فرآیند نیمه هادی فرآیند کامل فوتولیتوگرافی

ساخت هر محصول نیمه هادی به صدها فرآیند نیاز دارد. ما کل فرآیند تولید را به هشت مرحله تقسیم می کنیم:ویفرپردازش-اکسیداسیون-فتولیتوگرافی-اچ کردن-رسوب لایه نازک-رشد اپیتاکسیال-انتشار-کاشت یون.
برای کمک به شما در درک و شناخت نیمه هادی ها و فرآیندهای مرتبط، ما مقالات WeChat را در هر شماره برای معرفی هر یک از مراحل بالا یک به یک فشار می دهیم.
در مقاله قبلی ذکر شد که به منظور حفاظت ازویفراز ناخالصی های مختلف، یک فیلم اکسید ساخته شد - فرآیند اکسیداسیون. امروز ما در مورد "فرایند سنگی عکسبرداری" از مدار طراحی نیمه هادی روی ویفر با فیلم اکسید تشکیل شده بحث خواهیم کرد.

فرآیند فوتولیتوگرافی

1. فرآیند فوتولیتوگرافی چیست؟
فوتولیتوگرافی ساخت مدارها و نواحی کاربردی مورد نیاز برای تولید تراشه است.
نور ساطع شده توسط دستگاه فوتولیتوگرافی برای نمایاندن لایه نازک پوشش داده شده با فوتوریست از طریق یک ماسک با الگو استفاده می شود. مقاومت نوری پس از دیدن نور خواص خود را تغییر می دهد، به طوری که الگوی روی ماسک به لایه نازک کپی می شود، به طوری که لایه نازک عملکرد یک نمودار مدار الکترونیکی را دارد. این نقش فتولیتوگرافی شبیه عکس گرفتن با دوربین است. عکس های گرفته شده توسط دوربین روی فیلم چاپ می شوند، در حالی که فوتولیتوگرافی عکس ها را حکاکی نمی کند، بلکه نمودار مدار و سایر اجزای الکترونیکی را حک می کند.

فوتولیتوگرافی یک فناوری ریز ماشینکاری دقیق است

فوتولیتوگرافی معمولی فرآیندی است که از نور ماوراء بنفش با طول موج 2000 تا 4500 آنگستروم به عنوان حامل اطلاعات تصویر استفاده می کند و از فوتوریست به عنوان واسطه (ضبط تصویر) برای دستیابی به تبدیل، انتقال و پردازش گرافیک استفاده می کند و در نهایت تصویر را ارسال می کند. اطلاعات به تراشه (عمدتا تراشه سیلیکون) یا لایه دی الکتریک.
می توان گفت فتولیتوگرافی پایه و اساس صنایع مدرن نیمه هادی، میکروالکترونیک و اطلاعات است و فتولیتوگرافی مستقیماً سطح توسعه این فناوری ها را تعیین می کند.
در بیش از 60 سال از اختراع موفقیت آمیز مدارهای مجتمع در سال 1959، عرض خط گرافیکی آن حدود چهار مرتبه قدر کاهش یافته است و یکپارچگی مدار بیش از شش مرتبه بزرگی بهبود یافته است. پیشرفت سریع این فناوری ها عمدتاً به توسعه فوتولیتوگرافی نسبت داده می شود.

(الزامات فناوری فوتولیتوگرافی در مراحل مختلف توسعه تولید مدار مجتمع)

2. اصول اولیه فوتولیتوگرافی
مواد فتولیتوگرافی عموماً به فوتوریست ها اطلاق می شوند که به عنوان نور مقاوم نیز شناخته می شوند که حیاتی ترین مواد کاربردی در فتولیتوگرافی هستند. این نوع مواد دارای ویژگی های واکنش نور (شامل نور مرئی، نور ماوراء بنفش، پرتو الکترونی و ...) می باشد. پس از واکنش فتوشیمیایی، حلالیت آن به طور قابل توجهی تغییر می کند.
در میان آنها، حلالیت نور مقاوم مثبت در توسعه دهنده افزایش می یابد و الگوی به دست آمده مانند ماسک است. مقاومت نور منفی برعکس است، یعنی پس از قرار گرفتن در معرض توسعه دهنده، حلالیت کاهش می یابد یا حتی نامحلول می شود و الگوی به دست آمده مخالف ماسک است. زمینه های کاربردی دو نوع فوتوریست متفاوت است. فتورزیست های مثبت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند و بیش از 80٪ از کل را تشکیل می دهند.

در بالا یک نمودار شماتیک از فرآیند فوتولیتوگرافی است

(1) چسباندن: یعنی تشکیل یک لایه مقاوم به نور با ضخامت یکنواخت، چسبندگی قوی و بدون نقص روی ویفر سیلیکونی. به منظور افزایش چسبندگی بین فیلم مقاوم به نور و ویفر سیلیکونی، اغلب لازم است ابتدا سطح ویفر سیلیکونی را با موادی مانند هگزامتیل دیسیلازان (HMDS) و تری متیل سیلیل دی اتیل آمین (TMSDEA) اصلاح کرد. سپس با استفاده از پوشش اسپین، فیلم مقاوم به نور آماده می شود.
(2) پیش پخت: پس از پوشش چرخشی، فیلم مقاوم به نور همچنان حاوی مقدار مشخصی حلال است. پس از پخت در دمای بالاتر، حلال را می توان تا حد امکان حذف کرد. پس از پیش پخت، محتوای فتوریست به حدود 5 درصد کاهش می یابد.
(3) نوردهی: یعنی نور مقاوم در معرض نور قرار می گیرد. در این زمان، یک واکنش نوری رخ می دهد و اختلاف حلالیت بین قسمت روشن و قسمت غیر روشن رخ می دهد.
(4) توسعه و سخت شدن: محصول در توسعه دهنده غوطه ور است. در این زمان، ناحیه در معرض نور مقاوم نور مثبت و ناحیه غیر در معرض نور مقاوم نور منفی در توسعه حل می شود. این یک الگوی سه بعدی را ارائه می دهد. پس از توسعه، تراشه برای تبدیل شدن به یک لایه سخت نیاز به یک فرآیند تصفیه با دمای بالا دارد، که عمدتاً برای افزایش بیشتر چسبندگی مقاومت نوری به زیرلایه عمل می کند.
(5) اچینگ: مواد زیر فترزیست اچ شده است. این شامل حکاکی مرطوب مایع و اچ خشک گازی است. به عنوان مثال، برای حکاکی مرطوب سیلیکون، از محلول آبی اسیدی اسید هیدروفلوئوریک استفاده می شود. برای حکاکی مرطوب مس، از محلول اسیدی قوی مانند اسید نیتریک و اسید سولفوریک استفاده می شود، در حالی که در اچ خشک اغلب از پلاسما یا پرتوهای یون پرانرژی برای آسیب رساندن به سطح ماده و حکاکی آن استفاده می شود.
(6) صمغ زدایی: در نهایت، نور مقاوم باید از سطح لنز برداشته شود. به این مرحله صمغ زدایی می گویند.

ایمنی مهمترین مسئله در تمام تولیدات نیمه هادی است. عمده ترین گازهای فتولیتوگرافی خطرناک و مضر در فرآیند لیتوگرافی تراشه ای به شرح زیر است:

1. پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن (H2O2) یک اکسید کننده قوی است. تماس مستقیم می تواند باعث التهاب و سوختگی پوست و چشم شود.

2. زایلن
زایلن یک حلال و توسعه دهنده است که در لیتوگرافی منفی استفاده می شود. قابل اشتعال است و دمای آن فقط 27.3 درجه سانتیگراد (تقریبا دمای اتاق) است. زمانی که غلظت آن در هوا 1 تا 7 درصد باشد انفجاری است. تماس مکرر با زایلن می تواند باعث التهاب پوست شود. بخار زایلن شیرین است، شبیه بوی چسب هواپیما. قرار گرفتن در معرض زایلن می تواند باعث التهاب چشم، بینی و گلو شود. استنشاق گاز می تواند باعث سردرد، سرگیجه، از دست دادن اشتها و خستگی شود.

3. هگزامتیل دیسیلازان (HMDS)
هگزامتیل دیسیلازان (HMDS) بیشتر به عنوان لایه پرایمر برای افزایش چسبندگی مقاومت نوری بر روی سطح محصول استفاده می شود. قابل اشتعال است و نقطه اشتعال آن 6.7 درجه سانتیگراد است. هنگامی که غلظت آن در هوا 0.8٪ -16٪ باشد انفجاری است. HMDS به شدت با آب، الکل و اسیدهای معدنی واکنش می دهد و آمونیاک آزاد می کند.

4. تترا متیل آمونیوم هیدروکسید
هیدروکسید تترا متیل آمونیوم (TMAH) به طور گسترده ای به عنوان یک توسعه دهنده برای لیتوگرافی مثبت استفاده می شود. سمی و خورنده است. در صورت بلعیده شدن یا تماس مستقیم با پوست می تواند کشنده باشد. تماس با غبار یا غبار TMAH می تواند باعث التهاب چشم، پوست، بینی و گلو شود. استنشاق غلظت بالای TMAH منجر به مرگ می شود.

5. کلر و فلوئور
کلر (Cl2) و فلوئور (F2) هر دو در لیزرهای اگزایمر به عنوان منابع نور ماوراء بنفش عمیق و فرابنفش شدید (EUV) استفاده می شوند. هر دو گاز سمی هستند، سبز روشن به نظر می رسند و بوی تحریک کننده قوی دارند. استنشاق غلظت بالای این گاز منجر به مرگ می شود. گاز فلوئور ممکن است با آب واکنش داده و گاز هیدروژن فلوراید تولید کند. گاز فلوراید هیدروژن یک اسید قوی است که پوست، چشم ها و مجاری تنفسی را تحریک می کند و ممکن است علائمی مانند سوختگی و مشکل در تنفس ایجاد کند. غلظت بالای فلوراید می تواند باعث ایجاد مسمومیت در بدن انسان شود و علائمی مانند سردرد، استفراغ، اسهال و کما ایجاد کند.

6. آرگون
آرگون (Ar) یک گاز بی اثر است که معمولاً آسیب مستقیمی به بدن انسان وارد نمی کند. در شرایط عادی، هوایی که افراد تنفس می کنند حاوی حدود 0.93 درصد آرگون است و این غلظت هیچ تاثیر آشکاری بر بدن انسان ندارد. با این حال، در برخی موارد، آرگون ممکن است به بدن انسان آسیب برساند.
در اینجا چند موقعیت ممکن وجود دارد: در یک فضای محدود، غلظت آرگون ممکن است افزایش یابد، در نتیجه غلظت اکسیژن در هوا کاهش می یابد و باعث هیپوکسی می شود. این ممکن است علائمی مانند سرگیجه، خستگی و تنگی نفس ایجاد کند. علاوه بر این، آرگون یک گاز بی اثر است، اما ممکن است در دمای بالا یا فشار بالا منفجر شود.

7. نئون
نئون (Ne) گازی پایدار، بی رنگ و بی بو است که در آن شرکت نمی کند. گاز نئون در فرآیند تنفسی انسان دخالتی ندارد، بنابراین تنفس در غلظت بالای گاز نئون باعث هیپوکسی می شود. اگر برای مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز نئون ممکن است با مواد دیگر تحت دمای بالا یا فشار بالا واکنش داده و باعث آتش سوزی یا انفجار شود.

8. گاز زنون
گاز زنون (Xe) گازی پایدار، بی رنگ و بی بو است که در فرآیند تنفس انسان شرکت نمی کند، بنابراین تنفس در غلظت بالای گاز زنون باعث هیپوکسی می شود. اگر برای مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز نئون ممکن است با مواد دیگر تحت دمای بالا یا فشار بالا واکنش داده و باعث آتش سوزی یا انفجار شود.

9. گاز کریپتون
گاز کریپتون (Kr) گازی پایدار، بی رنگ و بی بو است که در فرآیند تنفس انسان شرکت نمی کند، بنابراین تنفس در غلظت بالای گاز کریپتون باعث هیپوکسی می شود. اگر برای مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز زنون ممکن است با مواد دیگر تحت دمای بالا یا فشار بالا واکنش داده و باعث آتش سوزی یا انفجار شود. تنفس در محیطی با کمبود اکسیژن می تواند باعث هیپوکسی شود. اگر برای مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز کریپتون ممکن است با سایر مواد تحت دمای بالا یا فشار بالا واکنش داده و باعث آتش سوزی یا انفجار شود.

راه حل های تشخیص گاز خطرناک برای صنعت نیمه هادی
صنعت نیمه هادی شامل تولید، ساخت و فرآیند گازهای قابل اشتعال، انفجاری، سمی و مضر است. به عنوان استفاده کننده از گازها در کارخانه های تولید نیمه هادی، هر یک از کارکنان باید اطلاعات ایمنی گازهای خطرناک مختلف را قبل از استفاده درک کنند و باید بدانند که چگونه با روش های اضطراری هنگام نشت این گازها برخورد کنند.
در تولید، ساخت و ذخیره سازی صنایع نیمه هادی، برای جلوگیری از تلفات جانی و مالی ناشی از نشت این گازهای خطرناک، نصب ابزار تشخیص گاز برای تشخیص گاز مورد نظر ضروری است.

آشکارسازهای گاز به ابزارهای ضروری نظارت بر محیط زیست در صنعت نیمه هادی امروزی تبدیل شده اند و همچنین مستقیم ترین ابزار نظارت هستند.
Riken Keiki با ماموریت ایجاد یک محیط کار ایمن برای مردم همواره به توسعه ایمن صنعت تولید نیمه هادی توجه داشته و خود را وقف توسعه حسگرهای گاز مناسب برای صنعت نیمه هادی کرده و راه حل های معقولی برای مشکلات مختلف پیش روی مردم ارائه می دهد. کاربران، و به طور مداوم عملکردهای محصول را ارتقا می دهند و سیستم ها را بهینه می کنند.