Katra pusvadītāju izstrādājuma ražošanai nepieciešami simtiem procesu. Mēs sadalām visu ražošanas procesu astoņos posmos:vafeleapstrāde-oksidācija-fotolitogrāfija-kodināšana-plānas plēves nogulsnēšana-epitaksiālā augšana-difūzija-jonu implantācija.
Lai palīdzētu jums izprast un atpazīt pusvadītājus un saistītos procesus, mēs katrā numurā ievietosim WeChat rakstus, lai pa vienam iepazīstinātu ar katru no iepriekšminētajām darbībām.
Iepriekšējā rakstā tika minēts, ka, lai aizsargātuvafeleno dažādiem piemaisījumiem tapa oksīda plēve--oksidācijas process. Šodien mēs apspriedīsim "fotolitogrāfijas procesu", fotografējot pusvadītāju konstrukcijas ķēdi uz vafeles ar izveidoto oksīda plēvi.
Fotolitogrāfijas process
1. Kas ir fotolitogrāfijas process
Fotolitogrāfija ir paredzēta mikroshēmu ražošanai nepieciešamo shēmu un funkcionālo zonu izgatavošanai.
Fotolitogrāfijas iekārtas izstarotā gaisma tiek izmantota, lai caur masku ar rakstu eksponētu plānu plēvi, kas pārklāta ar fotorezistu. Fotorezists mainīs savas īpašības pēc gaismas ieraudzīšanas, tā ka zīmējums uz maskas tiek kopēts uz plānas plēves, lai plānajai plēvei būtu elektroniskās shēmas shēmas funkcija. Tāda ir fotolitogrāfijas loma, līdzīgi kā fotografējot ar kameru. Fotoaparāta uzņemtās fotogrāfijas tiek uzdrukātas uz plēves, savukārt fotolitogrāfijā tiek iegravētas nevis fotogrāfijas, bet gan slēgumu shēmas un citas elektroniskās sastāvdaļas.
Fotolitogrāfija ir precīza mikroapstrādes tehnoloģija
Tradicionālā fotolitogrāfija ir process, kurā kā attēla informācijas nesējs tiek izmantota ultravioletā gaisma ar viļņa garumu no 2000 līdz 4500 angstromiem un kā starpposma (attēla ierakstīšanas) līdzeklis tiek izmantots fotorezists, lai panāktu grafikas transformāciju, pārsūtīšanu un apstrādi, un visbeidzot pārraida attēlu. informāciju mikroshēmai (galvenokārt silīcija mikroshēmai) vai dielektriskajam slānim.
Var teikt, ka fotolitogrāfija ir mūsdienu pusvadītāju, mikroelektronikas un informācijas industrijas pamats, un fotolitogrāfija tieši nosaka šo tehnoloģiju attīstības līmeni.
Vairāk nekā 60 gadu laikā kopš sekmīgas integrālo shēmu izgudrošanas 1959. gadā tās grafikas līniju platums ir samazināts par aptuveni četrām kārtām, un shēmas integrācija ir uzlabota par vairāk nekā sešām kārtām. Šo tehnoloģiju straujais progress galvenokārt ir saistīts ar fotolitogrāfijas attīstību.
(Prasības fotolitogrāfijas tehnoloģijai dažādos integrālo shēmu ražošanas attīstības posmos)
2. Fotolitogrāfijas pamatprincipi
Fotolitogrāfijas materiāli parasti attiecas uz fotorezistiem, kas pazīstami arī kā fotorezisti, kas ir vissvarīgākie funkcionālie materiāli fotolitogrāfijā. Šim materiāla veidam piemīt gaismas (tostarp redzamās gaismas, ultravioletās gaismas, elektronu staru u.c.) reakcijas īpašības. Pēc fotoķīmiskās reakcijas tā šķīdība būtiski mainās.
Starp tiem palielinās pozitīvā fotorezista šķīdība attīstītājā, un iegūtais raksts ir tāds pats kā maskai; negatīvais fotorezists ir pretējs, tas ir, šķīdība samazinās vai pat kļūst nešķīstoša pēc iedarbības ar attīstītāju, un iegūtais raksts ir pretējs maskai. Abu veidu fotorezistu pielietojuma lauki ir atšķirīgi. Biežāk tiek izmantoti pozitīvie fotorezisti, kas veido vairāk nekā 80% no kopējā daudzuma.
Iepriekš redzamā ir fotolitogrāfijas procesa shematiska diagramma
(1) Līmēšana: tas ir, veidojot fotorezista plēvi ar vienmērīgu biezumu, spēcīgu adhēziju un bez defektiem uz silīcija plāksnītes. Lai uzlabotu adhēziju starp fotorezista plēvi un silīcija plāksni, bieži vien vispirms ir nepieciešams pārveidot silīcija plāksnītes virsmu ar tādām vielām kā heksametildisizāns (HMDS) un trimetilsilildietilamīns (TMSDEA). Pēc tam fotorezista plēvi sagatavo, pārklājot ar vērpšanu.
(2) Iepriekšēja cepšana: pēc vērpšanas pārklājuma fotorezista plēve joprojām satur noteiktu daudzumu šķīdinātāja. Pēc cepšanas augstākā temperatūrā šķīdinātāju var noņemt pēc iespējas mazāk. Pēc iepriekšējas cepšanas fotorezista saturs tiek samazināts līdz aptuveni 5%.
(3) Ekspozīcija: tas ir, fotorezists ir pakļauts gaismai. Šajā laikā notiek fotoreakcija, un rodas šķīdības atšķirība starp apgaismoto un neapgaismoto daļu.
(4) Attīstīšana un sacietēšana: produkts ir iegremdēts attīstītājā. Šajā laikā pozitīvā fotorezista eksponētā zona un negatīvā fotorezista neeksponētā zona izšķīst attīstībā. Tas parāda trīsdimensiju modeli. Pēc izstrādes mikroshēmai ir nepieciešams augstas temperatūras apstrādes process, lai tā kļūtu par cietu plēvi, kas galvenokārt kalpo, lai vēl vairāk uzlabotu fotorezista saķeri ar pamatni.
(5) Kodināšana: materiāls zem fotorezista ir iegravēts. Tas ietver šķidro mitro kodināšanu un gāzveida sauso kodināšanu. Piemēram, silīcija slapjai kodināšanai izmanto skābu fluorūdeņražskābes ūdens šķīdumu; vara slapjai kodināšanai izmanto stipras skābes šķīdumu, piemēram, slāpekļskābi un sērskābi, savukārt sausajā kodināšanā bieži izmanto plazmas vai augstas enerģijas jonu starus, lai bojātu materiāla virsmu un kodinātu to.
(6) Attīrīšana no sveķiem: visbeidzot, fotorezists ir jānoņem no objektīva virsmas. Šo soli sauc par degummēšanu.
Drošība ir vissvarīgākais jautājums visā pusvadītāju ražošanā. Galvenās bīstamās un kaitīgās fotolitogrāfijas gāzes mikroshēmu litogrāfijas procesā ir šādas:
1. Ūdeņraža peroksīds
Ūdeņraža peroksīds (H2O2) ir spēcīgs oksidētājs. Tieša saskare var izraisīt ādas un acu iekaisumu un apdegumus.
2. Ksilols
Ksilols ir šķīdinātājs un attīstītājs, ko izmanto negatīvajā litogrāfijā. Tas ir uzliesmojošs un tam ir zema temperatūra tikai 27,3 ℃ (aptuveni istabas temperatūra). Tas ir sprādzienbīstams, ja koncentrācija gaisā ir 1–7%. Atkārtota saskare ar ksilolu var izraisīt ādas iekaisumu. Ksilola tvaiki ir saldi, līdzīgi lidmašīnas lipīguma smaržai; ksilola iedarbība var izraisīt acu, deguna un rīkles iekaisumu. Gāzu ieelpošana var izraisīt galvassāpes, reiboni, apetītes zudumu un nogurumu.
3. Heksametildisizilāns (HMDS)
Heksametildisilazānu (HMDS) visbiežāk izmanto kā grunts slāni, lai palielinātu fotorezista adhēziju uz izstrādājuma virsmas. Tas ir uzliesmojošs, un tā uzliesmošanas temperatūra ir 6,7°C. Tas ir sprādzienbīstams, ja koncentrācija gaisā ir 0,8%-16%. HMDS spēcīgi reaģē ar ūdeni, spirtu un minerālskābēm, izdalot amonjaku.
4. Tetrametilamonija hidroksīds
Tetrametilamonija hidroksīds (TMAH) tiek plaši izmantots kā pozitīvas litogrāfijas izstrādātājs. Tas ir toksisks un kodīgs. Tas var būt nāvējošs, ja norij vai nonāk tiešā saskarē ar ādu. Saskare ar TMAH putekļiem vai miglu var izraisīt acu, ādas, deguna un rīkles iekaisumu. Augstas TMAH koncentrācijas ieelpošana var izraisīt nāvi.
5. Hlors un fluors
Hloru (Cl2) un fluoru (F2) izmanto eksimēru lāzeros kā dziļās ultravioletās un ekstremālās ultravioletās (EUV) gaismas avotus. Abas gāzes ir toksiskas, izskatās gaiši zaļas, un tām ir spēcīga kairinoša smaka. Augstas šīs gāzes koncentrācijas ieelpošana var izraisīt nāvi. Fluora gāze var reaģēt ar ūdeni, veidojot ūdeņraža fluorīdu. Fluorūdeņraža gāze ir spēcīga skābe, kas kairina ādu, acis un elpceļus un var izraisīt tādus simptomus kā apdegumus un apgrūtinātu elpošanu. Augsta fluora koncentrācija var izraisīt cilvēka ķermeņa saindēšanos, izraisot tādus simptomus kā galvassāpes, vemšana, caureja un koma.
6. Argons
Argons (Ar) ir inerta gāze, kas parasti nerada tiešu kaitējumu cilvēka ķermenim. Normālos apstākļos gaiss, ko cilvēki elpo, satur aptuveni 0,93% argona, un šai koncentrācijai nav acīmredzamas ietekmes uz cilvēka ķermeni. Tomēr dažos gadījumos argons var kaitēt cilvēka ķermenim.
Šeit ir dažas iespējamās situācijas: Slēgtā telpā var palielināties argona koncentrācija, tādējādi samazinot skābekļa koncentrāciju gaisā un izraisot hipoksiju. Tas var izraisīt tādus simptomus kā reibonis, nogurums un elpas trūkums. Turklāt argons ir inerta gāze, taču tā var eksplodēt augstā temperatūrā vai augstā spiedienā.
7. Neons
Neons (Ne) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās Neona gāze nav iesaistīta cilvēka elpošanas procesā, tāpēc ieelpojot augstas koncentrācijas neona gāzi, rodas hipoksija. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt neona gāze var reaģēt ar citām vielām augstā temperatūrā vai augstā spiedienā, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
8. Ksenona gāze
Ksenona gāze (Xe) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās cilvēka elpošanas procesā, tāpēc ieelpojot augstas koncentrācijas ksenona gāzi, rodas hipoksija. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt neona gāze var reaģēt ar citām vielām augstā temperatūrā vai augstā spiedienā, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
9. Kriptona gāze
Kriptona gāze (Kr) ir stabila, bezkrāsaina un bez smaržas gāze, kas nepiedalās cilvēka elpošanas procesā, tāpēc ieelpojot augstas koncentrācijas kriptona gāzi, radīsies hipoksija. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt ksenona gāze var reaģēt ar citām vielām augstā temperatūrā vai augstā spiedienā, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu. Elpošana vidē ar skābekļa trūkumu var izraisīt hipoksiju. Ja ilgstoši atrodaties hipoksijas stāvoklī, var rasties tādi simptomi kā galvassāpes, slikta dūša un vemšana. Turklāt kriptona gāze var reaģēt ar citām vielām augstā temperatūrā vai augstā spiedienā, izraisot ugunsgrēku vai sprādzienu.
Bīstamu gāzu noteikšanas risinājumi pusvadītāju rūpniecībai
Pusvadītāju rūpniecība ietver uzliesmojošu, sprādzienbīstamu, toksisku un kaitīgu gāzu ražošanu, ražošanu un procesu. Katram darbiniekam kā gāzu lietotājam pusvadītāju ražotnēs pirms lietošanas ir jāsaprot dažādu bīstamo gāzu drošības dati un jāzina, kā rīkoties ārkārtas situācijās, ja šīs gāzes noplūst.
Pusvadītāju rūpniecības ražošanā, ražošanā un uzglabāšanā, lai izvairītos no cilvēku dzīvības un īpašuma zaudēšanas, ko izraisa šo bīstamo gāzu noplūde, ir nepieciešams uzstādīt gāzes noteikšanas instrumentus mērķa gāzes noteikšanai.
Gāzes detektori ir kļuvuši par būtiskiem vides uzraudzības instrumentiem mūsdienu pusvadītāju rūpniecībā, un tie ir arī vistiešākie uzraudzības instrumenti.
Rikens Keiki vienmēr ir pievērsis uzmanību drošai pusvadītāju ražošanas nozares attīstībai, kuras misija ir radīt drošu darba vidi cilvēkiem, un ir veltījis pusvadītāju rūpniecībai piemērotu gāzes sensoru izstrādi, nodrošinot saprātīgus risinājumus dažādām problēmām, ar kurām saskaras uzņēmums. lietotājiem, kā arī pastāvīgi uzlabojot produktu funkcijas un optimizējot sistēmas.
Izlikšanas laiks: 16. jūlijs 2024