A fabricação de cada produto semicondutor requer centenas de processos. Dividimos todo o processo de fabricação em oito etapas:bolachaprocessamento-oxidação-fotolitografia-gravação-deposição de filme fino-crescimento epitaxial-difusão-implantação de íons.
Para ajudá-lo a compreender e reconhecer semicondutores e processos relacionados, publicaremos artigos do WeChat em cada edição para apresentar cada uma das etapas acima, uma por uma.
No artigo anterior foi mencionado que para proteger obolachaa partir de várias impurezas, foi feita uma película de óxido - processo de oxidação. Hoje discutiremos o "processo de fotolitografia" de fotografar o circuito do projeto semicondutor no wafer com o filme de óxido formado.
Processo de fotolitografia
1. O que é processo de fotolitografia
A fotolitografia serve para fazer os circuitos e áreas funcionais necessárias para a produção de chips.
A luz emitida pela máquina de fotolitografia é utilizada para expor o filme fino revestido com fotorresiste através de uma máscara com padrão. O fotorresiste mudará suas propriedades após ver a luz, de modo que o padrão da máscara seja copiado para o filme fino, de modo que o filme fino tenha a função de um diagrama de circuito eletrônico. Este é o papel da fotolitografia, semelhante a tirar fotos com uma câmera. As fotos tiradas pela câmera são impressas no filme, enquanto a fotolitografia não grava fotos, mas sim diagramas de circuitos e outros componentes eletrônicos.
A fotolitografia é uma tecnologia precisa de microusinagem
A fotolitografia convencional é um processo que usa luz ultravioleta com comprimento de onda de 2.000 a 4.500 angstroms como portador de informações da imagem e usa fotorresiste como meio intermediário (gravação de imagem) para conseguir a transformação, transferência e processamento de gráficos e, finalmente, transmite a imagem informações para o chip (principalmente chip de silício) ou camada dielétrica.
Pode-se dizer que a fotolitografia é a base das modernas indústrias de semicondutores, microeletrônica e informação, e a fotolitografia determina diretamente o nível de desenvolvimento dessas tecnologias.
Nos mais de 60 anos desde a invenção bem sucedida dos circuitos integrados em 1959, a largura da linha dos seus gráficos foi reduzida em cerca de quatro ordens de grandeza, e a integração do circuito foi melhorada em mais de seis ordens de grandeza. O rápido progresso destas tecnologias é atribuído principalmente ao desenvolvimento da fotolitografia.
(Requisitos para tecnologia de fotolitografia em vários estágios de desenvolvimento da fabricação de circuitos integrados)
2. Princípios básicos da fotolitografia
Os materiais de fotolitografia geralmente se referem a fotorresistentes, também conhecidos como fotorresistentes, que são os materiais funcionais mais críticos em fotolitografia. Este tipo de material possui características de reação à luz (incluindo luz visível, luz ultravioleta, feixe de elétrons, etc.). Após a reação fotoquímica, sua solubilidade muda significativamente.
Dentre eles, a solubilidade do fotorresistente positivo no revelador aumenta, e o padrão obtido é igual ao da máscara; o fotorresiste negativo é o oposto, ou seja, a solubilidade diminui ou até se torna insolúvel após ser exposto ao revelador, e o padrão obtido é oposto ao da máscara. Os campos de aplicação dos dois tipos de fotorresistentes são diferentes. Os fotorresistentes positivos são mais comumente usados, representando mais de 80% do total.
O acima é um diagrama esquemático do processo de fotolitografia
(1) Colagem: isto é, formar um filme fotorresistente com espessura uniforme, forte adesão e sem defeitos na pastilha de silício. Para aumentar a adesão entre o filme fotorresistente e o wafer de silício, muitas vezes é necessário primeiro modificar a superfície do wafer de silício com substâncias como hexametildissilazano (HMDS) e trimetilsilildietilamina (TMSDEA). Em seguida, o filme fotorresistente é preparado por spin-coating.
(2) Pré-cozimento: Após o revestimento giratório, o filme fotorresistente ainda contém uma certa quantidade de solvente. Depois de cozer a uma temperatura mais elevada, o solvente pode ser removido o mínimo possível. Após o pré-cozimento, o conteúdo do fotorresistente é reduzido para cerca de 5%.
(3) Exposição: Ou seja, o fotorresistente é exposto à luz. Neste momento ocorre uma fotorreação e ocorre a diferença de solubilidade entre a parte iluminada e a parte não iluminada.
(4) Desenvolvimento e endurecimento: O produto está imerso no revelador. Neste momento, a área exposta do fotorresistente positivo e a área não exposta do fotorresistente negativo se dissolverão na revelação. Isto apresenta um padrão tridimensional. Após o desenvolvimento, o chip precisa de um processo de tratamento em alta temperatura para se tornar um filme duro, que serve principalmente para aumentar ainda mais a adesão do fotorresiste ao substrato.
(5) Gravura: O material sob o fotorresistente é gravado. Inclui ataque líquido úmido e ataque seco gasoso. Por exemplo, para gravação úmida de silício, é utilizada uma solução aquosa ácida de ácido fluorídrico; para a gravação úmida do cobre, é usada uma solução de ácido forte, como ácido nítrico e ácido sulfúrico, enquanto a gravação a seco geralmente usa plasma ou feixes de íons de alta energia para danificar a superfície do material e gravá-lo.
(6) Degomagem: Finalmente, o fotorresiste precisa ser removido da superfície da lente. Esta etapa é chamada de degomagem.
A segurança é a questão mais importante em toda a produção de semicondutores. Os principais gases de fotolitografia perigosos e prejudiciais no processo de litografia de chips são os seguintes:
1. Peróxido de hidrogênio
O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um oxidante forte. O contato direto pode causar inflamação e queimaduras na pele e nos olhos.
2. Xileno
Xileno é um solvente e revelador usado em litografia negativa. É inflamável e tem uma temperatura baixa de apenas 27,3°C (aproximadamente a temperatura ambiente). É explosivo quando a concentração no ar é de 1% a 7%. O contato repetido com xileno pode causar inflamação da pele. O vapor de xileno é doce, semelhante ao cheiro da amura do avião; a exposição ao xileno pode causar inflamação dos olhos, nariz e garganta. A inalação do gás pode causar dores de cabeça, tonturas, perda de apetite e fadiga.
3. Hexametildissilazano (HMDS)
O hexametildissilazano (HMDS) é mais comumente usado como camada de primer para aumentar a adesão do fotorresiste na superfície do produto. É inflamável e tem um ponto de inflamação de 6,7°C. É explosivo quando a concentração no ar é de 0,8% a 16%. O HMDS reage fortemente com água, álcool e ácidos minerais para liberar amônia.
4. Hidróxido de tetrametilamônio
O hidróxido de tetrametilamônio (TMAH) é amplamente utilizado como revelador para litografia positiva. É tóxico e corrosivo. Pode ser fatal se ingerido ou em contato direto com a pele. O contato com poeira ou névoa TMAH pode causar inflamação nos olhos, pele, nariz e garganta. A inalação de altas concentrações de TMAH levará à morte.
5. Cloro e flúor
Cloro (Cl2) e flúor (F2) são usados em lasers excimer como fontes de luz ultravioleta profunda e ultravioleta extrema (EUV). Ambos os gases são tóxicos, têm uma cor verde clara e um odor forte e irritante. A inalação de altas concentrações deste gás pode levar à morte. O gás flúor pode reagir com a água para produzir gás fluoreto de hidrogênio. O gás fluoreto de hidrogênio é um ácido forte que irrita a pele, os olhos e o trato respiratório e pode causar sintomas como queimaduras e dificuldade para respirar. Altas concentrações de flúor podem causar intoxicação ao corpo humano, causando sintomas como dores de cabeça, vômitos, diarreia e coma.
6. Argônio
O argônio (Ar) é um gás inerte que geralmente não causa danos diretos ao corpo humano. Em circunstâncias normais, o ar que as pessoas respiram contém cerca de 0,93% de argônio, e esta concentração não tem efeito óbvio no corpo humano. No entanto, em alguns casos, o argônio pode causar danos ao corpo humano.
Aqui estão algumas situações possíveis: Num espaço confinado, a concentração de argônio pode aumentar, reduzindo assim a concentração de oxigênio no ar e causando hipóxia. Isso pode causar sintomas como tontura, fadiga e falta de ar. Além disso, o argônio é um gás inerte, mas pode explodir sob alta temperatura ou alta pressão.
7. Néon
O néon (Ne) é um gás estável, incolor e inodoro que não participa do processo respiratório humano, portanto, respirar uma alta concentração de gás néon causará hipóxia. Se você ficar em estado de hipóxia por um longo período, poderá sentir sintomas como dor de cabeça, náusea e vômito. Além disso, o gás neon pode reagir com outras substâncias sob alta temperatura ou alta pressão, causando incêndio ou explosão.
8. Gás xenônio
O gás xenônio (Xe) é um gás estável, incolor e inodoro que não participa do processo respiratório humano, portanto, respirar uma alta concentração de gás xenônio causará hipóxia. Se você ficar em estado de hipóxia por um longo período, poderá sentir sintomas como dor de cabeça, náusea e vômito. Além disso, o gás neon pode reagir com outras substâncias sob alta temperatura ou alta pressão, causando incêndio ou explosão.
9. Gás criptônio
O gás criptônio (Kr) é um gás estável, incolor e inodoro que não participa do processo respiratório humano, portanto, respirar uma alta concentração de gás criptônio causará hipóxia. Se você ficar em estado de hipóxia por um longo período, poderá sentir sintomas como dor de cabeça, náusea e vômito. Além disso, o gás xenônio pode reagir com outras substâncias sob alta temperatura ou alta pressão, causando incêndio ou explosão. Respirar em um ambiente com privação de oxigênio pode causar hipóxia. Se você ficar em estado de hipóxia por um longo período, poderá sentir sintomas como dor de cabeça, náusea e vômito. Além disso, o gás criptônio pode reagir com outras substâncias sob alta temperatura ou alta pressão, causando incêndio ou explosão.
Soluções de detecção de gases perigosos para a indústria de semicondutores
A indústria de semicondutores envolve a produção, fabricação e processamento de gases inflamáveis, explosivos, tóxicos e nocivos. Como usuário de gases em fábricas de semicondutores, cada membro da equipe deve compreender os dados de segurança de vários gases perigosos antes do uso e deve saber como lidar com os procedimentos de emergência quando esses gases vazarem.
Na produção, fabricação e armazenamento da indústria de semicondutores, para evitar a perda de vidas e bens causada pelo vazamento desses gases perigosos, é necessário instalar instrumentos de detecção de gás para detectar o gás alvo.
Os detectores de gás tornaram-se instrumentos essenciais de monitoramento ambiental na indústria atual de semicondutores e são também as ferramentas de monitoramento mais diretas.
Riken Keiki sempre prestou atenção ao desenvolvimento seguro da indústria de fabricação de semicondutores, com a missão de criar um ambiente de trabalho seguro para as pessoas, e se dedicou ao desenvolvimento de sensores de gás adequados para a indústria de semicondutores, fornecendo soluções razoáveis para diversos problemas encontrados por usuários e atualizando continuamente as funções do produto e otimizando os sistemas.
Horário da postagem: 16 de julho de 2024