A fabricación de cada produto semicondutor require centos de procesos. Dividimos todo o proceso de fabricación en oito pasos:hostiaprocesamento-oxidación-fotolitografía-grabado-deposición de película fina-crecemento epitaxial-difusión-implantación de iones.
Para axudarche a comprender e recoñecer os semicondutores e os procesos relacionados, impulsaremos os artigos de WeChat en cada número para presentar cada un dos pasos anteriores un por un.
No artigo anterior, mencionábase que para protexer ohostiaa partir de varias impurezas, fíxose unha película de óxido: proceso de oxidación. Hoxe comentaremos o "proceso de fotolitografía" de fotografar o circuíto de deseño de semicondutores na oblea coa película de óxido formada.
Proceso de fotolitografía
1. Que é o proceso de fotolitografía
A fotolitografía consiste en realizar os circuítos e as áreas funcionais necesarias para a produción de chip.
A luz emitida pola máquina de fotolitografía utilízase para expor a fina película recuberta de fotorresistente a través dunha máscara cun patrón. O fotorresistente cambiará as súas propiedades despois de ver a luz, de xeito que o patrón da máscara se copia na película delgada, de modo que a película delgada teña a función dun diagrama de circuíto electrónico. Este é o papel da fotolitografía, semellante a facer fotos cunha cámara. As fotos tomadas pola cámara están impresas na película, mentres que a fotolitografía non grava fotos, senón esquemas de circuítos e outros compoñentes electrónicos.
A fotolitografía é unha tecnoloxía de micromecanizado preciso
A fotolitografía convencional é un proceso que utiliza luz ultravioleta cunha lonxitude de onda de 2000 a 4500 angstroms como portador de información da imaxe, e utiliza a fotoresistencia como medio intermedio (gravación de imaxes) para conseguir a transformación, transferencia e procesamento de gráficos e, finalmente, transmite a imaxe. información ao chip (principalmente chip de silicio) ou capa dieléctrica.
Pódese dicir que a fotolitografía é a base das industrias modernas de semicondutores, microelectrónica e da información, e que a fotolitografía determina directamente o nivel de desenvolvemento destas tecnoloxías.
Nos máis de 60 anos transcorridos desde a exitosa invención dos circuítos integrados en 1959, o ancho de liña dos seus gráficos reduciuse nuns catro ordes de magnitude e a integración do circuíto mellorouse en máis de seis ordes de magnitude. O rápido progreso destas tecnoloxías atribúese principalmente ao desenvolvemento da fotolitografía.
(Requisitos para a tecnoloxía de fotolitografía en varias fases de desenvolvemento da fabricación de circuítos integrados)
2. Principios básicos da fotolitografía
Os materiais fotolitográficos refírese xeralmente aos fotorresists, tamén coñecidos como fotoresists, que son os materiais funcionais máis críticos na fotolitografía. Este tipo de material ten as características de reacción á luz (incluíndo luz visible, luz ultravioleta, feixe de electróns, etc.). Despois da reacción fotoquímica, a súa solubilidade cambia significativamente.
Entre eles, a solubilidade do fotorresistente positivo no revelador aumenta e o patrón obtido é o mesmo que a máscara; o fotorresistente negativo é o contrario, é dicir, a solubilidade diminúe ou mesmo se fai insoluble despois de ser exposto ao revelador, e o patrón obtido é oposto á máscara. Os campos de aplicación dos dous tipos de fotorresistencias son diferentes. Os fotorresistentes positivos úsanse máis habitualmente, que representan máis do 80% do total.
O anterior é un diagrama esquemático do proceso de fotolitografía
(1) Pegado: é dicir, formando unha película fotorresistente con espesor uniforme, forte adhesión e sen defectos na oblea de silicio. Para mellorar a adhesión entre a película fotorresistente e a oblea de silicio, moitas veces é necesario modificar primeiro a superficie da oblea de silicio con substancias como o hexametildisilazano (HMDS) e a trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Despois, a película fotorresistente prepárase mediante revestimento por centrifugación.
(2) Precocción: despois do revestimento por centrifugado, a película fotorresistente aínda contén unha certa cantidade de disolvente. Despois de cocer a temperatura máis alta, o disolvente pódese eliminar o menos posible. Despois da cocción previa, o contido da fotoresist redúcese a un 5%.
(3) Exposición: é dicir, o fotorresistente está exposto á luz. Neste momento, prodúcese unha fotoreacción e prodúcese a diferenza de solubilidade entre a parte iluminada e a parte non iluminada.
(4) Desenvolvemento e endurecemento: o produto está inmerso no revelador. Neste momento, a área exposta da fotoresist positiva e a área non exposta da fotoresist negativa disolveranse no desenvolvemento. Isto presenta un patrón tridimensional. Despois do desenvolvemento, o chip necesita un proceso de tratamento a alta temperatura para converterse nunha película dura, que serve principalmente para mellorar aínda máis a adhesión do fotorresistente ao substrato.
(5) Gravado: o material baixo o fotorresistente está gravado. Inclúe o gravado líquido en húmido e o gravado en seco gasoso. Por exemplo, para o gravado húmido do silicio, úsase unha solución acuosa ácida de ácido fluorhídrico; para o gravado húmido do cobre, utilízase unha solución de ácido forte como ácido nítrico e ácido sulfúrico, mentres que o gravado en seco adoita usar plasma ou raios iónicos de alta enerxía para danar a superficie do material e gravalo.
(6) Desgomado: Finalmente, o fotorresistente debe ser eliminado da superficie da lente. Este paso chámase desgomado.
A seguridade é a cuestión máis importante en toda a produción de semicondutores. Os principais gases fotolitográficos perigosos e nocivos no proceso de litografía de chip son os seguintes:
1. Peróxido de hidróxeno
O peróxido de hidróxeno (H2O2) é un forte oxidante. O contacto directo pode causar inflamación da pel e dos ollos e queimaduras.
2. Xileno
O xileno é un disolvente e revelador usado na litografía negativa. É inflamable e ten unha temperatura baixa de só 27,3 ℃ (aproximadamente a temperatura ambiente). É explosivo cando a concentración no aire é do 1%-7%. O contacto repetido co xileno pode causar inflamación da pel. O vapor de xileno é doce, parecido ao cheiro da tachuela dos avións; a exposición ao xileno pode causar inflamación dos ollos, o nariz e a gorxa. A inhalación do gas pode provocar dores de cabeza, mareos, perda de apetito e fatiga.
3. Hexametildisilazano (HMDS)
O hexametildisilazano (HMDS) úsase máis habitualmente como capa de imprimación para aumentar a adhesión do fotorresistente na superficie do produto. É inflamable e ten un punto de inflamación de 6,7 °C. É explosivo cando a concentración no aire é de 0,8%-16%. HMDS reacciona fortemente con auga, alcohol e ácidos minerais para liberar amoníaco.
4. Hidróxido de tetrametilamonio
O hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) úsase amplamente como revelador para a litografía positiva. É tóxico e corrosivo. Pode ser mortal se se traga ou se entra en contacto directo coa pel. O contacto co po ou a néboa de TMAH pode causar inflamación dos ollos, a pel, o nariz e a gorxa. A inhalación de altas concentracións de TMAH levará á morte.
5. Cloro e flúor
O cloro (Cl2) e o flúor (F2) úsanse nos láseres excimer como fontes de luz ultravioleta profunda e ultravioleta extrema (EUV). Ambos os gases son tóxicos, teñen un aspecto verde claro e teñen un forte olor irritante. A inhalación de altas concentracións deste gas levará á morte. O gas flúor pode reaccionar coa auga para producir fluoruro de hidróxeno. O gas fluoruro de hidróxeno é un ácido forte que irrita a pel, os ollos e as vías respiratorias e pode causar síntomas como queimaduras e dificultade para respirar. As altas concentracións de flúor poden causar intoxicación no corpo humano, causando síntomas como dores de cabeza, vómitos, diarrea e coma.
6. Argón
O argón (Ar) é un gas inerte que normalmente non causa danos directos ao corpo humano. En circunstancias normais, o aire que as persoas respiran contén un 0,93% de argón, e esta concentración non ten ningún efecto evidente no corpo humano. Non obstante, nalgúns casos, o argón pode causar danos ao corpo humano.
Aquí tes algunhas posibles situacións: nun espazo reducido, a concentración de argón pode aumentar, reducindo así a concentración de osíxeno no aire e provocando hipoxia. Isto pode causar síntomas como mareos, fatiga e falta de aire. Ademais, o argón é un gas inerte, pero pode explotar a alta temperatura ou a alta presión.
7. Neón
O neón (Ne) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa en O gas neón non está implicado no proceso respiratorio humano, polo que respirar unha alta concentración de gas neón provocará hipoxia. Se estás nun estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas de neón pode reaccionar con outras substancias a altas temperaturas ou a alta presión para provocar incendios ou explosións.
8. Gas xenón
O gas xenón (Xe) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa no proceso respiratorio humano, polo que respirar unha alta concentración de gas xenón provocará hipoxia. Se estás nun estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas de neón pode reaccionar con outras substancias a altas temperaturas ou a alta presión para provocar incendios ou explosións.
9. Gas criptón
O gas criptón (Kr) é un gas estable, incoloro e inodoro que non participa no proceso respiratorio humano, polo que respirar unha alta concentración de gas criptón provocará hipoxia. Se estás nun estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas xenón pode reaccionar con outras substancias a altas temperaturas ou a alta presión para provocar incendios ou explosións. Respirar nun ambiente con carencia de osíxeno pode causar hipoxia. Se estás nun estado de hipoxia durante moito tempo, podes experimentar síntomas como dor de cabeza, náuseas e vómitos. Ademais, o gas criptón pode reaccionar con outras substancias a altas temperaturas ou a alta presión para provocar incendios ou explosións.
Solucións de detección de gases perigosos para a industria de semicondutores
A industria de semicondutores implica a produción, fabricación e proceso de gases inflamables, explosivos, tóxicos e nocivos. Como usuario de gases en plantas de fabricación de semicondutores, cada membro do persoal debe comprender os datos de seguridade de varios gases perigosos antes do uso e debe saber como xestionar os procedementos de emerxencia cando estes gases se escapan.
Na produción, fabricación e almacenamento da industria de semicondutores, para evitar a perda de vidas e propiedades causadas pola fuga destes gases perigosos, é necesario instalar instrumentos de detección de gases para detectar o gas obxectivo.
Os detectores de gas convertéronse en instrumentos de vixilancia ambiental esenciais na industria de semicondutores actual e son tamén as ferramentas de vixilancia máis directas.
Riken Keiki sempre prestou atención ao desenvolvemento seguro da industria de fabricación de semicondutores, coa misión de crear un ambiente de traballo seguro para as persoas, e dedicouse a desenvolver sensores de gas axeitados para a industria de semicondutores, proporcionando solucións razoables para varios problemas atopados usuarios e actualizando continuamente as funcións do produto e optimizando os sistemas.
Hora de publicación: 16-Xul-2024