La produzione di ciascun prodotto a semiconduttore richiede centinaia di processi. Dividiamo l’intero processo produttivo in otto fasi:waferelaborazione-ossidazione-fotolitografia-incisione-deposizione di film sottile-crescita epitassiale-diffusione-impianto di ioni.
Per aiutarti a comprendere e riconoscere i semiconduttori e i processi correlati, pubblicheremo articoli di WeChat in ogni numero per introdurre ciascuno dei passaggi precedenti uno per uno.
Nell'articolo precedente si accennava che al fine di tutelare l'waferda varie impurità si formava una pellicola di ossido: processo di ossidazione. Oggi parleremo del "processo fotolitografico" che consiste nel fotografare il circuito di progettazione del semiconduttore sul wafer con la pellicola di ossido formata.
Processo di fotolitografia
1. Cos'è il processo di fotolitografia
La fotolitografia consiste nel realizzare i circuiti e le aree funzionali necessarie per la produzione di chip.
La luce emessa dalla macchina fotolitografica viene utilizzata per esporre il film sottile rivestito di fotoresist attraverso una maschera con motivo. Il fotoresist cambierà le sue proprietà dopo aver visto la luce, in modo che il motivo sulla maschera venga copiato sulla pellicola sottile, in modo che la pellicola sottile abbia la funzione di uno schema circuitale elettronico. Questo è il ruolo della fotolitografia, simile a scattare foto con una macchina fotografica. Le foto scattate dalla fotocamera vengono stampate sulla pellicola, mentre la fotolitografia non incide foto, ma schemi elettrici e altri componenti elettronici.
La fotolitografia è una precisa tecnologia di microlavorazione
La fotolitografia convenzionale è un processo che utilizza la luce ultravioletta con una lunghezza d'onda compresa tra 2000 e 4500 angstrom come vettore di informazioni sull'immagine e utilizza il fotoresist come mezzo intermedio (registrazione dell'immagine) per ottenere la trasformazione, il trasferimento e l'elaborazione della grafica e infine trasmette l'immagine informazioni al chip (principalmente chip di silicio) o allo strato dielettrico.
Si può dire che la fotolitografia è il fondamento delle moderne industrie dei semiconduttori, della microelettronica e dell'informazione e che la fotolitografia determina direttamente il livello di sviluppo di queste tecnologie.
Negli oltre 60 anni trascorsi dall'invenzione dei circuiti integrati nel 1959, la larghezza della linea della grafica è stata ridotta di circa quattro ordini di grandezza e l'integrazione del circuito è stata migliorata di oltre sei ordini di grandezza. Il rapido progresso di queste tecnologie è principalmente attribuito allo sviluppo della fotolitografia.
(Requisiti per la tecnologia della fotolitografia nelle varie fasi di sviluppo della produzione di circuiti integrati)
2. Principi base della fotolitografia
I materiali per fotolitografia si riferiscono generalmente ai fotoresist, noti anche come fotoresist, che sono i materiali funzionali più critici nella fotolitografia. Questo tipo di materiale ha le caratteristiche della reazione alla luce (compresa la luce visibile, la luce ultravioletta, il fascio di elettroni, ecc.). Dopo la reazione fotochimica, la sua solubilità cambia in modo significativo.
Tra questi, aumenta la solubilità del fotoresist positivo nello sviluppatore e il modello ottenuto è lo stesso della maschera; il fotoresist negativo è l'opposto, ovvero la solubilità diminuisce o addirittura diventa insolubile dopo essere stato esposto allo sviluppatore e il modello ottenuto è opposto alla maschera. I campi di applicazione delle due tipologie di fotoresist sono diversi. I fotoresist positivi sono quelli più comunemente utilizzati e rappresentano oltre l'80% del totale.
Quanto sopra è un diagramma schematico del processo di fotolitografia
(1) Incollaggio:
Cioè, formando una pellicola di fotoresist con spessore uniforme, forte adesione e assenza di difetti sul wafer di silicio. Per migliorare l'adesione tra il film di fotoresist e il wafer di silicio, spesso è necessario modificare preventivamente la superficie del wafer di silicio con sostanze quali esametildisilazano (HMDS) e trimetilsilildietilammina (TMSDEA). Quindi, il film di fotoresist viene preparato mediante rivestimento a rotazione.
(2) Precottura:
Dopo il rivestimento mediante centrifugazione, la pellicola di fotoresist contiene ancora una certa quantità di solvente. Dopo la cottura a temperatura più elevata, il solvente può essere rimosso il meno possibile. Dopo la precottura il contenuto del fotoresist viene ridotto a circa il 5%.
(3) Esposizione:
Cioè, il fotoresist è esposto alla luce. A questo punto avviene una fotoreazione e si verifica la differenza di solubilità tra la parte illuminata e quella non illuminata.
(4) Sviluppo e indurimento:
Il prodotto è immerso nello sviluppatore. In questo momento, l'area esposta del fotoresist positivo e l'area non esposta del fotoresist negativo si dissolveranno nello sviluppo. Questo presenta un modello tridimensionale. Dopo lo sviluppo, il chip necessita di un processo di trattamento ad alta temperatura per diventare una pellicola dura, che serve principalmente a migliorare ulteriormente l'adesione del fotoresist al substrato.
(5) Acquaforte:
Il materiale sotto il fotoresist viene inciso. Comprende l'attacco liquido a umido e l'attacco a secco gassoso. Ad esempio, per l'attacco a umido del silicio, viene utilizzata una soluzione acquosa acida di acido fluoridrico; per l'incisione a umido del rame, viene utilizzata una soluzione acida forte come acido nitrico e acido solforico, mentre l'incisione a secco utilizza spesso plasma o fasci ionici ad alta energia per danneggiare la superficie del materiale e inciderlo.
(6) Sgommatura:
Infine, il fotoresist deve essere rimosso dalla superficie della lente. Questo passaggio è chiamato sgommatura.
La sicurezza è la questione più importante in tutta la produzione di semiconduttori. I principali gas fotolitografici pericolosi e nocivi nel processo di litografia a chip sono i seguenti:
1. Perossido di idrogeno
Il perossido di idrogeno (H2O2) è un forte ossidante. Il contatto diretto può causare infiammazioni e ustioni alla pelle e agli occhi.
2. Xilene
Lo xilene è un solvente e uno sviluppatore utilizzato nella litografia negativa. È infiammabile e ha una temperatura bassa di soli 27,3 ℃ (circa la temperatura ambiente). È esplosivo quando la concentrazione nell'aria è compresa tra l'1% e il 7%. Il contatto ripetuto con lo xilene può causare infiammazioni alla pelle. Il vapore di xilene è dolce, simile all'odore della virata di un aereo; l'esposizione allo xilene può causare infiammazione degli occhi, del naso e della gola. L'inalazione del gas può causare mal di testa, vertigini, perdita di appetito e affaticamento.
3. Esametildisilazano (HMDS)
L'esametildisilazano (HMDS) è più comunemente utilizzato come strato di primer per aumentare l'adesione del fotoresist sulla superficie del prodotto. È infiammabile e ha un punto di infiammabilità di 6,7°C. È esplosivo quando la concentrazione nell'aria è dello 0,8%-16%. L'HMDS reagisce fortemente con l'acqua, l'alcool e gli acidi minerali per rilasciare ammoniaca.
4. Idrossido di tetrametilammonio
L'idrossido di tetrametilammonio (TMAH) è ampiamente utilizzato come sviluppatore per la litografia positiva. È tossico e corrosivo. Può essere mortale se ingerito o a diretto contatto con la pelle. Il contatto con polvere o nebbia di TMAH può causare infiammazioni agli occhi, alla pelle, al naso e alla gola. L'inalazione di alte concentrazioni di TMAH porterà alla morte.
5. Cloro e fluoro
Il cloro (Cl2) e il fluoro (F2) sono entrambi utilizzati nei laser ad eccimeri come sorgenti di luce ultravioletta profonda ed ultravioletta estrema (EUV). Entrambi i gas sono tossici, appaiono di colore verde chiaro e hanno un forte odore irritante. L'inalazione di alte concentrazioni di questo gas porterà alla morte. Il fluoro gassoso può reagire con l'acqua per produrre gas fluoruro di idrogeno. Il gas fluoruro di idrogeno è un acido forte che irrita la pelle, gli occhi e le vie respiratorie e può causare sintomi quali ustioni e difficoltà respiratorie. Elevate concentrazioni di fluoro possono causare avvelenamento al corpo umano, causando sintomi come mal di testa, vomito, diarrea e coma.
6. Argon
L'argon (Ar) è un gas inerte che solitamente non provoca danni diretti al corpo umano. In circostanze normali, l’aria che le persone respirano contiene circa lo 0,93% di argon e questa concentrazione non ha effetti evidenti sul corpo umano. Tuttavia, in alcuni casi, l’argon può causare danni al corpo umano.
Ecco alcune possibili situazioni: In uno spazio ristretto, la concentrazione di argon può aumentare, riducendo così la concentrazione di ossigeno nell'aria e provocando ipossia. Ciò può causare sintomi come vertigini, affaticamento e mancanza di respiro. Inoltre, l'argon è un gas inerte, ma può esplodere ad alta temperatura o alta pressione.
7. Neon
Il neon (Ne) è un gas stabile, incolore e inodore che non partecipa al processo respiratorio umano, quindi respirare un'alta concentrazione di gas neon causerà ipossia. Se rimani in uno stato di ipossia per un lungo periodo, potresti avvertire sintomi come mal di testa, nausea e vomito. Inoltre, il gas neon potrebbe reagire con altre sostanze ad alta temperatura o alta pressione provocando incendi o esplosioni.
8. Gas xeno
Il gas xeno (Xe) è un gas stabile, incolore e inodore che non partecipa al processo respiratorio umano, quindi respirare un'alta concentrazione di gas xeno causerà ipossia. Se rimani in uno stato di ipossia per un lungo periodo, potresti avvertire sintomi come mal di testa, nausea e vomito. Inoltre, il gas neon potrebbe reagire con altre sostanze ad alta temperatura o alta pressione provocando incendi o esplosioni.
9. Gas kripton
Il gas krypton (Kr) è un gas stabile, incolore e inodore che non partecipa al processo respiratorio umano, quindi respirare un'alta concentrazione di gas krypton causerà ipossia. Se rimani in uno stato di ipossia per un lungo periodo, potresti avvertire sintomi come mal di testa, nausea e vomito. Inoltre, il gas xeno potrebbe reagire con altre sostanze ad alta temperatura o alta pressione provocando incendi o esplosioni. Respirare in un ambiente con carenza di ossigeno può causare ipossia. Se rimani in uno stato di ipossia per un lungo periodo, potresti avvertire sintomi come mal di testa, nausea e vomito. Inoltre, il gas krypton può reagire con altre sostanze ad alta temperatura o alta pressione provocando incendi o esplosioni.
Soluzioni di rilevamento di gas pericolosi per l'industria dei semiconduttori
L'industria dei semiconduttori coinvolge la produzione, la fabbricazione e il processo di gas infiammabili, esplosivi, tossici e nocivi. In qualità di utilizzatore di gas negli impianti di produzione di semiconduttori, ogni membro del personale dovrebbe comprendere i dati di sicurezza dei vari gas pericolosi prima dell'uso e dovrebbe sapere come gestire le procedure di emergenza in caso di perdite di questi gas.
Nella produzione, fabbricazione e stoccaggio dell'industria dei semiconduttori, al fine di evitare la perdita di vite umane e proprietà causata dalla fuoriuscita di questi gas pericolosi, è necessario installare strumenti di rilevamento del gas per rilevare il gas target.
I rilevatori di gas sono diventati strumenti essenziali per il monitoraggio ambientale nell'odierna industria dei semiconduttori e sono anche gli strumenti di monitoraggio più diretti.
Riken Keiki ha sempre prestato attenzione allo sviluppo sicuro dell'industria manifatturiera dei semiconduttori, con la missione di creare un ambiente di lavoro sicuro per le persone, e si è dedicata allo sviluppo di sensori di gas adatti all'industria dei semiconduttori, fornendo soluzioni ragionevoli per vari problemi incontrati da utenti, aggiornando continuamente le funzioni del prodotto e ottimizzando i sistemi.
Orario di pubblicazione: 16 luglio 2024