Výroba každého polovodičového produktu si vyžaduje stovky procesov. Celý výrobný proces rozdeľujeme do ôsmich krokov:oblátkaspracovanie-oxidácia-fotolitografia-leptanie-nanášanie tenkého filmu-epitaxiálny rast-difúzia-implantácia iónov.
Aby sme vám pomohli porozumieť a rozpoznať polovodiče a súvisiace procesy, budeme v každom vydaní posúvať články WeChat, aby sme postupne predstavili každý z vyššie uvedených krokov.
V predchádzajúcom článku bolo spomenuté, že v záujme ochranyoblátkaz rôznych nečistôt sa vytvoril oxidový film - oxidačný proces. Dnes budeme diskutovať o "fotolitografickom procese" fotografovania polovodičového konštrukčného obvodu na doštičke s vytvoreným oxidovým filmom.
Proces fotolitografie
1. Čo je proces fotolitografie
Fotolitografia má vytvoriť obvody a funkčné oblasti potrebné na výrobu čipov.
Svetlo vyžarované fotolitografickým strojom sa používa na exponovanie tenkého filmu potiahnutého fotorezistom cez masku so vzorom. Fotorezist po videní svetla zmení svoje vlastnosti tak, že vzor na maske sa skopíruje na tenkú vrstvu, takže tenká vrstva má funkciu schémy elektronického obvodu. To je úloha fotolitografie, podobne ako pri fotení fotoaparátom. Fotografie nasnímané fotoaparátom sú vytlačené na film, pričom fotolitografia negravíruje fotografie, ale schémy zapojenia a iné elektronické súčiastky.
Fotolitografia je precízna technológia mikroobrábania
Konvenčná fotolitografia je proces, ktorý využíva ultrafialové svetlo s vlnovou dĺžkou 2 000 až 4 500 angstromov ako nosič obrazovej informácie a fotorezist ako medziprodukt (záznam obrazu) na dosiahnutie transformácie, prenosu a spracovania grafiky a nakoniec prenáša obraz. informácie na čip (hlavne kremíkový čip) alebo dielektrickú vrstvu.
Dá sa povedať, že fotolitografia je základom moderného polovodičového, mikroelektronického a informačného priemyslu a fotolitografia priamo určuje úroveň rozvoja týchto technológií.
Za viac ako 60 rokov od úspešného vynálezu integrovaných obvodov v roku 1959 sa šírka čiar jeho grafiky zmenšila asi o štyri rády a integrácia obvodov sa zlepšila o viac ako šesť rádov. Rýchly pokrok týchto technológií sa pripisuje najmä rozvoju fotolitografie.
(Požiadavky na technológiu fotolitografie v rôznych štádiách vývoja výroby integrovaných obvodov)
2. Základné princípy fotolitografie
Fotolitografické materiály vo všeobecnosti označujú fotorezisty, známe tiež ako fotorezisty, ktoré sú najdôležitejšími funkčnými materiálmi vo fotolitografii. Tento typ materiálu má vlastnosti reakcie svetla (vrátane viditeľného svetla, ultrafialového svetla, elektrónového lúča atď.). Po fotochemickej reakcii sa jeho rozpustnosť výrazne mení.
Medzi nimi sa zvyšuje rozpustnosť pozitívneho fotorezistu vo vývojke a získaný vzor je rovnaký ako maska; negatívny fotorezist je opakom, to znamená, že rozpustnosť sa po vystavení vývojke zníži alebo sa dokonca stane nerozpustným a získaný vzor je opačný ako maska. Oblasti použitia dvoch typov fotorezistov sú odlišné. Bežnejšie sa používajú pozitívne fotorezisty, ktoré tvoria viac ako 80 % z celkového počtu.
Vyššie uvedené je schematický diagram procesu fotolitografie
(1) Lepenie:
To znamená, že sa vytvorí fotorezistový film s rovnomernou hrúbkou, silnou priľnavosťou a bez defektov na kremíkovej doštičke. Aby sa zvýšila adhézia medzi fotorezistom a kremíkovým plátkom, je často potrebné najprv upraviť povrch kremíkového plátku látkami, ako sú hexametyldisilazán (HMDS) a trimetylsilyldietylamín (TMSDEA). Potom sa fotorezistový film pripraví rotačným nanášaním.
(2) Predpečenie:
Po odstredivom poťahovaní fotorezistový film stále obsahuje určité množstvo rozpúšťadla. Po upečení pri vyššej teplote môže byť rozpúšťadlo odstránené čo najmenej. Po predpečení sa obsah fotorezistu zníži asi na 5 %.
(3) Expozícia:
To znamená, že fotorezist je vystavený svetlu. V tomto čase nastáva fotoreakcia a vzniká rozdiel v rozpustnosti medzi osvetlenou a neosvetlenou časťou.
(4) Vývoj a vytvrdzovanie:
Produkt je ponorený do vývojky. V tomto čase sa exponovaná oblasť pozitívneho fotorezistu a neexponovaná oblasť negatívneho fotorezistu rozpustia vo vývoji. To predstavuje trojrozmerný vzor. Po vývoji potrebuje čip proces úpravy pri vysokej teplote, aby sa z neho stal tvrdý film, ktorý slúži hlavne na ďalšie zvýšenie priľnavosti fotorezistu k substrátu.
(5) Leptanie:
Materiál pod fotorezistom je leptaný. Zahŕňa tekuté mokré leptanie a plynné suché leptanie. Napríklad na mokré leptanie kremíka sa používa kyslý vodný roztok kyseliny fluorovodíkovej; na mokré leptanie medi sa používa roztok silnej kyseliny, ako je kyselina dusičná a kyselina sírová, zatiaľ čo suché leptanie často využíva plazmové alebo vysokoenergetické iónové lúče na poškodenie povrchu materiálu a jeho leptanie.
(6) Degumovanie:
Nakoniec je potrebné odstrániť fotorezist z povrchu šošovky. Tento krok sa nazýva degumovanie.
Bezpečnosť je najdôležitejšou otázkou pri výrobe všetkých polovodičov. Hlavné nebezpečné a škodlivé fotolitografické plyny v procese čipovej litografie sú nasledovné:
1. Peroxid vodíka
Peroxid vodíka (H2O2) je silné oxidačné činidlo. Priamy kontakt môže spôsobiť zápal kože a očí a popáleniny.
2. Xylén
Xylén je rozpúšťadlo a vývojka používaná v negatívnej litografii. Je horľavý a má nízku teplotu iba 27,3 ℃ (približne izbová teplota). Je výbušný, keď je koncentrácia vo vzduchu 1%-7%. Opakovaný kontakt s xylénom môže spôsobiť zápal kože. Xylénová para je sladká, podobná vôni priľnavosti lietadla; vystavenie xylénu môže spôsobiť zápal očí, nosa a hrdla. Vdýchnutie plynu môže spôsobiť bolesti hlavy, závraty, stratu chuti do jedla a únavu.
3. Hexametyldisilazán (HMDS)
Hexametyldisilazán (HMDS) sa najčastejšie používa ako základná vrstva na zvýšenie priľnavosti fotorezistu na povrchu produktu. Je horľavý a má bod vzplanutia 6,7°C. Je výbušný, keď je koncentrácia vo vzduchu 0,8%-16%. HMDS silne reaguje s vodou, alkoholom a minerálnymi kyselinami a uvoľňuje amoniak.
4. Tetrametylamóniumhydroxid
Tetrametylamóniumhydroxid (TMAH) je široko používaný ako vývojka pre pozitívnu litografiu. Je toxický a žieravý. Pri požití alebo priamom kontakte s pokožkou môže byť smrteľný. Kontakt s prachom alebo hmlou TMAH môže spôsobiť zápal očí, kože, nosa a hrdla. Vdýchnutie vysokých koncentrácií TMAH povedie k smrti.
5. Chlór a fluór
Chlór (Cl2) a fluór (F2) sa používajú v excimerových laseroch ako zdroje hlbokého ultrafialového a extrémneho ultrafialového svetla (EUV). Oba plyny sú toxické, vyzerajú svetlozelené a majú silný dráždivý zápach. Vdýchnutie vysokých koncentrácií tohto plynu povedie k smrti. Plynný fluór môže reagovať s vodou za vzniku plynného fluorovodíka. Plynný fluorovodík je silná kyselina, ktorá dráždi pokožku, oči a dýchacie cesty a môže spôsobiť príznaky, ako sú popáleniny a ťažkosti s dýchaním. Vysoké koncentrácie fluoridu môžu spôsobiť otravu ľudského tela, čo spôsobuje príznaky, ako sú bolesti hlavy, vracanie, hnačka a kóma.
6. Argón
Argón (Ar) je inertný plyn, ktorý zvyčajne nespôsobuje priame poškodenie ľudského tela. Za normálnych okolností vzduch, ktorý ľudia dýchajú, obsahuje asi 0,93 % argónu a táto koncentrácia nemá zjavný vplyv na ľudský organizmus. V niektorých prípadoch však môže argón poškodiť ľudské telo.
Tu sú niektoré možné situácie: V uzavretom priestore sa môže zvýšiť koncentrácia argónu, čím sa zníži koncentrácia kyslíka vo vzduchu a dôjde k hypoxii. To môže spôsobiť príznaky, ako sú závraty, únava a dýchavičnosť. Okrem toho je argón inertný plyn, ale pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku môže explodovať.
7. Neónové
Neón (Ne) je stabilný plyn bez farby a zápachu, ktorý sa nezúčastňuje na dýchacom procese človeka, takže dýchanie vo vysokej koncentrácii neónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás objaviť príznaky ako bolesť hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže neónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
8. Xenónový plyn
Xenónový plyn (Xe) je stabilný, bezfarebný plyn bez zápachu, ktorý sa nezúčastňuje ľudského dýchacieho procesu, takže dýchanie vo vysokej koncentrácii xenónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás objaviť príznaky ako bolesť hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže neónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
9. Kryptónový plyn
Kryptónový plyn (Kr) je stabilný plyn bez farby a zápachu, ktorý sa nezúčastňuje ľudského dýchacieho procesu, takže dýchanie vo vysokej koncentrácii kryptónového plynu spôsobí hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás objaviť príznaky ako bolesť hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže xenónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch. Dýchanie v prostredí s nedostatkom kyslíka môže spôsobiť hypoxiu. Ak ste v stave hypoxie dlhší čas, môžu sa u vás objaviť príznaky ako bolesť hlavy, nevoľnosť a vracanie. Okrem toho môže kryptónový plyn reagovať s inými látkami pri vysokej teplote alebo vysokom tlaku a spôsobiť požiar alebo výbuch.
Riešenia detekcie nebezpečných plynov pre polovodičový priemysel
Polovodičový priemysel zahŕňa výrobu, výrobu a proces horľavých, výbušných, toxických a škodlivých plynov. Ako používateľ plynov v závodoch na výrobu polovodičov by mal každý zamestnanec pred použitím porozumieť bezpečnostným údajom rôznych nebezpečných plynov a mal by vedieť, ako postupovať pri núdzových postupoch pri úniku týchto plynov.
Pri výrobe, výrobe a skladovaní v polovodičovom priemysle, aby sa predišlo stratám na životoch a majetku spôsobeným únikom týchto nebezpečných plynov, je potrebné inštalovať prístroje na detekciu plynov na detekciu cieľového plynu.
Detektory plynu sa stali základnými nástrojmi na monitorovanie životného prostredia v dnešnom polovodičovom priemysle a sú tiež najpriamejším monitorovacím nástrojom.
Riken Keiki vždy venoval pozornosť bezpečnému rozvoju priemyslu výroby polovodičov s poslaním vytvárať bezpečné pracovné prostredie pre ľudí a venoval sa vývoju plynových senzorov vhodných pre polovodičový priemysel, poskytujúc rozumné riešenia rôznych problémov, s ktorými sa stretávajú. používateľov a neustále inovovať funkcie produktu a optimalizovať systémy.
Čas odoslania: 16. júla 2024