Производство каждого полупроводникового продукта требует сотен процессов. Весь производственный процесс мы делим на восемь этапов:вафляобработка-окисление-фотолитография-травление-осаждение тонких пленок-эпитаксиальный рост-диффузия-ионная имплантация.
Чтобы помочь вам понять и распознать полупроводники и связанные с ними процессы, в каждом выпуске мы будем публиковать статьи WeChat, в которых будет представлен каждый из вышеперечисленных шагов один за другим.
В предыдущей статье упоминалось, что для защитывафляиз различных примесей образовалась оксидная пленка – процесс окисления. Сегодня мы обсудим «процесс фотолитографии» фотографирования полупроводниковой схемы на пластине с образовавшейся оксидной пленкой.
Процесс фотолитографии
1. Что такое процесс фотолитографии
Фотолитография предназначена для создания схем и функциональных областей, необходимых для производства чипов.
Свет, излучаемый фотолитографической машиной, используется для экспонирования тонкой пленки, покрытой фоторезистом, через маску с рисунком. Фоторезист изменит свои свойства после того, как увидит свет, так что рисунок на маске будет скопирован на тонкую пленку, так что тонкая пленка будет выполнять функцию электронной схемы. В этом роль фотолитографии, подобная съемке фотоаппаратом. На пленку печатаются фотографии, сделанные камерой, при этом фотолитография гравирует не фотографии, а принципиальные схемы и другие электронные компоненты.
Фотолитография – это точная технология микрообработки.
Обычная фотолитография - это процесс, в котором ультрафиолетовый свет с длиной волны от 2000 до 4500 ангстрем используется в качестве носителя информации изображения, а фоторезист используется в качестве промежуточной среды (записи изображения) для преобразования, передачи и обработки графики и, наконец, передачи изображения. информация на чипе (в основном кремниевом чипе) или диэлектрическом слое.
Можно сказать, что фотолитография является основой современной полупроводниковой, микроэлектронной и информационной промышленности и фотолитография напрямую определяет уровень развития этих технологий.
За более чем 60 лет, прошедших с момента успешного изобретения интегральных схем в 1959 году, ширина линий их графики сократилась примерно на четыре порядка, а интеграция схем улучшилась более чем на шесть порядков. Быстрый прогресс этих технологий в основном объясняется развитием фотолитографии.
(Требования к технологии фотолитографии на различных этапах развития производства интегральных схем)
2. Основные принципы фотолитографии.
Материалы для фотолитографии обычно относятся к фоторезистам, также известным как фоторезисты, которые являются наиболее важными функциональными материалами в фотолитографии. Этот тип материала имеет характеристики реакции света (включая видимый свет, ультрафиолетовый свет, электронный луч и т. д.). После фотохимической реакции его растворимость существенно меняется.
Среди них увеличивается растворимость позитивного фоторезиста в проявителе, а полученный рисунок идентичен маске; У негативного фоторезиста все наоборот, то есть растворимость снижается или даже становится нерастворимой после воздействия проявителя, а полученный рисунок противоположен маске. Области применения двух типов фоторезистов различны. Чаще используются позитивные фоторезисты, их доля составляет более 80% от общего количества.
Выше представлена принципиальная схема процесса фотолитографии.
(1) Склеивание:
То есть формирование пленки фоторезиста с одинаковой толщиной, сильной адгезией и отсутствием дефектов на кремниевой пластине. Чтобы усилить адгезию между пленкой фоторезиста и кремниевой пластиной, часто необходимо сначала модифицировать поверхность кремниевой пластины такими веществами, как гексаметилдисилазан (HMDS) и триметилсилилдиэтиламин (TMSDEA). Затем пленку фоторезиста готовят методом центрифугирования.
(2) Предварительная выпечка:
После центрифугирования пленка фоторезиста все еще содержит определенное количество растворителя. После обжига при более высокой температуре растворитель можно удалять как можно меньше. После предварительного обжига содержание фоторезиста снижается примерно до 5%.
(3) Воздействие:
То есть фоторезист подвергается воздействию света. В это время происходит фотореакция и возникает разница растворимости между освещенной частью и неосвещенной частью.
(4) Развитие и закалка:
Изделие погружается в проявитель. В это время экспонированная область позитивного фоторезиста и неэкспонированная область негативного фоторезиста растворятся при проявлении. Это представляет собой трехмерный рисунок. После проявки чипу требуется высокотемпературная обработка, чтобы он превратился в твердую пленку, которая в основном служит для дальнейшего улучшения адгезии фоторезиста к подложке.
(5) Травление:
Материал под фоторезистом травится. Он включает в себя жидкое влажное травление и газовое сухое травление. Например, для влажного травления кремния используют кислый водный раствор плавиковой кислоты; для влажного травления меди используется раствор сильной кислоты, такой как азотная кислота и серная кислота, тогда как при сухом травлении часто используются плазменные или высокоэнергетические ионные лучи, чтобы повредить поверхность материала и протравить ее.
(6) Дегуммирование:
Наконец, фоторезист нужно удалить с поверхности линзы. Этот этап называется дегумированием.
Безопасность является наиболее важным вопросом во всем производстве полупроводников. Основными опасными и вредными фотолитографическими газами в процессе литографии чипов являются следующие:
1. Перекись водорода
Перекись водорода (H2O2) является сильным окислителем. Прямой контакт может вызвать воспаление кожи и глаз, а также ожоги.
2. Ксилол
Ксилол — растворитель и проявитель, используемый в негативной литографии. Он легковоспламеняющийся и имеет низкую температуру всего 27,3 ℃ (приблизительно комнатную температуру). Взрывоопасно при концентрации в воздухе 1-7%. Повторный контакт с ксилолом может вызвать воспаление кожи. Пары ксилола сладкие, похожие на запах самолета; воздействие ксилола может вызвать воспаление глаз, носа и горла. Вдыхание газа может вызвать головные боли, головокружение, потерю аппетита и усталость.
3. Гексаметилдисилазан (ГМДС).
Гексаметилдисилазан (ГМДС) чаще всего используется в качестве грунтовочного слоя для увеличения адгезии фоторезиста на поверхности изделия. Он огнеопасен и имеет температуру вспышки 6,7°C. Взрывоопасно при концентрации в воздухе 0,8–16%. ГМДС сильно реагирует с водой, спиртом и минеральными кислотами с выделением аммиака.
4. Гидроксид тетраметиламмония.
Гидроксид тетраметиламмония (ТМАГ) широко используется в качестве проявителя для позитивной литографии. Он токсичен и вызывает коррозию. Он может быть смертельным при проглатывании или при прямом контакте с кожей. Контакт с пылью или туманом ТМАГ может вызвать воспаление глаз, кожи, носа и горла. Вдыхание высоких концентраций ТМАГ приведет к смерти.
5. Хлор и фтор.
Хлор (Cl2) и фтор (F2) используются в эксимерных лазерах в качестве источников света глубокого и крайнего ультрафиолета (EUV). Оба газа токсичны, имеют светло-зеленый цвет и сильный раздражающий запах. Вдыхание высоких концентраций этого газа приведет к смерти. Газообразный фтор может вступать в реакцию с водой с образованием газообразного фторида водорода. Газообразный фтороводород представляет собой сильную кислоту, которая раздражает кожу, глаза и дыхательные пути и может вызывать такие симптомы, как ожоги и затрудненное дыхание. Высокие концентрации фторида могут вызвать отравление организма человека, вызывая такие симптомы, как головные боли, рвота, диарея и кома.
6. Аргон
Аргон (Ar) – инертный газ, обычно не наносящий прямого вреда человеческому организму. В нормальных условиях воздух, которым дышат люди, содержит около 0,93% аргона, и эта концентрация не оказывает явного влияния на организм человека. Однако в некоторых случаях аргон может нанести вред человеческому организму.
Вот несколько возможных ситуаций: В замкнутом пространстве концентрация аргона может увеличиться, тем самым снижая концентрацию кислорода в воздухе и вызывая гипоксию. Это может вызвать такие симптомы, как головокружение, усталость и одышка. Кроме того, аргон — инертный газ, но он может взорваться при высокой температуре или высоком давлении.
7. Неон
Неон (Ne) — стабильный газ без цвета и запаха, не участвующий в дыхательном процессе человека, поэтому вдыхание неона в высокой концентрации вызовет гипоксию. Если вы находитесь в состоянии гипоксии в течение длительного времени, у вас могут возникнуть такие симптомы, как головная боль, тошнота и рвота. Кроме того, неон может вступать в реакцию с другими веществами при высокой температуре или высоком давлении, вызывая пожар или взрыв.
8. Газ ксенон.
Газообразный ксенон (Xe) представляет собой стабильный газ без цвета и запаха, который не участвует в дыхательном процессе человека, поэтому вдыхание газообразного ксенона в высокой концентрации вызывает гипоксию. Если вы находитесь в состоянии гипоксии в течение длительного времени, у вас могут возникнуть такие симптомы, как головная боль, тошнота и рвота. Кроме того, неон может вступать в реакцию с другими веществами при высокой температуре или высоком давлении, вызывая пожар или взрыв.
9. Криптоновый газ
Газ криптон (Кр) — стабильный газ без цвета и запаха, который не участвует в дыхательном процессе человека, поэтому вдыхание высокой концентрации газообразного криптона вызовет гипоксию. Если вы находитесь в состоянии гипоксии в течение длительного времени, у вас могут возникнуть такие симптомы, как головная боль, тошнота и рвота. Кроме того, газообразный ксенон может вступать в реакцию с другими веществами при высокой температуре или высоком давлении, вызывая пожар или взрыв. Дыхание в среде с недостатком кислорода может вызвать гипоксию. Если вы находитесь в состоянии гипоксии в течение длительного времени, у вас могут возникнуть такие симптомы, как головная боль, тошнота и рвота. Кроме того, газообразный криптон может вступать в реакцию с другими веществами при высокой температуре или высоком давлении, вызывая пожар или взрыв.
Решения для обнаружения опасных газов для полупроводниковой промышленности
Полупроводниковая промышленность занимается производством, изготовлением и переработкой легковоспламеняющихся, взрывоопасных, токсичных и вредных газов. Будучи пользователем газов на предприятиях по производству полупроводников, каждый сотрудник должен понимать данные по безопасности различных опасных газов перед использованием и знать, как действовать в аварийных ситуациях при утечке этих газов.
При производстве, производстве и хранении полупроводниковой промышленности, чтобы избежать гибели людей и имущества, вызванных утечкой этих опасных газов, необходимо установить газоанализаторы для обнаружения целевого газа.
Детекторы газа стали важными инструментами мониторинга окружающей среды в современной полупроводниковой промышленности, а также наиболее прямыми инструментами мониторинга.
Riken Keiki всегда уделяла внимание безопасному развитию промышленности по производству полупроводников, стремясь создать безопасную рабочую среду для людей, и посвятила себя разработке газовых датчиков, подходящих для полупроводниковой промышленности, обеспечивая разумные решения различных проблем, с которыми сталкиваются пользователей, а также постоянное обновление функций продуктов и оптимизация систем.
Время публикации: 16 июля 2024 г.