Pembuatan setiap produk semikonduktor memerlukan ratusan proses. Kami membagi seluruh proses manufaktur menjadi delapan langkah:kue waferpemrosesan-oksidasi-fotolitografi-pengetsaan-deposisi film tipis-penanaman ion pertumbuhan epitaksi-difusi.
Untuk membantu Anda memahami dan mengenali semikonduktor dan proses terkait, kami akan menyertakan artikel WeChat di setiap terbitan untuk memperkenalkan setiap langkah di atas satu per satu.
Pada artikel sebelumnya telah disebutkan bahwa untuk melindungikue waferdari berbagai kotoran, film oksida dibuat - proses oksidasi. Hari ini kita akan membahas "proses fotolitografi" yaitu memotret rangkaian desain semikonduktor pada wafer dengan film oksida yang terbentuk.
Proses fotolitografi
1. Apa yang dimaksud dengan proses fotolitografi
Fotolitografi adalah membuat sirkuit dan area fungsional yang diperlukan untuk produksi chip.
Cahaya yang dipancarkan mesin fotolitografi digunakan untuk mengekspos film tipis yang dilapisi photoresist melalui topeng bermotif. Photoresist akan berubah sifat setelah melihat cahaya, sehingga pola pada topeng tertiru pada film tipis, sehingga film tipis tersebut berfungsi sebagai diagram rangkaian elektronik. Inilah peran fotolitografi, mirip dengan pengambilan gambar dengan kamera. Foto yang diambil dengan kamera dicetak pada film, sedangkan fotolitografinya tidak mengukir foto, melainkan diagram sirkuit dan komponen elektronik lainnya.
Fotolitografi adalah teknologi pemesinan mikro yang presisi
Fotolitografi konvensional adalah suatu proses yang menggunakan sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 2000 hingga 4500 angstrom sebagai pembawa informasi gambar, dan menggunakan photoresist sebagai media perantara (perekaman gambar) untuk mencapai transformasi, transfer dan pemrosesan grafik, dan akhirnya mentransmisikan gambar. informasi ke chip (terutama chip silikon) atau lapisan dielektrik.
Dapat dikatakan bahwa fotolitografi adalah fondasi industri semikonduktor, mikroelektronika, dan informasi modern, dan fotolitografi secara langsung menentukan tingkat perkembangan teknologi tersebut.
Dalam lebih dari 60 tahun sejak penemuan sukses sirkuit terpadu pada tahun 1959, lebar garis grafiknya telah berkurang sekitar empat kali lipat, dan integrasi sirkuit telah ditingkatkan lebih dari enam kali lipat. Pesatnya kemajuan teknologi ini terutama disebabkan oleh perkembangan fotolitografi.
(Persyaratan teknologi fotolitografi pada berbagai tahap perkembangan manufaktur sirkuit terpadu)
2. Prinsip dasar fotolitografi
Bahan fotolitografi umumnya mengacu pada photoresist, juga dikenal sebagai photoresist, yang merupakan bahan fungsional paling penting dalam fotolitografi. Bahan jenis ini memiliki karakteristik reaksi cahaya (termasuk cahaya tampak, sinar ultraviolet, berkas elektron, dll). Setelah reaksi fotokimia, kelarutannya berubah secara signifikan.
Diantaranya, kelarutan photoresist positif dalam pengembang meningkat, dan pola yang diperoleh sama dengan topeng; photoresist negatif adalah sebaliknya, yaitu kelarutan berkurang atau bahkan menjadi tidak larut setelah terkena pengembang, dan pola yang diperoleh berlawanan dengan topeng. Bidang penerapan kedua jenis photoresist ini berbeda. Fotoresis positif lebih umum digunakan, mencakup lebih dari 80% total.
Di atas adalah diagram skema proses fotolitografi
(1) Perekatan: yaitu membentuk film photoresist dengan ketebalan seragam, daya rekat kuat dan tidak ada cacat pada wafer silikon. Untuk meningkatkan daya rekat antara film fotoresist dan wafer silikon, seringkali permukaan wafer silikon perlu dimodifikasi terlebih dahulu dengan zat seperti hexamethyldisilazane (HMDS) dan trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Kemudian, film photoresist dibuat dengan cara spin coating.
(2) Pra-pemanggangan: Setelah pelapisan spin, film photoresist masih mengandung sejumlah pelarut. Setelah dipanggang pada suhu yang lebih tinggi, pelarut dapat dihilangkan sesedikit mungkin. Setelah dipanggang terlebih dahulu, kandungan photoresist dikurangi menjadi sekitar 5%.
(3) Eksposur: Artinya, photoresist terkena cahaya. Pada saat ini, terjadi fotoreaksi, dan terjadi perbedaan kelarutan antara bagian yang diterangi dan bagian yang tidak diterangi.
(4) Pengembangan & pengerasan: Produk dibenamkan dalam pengembang. Pada saat ini, area fotoresist positif yang terekspos dan area fotoresist negatif yang tidak terekspos akan larut dalam pengembangan. Ini menyajikan pola tiga dimensi. Setelah pengembangan, chip memerlukan proses perlakuan suhu tinggi untuk menjadi film keras, yang terutama berfungsi untuk lebih meningkatkan daya rekat fotoresist ke substrat.
(5) Etsa: Bahan di bawah photoresist digores. Ini termasuk etsa basah cair dan etsa kering gas. Misalnya, untuk etsa basah silikon, larutan asam fluorida dalam air digunakan; untuk etsa basah pada tembaga, digunakan larutan asam kuat seperti asam nitrat dan asam sulfat, sedangkan etsa kering sering kali menggunakan plasma atau berkas ion berenergi tinggi untuk merusak permukaan material dan mengetsanya.
(6) Degumming: Terakhir, photoresist perlu dihilangkan dari permukaan lensa. Langkah ini disebut degumming.
Keselamatan adalah isu terpenting dalam semua produksi semikonduktor. Gas fotolitografi utama yang berbahaya dan merugikan dalam proses litografi chip adalah sebagai berikut:
1. Hidrogen peroksida
Hidrogen peroksida (H2O2) adalah oksidan kuat. Kontak langsung dapat menyebabkan peradangan dan luka bakar pada kulit dan mata.
2. Xilena
Xylene adalah pelarut dan pengembang yang digunakan dalam litografi negatif. Bahan ini mudah terbakar dan memiliki suhu rendah hanya 27,3℃ (kira-kira suhu kamar). Ini bersifat eksplosif bila konsentrasi di udara 1% -7%. Kontak berulang kali dengan xylene dapat menyebabkan peradangan kulit. Uap xilena manis, mirip dengan bau pesawat terbang; paparan xylene dapat menyebabkan peradangan pada mata, hidung dan tenggorokan. Menghirup gas dapat menyebabkan sakit kepala, pusing, kehilangan nafsu makan dan kelelahan.
3. Heksametildisilazana (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) paling sering digunakan sebagai lapisan primer untuk meningkatkan daya rekat photoresist pada permukaan produk. Bahan ini mudah terbakar dan memiliki titik nyala 6,7°C. Ini bersifat eksplosif bila konsentrasi di udara 0,8%-16%. HMDS bereaksi kuat dengan air, alkohol, dan asam mineral menghasilkan amonia.
4. Tetrametilamonium hidroksida
Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) banyak digunakan sebagai pengembang litografi positif. Ini beracun dan korosif. Bisa berakibat fatal jika tertelan atau bersentuhan langsung dengan kulit. Kontak dengan debu atau kabut TMAH dapat menyebabkan peradangan pada mata, kulit, hidung dan tenggorokan. Menghirup TMAH konsentrasi tinggi akan menyebabkan kematian.
5. Klorin dan fluor
Klorin (Cl2) dan fluor (F2) keduanya digunakan dalam laser excimer sebagai sumber cahaya ultraviolet dalam dan ultraviolet ekstrim (EUV). Kedua gas tersebut beracun, tampak hijau muda, dan memiliki bau yang sangat mengganggu. Menghirup gas ini dalam konsentrasi tinggi akan menyebabkan kematian. Gas fluor dapat bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen fluorida. Gas hidrogen fluorida merupakan asam kuat yang mengiritasi kulit, mata, dan saluran pernapasan serta dapat menyebabkan gejala seperti luka bakar dan kesulitan bernapas. Konsentrasi fluoride yang tinggi dapat menyebabkan keracunan pada tubuh manusia sehingga menimbulkan gejala seperti sakit kepala, muntah, diare, dan koma.
6. Argon
Argon (Ar) merupakan gas inert yang biasanya tidak menimbulkan bahaya langsung pada tubuh manusia. Dalam keadaan normal, udara yang dihirup orang mengandung sekitar 0,93% argon, dan konsentrasi ini tidak mempunyai pengaruh yang jelas pada tubuh manusia. Namun, dalam beberapa kasus, argon dapat membahayakan tubuh manusia.
Berikut beberapa kemungkinan situasi: Di ruang terbatas, konsentrasi argon dapat meningkat, sehingga mengurangi konsentrasi oksigen di udara dan menyebabkan hipoksia. Hal ini dapat menyebabkan gejala seperti pusing, kelelahan, dan sesak napas. Selain itu, argon adalah gas inert, namun dapat meledak pada suhu atau tekanan tinggi.
7. Neon
Neon (Ne) merupakan gas stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak ikut serta dalam proses pernapasan manusia, sehingga menghirup gas neon dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam keadaan hipoksia dalam waktu lama, Anda mungkin akan mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas neon dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi yang menyebabkan kebakaran atau ledakan.
8. Gas xenon
Gas xenon (Xe) merupakan gas stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak ikut serta dalam proses pernafasan manusia, sehingga menghirup gas xenon dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam keadaan hipoksia dalam waktu lama, Anda mungkin akan mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas neon dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi yang menyebabkan kebakaran atau ledakan.
9. Gas kripton
Gas kripton (Kr) merupakan gas stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak ikut serta dalam proses pernafasan manusia, sehingga menghirup gas kripton dengan konsentrasi tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam keadaan hipoksia dalam waktu lama, Anda mungkin akan mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas xenon dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi yang menyebabkan kebakaran atau ledakan. Bernafas di lingkungan yang kekurangan oksigen dapat menyebabkan hipoksia. Jika Anda berada dalam keadaan hipoksia dalam waktu lama, Anda mungkin akan mengalami gejala seperti sakit kepala, mual, dan muntah. Selain itu, gas kripton dapat bereaksi dengan zat lain pada suhu atau tekanan tinggi yang menyebabkan kebakaran atau ledakan.
Solusi deteksi gas berbahaya untuk industri semikonduktor
Industri semikonduktor melibatkan produksi, manufaktur, dan proses gas yang mudah terbakar, meledak, beracun, dan berbahaya. Sebagai pengguna gas di pabrik semikonduktor, setiap anggota staf harus memahami data keselamatan berbagai gas berbahaya sebelum digunakan, dan harus mengetahui bagaimana menangani prosedur darurat ketika gas tersebut bocor.
Dalam produksi, pembuatan, dan penyimpanan industri semikonduktor, untuk menghindari hilangnya nyawa dan harta benda akibat kebocoran gas berbahaya tersebut, perlu dipasang alat pendeteksi gas untuk mendeteksi gas target.
Detektor gas telah menjadi instrumen pemantauan lingkungan yang penting dalam industri semikonduktor saat ini, dan juga merupakan alat pemantauan paling langsung.
Riken Keiki selalu memperhatikan perkembangan industri manufaktur semikonduktor yang aman, dengan misi menciptakan lingkungan kerja yang aman bagi manusia, dan telah mengabdikan dirinya untuk mengembangkan sensor gas yang cocok untuk industri semikonduktor, memberikan solusi yang masuk akal untuk berbagai masalah yang dihadapi oleh oleh pengguna, dan terus meningkatkan fungsi produk dan mengoptimalkan sistem.
Waktu posting: 16 Juli-2024