Proizvodnja vsakega polprevodniškega izdelka zahteva na stotine procesov. Celoten proces izdelave razdelimo na osem korakov:oblatobdelava-oksidacija-fotolitografija-jedkanje-nanašanje tankega filma-epitaksialna rast-difuzija-ionska implantacija.
Da bi vam pomagali razumeti in prepoznati polprevodnike in sorodne procese, bomo v vsaki številki objavili članke WeChat, v katerih bomo predstavili vsakega od zgornjih korakov enega za drugim.
V prejšnjem članku je bilo omenjeno, da za zaščitooblatiz različnih primesi je nastal oksidni film-postopek oksidacije. Danes bomo razpravljali o "postopku fotolitografije" fotografiranja polprevodniškega načrtovalnega vezja na rezini z oblikovanim oksidnim filmom.
Postopek fotolitografije
1. Kaj je postopek fotolitografije
Fotolitografija je namenjena izdelavi vezij in funkcionalnih področij, potrebnih za proizvodnjo čipov.
Svetloba, ki jo oddaja fotolitografski stroj, se uporablja za osvetlitev tankega filma, prevlečenega s fotorezistom, skozi masko z vzorcem. Fotorezist bo spremenil svoje lastnosti, ko vidi svetlobo, tako da se vzorec na maski kopira na tanek film, tako da ima tanek film funkcijo diagrama elektronskega vezja. To je vloga fotolitografije, podobna fotografiranju s fotoaparatom. Fotografije, posnete s kamero, se natisnejo na film, pri fotolitografiji pa se ne gravirajo fotografije, temveč sheme vezij in druge elektronske komponente.
Fotolitografija je natančna mikroobdelovalna tehnologija
Konvencionalna fotolitografija je postopek, ki uporablja ultravijolično svetlobo z valovno dolžino od 2000 do 4500 angstromov kot nosilec informacij o sliki in uporablja fotorezist kot vmesni medij (za snemanje slike) za doseganje transformacije, prenosa in obdelave grafike ter končno prenaša sliko informacije na čip (predvsem silicijev čip) ali dielektrično plast.
Lahko rečemo, da je fotolitografija temelj sodobne industrije polprevodnikov, mikroelektronike in informacijske industrije, fotolitografija pa neposredno določa stopnjo razvoja teh tehnologij.
V več kot 60 letih od uspešnega izuma integriranih vezij leta 1959 se je širina črte njegove grafike zmanjšala za približno štiri razrede velikosti, integracija vezja pa je bila izboljšana za več kot šest razredov velikosti. Hiter napredek teh tehnologij gre pripisati predvsem razvoju fotolitografije.
(Zahteve za tehnologijo fotolitografije na različnih stopnjah razvoja proizvodnje integriranih vezij)
2. Osnovni principi fotolitografije
Materiali za fotolitografijo se na splošno nanašajo na fotoreziste, znane tudi kot fotoreziste, ki so najbolj kritični funkcionalni materiali v fotolitografiji. Ta vrsta materiala ima značilnosti reakcije na svetlobo (vključno z vidno svetlobo, ultravijolično svetlobo, elektronskim žarkom itd.). Po fotokemični reakciji se njegova topnost bistveno spremeni.
Med njimi se poveča topnost pozitivnega fotorezista v razvijalcu, dobljeni vzorec pa je enak maski; negativnega fotorezista je nasprotno, to pomeni, da se topnost po izpostavitvi razvijalcu zmanjša ali celo postane netopna, dobljeni vzorec pa je nasproten maski. Področja uporabe obeh vrst fotorezistov sta različna. Pogosteje se uporabljajo pozitivni fotorezisti, ki predstavljajo več kot 80 % vseh.
Zgoraj je shematski diagram postopka fotolitografije
(1) Lepljenje:
To pomeni, da na silicijevi rezini tvori fotorezistni film z enakomerno debelino, močnim oprijemom in brez napak. Da bi povečali oprijem med fotorezistnim filmom in silicijevo rezino, je pogosto treba najprej modificirati površino silicijeve rezine s snovmi, kot sta heksametildisilazan (HMDS) in trimetilsilildietilamin (TMSDEA). Nato se fotorezist film pripravi z centrifugiranjem.
(2) Predpeka:
Po centrifugiranju fotorezist film še vedno vsebuje določeno količino topila. Po pečenju pri višji temperaturi lahko topilo čim manj odstranimo. Po predpeki se vsebnost fotorezista zmanjša na približno 5%.
(3) Izpostavljenost:
To pomeni, da je fotorezist izpostavljen svetlobi. V tem času pride do fotoreakcije in razlike v topnosti med osvetljenim in neosvetljenim delom.
(4) Razvoj in utrjevanje:
Izdelek je potopljen v razvijalec. V tem času se bosta izpostavljena površina pozitivnega fotorezista in neosvetljena površina negativnega fotorezista raztopila v razvoju. To predstavlja tridimenzionalni vzorec. Po razvoju potrebuje čip postopek obdelave pri visoki temperaturi, da postane trd film, ki služi predvsem za dodatno izboljšanje oprijema fotorezista na podlago.
(5) Jedkanje:
Material pod fotorezistom je jedkan. Vključuje tekoče mokro jedkanje in plinasto suho jedkanje. Na primer, za mokro jedkanje silicija se uporablja kisla vodna raztopina fluorovodikove kisline; za mokro jedkanje bakra se uporablja močna kislinska raztopina, kot sta dušikova in žveplova kislina, medtem ko pri suhem jedkanju pogosto uporabljamo plazmo ali visokoenergijske ionske žarke, da poškodujemo površino materiala in jo jedkamo.
(6) Degumiranje:
Na koncu je treba fotorezist odstraniti s površine leče. Ta korak se imenuje degumiranje.
Varnost je najpomembnejše vprašanje v celotni proizvodnji polprevodnikov. Glavni nevarni in škodljivi fotolitografski plini v procesu litografije čipov so naslednji:
1. Vodikov peroksid
Vodikov peroksid (H2O2) je močan oksidant. Neposreden stik lahko povzroči vnetje kože in oči ter opekline.
2. Ksilen
Ksilen je topilo in razvijalec, ki se uporablja v negativni litografiji. Je vnetljiv in ima nizko temperaturo le 27,3 ℃ (približno sobna temperatura). Eksploziven je, če je koncentracija v zraku 1%-7%. Ponavljajoč se stik s ksilenom lahko povzroči vnetje kože. Hlapi ksilena so sladki, podobni vonju letala; izpostavljenost ksilenu lahko povzroči vnetje oči, nosu in grla. Vdihavanje plina lahko povzroči glavobole, omotico, izgubo apetita in utrujenost.
3. Heksametildisilazan (HMDS)
Heksametildisilazan (HMDS) se najpogosteje uporablja kot osnovni sloj za povečanje oprijema fotorezista na površini izdelka. Je vnetljivo in ima plamenišče 6,7°C. Eksploziven je, če je koncentracija v zraku 0,8%-16%. HMDS močno reagira z vodo, alkoholom in mineralnimi kislinami ter sprošča amoniak.
4. Tetrametilamonijev hidroksid
Tetrametilamonijev hidroksid (TMAH) se pogosto uporablja kot razvijalec za pozitivno litografijo. Je strupen in jedek. Pri zaužitju ali neposrednem stiku s kožo je lahko smrtno. Stik s prahom ali meglo TMAH lahko povzroči vnetje oči, kože, nosu in grla. Vdihavanje visokih koncentracij TMAH povzroči smrt.
5. Klor in fluor
Klor (Cl2) in fluor (F2) se uporabljata v excimer laserjih kot vira globoke ultravijolične in ekstremne ultravijolične (EUV) svetlobe. Oba plina sta strupena, videti sta svetlo zelena in imata močan dražeč vonj. Vdihavanje visokih koncentracij tega plina bo povzročilo smrt. Plin fluor lahko reagira z vodo, da nastane plin vodikov fluorid. Plin vodikov fluorid je močna kislina, ki draži kožo, oči in dihalne poti ter lahko povzroči simptome, kot so opekline in težko dihanje. Visoke koncentracije fluorida lahko povzročijo zastrupitev človeškega telesa, kar povzroči simptome, kot so glavoboli, bruhanje, driska in koma.
6. Argon
Argon (Ar) je inertni plin, ki običajno ne povzroča neposredne škode človeškemu telesu. V normalnih okoliščinah zrak, ki ga ljudje dihamo, vsebuje približno 0,93 % argona in ta koncentracija nima očitnega učinka na človeško telo. Vendar pa lahko v nekaterih primerih argon škoduje človeškemu telesu.
Tukaj je nekaj možnih situacij: V zaprtem prostoru se lahko koncentracija argona poveča, s čimer se zmanjša koncentracija kisika v zraku in povzroči hipoksija. To lahko povzroči simptome, kot so omotica, utrujenost in zasoplost. Poleg tega je argon inertni plin, vendar lahko eksplodira pri visoki temperaturi ali visokem tlaku.
7. Neon
Neon (Ne) je stabilen plin brez barve in vonja, ki ne sodeluje pri človeških dihalnih procesih, zato vdihavanje visoke koncentracije neonskega plina povzroči hipoksijo. Če ste dolgo časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko neonski plin reagira z drugimi snovmi pod visoko temperaturo ali visokim pritiskom in povzroči požar ali eksplozijo.
8. Plin ksenon
Plin ksenon (Xe) je stabilen plin brez barve in vonja, ki ne sodeluje pri človeških dihalnih procesih, zato bo vdihavanje plina ksenona v visoki koncentraciji povzročilo hipoksijo. Če ste dolgo časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko neonski plin reagira z drugimi snovmi pod visoko temperaturo ali visokim pritiskom in povzroči požar ali eksplozijo.
9. Plin kripton
Plin kripton (Kr) je stabilen plin brez barve in vonja, ki ne sodeluje pri človeškem dihalnem procesu, zato bo vdihavanje visoke koncentracije plina kriptona povzročilo hipoksijo. Če ste dolgo časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko plin ksenon reagira z drugimi snovmi pod visoko temperaturo ali visokim pritiskom in povzroči požar ali eksplozijo. Dihanje v okolju s pomanjkanjem kisika lahko povzroči hipoksijo. Če ste dolgo časa v stanju hipoksije, se lahko pojavijo simptomi, kot so glavobol, slabost in bruhanje. Poleg tega lahko plin kripton reagira z drugimi snovmi pod visoko temperaturo ali visokim pritiskom in povzroči požar ali eksplozijo.
Rešitve za odkrivanje nevarnih plinov za industrijo polprevodnikov
Industrija polprevodnikov vključuje proizvodnjo, proizvodnjo in proces vnetljivih, eksplozivnih, strupenih in škodljivih plinov. Kot uporabnik plinov v obratih za proizvodnjo polprevodnikov bi moral vsak član osebja pred uporabo razumeti varnostne podatke o različnih nevarnih plinih in vedeti, kako ravnati v nujnih primerih, ko ti plini uhajajo.
V proizvodnji, proizvodnji in skladiščenju polprevodniške industrije, da bi se izognili izgubi življenja in premoženja zaradi uhajanja teh nevarnih plinov, je treba namestiti instrumente za zaznavanje plina za zaznavanje ciljnega plina.
Detektorji plina so postali bistveni instrumenti za spremljanje okolja v današnji industriji polprevodnikov in so tudi najbolj neposredna orodja za spremljanje.
Riken Keiki je vedno posvečal pozornost varnemu razvoju industrije proizvodnje polprevodnikov, z misijo ustvarjanja varnega delovnega okolja za ljudi, in se je posvetil razvoju senzorjev plina, primernih za industrijo polprevodnikov, ki zagotavlja razumne rešitve za različne težave, s katerimi se srečujejo uporabnikov ter nenehno nadgrajevanje funkcij izdelka in optimizacijo sistemov.
Čas objave: 16. julij 2024