Wytwarzanie każdego produktu półprzewodnikowego wymaga setek procesów. Cały proces produkcyjny dzielimy na osiem etapów:opłatekprzetwarzanie, utlenianie, fotolitografia, trawienie, osadzanie cienkowarstwowych, epitaksjalny wzrost, dyfuzja, implantacja jonów.
Aby pomóc Ci zrozumieć i rozpoznać półprzewodniki i powiązane procesy, w każdym numerze będziemy publikować artykuły WeChat, w których krok po kroku przedstawiamy każdy z powyższych kroków.
W poprzednim artykule wspomniano, że w celu ochronyopłatekz różnych zanieczyszczeń powstał film tlenkowy – proces utleniania. Dzisiaj omówimy „proces fotolitografii” polegający na fotografowaniu obwodu projektowego półprzewodnika na płytce z utworzoną warstwą tlenku.
Proces fotolitografii
1. Na czym polega proces fotolitografii
Fotolitografia polega na wykonaniu obwodów i obszarów funkcjonalnych wymaganych do produkcji chipów.
Światło emitowane przez maszynę fotolitograficzną służy do naświetlania cienkiej warstwy pokrytej fotomaską przez maskę z wzorem. Fotomaska pod wpływem światła zmieni swoje właściwości tak, że wzór na masce zostanie skopiowany na cienką folię, dzięki czemu cienka folia spełni funkcję schematu obwodu elektronicznego. Taka jest rola fotolitografii, podobnie jak robienie zdjęć aparatem fotograficznym. Zdjęcia wykonane aparatem są drukowane na kliszy, natomiast w procesie fotolitografii nie grawerowane są zdjęcia, a schematy obwodów i inne elementy elektroniczne.
Fotolitografia to precyzyjna technologia mikroobróbki
Konwencjonalna fotolitografia to proces wykorzystujący światło ultrafioletowe o długości fali od 2000 do 4500 angstremów jako nośnik informacji o obrazie i wykorzystujący fotomaskę jako medium pośrednie (zapis obrazu) w celu osiągnięcia transformacji, przeniesienia i przetwarzania grafiki, a ostatecznie transmituje obraz informację do chipa (głównie krzemowego) lub warstwy dielektrycznej.
Można powiedzieć, że fotolitografia jest podstawą współczesnego przemysłu półprzewodników, mikroelektroniki i przemysłu informacyjnego, a fotolitografia bezpośrednio determinuje poziom rozwoju tych technologii.
W ciągu ponad 60 lat od pomyślnego wynalezienia układów scalonych w 1959 r. szerokość linii grafiki została zmniejszona o około cztery rzędy wielkości, a integracja obwodów została poprawiona o ponad sześć rzędów wielkości. Szybki postęp tych technologii przypisuje się głównie rozwojowi fotolitografii.
(Wymagania dotyczące technologii fotolitografii na różnych etapach rozwoju produkcji układów scalonych)
2. Podstawowe zasady fotolitografii
Materiały fotolitograficzne ogólnie odnoszą się do fotomasek, znanych również jako fotomaski, które są najważniejszymi materiałami funkcjonalnymi w fotolitografii. Ten rodzaj materiału ma właściwości reakcji świetlnej (w tym światła widzialnego, ultrafioletu, wiązki elektronów itp.). Po reakcji fotochemicznej jego rozpuszczalność ulega znaczącym zmianom.
Wśród nich wzrasta rozpuszczalność fotorezystu pozytywowego w wywoływaczu, a uzyskany wzór jest taki sam jak maska; Fotomaska negatywowa jest odwrotna, to znaczy rozpuszczalność maleje lub nawet staje się nierozpuszczalna po ekspozycji na wywoływacz, a uzyskany wzór jest odwrotny do maski. Obszary zastosowań obu typów fotomasek są różne. Częściej stosowane są fotomaski dodatnie, stanowiące ponad 80% całości.
Powyżej przedstawiono schematyczny diagram procesu fotolitografii
(1) Klejenie: czyli utworzenie na płytce krzemowej warstwy fotorezystu o jednakowej grubości, dużej przyczepności i braku defektów. Aby zwiększyć przyczepność pomiędzy warstwą fotorezystu a płytką krzemową, często konieczna jest najpierw modyfikacja powierzchni płytki krzemowej za pomocą substancji takich jak heksametylodisilazan (HMDS) i trimetylosililodietyloamina (TMSDEA). Następnie warstwę fotorezystu przygotowuje się metodą powlekania wirowego.
(2) Wypiekanie wstępne: Po powlekaniu wirowym folia fotorezystu nadal zawiera pewną ilość rozpuszczalnika. Po wypieku w wyższej temperaturze rozpuszczalnik można usunąć w jak najmniejszym stopniu. Po wstępnym wypieczeniu zawartość fotomaski zmniejsza się do około 5%.
(3) Ekspozycja: Oznacza to, że fotomaska jest wystawiona na działanie światła. W tym momencie zachodzi fotoreakcja i następuje różnica rozpuszczalności pomiędzy częścią naświetloną a częścią nienaświetloną.
(4) Rozwój i utwardzanie: Produkt zanurza się w wywoływaczu. W tym czasie odsłonięty obszar fotorezystu pozytywowego i nienaświetlony obszar fotorezystu negatywowego rozpuszczą się w wywołaniu. Przedstawia to trójwymiarowy wzór. Po wywołaniu chip wymaga procesu obróbki w wysokiej temperaturze, aby stał się twardą powłoką, która służy głównie dalszemu zwiększeniu przyczepności fotomaski do podłoża.
(5) Trawienie: Materiał pod fotomaską jest trawiony. Obejmuje trawienie płynne na mokro i trawienie gazowe na sucho. Na przykład do mokrego trawienia krzemu stosuje się kwaśny wodny roztwór kwasu fluorowodorowego; do trawienia miedzi na mokro stosuje się mocny roztwór kwasu, taki jak kwas azotowy i kwas siarkowy, podczas gdy do trawienia na sucho często wykorzystuje się plazmę lub wiązki jonów o wysokiej energii, aby uszkodzić powierzchnię materiału i go wytrawić.
(6) Odśluzowanie: Na koniec należy usunąć fotomaskę z powierzchni soczewki. Ten etap nazywa się odśluzowywaniem.
Bezpieczeństwo jest najważniejszą kwestią w całej produkcji półprzewodników. Główne niebezpieczne i szkodliwe gazy fotolitograficzne w procesie litografii chipowej to:
1. Nadtlenek wodoru
Nadtlenek wodoru (H2O2) jest silnym utleniaczem. Bezpośredni kontakt może powodować zapalenie i oparzenia skóry i oczu.
2. Ksylen
Ksylen jest rozpuszczalnikiem i wywoływaczem stosowanym w litografii negatywowej. Jest łatwopalny i ma niską temperaturę wynoszącą zaledwie 27,3 ℃ (w przybliżeniu temperatura pokojowa). Jest wybuchowy, gdy stężenie w powietrzu wynosi 1% -7%. Powtarzający się kontakt z ksylenem może powodować zapalenie skóry. Opary ksylenu są słodkie, podobne do zapachu halsu samolotu; narażenie na ksylen może powodować zapalenie oczu, nosa i gardła. Wdychanie gazu może powodować bóle i zawroty głowy, utratę apetytu i zmęczenie.
3. Heksametylodisilazan (HMDS)
Heksametylodisilazan (HMDS) jest najczęściej stosowany jako warstwa podkładowa zwiększająca przyczepność fotomaski do powierzchni produktu. Jest łatwopalny i ma temperaturę zapłonu 6,7°C. Jest wybuchowy, gdy stężenie w powietrzu wynosi 0,8% -16%. HMDS silnie reaguje z wodą, alkoholem i kwasami mineralnymi, uwalniając amoniak.
4. Wodorotlenek tetrametyloamoniowy
Wodorotlenek tetrametyloamoniowy (TMAH) jest szeroko stosowany jako wywoływacz w litografii pozytywowej. Jest toksyczny i żrący. Połknięcie lub bezpośredni kontakt ze skórą może grozić śmiercią. Kontakt z pyłem lub mgłą TMAH może powodować zapalenie oczu, skóry, nosa i gardła. Wdychanie wysokich stężeń TMAH prowadzi do śmierci.
5. Chlor i fluor
Chlor (Cl2) i fluor (F2) są stosowane w laserach ekscymerowych jako źródła światła głębokiego ultrafioletu i skrajnego ultrafioletu (EUV). Obydwa gazy są toksyczne, mają jasnozielony kolor i silny, drażniący zapach. Wdychanie wysokich stężeń tego gazu prowadzi do śmierci. Fluor gazowy może reagować z wodą, tworząc gazowy fluorowodór. Fluorowodór jest silnym kwasem, który podrażnia skórę, oczy i drogi oddechowe i może powodować objawy, takie jak oparzenia i trudności w oddychaniu. Wysokie stężenia fluoru mogą powodować zatrucie organizmu człowieka, objawiając się bólami głowy, wymiotami, biegunką i śpiączką.
6. Argon
Argon (Ar) to gaz obojętny, który zwykle nie powoduje bezpośrednich szkód w organizmie człowieka. W normalnych warunkach powietrze, którym oddychają ludzie, zawiera około 0,93% argonu i stężenie to nie ma oczywistego wpływu na organizm ludzki. Jednak w niektórych przypadkach argon może powodować szkody dla organizmu ludzkiego.
Oto kilka możliwych sytuacji: W zamkniętej przestrzeni stężenie argonu może wzrosnąć, zmniejszając w ten sposób stężenie tlenu w powietrzu i powodując niedotlenienie. Może to powodować objawy, takie jak zawroty głowy, zmęczenie i duszność. Ponadto argon jest gazem obojętnym, ale może eksplodować pod wpływem wysokiej temperatury lub wysokiego ciśnienia.
7. Neon
Neon (Ne) to stabilny, bezbarwny i bezwonny gaz, który nie uczestniczy w procesie oddychania człowieka. Neon nie bierze udziału w procesie oddechowym człowieka, dlatego wdychanie neonu o dużym stężeniu spowoduje niedotlenienie. Jeśli przez dłuższy czas znajdujesz się w stanie niedotlenienia, możesz doświadczyć takich objawów, jak ból głowy, nudności i wymioty. Ponadto neon może reagować z innymi substancjami w wysokiej temperaturze lub pod wysokim ciśnieniem, powodując pożar lub eksplozję.
8. Gaz ksenonowy
Ksenon (Xe) jest stabilnym, bezbarwnym i bezwonnym gazem, który nie bierze udziału w procesie oddechowym człowieka, dlatego wdychanie ksenonu o wysokim stężeniu spowoduje niedotlenienie. Jeśli przez dłuższy czas znajdujesz się w stanie niedotlenienia, możesz doświadczyć takich objawów, jak ból głowy, nudności i wymioty. Ponadto neon może reagować z innymi substancjami w wysokiej temperaturze lub pod wysokim ciśnieniem, powodując pożar lub eksplozję.
9. Gaz kryptonowy
Gaz kryptonowy (Kr) to stabilny, bezbarwny i bezwonny gaz, który nie bierze udziału w procesie oddechowym człowieka, dlatego wdychanie gazu kryptonowego o wysokim stężeniu spowoduje niedotlenienie. Jeśli przez dłuższy czas znajdujesz się w stanie niedotlenienia, możesz doświadczyć takich objawów, jak ból głowy, nudności i wymioty. Ponadto ksenon może reagować z innymi substancjami w wysokiej temperaturze lub pod wysokim ciśnieniem, powodując pożar lub eksplozję. Oddychanie w środowisku pozbawionym tlenu może powodować niedotlenienie. Jeśli przez dłuższy czas znajdujesz się w stanie niedotlenienia, możesz doświadczyć takich objawów, jak ból głowy, nudności i wymioty. Ponadto gaz kryptonowy może reagować z innymi substancjami w wysokiej temperaturze lub pod wysokim ciśnieniem, powodując pożar lub eksplozję.
Rozwiązania do wykrywania gazów niebezpiecznych dla przemysłu półprzewodników
Przemysł półprzewodników obejmuje produkcję, wytwarzanie i przetwarzanie gazów łatwopalnych, wybuchowych, toksycznych i szkodliwych. Jako użytkownik gazów w zakładach produkujących półprzewodniki, każdy pracownik powinien przed użyciem poznać dane dotyczące bezpieczeństwa różnych niebezpiecznych gazów i powinien wiedzieć, jak postępować w sytuacjach awaryjnych w przypadku wycieku tych gazów.
Aby uniknąć utraty życia i mienia w wyniku wycieku tych niebezpiecznych gazów, podczas produkcji, wytwarzania i przechowywania w przemyśle półprzewodników, konieczne jest zainstalowanie przyrządów do wykrywania gazu w celu wykrycia docelowego gazu.
Detektory gazu stały się niezbędnymi instrumentami monitorowania środowiska w dzisiejszym przemyśle półprzewodników, a także są najbardziej bezpośrednimi narzędziami monitorowania.
Riken Keiki zawsze zwracał uwagę na bezpieczny rozwój przemysłu produkcji półprzewodników, mając misję tworzenia bezpiecznego środowiska pracy dla ludzi i poświęcił się opracowywaniu czujników gazu odpowiednich dla przemysłu półprzewodników, zapewniając rozsądne rozwiązania różnych problemów napotykanych przez użytkowników oraz ciągłe unowocześnianie funkcji produktów i optymalizację systemów.
Czas publikacji: 16 lipca 2024 r