Jokaisen puolijohdetuotteen valmistus vaatii satoja prosesseja. Jaamme koko valmistusprosessin kahdeksaan vaiheeseen:vohvelikäsittely-hapetus-fotolitografia-etsaus-ohutkalvopinnoitus-epitaksiaalinen kasvu-diffuusio-ioni-istutus.
Auttaaksemme sinua ymmärtämään ja tunnistamaan puolijohteita ja niihin liittyviä prosesseja, julkaisemme WeChat-artikkeleita jokaisessa numerossa esitelläksemme kukin yllä olevista vaiheista yksitellen.
Edellisessä artikkelissa mainittiin, että suojellakseenvohvelierilaisista epäpuhtauksista tehtiin oksidikalvo - hapetusprosessi. Tänään keskustelemme "fotolitografiaprosessista", jossa kuvataan puolijohdesuunnittelupiiri kiekolle muodostuneen oksidikalvon kanssa.
Fotolitografiaprosessi
1. Mikä on fotolitografiaprosessi
Fotolitografialla tehdään sirujen valmistukseen tarvittavat piirit ja toiminta-alueet.
Fotolitografiakoneen lähettämää valoa käytetään valoresistillä päällystetyn ohuen kalvon valottamiseksi kuviollisen maskin kautta. Fotoresisti muuttaa ominaisuuksiaan valon näkemisen jälkeen, jolloin maskin kuvio kopioituu ohuelle kalvolle, jolloin ohutkalvolla on elektronisen piirikaavion tehtävä. Tämä on fotolitografian rooli, joka on samanlainen kuin kameralla ottaminen. Kameralla otetut valokuvat tulostetaan filmille, kun taas fotolitografia ei kaiverra valokuvia, vaan piirikaavioita ja muita elektronisia komponentteja.
Fotolitografia on tarkka mikrokoneistustekniikka
Perinteinen fotolitografia on prosessi, jossa käytetään ultraviolettivaloa, jonka aallonpituus on 2000 - 4500 angströmiä kuvan tiedon välittäjänä ja jossa käytetään fotoresistiä väliaineena (kuvantallennusvälineenä) grafiikan muuntamiseen, siirtoon ja prosessointiin ja lopuksi kuvan välittämiseen. tiedot sirulle (pääasiassa piisirulle) tai dielektriselle kerrokselle.
Voidaan sanoa, että fotolitografia on nykyaikaisen puolijohde-, mikroelektroniikan ja informaatioteollisuuden perusta, ja fotolitografia määrittää suoraan näiden teknologioiden kehitystason.
Yli 60 vuoden aikana onnistuneesta integroitujen piirien keksimisestä vuonna 1959 sen grafiikan viivanleveyttä on pienennetty noin neljällä kertaluvulla ja piiriintegraatiota on parannettu yli kuudella suuruusluokalla. Näiden teknologioiden nopea kehitys johtuu pääasiassa fotolitografian kehityksestä.
(Fotolitografiatekniikan vaatimukset integroitujen piirien valmistuksen eri kehitysvaiheissa)
2. Fotolitografian perusperiaatteet
Fotolitografiamateriaalit viittaavat yleensä fotoresisteihin, jotka tunnetaan myös nimellä fotoresistit, jotka ovat fotolitografian kriittisimmät toiminnalliset materiaalit. Tämäntyyppisellä materiaalilla on valoreaktion ominaisuudet (mukaan lukien näkyvä valo, ultraviolettivalo, elektronisuihku jne.). Valokemiallisen reaktion jälkeen sen liukoisuus muuttuu merkittävästi.
Niiden joukossa positiivisen fotoresistin liukoisuus kehiteaineeseen kasvaa, ja saatu kuvio on sama kuin maski; negatiivinen fotoresisti on päinvastoin, eli liukoisuus pienenee tai jopa muuttuu liukenemattomaksi kehitteelle altistumisen jälkeen ja saatu kuvio on päinvastainen kuin maski. Kahden tyyppisten fotoresistien käyttöalueet ovat erilaiset. Positiivisia fotoresistejä käytetään yleisemmin, ja niiden osuus on yli 80 % kokonaismäärästä.
Yllä oleva on kaaviokuva fotolitografiaprosessista
(1) Liimaus: eli fotoresistikalvon muodostaminen, jolla on tasapaksuus, vahva adheesio ja ei vikoja piikiekossa. Fotoresistikalvon ja piikiekon välisen adheesion parantamiseksi on usein välttämätöntä ensin modifioida piikiekon pinta aineilla, kuten heksametyylidisilatsaanilla (HMDS) ja trimetyylisilyylidietyyliamiinilla (TMSDEA). Sitten fotoresistikalvo valmistetaan spinpäällystyksellä.
(2) Esipaistaminen: Spin-pinnoituksen jälkeen fotoresistikalvo sisältää edelleen tietyn määrän liuotinta. Korkeammassa lämpötilassa paistamisen jälkeen liuotin voidaan poistaa mahdollisimman vähän. Esipaistamisen jälkeen fotoresistin pitoisuus pienenee noin 5 %:iin.
(3) Valotus: Toisin sanoen fotoresisti altistetaan valolle. Tällä hetkellä tapahtuu fotoreaktio, ja valaistun ja valaisemattoman osan välinen liukoisuusero ilmenee.
(4) Kehitys ja kovettuminen: Tuote upotetaan kehittimeen. Tällä hetkellä positiivisen fotoresistin valotettu alue ja negatiivisen fotoresistin valottamaton alue liukenevat kehityksessä. Tämä esittää kolmiulotteisen kuvion. Kehityksen jälkeen siru tarvitsee korkean lämpötilan käsittelyprosessin muuttuakseen kovaksi kalvoksi, joka pääasiassa parantaa edelleen fotoresistin kiinnittymistä alustaan.
(5) Etsaus: Fotoresistin alla oleva materiaali on syövytetty. Se sisältää nestemäisen märkäetsauksen ja kaasumaisen kuivaetsauksen. Esimerkiksi piin märkäsyövytykseen käytetään fluorivetyhapon hapanta vesiliuosta; kuparin märkäsyövytykseen käytetään vahvaa happoliuosta, kuten typpihappoa ja rikkihappoa, kun taas kuivaetsauksessa käytetään usein plasma- tai korkeaenergisiä ionisäteitä materiaalin pinnan vaurioittamiseen ja etsaukseen.
(6) Liimanpoisto: Lopuksi fotoresisti on poistettava linssin pinnalta. Tätä vaihetta kutsutaan demmingiksi.
Turvallisuus on tärkein asia kaikessa puolijohdetuotannossa. Tärkeimmät vaaralliset ja haitalliset valolitografiakaasut sirulitografiaprosessissa ovat seuraavat:
1. Vetyperoksidi
Vetyperoksidi (H2O2) on voimakas hapetin. Suora kosketus voi aiheuttaa iho- ja silmätulehduksia ja palovammoja.
2. Ksyleeni
Ksyleeni on liuotin ja kehite, jota käytetään negatiivisessa litografiassa. Se on syttyvää ja sen alhainen lämpötila on vain 27,3 ℃ (noin huoneenlämpötila). Se on räjähtävää, kun sen pitoisuus ilmassa on 1–7 %. Toistuva kosketus ksyleenin kanssa voi aiheuttaa ihotulehduksen. Ksyleenihöyry on makeaa, samanlainen kuin lentokoneen takkuman tuoksu; ksyleenille altistuminen voi aiheuttaa tulehduksia silmissä, nenässä ja kurkussa. Kaasun hengittäminen voi aiheuttaa päänsärkyä, huimausta, ruokahaluttomuutta ja väsymystä.
3. Heksametyylidisilatsaani (HMDS)
Heksametyylidisilatsaania (HMDS) käytetään yleisimmin pohjakerroksena lisäämään fotoresistin tarttuvuutta tuotteen pintaan. Se on syttyvää ja sen leimahduspiste on 6,7 °C. Se on räjähtävää, kun sen pitoisuus ilmassa on 0,8–16 %. HMDS reagoi voimakkaasti veden, alkoholin ja mineraalihappojen kanssa vapauttaen ammoniakkia.
4. Tetrametyyliammoniumhydroksidi
Tetrametyyliammoniumhydroksidia (TMAH) käytetään laajalti positiivisen litografian kehittäjänä. Se on myrkyllistä ja syövyttävää. Se voi olla tappava nieltynä tai joutuessaan suoraan kosketuksiin ihon kanssa. Kosketus TMAH-pölyn tai -sumun kanssa voi aiheuttaa tulehduksia silmissä, ihossa, nenässä ja kurkussa. Suurten TMAH-pitoisuuksien hengittäminen johtaa kuolemaan.
5. Kloori ja fluori
Klooria (Cl2) ja fluoria (F2) käytetään molempia eksimeerilasereissa syvän ultravioletti- ja äärimmäisen ultraviolettivalon (EUV) valonlähteinä. Molemmat kaasut ovat myrkyllisiä, näyttävät vaaleanvihreiltä ja niillä on voimakas ärsyttävä haju. Tämän kaasun suurten pitoisuuksien hengittäminen johtaa kuolemaan. Fluorikaasu voi reagoida veden kanssa muodostaen fluorivetykaasua. Fluorivetykaasu on vahva happo, joka ärsyttää ihoa, silmiä ja hengitysteitä ja voi aiheuttaa oireita, kuten palovammoja ja hengitysvaikeuksia. Korkeat fluoripitoisuudet voivat aiheuttaa myrkytyksen ihmiskeholle ja aiheuttaa oireita, kuten päänsärkyä, oksentelua, ripulia ja koomaa.
6. Argon
Argon (Ar) on inertti kaasu, joka ei yleensä aiheuta suoraa haittaa ihmiskeholle. Normaalioloissa ihmisten hengittämä ilma sisältää noin 0,93 % argonia, eikä tällä pitoisuudella ole selvää vaikutusta ihmiskehoon. Joissakin tapauksissa argon voi kuitenkin vahingoittaa ihmiskehoa.
Tässä muutamia mahdollisia tilanteita: Suljetussa tilassa argonin pitoisuus voi nousta, mikä vähentää happipitoisuutta ilmassa ja aiheuttaa hypoksiaa. Tämä voi aiheuttaa oireita, kuten huimausta, väsymystä ja hengenahdistusta. Lisäksi argon on inertti kaasu, mutta se voi räjähtää korkeassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa.
7. Neon
Neon (Ne) on vakaa, väritön ja hajuton kaasu, joka ei osallistu. Neonkaasu ei ole mukana ihmisen hengitysprosessissa, joten suuren neonkaasupitoisuuden hengittäminen aiheuttaa hypoksiaa. Jos olet pitkään hypoksiassa, saatat kokea oireita, kuten päänsärkyä, pahoinvointia ja oksentelua. Lisäksi neonkaasu voi reagoida muiden aineiden kanssa korkeassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa aiheuttaen tulipalon tai räjähdyksen.
8. Xenon kaasu
Ksenonkaasu (Xe) on vakaa, väritön ja hajuton kaasu, joka ei osallistu ihmisen hengitysprosessiin, joten suuren ksenonkaasupitoisuuden hengittäminen aiheuttaa hypoksiaa. Jos olet pitkään hypoksiassa, saatat kokea oireita, kuten päänsärkyä, pahoinvointia ja oksentelua. Lisäksi neonkaasu voi reagoida muiden aineiden kanssa korkeassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa aiheuttaen tulipalon tai räjähdyksen.
9. Kryptonikaasu
Kryptonikaasu (Kr) on stabiili, väritön ja hajuton kaasu, joka ei osallistu ihmisen hengitysprosessiin, joten korkean kryptonkaasupitoisuuden hengittäminen aiheuttaa hypoksiaa. Jos olet pitkään hypoksiassa, saatat kokea oireita, kuten päänsärkyä, pahoinvointia ja oksentelua. Lisäksi ksenonkaasu voi reagoida muiden aineiden kanssa korkeassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa aiheuttaen tulipalon tai räjähdyksen. Hengittäminen ympäristössä, jossa on hapenpuutetta, voi aiheuttaa hypoksiaa. Jos olet pitkään hypoksiassa, saatat kokea oireita, kuten päänsärkyä, pahoinvointia ja oksentelua. Lisäksi kryptonkaasu voi reagoida muiden aineiden kanssa korkeassa lämpötilassa tai korkeassa paineessa aiheuttaen tulipalon tai räjähdyksen.
Vaarallisten kaasujen ilmaisinratkaisut puolijohdeteollisuudelle
Puolijohdeteollisuuteen kuuluu syttyvien, räjähtävien, myrkyllisten ja haitallisten kaasujen tuotanto, valmistus ja prosessi. Puolijohdetehtaiden kaasujen käyttäjänä jokaisen työntekijän tulee ymmärtää erilaisten vaarallisten kaasujen turvallisuustiedot ennen käyttöä ja osata toimia hätätilanteissa, kun näitä kaasuja vuotaa.
Puolijohdeteollisuuden tuotannossa, valmistuksessa ja varastoinnissa näiden vaarallisten kaasujen vuotamisen aiheuttamien ihmishenkien ja omaisuuden menetysten välttämiseksi on tarpeen asentaa kaasunilmaisulaitteet kohdekaasun havaitsemiseksi.
Kaasuilmaisimista on tullut keskeisiä ympäristönvalvontavälineitä nykypäivän puolijohdeteollisuudessa, ja ne ovat myös suorin valvontatyökalu.
Riken Keiki on aina kiinnittänyt huomiota puolijohdeteollisuuden turvalliseen kehittämiseen, jonka tehtävänä on luoda turvallinen työympäristö ihmisille, ja on omistautunut kehittämään puolijohdeteollisuudelle sopivia kaasuantureita, jotka tarjoavat järkeviä ratkaisuja erilaisiin ongelmiin, joita yritys kohtaa. käyttäjiä sekä tuotteiden toimintojen jatkuvaa päivittämistä ja järjestelmien optimointia.
Postitusaika: 16.7.2024