένα αδρανές αέριο που συνήθως δεν προκαλεί άμεση βλάβη στο ανθρώπινο σώμα. Υπό κανονικές συνθήκες, ο αέρας που αναπνέουν οι άνθρωποι περιέχει περίπου 0,93% αργό και αυτή η συγκέντρωση δεν έχει εμφανή επίδραση στο ανθρώπινο σώμα. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, το αργό μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο ανθρώπινο σώμα.
Εδώ είναι μερικές πιθανές καταστάσεις: Σε έναν περιορισμένο χώρο, η συγκέντρωση αργού μπορεί να αυξηθεί, μειώνοντας έτσι τη συγκέντρωση οξυγόνου στον αέρα και προκαλώντας υποξία. Αυτό μπορεί να προκαλέσει συμπτώματα όπως ζάλη, κόπωση και δύσπνοια. Επιπλέον, το αργό είναι ένα αδρανές αέριο, αλλά μπορεί να εκραγεί υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση.
7. Νέον
Το νέον (Ne) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στο αέριο νέον δεν εμπλέκεται στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η αναπνοή σε υψηλή συγκέντρωση αερίου νέον θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο νέον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση για να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
8. Αέριο ξένον
Το αέριο Xenon (Xe) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η αναπνοή σε υψηλή συγκέντρωση αερίου xenon θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο νέον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση για να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
9. Αέριο κρυπτόν
Το αέριο κρυπτόν (Kr) είναι ένα σταθερό, άχρωμο και άοσμο αέριο που δεν συμμετέχει στην ανθρώπινη αναπνευστική διαδικασία, επομένως η αναπνοή σε υψηλή συγκέντρωση αερίου κρυπτόν θα προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο ξένον μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση για να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη. Η αναπνοή σε περιβάλλον με στέρηση οξυγόνου μπορεί να προκαλέσει υποξία. Εάν βρίσκεστε σε κατάσταση υποξίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να εμφανίσετε συμπτώματα όπως πονοκέφαλο, ναυτία και έμετο. Επιπλέον, το αέριο κρυπτόν μπορεί να αντιδράσει με άλλες ουσίες υπό υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πίεση για να προκαλέσει πυρκαγιά ή έκρηξη.
Λύσεις ανίχνευσης επικίνδυνων αερίων για τη βιομηχανία ημιαγωγών
Η βιομηχανία ημιαγωγών περιλαμβάνει την παραγωγή, την κατασκευή και τη διαδικασία εύφλεκτων, εκρηκτικών, τοξικών και επιβλαβών αερίων. Ως χρήστης αερίων σε μονάδες παραγωγής ημιαγωγών, κάθε μέλος του προσωπικού θα πρέπει να κατανοεί τα δεδομένα ασφάλειας των διαφόρων επικίνδυνων αερίων πριν από τη χρήση και να γνωρίζει πώς να αντιμετωπίζει τις διαδικασίες έκτακτης ανάγκης όταν αυτά τα αέρια διαρρέουν.
Στην παραγωγή, κατασκευή και αποθήκευση της βιομηχανίας ημιαγωγών, προκειμένου να αποφευχθεί η απώλεια ζωής και περιουσίας που προκαλείται από τη διαρροή αυτών των επικίνδυνων αερίων, είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν όργανα ανίχνευσης αερίων για την ανίχνευση του αερίου στόχου.
Οι ανιχνευτές αερίων έχουν γίνει απαραίτητα όργανα περιβαλλοντικής παρακολούθησης στη σημερινή βιομηχανία ημιαγωγών και είναι επίσης τα πιο άμεσο εργαλεία παρακολούθησης.
Ο Riken Keiki έδινε πάντα προσοχή στην ασφαλή ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών, με αποστολή τη δημιουργία ενός ασφαλούς εργασιακού περιβάλλοντος για τους ανθρώπους, και αφοσιώθηκε στην ανάπτυξη αισθητήρων αερίων κατάλληλων για τη βιομηχανία ημιαγωγών, παρέχοντας λογικές λύσεις για διάφορα προβλήματα που αντιμετωπίζουν χρήστες, και συνεχής αναβάθμιση των λειτουργιών του προϊόντος και βελτιστοποίηση συστημάτων.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-16-2024