Pembuatan setiap produk semikonduktor memerlukan ratusan proses. Kami membahagikan keseluruhan proses pembuatan kepada lapan langkah:waferpemprosesan-pengoksidaan-fotolitografi-etsa-pemendapan filem nipis-pertumbuhan epitaxial-penyebaran-implantasi ion.
Untuk membantu anda memahami dan mengenali semikonduktor dan proses yang berkaitan, kami akan menolak artikel WeChat dalam setiap isu untuk memperkenalkan setiap langkah di atas satu demi satu.
Dalam artikel sebelumnya, telah disebutkan bahawa untuk melindungiwaferdaripada pelbagai kekotoran, filem oksida dibuat--proses pengoksidaan. Hari ini kita akan membincangkan "proses fotolitografi" memotret litar reka bentuk semikonduktor pada wafer dengan filem oksida terbentuk.
Proses fotolitografi
1. Apakah proses fotolitografi
Fotolitografi adalah untuk membuat litar dan kawasan berfungsi yang diperlukan untuk pengeluaran cip.
Cahaya yang dipancarkan oleh mesin fotolitografi digunakan untuk mendedahkan filem nipis yang disalut dengan photoresist melalui topeng dengan corak. Photoresist akan menukar sifatnya selepas melihat cahaya, supaya corak pada topeng disalin ke filem nipis, supaya filem nipis mempunyai fungsi gambar rajah litar elektronik. Ini adalah peranan fotolitografi, sama seperti mengambil gambar dengan kamera. Foto yang diambil oleh kamera dicetak pada filem, manakala fotolitografi tidak mengukir foto, tetapi gambar rajah litar dan komponen elektronik lain.
Fotolitografi ialah teknologi pemesinan mikro yang tepat
Fotolitografi konvensional ialah proses yang menggunakan cahaya ultraungu dengan panjang gelombang 2000 hingga 4500 angstrom sebagai pembawa maklumat imej, dan menggunakan photoresist sebagai medium perantaraan (rakaman imej) untuk mencapai transformasi, pemindahan dan pemprosesan grafik, dan akhirnya menghantar imej maklumat kepada cip (terutamanya cip silikon) atau lapisan dielektrik.
Boleh dikatakan bahawa fotolitografi adalah asas industri semikonduktor, mikroelektronik, dan maklumat moden, dan fotolitografi secara langsung menentukan tahap pembangunan teknologi ini.
Dalam lebih 60 tahun sejak kejayaan penciptaan litar bersepadu pada tahun 1959, lebar garis grafiknya telah dikurangkan sebanyak kira-kira empat susunan magnitud, dan penyepaduan litar telah dipertingkatkan dengan lebih daripada enam pesanan magnitud. Kemajuan pesat teknologi ini terutamanya dikaitkan dengan pembangunan fotolitografi.
(Keperluan untuk teknologi fotolitografi pada pelbagai peringkat pembangunan pembuatan litar bersepadu)
2. Prinsip asas fotolitografi
Bahan fotolitografi secara amnya merujuk kepada photoresists, juga dikenali sebagai photoresists, yang merupakan bahan berfungsi paling kritikal dalam fotolitografi. Bahan jenis ini mempunyai ciri-ciri tindak balas cahaya (termasuk cahaya boleh dilihat, cahaya ultraungu, pancaran elektron, dll.). Selepas tindak balas fotokimia, keterlarutannya berubah dengan ketara.
Antaranya, keterlarutan photoresist positif dalam pemaju meningkat, dan corak yang diperoleh adalah sama dengan topeng; photoresist negatif adalah sebaliknya, iaitu, keterlarutan berkurangan atau bahkan menjadi tidak larut selepas terdedah kepada pembangun, dan corak yang diperolehi bertentangan dengan topeng. Medan aplikasi kedua-dua jenis photoresist adalah berbeza. Photoresists positif lebih kerap digunakan, menyumbang lebih daripada 80% daripada jumlah keseluruhan.
Di atas ialah gambarajah skematik proses fotolitografi
(1) Pelekatan:
Iaitu, membentuk filem photoresist dengan ketebalan seragam, lekatan yang kuat dan tiada kecacatan pada wafer silikon. Untuk meningkatkan lekatan antara filem photoresist dan wafer silikon, selalunya perlu terlebih dahulu mengubah suai permukaan wafer silikon dengan bahan seperti heksametildisilazane (HMDS) dan trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Kemudian, filem photoresist disediakan dengan salutan putaran.
(2) Pra-baking:
Selepas salutan putaran, filem photoresist masih mengandungi sejumlah pelarut tertentu. Selepas membakar pada suhu yang lebih tinggi, pelarut boleh dikeluarkan sesedikit mungkin. Selepas pra-baking, kandungan photoresist dikurangkan kepada kira-kira 5%.
(3) Pendedahan:
Iaitu, photoresist terdedah kepada cahaya. Pada masa ini, tindak balas foto berlaku, dan perbezaan keterlarutan antara bahagian yang diterangi dan bahagian yang tidak bercahaya berlaku.
(4) Pembangunan & pengerasan:
Produk itu tenggelam dalam pemaju. Pada masa ini, kawasan terdedah fotoresist positif dan kawasan tidak terdedah fotoresist negatif akan larut dalam pembangunan. Ini membentangkan corak tiga dimensi. Selepas pembangunan, cip memerlukan proses rawatan suhu tinggi untuk menjadi filem keras, yang terutamanya berfungsi untuk meningkatkan lagi lekatan photoresist ke substrat.
(5) Goresan:
Bahan di bawah photoresist terukir. Ia termasuk goresan basah cecair dan goresan kering gas. Sebagai contoh, untuk etsa basah silikon, larutan akueus berasid asid hidrofluorik digunakan; untuk goresan basah kuprum, larutan asid kuat seperti asid nitrik dan asid sulfurik digunakan, manakala etsa kering sering menggunakan pancaran ion plasma atau tenaga tinggi untuk merosakkan permukaan bahan dan mengetsakannya.
(6) Degumming:
Akhirnya, photoresist perlu dikeluarkan dari permukaan kanta. Langkah ini dipanggil degumming.
Keselamatan adalah isu terpenting dalam semua pengeluaran semikonduktor. Gas fotolitografi berbahaya dan berbahaya utama dalam proses litografi cip adalah seperti berikut:
1. Hidrogen peroksida
Hidrogen peroksida (H2O2) adalah oksidan yang kuat. Sentuhan langsung boleh menyebabkan keradangan kulit dan mata serta melecur.
2. Xilena
Xylene ialah pelarut dan pembangun yang digunakan dalam litografi negatif. Ia mudah terbakar dan mempunyai suhu rendah hanya 27.3 ℃ (kira-kira suhu bilik). Ia mudah meletup apabila kepekatan di udara adalah 1%-7%. Sentuhan berulang dengan xilena boleh menyebabkan keradangan kulit. Wap xylene adalah manis, sama dengan bau tack kapal terbang; pendedahan kepada xilena boleh menyebabkan keradangan mata, hidung dan tekak. Penyedutan gas boleh menyebabkan sakit kepala, pening, hilang selera makan dan keletihan.
3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) paling biasa digunakan sebagai lapisan primer untuk meningkatkan lekatan photoresist pada permukaan produk. Ia mudah terbakar dan mempunyai takat kilat 6.7°C. Ia mudah meletup apabila kepekatan di udara adalah 0.8%-16%. HMDS bertindak balas kuat dengan air, alkohol dan asid mineral untuk membebaskan ammonia.
4. Tetramethylammonium hydroxide
Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) digunakan secara meluas sebagai pembangun untuk litografi positif. Ia adalah toksik dan menghakis. Ia boleh membawa maut jika tertelan atau bersentuhan langsung dengan kulit. Sentuhan dengan habuk atau kabus TMAH boleh menyebabkan keradangan mata, kulit, hidung dan tekak. Penyedutan TMAH berkepekatan tinggi akan membawa kepada kematian.
5. Klorin dan fluorin
Klorin (Cl2) dan fluorin (F2) kedua-duanya digunakan dalam laser excimer sebagai sumber cahaya ultraungu yang mendalam dan ultraungu melampau (EUV). Kedua-dua gas adalah toksik, kelihatan hijau muda, dan mempunyai bau yang merengsa yang kuat. Penyedutan kepekatan tinggi gas ini akan membawa kepada kematian. Gas fluorin boleh bertindak balas dengan air untuk menghasilkan gas hidrogen fluorida. Gas hidrogen fluorida ialah asid kuat yang merengsakan kulit, mata dan saluran pernafasan serta boleh menyebabkan gejala seperti melecur dan kesukaran bernafas. Kepekatan fluorida yang tinggi boleh menyebabkan keracunan kepada tubuh manusia, menyebabkan gejala seperti sakit kepala, muntah, cirit-birit, dan koma.
6. Argon
Argon (Ar) ialah gas lengai yang biasanya tidak mendatangkan kemudaratan langsung kepada tubuh manusia. Dalam keadaan biasa, udara yang dihirup oleh manusia mengandungi kira-kira 0.93% argon, dan kepekatan ini tidak mempunyai kesan yang jelas pada tubuh manusia. Walau bagaimanapun, dalam beberapa kes, argon boleh menyebabkan kemudaratan kepada tubuh manusia.
Berikut adalah beberapa situasi yang mungkin: Dalam ruang terkurung, kepekatan argon mungkin meningkat, dengan itu mengurangkan kepekatan oksigen di udara dan menyebabkan hipoksia. Ini boleh menyebabkan gejala seperti pening, keletihan, dan sesak nafas. Di samping itu, argon ialah gas lengai, tetapi ia mungkin meletup di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi.
7. Neon
Neon (Ne) ialah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak mengambil bahagian dalam Gas neon tidak terlibat dalam proses pernafasan manusia, jadi bernafas dalam kepekatan gas neon yang tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya dan muntah. Selain itu, gas neon mungkin bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
8. Gas Xenon
Gas Xenon (Xe) adalah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak mengambil bahagian dalam proses pernafasan manusia, jadi bernafas dalam kepekatan gas xenon yang tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya dan muntah. Selain itu, gas neon mungkin bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
9. Gas kripton
Gas kripton (Kr) ialah gas yang stabil, tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak mengambil bahagian dalam proses pernafasan manusia, jadi pernafasan dalam kepekatan gas kripton yang tinggi akan menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya dan muntah. Selain itu, gas xenon mungkin bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan. Bernafas dalam persekitaran dengan kekurangan oksigen boleh menyebabkan hipoksia. Jika anda berada dalam keadaan hipoksia untuk masa yang lama, anda mungkin mengalami gejala seperti sakit kepala, loya dan muntah. Selain itu, gas krypton mungkin bertindak balas dengan bahan lain di bawah suhu tinggi atau tekanan tinggi untuk menyebabkan kebakaran atau letupan.
Penyelesaian pengesanan gas berbahaya untuk industri semikonduktor
Industri semikonduktor melibatkan pengeluaran, pembuatan dan proses gas mudah terbakar, letupan, toksik dan berbahaya. Sebagai pengguna gas di kilang pembuatan semikonduktor, setiap kakitangan harus memahami data keselamatan pelbagai gas berbahaya sebelum digunakan, dan harus tahu cara menangani prosedur kecemasan apabila gas ini bocor.
Dalam pengeluaran, pembuatan dan penyimpanan industri semikonduktor, untuk mengelakkan kehilangan nyawa dan harta benda yang disebabkan oleh kebocoran gas berbahaya ini, adalah perlu untuk memasang instrumen pengesanan gas untuk mengesan gas sasaran.
Pengesan gas telah menjadi instrumen pemantauan alam sekitar yang penting dalam industri semikonduktor hari ini, dan juga merupakan alat pemantauan yang paling langsung.
Riken Keiki sentiasa memberi perhatian kepada pembangunan selamat industri pembuatan semikonduktor, dengan misi mewujudkan persekitaran kerja yang selamat untuk orang ramai, dan telah menumpukan dirinya untuk membangunkan penderia gas yang sesuai untuk industri semikonduktor, menyediakan penyelesaian yang munasabah untuk pelbagai masalah yang dihadapi oleh pengguna, dan terus meningkatkan fungsi produk dan mengoptimumkan sistem.
Masa siaran: Jul-16-2024