La fabrication de chaque produit semi-conducteur nécessite des centaines de processus. Nous divisons l'ensemble du processus de fabrication en huit étapes :tranchetraitement-oxydation-photolithographie-gravure-dépôt de couches minces-croissance épitaxiale-diffusion-implantation ionique.
Pour vous aider à comprendre et à reconnaître les semi-conducteurs et les processus associés, nous publierons des articles WeChat dans chaque numéro pour présenter chacune des étapes ci-dessus une par une.
Dans l'article précédent, il était mentionné que pour protéger letrancheà partir de diverses impuretés, un film d’oxyde a été créé – processus d’oxydation. Aujourd'hui, nous allons discuter du « processus de photolithographie » consistant à photographier le circuit de conception semi-conducteur sur la tranche avec le film d'oxyde formé.
Processus de photolithographie
1. Qu'est-ce que le processus de photolithographie
La photolithographie consiste à réaliser les circuits et les zones fonctionnelles nécessaires à la production de puces.
La lumière émise par la machine de photolithographie est utilisée pour exposer le film mince recouvert de résine photosensible à travers un masque avec un motif. La résine photosensible changera ses propriétés après avoir vu la lumière, de sorte que le motif sur le masque soit copié sur le film mince, de sorte que le film mince ait la fonction d'un schéma de circuit électronique. C’est le rôle de la photolithographie, semblable à la prise de photos avec un appareil photo. Les photos prises par l'appareil photo sont imprimées sur le film, tandis que la photolithographie ne grave pas des photos, mais des schémas de circuits et autres composants électroniques.
La photolithographie est une technologie de micro-usinage précise
La photolithographie conventionnelle est un processus qui utilise la lumière ultraviolette d'une longueur d'onde de 2 000 à 4 500 angströms comme support d'informations d'image, et utilise une résine photosensible comme support intermédiaire (enregistrement d'image) pour réaliser la transformation, le transfert et le traitement des graphiques, et enfin transmettre l'image. informations sur la puce (principalement une puce de silicium) ou la couche diélectrique.
On peut dire que la photolithographie est le fondement des industries modernes des semi-conducteurs, de la microélectronique et de l’information, et que la photolithographie détermine directement le niveau de développement de ces technologies.
Au cours des plus de 60 années écoulées depuis l'invention réussie des circuits intégrés en 1959, la largeur des lignes de leurs graphiques a été réduite d'environ quatre ordres de grandeur et l'intégration des circuits a été améliorée de plus de six ordres de grandeur. Les progrès rapides de ces technologies sont principalement attribués au développement de la photolithographie.
(Exigences relatives à la technologie de photolithographie à différents stades de développement de la fabrication de circuits intégrés)
2. Principes de base de la photolithographie
Les matériaux de photolithographie font généralement référence aux photorésists, également appelés photorésists, qui sont les matériaux fonctionnels les plus critiques en photolithographie. Ce type de matériau présente les caractéristiques de réaction à la lumière (y compris la lumière visible, la lumière ultraviolette, le faisceau d'électrons, etc.). Après réaction photochimique, sa solubilité change considérablement.
Parmi eux, la solubilité de la résine photosensible positive dans le révélateur augmente et le motif obtenu est le même que celui du masque ; La résine photosensible négative est à l'opposé, c'est-à-dire que la solubilité diminue ou même devient insoluble après avoir été exposée au révélateur, et le motif obtenu est opposé au masque. Les domaines d'application des deux types de photorésists sont différents. Les photorésists positifs sont plus couramment utilisés, représentant plus de 80 % du total.
Ce qui précède est un diagramme schématique du processus de photolithographie
(1) Collage : c'est-à-dire former un film photorésistant d'épaisseur uniforme, avec une forte adhérence et aucun défaut sur la plaquette de silicium. Afin d'améliorer l'adhésion entre le film photorésistant et la plaquette de silicium, il est souvent nécessaire de modifier d'abord la surface de la plaquette de silicium avec des substances telles que l'hexaméthyldisilazane (HMDS) et la triméthylsilyldiéthylamine (TMSDEA). Ensuite, le film photorésistant est préparé par centrifugation.
(2) Pré-cuisson : Après l'enduction par centrifugation, le film photorésistant contient encore une certaine quantité de solvant. Après une cuisson à température plus élevée, le solvant peut être éliminé le moins possible. Après précuisson, la teneur en photorésist est réduite à environ 5 %.
(3) Exposition : c'est-à-dire que la résine photosensible est exposée à la lumière. A ce moment, une photoréaction se produit et la différence de solubilité entre la partie éclairée et la partie non éclairée se produit.
(4) Développement & durcissement : Le produit est immergé dans le révélateur. A ce moment, la zone exposée du photorésist positif et la zone non exposée du photorésist négatif se dissoudront dans le développement. Cela présente un motif tridimensionnel. Après développement, la puce nécessite un processus de traitement à haute température pour devenir un film dur, qui sert principalement à améliorer encore l'adhérence de la résine photosensible au substrat.
(5) Gravure : Le matériau sous la résine photosensible est gravé. Il comprend une gravure liquide humide et une gravure sèche gazeuse. Par exemple, pour la gravure humide du silicium, une solution aqueuse acide d'acide fluorhydrique est utilisée ; pour la gravure humide du cuivre, une solution acide forte telle que l'acide nitrique et l'acide sulfurique est utilisée, tandis que la gravure sèche utilise souvent du plasma ou des faisceaux d'ions à haute énergie pour endommager la surface du matériau et le graver.
(6) Démucilagination : Enfin, la résine photosensible doit être retirée de la surface de la lentille. Cette étape est appelée dégommage.
La sécurité est la question la plus importante dans toute production de semi-conducteurs. Les principaux gaz de photolithographie dangereux et nocifs dans le processus de lithographie sur puce sont les suivants :
1. Peroxyde d'hydrogène
Le peroxyde d'hydrogène (H2O2) est un oxydant puissant. Un contact direct peut provoquer une inflammation et des brûlures de la peau et des yeux.
2. Xylène
Le xylène est un solvant et un révélateur utilisé en lithographie négative. Il est inflammable et a une basse température de seulement 27,3 ℃ (environ la température ambiante). Il est explosif lorsque la concentration dans l'air est comprise entre 1 et 7 %. Un contact répété avec le xylène peut provoquer une inflammation cutanée. La vapeur de xylène est douce, semblable à l’odeur du matériel d’avion ; l'exposition au xylène peut provoquer une inflammation des yeux, du nez et de la gorge. L'inhalation de gaz peut provoquer des maux de tête, des étourdissements, une perte d'appétit et de la fatigue.
3. Hexaméthyldisilazane (HMDS)
L'hexaméthyldisilazane (HMDS) est le plus couramment utilisé comme couche d'apprêt pour augmenter l'adhérence de la résine photosensible sur la surface du produit. Il est inflammable et a un point d'éclair de 6,7°C. Il est explosif lorsque la concentration dans l'air est comprise entre 0,8 et 16 %. Le HMDS réagit fortement avec l'eau, l'alcool et les acides minéraux pour libérer de l'ammoniac.
4. Hydroxyde de tétraméthylammonium
L'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) est largement utilisé comme révélateur pour la lithographie positive. C'est toxique et corrosif. Il peut être mortel en cas d'ingestion ou de contact direct avec la peau. Le contact avec la poussière ou le brouillard de TMAH peut provoquer une inflammation des yeux, de la peau, du nez et de la gorge. L'inhalation de concentrations élevées de TMAH entraînera la mort.
5. Chlore et fluor
Le chlore (Cl2) et le fluor (F2) sont tous deux utilisés dans les lasers excimer comme sources de lumière ultraviolette profonde et ultraviolette extrême (EUV). Les deux gaz sont toxiques, apparaissent en vert clair et dégagent une forte odeur irritante. L'inhalation de concentrations élevées de ce gaz entraînera la mort. Le fluor gazeux peut réagir avec l’eau pour produire du fluorure d’hydrogène gazeux. Le fluorure d'hydrogène gazeux est un acide fort qui irrite la peau, les yeux et les voies respiratoires et peut provoquer des symptômes tels que des brûlures et des difficultés respiratoires. Des concentrations élevées de fluorure peuvent provoquer une intoxication du corps humain, provoquant des symptômes tels que des maux de tête, des vomissements, de la diarrhée et le coma.
6. Argon
L'argon (Ar) est un gaz inerte qui ne cause généralement pas de dommages directs au corps humain. Dans des circonstances normales, l’air respiré contient environ 0,93 % d’argon, et cette concentration n’a aucun effet évident sur le corps humain. Cependant, dans certains cas, l’argon peut nuire au corps humain.
Voici quelques situations possibles : Dans un espace confiné, la concentration d'argon peut augmenter, réduisant ainsi la concentration d'oxygène dans l'air et provoquant une hypoxie. Cela peut provoquer des symptômes tels que des étourdissements, de la fatigue et un essoufflement. De plus, l’argon est un gaz inerte, mais il peut exploser à haute température ou haute pression.
7. Néon
Le néon (Ne) est un gaz stable, incolore et inodore qui ne participe pas au processus respiratoire humain, donc respirer une forte concentration de gaz néon provoquera une hypoxie. Si vous êtes en état d'hypoxie pendant une longue période, vous pouvez ressentir des symptômes tels que des maux de tête, des nausées et des vomissements. De plus, le gaz néon peut réagir avec d’autres substances à haute température ou haute pression pour provoquer un incendie ou une explosion.
8. Gaz xénon
Le gaz xénon (Xe) est un gaz stable, incolore et inodore qui ne participe pas au processus respiratoire humain, donc respirer une forte concentration de gaz xénon provoquera une hypoxie. Si vous êtes en état d'hypoxie pendant une longue période, vous pouvez ressentir des symptômes tels que des maux de tête, des nausées et des vomissements. De plus, le gaz néon peut réagir avec d’autres substances à haute température ou haute pression pour provoquer un incendie ou une explosion.
9. Gaz krypton
Le gaz krypton (Kr) est un gaz stable, incolore et inodore qui ne participe pas au processus respiratoire humain, donc respirer une forte concentration de gaz krypton provoquera une hypoxie. Si vous êtes en état d'hypoxie pendant une longue période, vous pouvez ressentir des symptômes tels que des maux de tête, des nausées et des vomissements. De plus, le gaz xénon peut réagir avec d'autres substances à haute température ou haute pression pour provoquer un incendie ou une explosion. Respirer dans un environnement privé d’oxygène peut provoquer une hypoxie. Si vous êtes en état d'hypoxie pendant une longue période, vous pouvez ressentir des symptômes tels que des maux de tête, des nausées et des vomissements. De plus, le gaz krypton peut réagir avec d'autres substances à haute température ou haute pression pour provoquer un incendie ou une explosion.
Solutions de détection de gaz dangereux pour l'industrie des semi-conducteurs
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Heure de publication : 16 juillet 2024