Kiekvieno puslaidininkinio gaminio gamybai reikia šimtų procesų. Visą gamybos procesą padaliname į aštuonis etapus:vaflįapdorojimas-oksidacija-fotolitografija-ėsdinimas-plona plėvelė nusodinimas-epitaksinis augimas-difuzija-jonų implantacija.
Kad padėtume suprasti ir atpažinti puslaidininkius ir susijusius procesus, kiekviename numeryje pateiksime „WeChat“ straipsnius, kad po vieną pristatytume kiekvieną iš aukščiau nurodytų veiksmų.
Ankstesniame straipsnyje buvo minėta, kad siekiant apsaugotivaflįiš įvairių priemaišų buvo pagaminta oksido plėvelė--oksidacijos procesas. Šiandien aptarsime „fotolitografijos procesą“, kai fotografuojama puslaidininkių projektavimo grandinė ant plokštelės su susidariusia oksido plėvele.
Fotolitografijos procesas
1. Kas yra fotolitografijos procesas
Fotolitografija skirta lustų gamybai reikalingų grandinių ir funkcinių sričių gamybai.
Fotolitografijos aparato skleidžiama šviesa naudojama plonai fotorezistu padengtai plėvelei eksponuoti per kaukę su raštu. Pamačius šviesą fotorezistas pakeis savo savybes, kad kaukės raštas būtų nukopijuotas į ploną plėvelę, kad plona plėvelė atliktų elektroninės grandinės schemos funkciją. Tai yra fotolitografijos vaidmuo, panašus į fotografavimą fotoaparatu. Fotoaparatu darytos nuotraukos spausdinamos ant plėvelės, o fotolitografija graviruoja ne nuotraukas, o jungčių schemas ir kitus elektroninius komponentus.
Fotolitografija yra tiksli mikroapdirbimo technologija
Įprasta fotolitografija – tai procesas, kurio metu kaip vaizdo informacijos nešiklis naudojama ultravioletinė šviesa, kurios bangos ilgis yra nuo 2000 iki 4500 angstremų, o fotorezistas naudojamas kaip tarpinė (vaizdo įrašymo) terpė grafikos transformavimui, perkėlimui ir apdorojimui, o galiausiai perduodamas vaizdas. informacija į lustą (daugiausia silicio lustą) arba dielektrinį sluoksnį.
Galima sakyti, kad fotolitografija yra šiuolaikinės puslaidininkių, mikroelektronikos, informacinės pramonės pamatas, o fotolitografija tiesiogiai lemia šių technologijų išsivystymo lygį.
Per daugiau nei 60 metų nuo sėkmingo integrinių grandynų išradimo 1959 m. jo grafikos linijos plotis buvo sumažintas maždaug keturiomis eilėmis, o grandinės integravimas patobulintas daugiau nei šešiomis eilėmis. Sparti šių technologijų pažanga daugiausia siejama su fotolitografijos raida.
(Reikalavimai fotolitografijos technologijai įvairiuose integrinių grandynų gamybos plėtros etapuose)
2. Pagrindiniai fotolitografijos principai
Fotolitografijos medžiagos paprastai vadinamos fotorezistais, taip pat žinomais kaip fotorezistai, kurie yra svarbiausios funkcinės medžiagos fotolitografijoje. Šio tipo medžiaga turi šviesos (įskaitant matomą šviesą, ultravioletinę šviesą, elektronų pluoštą ir kt.) reakcijos savybes. Po fotocheminės reakcijos jo tirpumas labai pasikeičia.
Tarp jų padidėja teigiamo fotorezisto tirpumas ryškale, o gautas raštas yra toks pat kaip ir kaukė; neigiamas fotorezistas yra priešingas, tai yra, paveikus ryškalą tirpumas mažėja arba net tampa netirpus, o gautas raštas yra priešingas kaukei. Dviejų tipų fotorezistų taikymo sritys skiriasi. Dažniau naudojami teigiami fotorezistai, kurie sudaro daugiau nei 80% visų.
Aukščiau pateikta fotolitografijos proceso schema
(1) Klijavimas: tai yra vienodo storio fotorezisto plėvelės formavimas, stiprus sukibimas ir be defektų ant silicio plokštelės. Siekiant pagerinti fotorezisto plėvelės ir silicio plokštelės sukibimą, dažnai pirmiausia reikia modifikuoti silicio plokštelės paviršių tokiomis medžiagomis kaip heksametildisilazanas (HMDS) ir trimetilsilildietilaminas (TMSDEA). Tada fotorezisto plėvelė paruošiama padengiant sukimo būdu.
(2) Išankstinis kepimas: po gręžimo padengimo fotorezisto plėvelėje vis dar yra tam tikras tirpiklio kiekis. Iškepus aukštesnėje temperatūroje, tirpiklio galima pašalinti kuo mažiau. Po išankstinio kepimo fotorezisto kiekis sumažinamas iki maždaug 5%.
(3) Ekspozicija: tai yra, fotorezistas yra veikiamas šviesos. Šiuo metu įvyksta fotoreakcija ir atsiranda tirpumo skirtumas tarp apšviestos ir neapšviestos dalies.
(4) Vystymas ir sukietėjimas: produktas panardinamas į ryškalą. Šiuo metu teigiamo fotorezisto eksponuota sritis ir neigiamo fotorezisto neeksponuota sritis ištirps. Tai rodo trimatį modelį. Po kūrimo lustą reikia apdoroti aukštoje temperatūroje, kad jis taptų kieta plėvele, kuri daugiausia padeda dar labiau sustiprinti fotorezisto sukibimą su pagrindu.
(5) ėsdinimas: medžiaga po fotorezistu yra išgraviruota. Tai apima skystą šlapią ėsdinimą ir dujinį sausą ėsdinimą. Pavyzdžiui, šlapiam silicio ėsdinimui naudojamas rūgštus vandeninis vandenilio fluorido tirpalas; šlapiam vario ėsdinimui naudojamas stiprios rūgšties tirpalas, pvz., azoto rūgštis ir sieros rūgštis, o atliekant sausąjį ėsdinimą dažnai naudojami plazmos arba didelės energijos jonų pluoštai, pažeidžiantys medžiagos paviršių ir jį išgraviruoti.
(6) Nuvalymas: galiausiai fotorezistas turi būti pašalintas nuo objektyvo paviršiaus. Šis žingsnis vadinamas deguminimu.
Saugumas yra svarbiausias visos puslaidininkių gamybos klausimas. Pagrindinės pavojingos ir kenksmingos fotolitografijos dujos lustinės litografijos procese yra šios:
1. Vandenilio peroksidas
Vandenilio peroksidas (H2O2) yra stiprus oksidatorius. Tiesioginis kontaktas gali sukelti odos ir akių uždegimą bei nudegimus.
2. Ksilenas
Ksilenas yra tirpiklis ir ryškiklis, naudojamas neigiamoje litografijoje. Jis yra degus ir jo temperatūra yra tik 27,3 ℃ (apytiksliai kambario temperatūra). Jis yra sprogus, kai koncentracija ore yra 1–7%. Pakartotinis kontaktas su ksilenu gali sukelti odos uždegimą. Ksileno garai yra saldūs, panašūs į lėktuvo lipnumo kvapą; ksileno poveikis gali sukelti akių, nosies ir gerklės uždegimą. Įkvėpus dujų, gali atsirasti galvos skausmas, svaigimas, apetito praradimas ir nuovargis.
3. Heksametildisilazanas (HMDS)
Heksametildisilazanas (HMDS) dažniausiai naudojamas kaip grunto sluoksnis, siekiant padidinti fotorezisto sukibimą su gaminio paviršiumi. Jis yra degus ir jo pliūpsnio temperatūra yra 6,7 °C. Jis yra sprogus, kai koncentracija ore yra 0,8–16%. HMDS stipriai reaguoja su vandeniu, alkoholiu ir mineralinėmis rūgštimis, išskirdamas amoniaką.
4. Tetrametilamonio hidroksidas
Tetrametilamonio hidroksidas (TMAH) plačiai naudojamas kaip teigiamos litografijos ryškalas. Jis yra toksiškas ir ėsdinantis. Jis gali būti mirtinas prarijus arba tiesiogiai susilietus su oda. Sąlytis su TMAH dulkėmis ar rūku gali sukelti akių, odos, nosies ir gerklės uždegimą. Didelės koncentracijos TMAH įkvėpimas gali sukelti mirtį.
5. Chloras ir fluoras
Chloras (Cl2) ir fluoras (F2) abu naudojami eksimeriniuose lazeriuose kaip gilios ultravioletinės ir ekstremalios ultravioletinės (EUV) šviesos šaltiniai. Abi dujos yra toksiškos, atrodo šviesiai žalios spalvos ir turi stiprų dirginantį kvapą. Didelės šių dujų koncentracijos įkvėpimas gali sukelti mirtį. Fluoro dujos gali reaguoti su vandeniu ir susidaryti vandenilio fluorido dujos. Vandenilio fluorido dujos yra stipri rūgštis, kuri dirgina odą, akis ir kvėpavimo takus ir gali sukelti tokius simptomus kaip nudegimai ir pasunkėjęs kvėpavimas. Didelė fluoro koncentracija gali sukelti apsinuodijimą žmogaus organizmui ir sukelti tokius simptomus kaip galvos skausmas, vėmimas, viduriavimas ir koma.
6. Argonas
Argonas (Ar) yra inertinės dujos, kurios paprastai nedaro tiesioginės žalos žmogaus organizmui. Įprastomis aplinkybėmis ore, kuriuo žmonės kvėpuoja, yra apie 0,93% argono, o ši koncentracija neturi akivaizdaus poveikio žmogaus organizmui. Tačiau kai kuriais atvejais argonas gali pakenkti žmogaus organizmui.
Štai keletas galimų situacijų: Uždaroje erdvėje argono koncentracija gali padidėti, taip sumažinant deguonies koncentraciją ore ir sukeldama hipoksiją. Tai gali sukelti tokius simptomus kaip galvos svaigimas, nuovargis ir dusulys. Be to, argonas yra inertinės dujos, tačiau gali sprogti esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui.
7. Neonas
Neonas (Ne) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, kurios nedalyvauja Neoninės dujos nedalyvauja žmogaus kvėpavimo procese, todėl kvėpuojant didele neoninių dujų koncentracija sukels hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite jausti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, neoninės dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą.
8. Ksenono dujos
Ksenono dujos (Xe) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, nedalyvaujančios žmogaus kvėpavimo procese, todėl kvėpuojant didele ksenono dujų koncentracija sukels hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite jausti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, neoninės dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą.
9. Kriptono dujos
Kriptono dujos (Kr) yra stabilios, bespalvės ir bekvapės dujos, nedalyvaujančios žmogaus kvėpavimo procese, todėl kvėpuojant didelės kriptono dujų koncentracijos, sukels hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite jausti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, ksenono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą. Kvėpavimas aplinkoje, kurioje trūksta deguonies, gali sukelti hipoksiją. Jei ilgą laiką esate hipoksijos būsenoje, galite jausti tokius simptomus kaip galvos skausmas, pykinimas ir vėmimas. Be to, kriptono dujos gali reaguoti su kitomis medžiagomis esant aukštai temperatūrai arba aukštam slėgiui ir sukelti gaisrą arba sprogimą.
Pavojingų dujų aptikimo sprendimai puslaidininkių pramonei
Puslaidininkių pramonė apima degių, sprogių, toksiškų ir kenksmingų dujų gamybą, gamybą ir procesą. Kiekvienas darbuotojas, naudodamas dujas puslaidininkių gamybos įmonėse, prieš naudojimą turi suprasti įvairių pavojingų dujų saugos duomenis ir žinoti, kaip elgtis avarinėse situacijose, kai šios dujos nuteka.
Puslaidininkių pramonės gamyboje, gamyboje ir sandėliuose, siekiant išvengti gyvybių ir turto praradimo dėl šių pavojingų dujų nuotėkio, būtina įrengti dujų aptikimo prietaisus tikslinėms dujoms aptikti.
Dujų detektoriai tapo pagrindiniais aplinkos stebėjimo instrumentais šiandieninėje puslaidininkių pramonėje, taip pat yra tiesioginės stebėjimo priemonės.
Rikenas Keiki visada skyrė dėmesį saugiai puslaidininkių gamybos pramonės plėtrai, kurios misija buvo sukurti saugią darbo aplinką žmonėms, ir atsidėjo dujų jutiklių, tinkamų puslaidininkių pramonei, kūrimui, pateikdamas pagrįstus įvairių problemų, su kuriomis susiduria įmonės, sprendimus. vartotojų, nuolat atnaujinant produkto funkcijas ir optimizuojant sistemas.
Paskelbimo laikas: 2024-07-16