La fabricación de cada producto semiconductor requiere cientos de procesos. Dividimos todo el proceso de fabricación en ocho pasos:obleaprocesamiento-oxidación-fotolitografía-grabado-deposición de película delgada-crecimiento epitaxial-difusión-implantación de iones.
Para ayudarlo a comprender y reconocer los semiconductores y los procesos relacionados, publicaremos artículos de WeChat en cada número para presentar cada uno de los pasos anteriores uno por uno.
En el artículo anterior se mencionó que para proteger laobleaa partir de diversas impurezas se formó una película de óxido: proceso de oxidación. Hoy discutiremos el "proceso de fotolitografía" de fotografiar el circuito de diseño del semiconductor en la oblea con la película de óxido formada.
Proceso de fotolitografía
1. ¿Qué es el proceso de fotolitografía?
La fotolitografía consiste en realizar los circuitos y áreas funcionales necesarios para la producción de chips.
La luz emitida por la máquina de fotolitografía se utiliza para exponer la fina película recubierta con fotorresistente a través de una máscara con un patrón. El fotorresistente cambiará sus propiedades después de ver la luz, de modo que el patrón de la máscara se copie en la película delgada, de modo que la película delgada tenga la función de un diagrama de circuito electrónico. Ésta es la función de la fotolitografía, similar a tomar fotografías con una cámara. Las fotografías tomadas por la cámara se imprimen en la película, mientras que la fotolitografía no graba fotografías, sino diagramas de circuitos y otros componentes electrónicos.
La fotolitografía es una tecnología de micromecanizado precisa
La fotolitografía convencional es un proceso que utiliza luz ultravioleta con una longitud de onda de 2000 a 4500 angstroms como portador de información de la imagen, y utiliza fotoprotector como medio intermedio (grabación de imágenes) para lograr la transformación, transferencia y procesamiento de gráficos, y finalmente transmite la imagen. información al chip (principalmente chip de silicio) o capa dieléctrica.
Se puede decir que la fotolitografía es la base de las industrias modernas de semiconductores, microelectrónica e información, y la fotolitografía determina directamente el nivel de desarrollo de estas tecnologías.
En los más de 60 años transcurridos desde la exitosa invención de los circuitos integrados en 1959, el ancho de línea de sus gráficos se ha reducido en aproximadamente cuatro órdenes de magnitud y la integración del circuito se ha mejorado en más de seis órdenes de magnitud. El rápido progreso de estas tecnologías se atribuye principalmente al desarrollo de la fotolitografía.
(Requisitos para la tecnología de fotolitografía en diversas etapas de desarrollo de la fabricación de circuitos integrados)
2. Principios básicos de la fotolitografía.
Los materiales de fotolitografía generalmente se refieren a fotorresistentes, también conocidos como fotorresistentes, que son los materiales funcionales más críticos en fotolitografía. Este tipo de material tiene las características de reacción de la luz (incluida la luz visible, la luz ultravioleta, el haz de electrones, etc.). Después de la reacción fotoquímica, su solubilidad cambia significativamente.
Entre ellos, la solubilidad del fotoprotector positivo en el revelador aumenta y el patrón obtenido es el mismo que el de la máscara; El fotoprotector negativo es lo contrario, es decir, la solubilidad disminuye o incluso se vuelve insoluble después de ser expuesto al revelador, y el patrón obtenido es opuesto al de la máscara. Los campos de aplicación de los dos tipos de fotoprotectores son diferentes. Los fotorresistentes positivos son los más utilizados y representan más del 80% del total.
Lo anterior es un diagrama esquemático del proceso de fotolitografía.
(1) Pegado: es decir, formar una película fotorresistente con espesor uniforme, fuerte adhesión y sin defectos en la oblea de silicio. Para mejorar la adhesión entre la película fotorresistente y la oblea de silicio, a menudo es necesario modificar primero la superficie de la oblea de silicio con sustancias como hexametildisilazano (HMDS) y trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Luego, la película fotorresistente se prepara mediante recubrimiento por rotación.
(2) Precocido: después del recubrimiento por centrifugación, la película fotorresistente todavía contiene una cierta cantidad de solvente. Después de hornear a una temperatura más alta, el disolvente se puede eliminar lo menos posible. Después del horneado previo, el contenido de fotorresistente se reduce a aproximadamente el 5%.
(3) Exposición: es decir, el fotoprotector se expone a la luz. En este momento, se produce una fotorreacción y se produce la diferencia de solubilidad entre la parte iluminada y la parte no iluminada.
(4) Desarrollo y endurecimiento: El producto se sumerge en el revelador. En este momento, el área expuesta del fotorresistente positivo y el área no expuesta del fotorresistente negativo se disolverán en el revelado. Esto presenta un patrón tridimensional. Después del revelado, el chip necesita un proceso de tratamiento a alta temperatura para convertirse en una película dura, que sirve principalmente para mejorar aún más la adhesión del fotoprotector al sustrato.
(5) Grabado: se graba el material debajo del fotorresistente. Incluye grabado húmedo líquido y grabado seco gaseoso. Por ejemplo, para el grabado húmedo de silicio, se utiliza una solución acuosa ácida de ácido fluorhídrico; para el grabado húmedo de cobre, se utiliza una solución ácida fuerte como ácido nítrico y ácido sulfúrico, mientras que el grabado seco a menudo utiliza plasma o haces de iones de alta energía para dañar la superficie del material y grabarlo.
(6) Desgomado: Finalmente, es necesario retirar el fotorresistente de la superficie de la lente. Este paso se llama desgomado.
La seguridad es el tema más importante en toda la producción de semiconductores. Los principales gases de fotolitografía peligrosos y dañinos en el proceso de litografía con chips son los siguientes:
1. peróxido de hidrógeno
El peróxido de hidrógeno (H2O2) es un oxidante fuerte. El contacto directo puede causar inflamación y quemaduras en la piel y los ojos.
2. xileno
El xileno es un disolvente y revelador utilizado en litografía negativa. Es inflamable y tiene una temperatura baja de sólo 27,3 ℃ (aproximadamente temperatura ambiente). Es explosivo cuando la concentración en el aire es del 1% al 7%. El contacto repetido con xileno puede provocar inflamación de la piel. El vapor de xileno es dulce, similar al olor de la tachuela de un avión; La exposición al xileno puede causar inflamación de los ojos, la nariz y la garganta. La inhalación del gas puede provocar dolores de cabeza, mareos, pérdida de apetito y fatiga.
3. Hexametildisilazano (HMDS)
El hexametildisilazano (HMDS) se usa más comúnmente como capa de imprimación para aumentar la adhesión del fotorresistente a la superficie del producto. Es inflamable y tiene un punto de inflamación de 6,7°C. Es explosivo cuando la concentración en el aire es del 0,8% al 16%. El HMDS reacciona fuertemente con agua, alcohol y ácidos minerales para liberar amoníaco.
4. Hidróxido de tetrametilamonio
El hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) se utiliza ampliamente como revelador para litografía positiva. Es tóxico y corrosivo. Puede ser mortal si se ingiere o si entra en contacto directo con la piel. El contacto con el polvo o la niebla de TMAH puede causar inflamación de los ojos, la piel, la nariz y la garganta. La inhalación de altas concentraciones de TMAH provocará la muerte.
5. Cloro y flúor
El cloro (Cl2) y el flúor (F2) se utilizan en láseres excimer como fuentes de luz ultravioleta profunda y ultravioleta extrema (EUV). Ambos gases son tóxicos, tienen un color verde claro y un fuerte olor irritante. La inhalación de altas concentraciones de este gas provocará la muerte. El gas flúor puede reaccionar con el agua para producir gas fluoruro de hidrógeno. El gas fluoruro de hidrógeno es un ácido fuerte que irrita la piel, los ojos y el tracto respiratorio y puede provocar síntomas como quemaduras y dificultad para respirar. Altas concentraciones de flúor pueden provocar intoxicación en el cuerpo humano, provocando síntomas como dolores de cabeza, vómitos, diarrea y coma.
6. argón
El argón (Ar) es un gas inerte que normalmente no causa daño directo al cuerpo humano. En circunstancias normales, el aire que respira la gente contiene aproximadamente un 0,93% de argón y esta concentración no tiene ningún efecto evidente en el cuerpo humano. Sin embargo, en algunos casos, el argón puede causar daños al cuerpo humano.
Estas son algunas situaciones posibles: En un espacio confinado, la concentración de argón puede aumentar, reduciendo así la concentración de oxígeno en el aire y provocando hipoxia. Esto puede causar síntomas como mareos, fatiga y dificultad para respirar. Además, el argón es un gas inerte, pero puede explotar a altas temperaturas o altas presiones.
7. neón
El neón (Ne) es un gas estable, incoloro e inodoro que no participa en el proceso respiratorio humano, por lo que respirar una alta concentración de gas neón provocará hipoxia. Si permanece en estado de hipoxia durante mucho tiempo, puede experimentar síntomas como dolor de cabeza, náuseas y vómitos. Además, el gas neón puede reaccionar con otras sustancias a alta temperatura o alta presión y provocar un incendio o una explosión.
8. gas xenón
El gas xenón (Xe) es un gas estable, incoloro e inodoro que no participa en el proceso respiratorio humano, por lo que respirar una alta concentración de gas xenón provocará hipoxia. Si permanece en estado de hipoxia durante mucho tiempo, puede experimentar síntomas como dolor de cabeza, náuseas y vómitos. Además, el gas neón puede reaccionar con otras sustancias a altas temperaturas o altas presiones y provocar un incendio o una explosión.
9. gas criptón
El gas criptón (Kr) es un gas estable, incoloro e inodoro que no participa en el proceso respiratorio humano, por lo que respirar una alta concentración de gas criptón provocará hipoxia. Si permanece en estado de hipoxia durante mucho tiempo, puede experimentar síntomas como dolor de cabeza, náuseas y vómitos. Además, el gas xenón puede reaccionar con otras sustancias a altas temperaturas o altas presiones y provocar un incendio o una explosión. Respirar en un ambiente con falta de oxígeno puede causar hipoxia. Si permanece en estado de hipoxia durante mucho tiempo, puede experimentar síntomas como dolor de cabeza, náuseas y vómitos. Además, el gas criptón puede reaccionar con otras sustancias a alta temperatura o alta presión y provocar un incendio o una explosión.
Soluciones de detección de gases peligrosos para la industria de semiconductores
La industria de los semiconductores implica la producción, fabricación y proceso de gases inflamables, explosivos, tóxicos y nocivos. Como usuario de gases en plantas de fabricación de semiconductores, cada miembro del personal debe comprender los datos de seguridad de diversos gases peligrosos antes de su uso y debe saber cómo abordar los procedimientos de emergencia cuando estos gases se fugan.
En la producción, fabricación y almacenamiento de la industria de semiconductores, para evitar la pérdida de vidas y propiedades causada por la fuga de estos gases peligrosos, es necesario instalar instrumentos de detección de gas para detectar el gas objetivo.
Los detectores de gas se han convertido en instrumentos de monitoreo ambiental esenciales en la industria de semiconductores actual y también son las herramientas de monitoreo más directas.
Riken Keiki siempre ha prestado atención al desarrollo seguro de la industria de fabricación de semiconductores, con la misión de crear un entorno de trabajo seguro para las personas, y se ha dedicado a desarrollar sensores de gas adecuados para la industria de semiconductores, proporcionando soluciones razonables para diversos problemas encontrados por usuarios, y actualizar continuamente las funciones del producto y optimizar los sistemas.
Hora de publicación: 16-jul-2024