De vervaardiging van elk halfgeleiderproduct vereist honderden processen. We verdelen het gehele productieproces in acht stappen:wafeltjeverwerking - oxidatie - fotolithografie - etsen - dunne filmafzetting - epitaxiale groei - diffusie - ionenimplantatie.
Om u te helpen halfgeleiders en aanverwante processen te begrijpen en te herkennen, zullen we in elk nummer WeChat-artikelen plaatsen om elk van de bovenstaande stappen één voor één te introduceren.
In het vorige artikel werd vermeld dat om dewafeltjevan verschillende onzuiverheden werd een oxidefilm gemaakt - oxidatieproces. Vandaag zullen we het "fotolithografische proces" bespreken van het fotograferen van het halfgeleiderontwerpcircuit op de wafer met de gevormde oxidefilm.
Fotolithografisch proces
1. Wat is een fotolithografieproces?
Fotolithografie is bedoeld om de circuits en functionele gebieden te maken die nodig zijn voor de productie van chips.
Het licht dat door de fotolithografiemachine wordt uitgezonden, wordt gebruikt om de dunne film bedekt met fotoresist te belichten via een masker met een patroon. De fotoresist zal na het zien van het licht zijn eigenschappen veranderen, zodat het patroon op het masker wordt gekopieerd naar de dunne film, zodat de dunne film de functie heeft van een elektronisch schakelschema. Dit is de rol van fotolithografie, vergelijkbaar met het maken van foto's met een camera. De door de camera gemaakte foto's worden op de film afgedrukt, terwijl de fotolithografie geen foto's graveert, maar schakelschema's en andere elektronische componenten.
Fotolithografie is een nauwkeurige microbewerkingstechnologie
Conventionele fotolithografie is een proces dat gebruik maakt van ultraviolet licht met een golflengte van 2000 tot 4500 angstrom als beeldinformatiedrager, en fotoresist gebruikt als tussenmedium (beeldopname) om de transformatie, overdracht en verwerking van grafische afbeeldingen te bewerkstelligen, en uiteindelijk het beeld overbrengt. informatie naar de chip (voornamelijk siliciumchip) of diëlektrische laag.
Er kan worden gezegd dat fotolithografie de basis vormt van de moderne halfgeleider-, micro-elektronica- en informatie-industrieën, en dat fotolithografie rechtstreeks het ontwikkelingsniveau van deze technologieën bepaalt.
In de ruim zestig jaar sinds de succesvolle uitvinding van geïntegreerde schakelingen in 1959 is de lijnbreedte van de graphics met ongeveer vier ordes van grootte verkleind, en is de circuitintegratie met ruim zes ordes van grootte verbeterd. De snelle vooruitgang van deze technologieën wordt voornamelijk toegeschreven aan de ontwikkeling van fotolithografie.
(Vereisten voor fotolithografietechnologie in verschillende stadia van de ontwikkeling van de productie van geïntegreerde schakelingen)
2. Basisprincipes van fotolithografie
Fotolithografiematerialen verwijzen over het algemeen naar fotoresists, ook wel fotoresists genoemd, de meest kritische functionele materialen in de fotolithografie. Dit type materiaal heeft de kenmerken van een lichtreactie (inclusief zichtbaar licht, ultraviolet licht, elektronenbundel, enz.). Na een fotochemische reactie verandert de oplosbaarheid aanzienlijk.
Onder hen neemt de oplosbaarheid van positieve fotoresist in de ontwikkelaar toe en is het verkregen patroon hetzelfde als dat van het masker; negatieve fotoresist is het tegenovergestelde, dat wil zeggen dat de oplosbaarheid afneemt of zelfs onoplosbaar wordt na blootstelling aan de ontwikkelaar, en het verkregen patroon is tegengesteld aan dat van het masker. De toepassingsgebieden van de twee soorten fotoresists zijn verschillend. Positieve fotoresisten worden vaker gebruikt en vertegenwoordigen meer dan 80% van het totaal.
Het bovenstaande is een schematisch diagram van het fotolithografieproces
(1) Lijmen: dat wil zeggen het vormen van een fotoresistfilm met uniforme dikte, sterke hechting en geen defecten op de siliciumwafel. Om de hechting tussen de fotoresistfilm en de siliciumwafel te verbeteren, is het vaak nodig om eerst het oppervlak van de siliciumwafel te modificeren met stoffen zoals hexamethyldisilazaan (HMDS) en trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Vervolgens wordt de fotoresistfilm vervaardigd door middel van spincoating.
(2) Voorbakken: na het spincoaten bevat de fotoresistfilm nog steeds een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel. Na bakken op hogere temperatuur kan het oplosmiddel zo min mogelijk worden verwijderd. Na het voorbakken wordt het gehalte aan fotoresist teruggebracht tot ongeveer 5%.
(3) Belichting: Dat wil zeggen dat de fotoresist wordt blootgesteld aan licht. Op dit moment vindt er een fotoreactie plaats en treedt er een verschil in oplosbaarheid op tussen het verlichte deel en het niet-verlichte deel.
(4) Ontwikkeling & uitharding: Het product wordt ondergedompeld in de ontwikkelaar. Op dit moment zullen het belichte gebied van de positieve fotoresist en het niet-blootgestelde gebied van de negatieve fotoresist oplossen in de ontwikkeling. Dit presenteert een driedimensionaal patroon. Na ontwikkeling heeft de chip een behandelingsproces op hoge temperatuur nodig om een harde film te worden, wat vooral dient om de hechting van de fotoresist aan het substraat verder te verbeteren.
(5) Etsen: het materiaal onder de fotoresist wordt geëtst. Het omvat vloeibaar nat etsen en gasvormig droog etsen. Voor het nat etsen van silicium wordt bijvoorbeeld een zure waterige oplossing van fluorwaterstofzuur gebruikt; voor het nat etsen van koper wordt een sterke zuuroplossing zoals salpeterzuur en zwavelzuur gebruikt, terwijl bij droog etsen vaak plasma- of hoogenergetische ionenstralen worden gebruikt om het oppervlak van het materiaal te beschadigen en te etsen.
(6) Ontgommen: Ten slotte moet de fotoresist van het oppervlak van de lens worden verwijderd. Deze stap wordt ontgommen genoemd.
Veiligheid is het belangrijkste probleem bij de productie van halfgeleiders. De belangrijkste gevaarlijke en schadelijke fotolithografiegassen in het chiplithografieproces zijn als volgt:
1. Waterstofperoxide
Waterstofperoxide (H2O2) is een sterk oxidatiemiddel. Direct contact kan huid- en oogontstekingen en brandwonden veroorzaken.
2. Xyleen
Xyleen is een oplosmiddel en ontwikkelaar die wordt gebruikt bij negatieve lithografie. Het is brandbaar en heeft een lage temperatuur van slechts 27,3℃ (ongeveer kamertemperatuur). Het is explosief als de concentratie in de lucht 1%-7% bedraagt. Herhaaldelijk contact met xyleen kan huidontsteking veroorzaken. Xyleendamp is zoet, vergelijkbaar met de geur van vliegtuigtuig; Blootstelling aan xyleen kan ontstekingen aan de ogen, neus en keel veroorzaken. Inademing van het gas kan hoofdpijn, duizeligheid, verlies van eetlust en vermoeidheid veroorzaken.
3. Hexamethyldisilazaan (HMDS)
Hexamethyldisilazaan (HMDS) wordt meestal gebruikt als primerlaag om de hechting van fotoresist op het oppervlak van het product te vergroten. Het is brandbaar en heeft een vlampunt van 6,7°C. Het is explosief als de concentratie in de lucht 0,8%-16% bedraagt. HMDS reageert sterk met water, alcohol en minerale zuren, waarbij ammoniak vrijkomt.
4. Tetramethylammoniumhydroxide
Tetramethylammoniumhydroxide (TMAH) wordt veel gebruikt als ontwikkelaar voor positieve lithografie. Het is giftig en bijtend. Het kan dodelijk zijn bij inslikken of bij direct contact met de huid. Contact met TMAH-stof of -nevel kan ontstekingen aan de ogen, huid, neus en keel veroorzaken. Inademing van hoge concentraties TMAH zal tot de dood leiden.
5. Chloor en fluor
Chloor (Cl2) en fluor (F2) worden beide in excimeerlasers gebruikt als diep-ultraviolette en extreem-ultraviolette (EUV) lichtbronnen. Beide gassen zijn giftig, zien er lichtgroen uit en hebben een sterk irriterende geur. Inademing van hoge concentraties van dit gas zal tot de dood leiden. Fluorgas kan reageren met water en waterstoffluoridegas produceren. Waterstoffluoridegas is een sterk zuur dat de huid, ogen en luchtwegen irriteert en symptomen kan veroorzaken zoals brandwonden en ademhalingsmoeilijkheden. Hoge concentraties fluoride kunnen vergiftiging van het menselijk lichaam veroorzaken en symptomen veroorzaken zoals hoofdpijn, braken, diarree en coma.
6. Argon
Argon (Ar) is een inert gas dat doorgaans geen directe schade toebrengt aan het menselijk lichaam. Onder normale omstandigheden bevat de lucht die mensen inademen ongeveer 0,93% argon, en deze concentratie heeft geen duidelijk effect op het menselijk lichaam. In sommige gevallen kan argon echter schade toebrengen aan het menselijk lichaam.
Hier zijn enkele mogelijke situaties: In een besloten ruimte kan de concentratie argon toenemen, waardoor de zuurstofconcentratie in de lucht afneemt en hypoxie ontstaat. Dit kan symptomen veroorzaken zoals duizeligheid, vermoeidheid en kortademigheid. Bovendien is argon een inert gas, maar het kan exploderen onder hoge temperatuur of hoge druk.
7. Neon
Neon (Ne) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet deelneemt aan het menselijke ademhalingsproces, dus het inademen van een hoge concentratie neongas zal hypoxie veroorzaken. Als u langere tijd in een toestand van hypoxie verkeert, kunt u last krijgen van symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken. Bovendien kan neongas onder hoge temperatuur of hoge druk reageren met andere stoffen, waardoor brand of explosies kunnen ontstaan.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet deelneemt aan het menselijke ademhalingsproces, dus het inademen van een hoge concentratie xenongas zal hypoxie veroorzaken. Als u langere tijd in een toestand van hypoxie verkeert, kunt u last krijgen van symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken. Bovendien kan neongas onder hoge temperatuur of hoge druk reageren met andere stoffen, waardoor brand of explosies kunnen ontstaan.
9. Krypton-gas
Kryptongas (Kr) is een stabiel, kleurloos en geurloos gas dat niet deelneemt aan het menselijke ademhalingsproces, dus het inademen van een hoge concentratie kryptongas zal hypoxie veroorzaken. Als u langere tijd in een toestand van hypoxie verkeert, kunt u last krijgen van symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken. Bovendien kan xenongas onder hoge temperatuur of hoge druk reageren met andere stoffen, waardoor brand of explosies kunnen ontstaan. Ademen in een omgeving met zuurstofgebrek kan hypoxie veroorzaken. Als u langere tijd in een toestand van hypoxie verkeert, kunt u last krijgen van symptomen zoals hoofdpijn, misselijkheid en braken. Bovendien kan kryptongas onder hoge temperatuur of hoge druk reageren met andere stoffen, waardoor brand of explosies kunnen ontstaan.
Detectieoplossingen voor gevaarlijke gassen voor de halfgeleiderindustrie
De halfgeleiderindustrie omvat de productie, productie en processen van brandbare, explosieve, giftige en schadelijke gassen. Als gebruiker van gassen in halfgeleiderfabrieken moet ieder personeelslid vóór gebruik de veiligheidsgegevens van verschillende gevaarlijke gassen begrijpen en weten hoe te handelen met de noodprocedures wanneer deze gassen lekken.
Om het verlies aan mensenlevens en eigendommen als gevolg van het lekken van deze gevaarlijke gassen te voorkomen, is het bij de productie, productie en opslag van de halfgeleiderindustrie noodzakelijk om gasdetectie-instrumenten te installeren om het doelgas te detecteren.
Gasdetectoren zijn essentiële instrumenten voor milieumonitoring geworden in de hedendaagse halfgeleiderindustrie, en zijn ook de meest directe monitoringinstrumenten.
Riken Keiki heeft altijd aandacht besteed aan de veilige ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie, met als missie het creëren van een veilige werkomgeving voor mensen, en heeft zich toegelegd op de ontwikkeling van gassensoren die geschikt zijn voor de halfgeleiderindustrie, waarbij redelijke oplossingen worden geboden voor diverse problemen waarmee men te maken krijgt. gebruikers, en het voortdurend upgraden van productfuncties en het optimaliseren van systemen.
Posttijd: 16 juli 2024