Tillverkningen av varje halvledarprodukt kräver hundratals processer. Vi delar upp hela tillverkningsprocessen i åtta steg:rånbearbetning-oxidation-fotolitografi-etsning-tunnfilmsavsättning-epitaxiell tillväxt-diffusion-jonimplantation.
För att hjälpa dig förstå och känna igen halvledare och relaterade processer kommer vi att driva WeChat-artiklar i varje nummer för att introducera vart och ett av stegen ovan ett efter ett.
I den tidigare artikeln nämndes det att för att skyddarånav olika föroreningar gjordes en oxidfilm - oxidationsprocess. Idag kommer vi att diskutera "fotolitografiprocessen" för att fotografera halvledardesignkretsen på skivan med den bildade oxidfilmen.
Fotolitografiprocess
1. Vad är fotolitografiprocess
Fotolitografi är att göra de kretsar och funktionella områden som krävs för chipproduktion.
Ljuset som emitteras av fotolitografimaskinen används för att exponera den tunna filmen belagd med fotoresist genom en mask med ett mönster. Fotoresisten kommer att ändra sina egenskaper efter att ha sett ljuset, så att mönstret på masken kopieras till den tunna filmen, så att den tunna filmen har funktionen av ett elektroniskt kretsschema. Detta är rollen för fotolitografi, liknande det att ta bilder med en kamera. Bilderna tagna av kameran trycks på filmen, medan fotolitografin inte graverar foton, utan kretsscheman och andra elektroniska komponenter.
Fotolitografi är en exakt mikrobearbetningsteknik
Konventionell fotolitografi är en process som använder ultraviolett ljus med en våglängd på 2000 till 4500 ångström som bildinformationsbärare, och som använder fotoresist som mellanliggande medium (bildinspelning) för att åstadkomma transformation, överföring och bearbetning av grafik, och slutligen överför bilden information till chippet (främst kiselchip) eller dielektriskt skikt.
Det kan sägas att fotolitografi är grunden för moderna halvledar-, mikroelektronik- och informationsindustrier, och fotolitografi bestämmer direkt utvecklingsnivån för dessa teknologier.
Under de mer än 60 år som gått sedan den framgångsrika uppfinningen av integrerade kretsar 1959, har linjebredden på dess grafik minskat med cirka fyra storleksordningar, och kretsintegrationen har förbättrats med mer än sex storleksordningar. Den snabba utvecklingen av dessa teknologier tillskrivs främst utvecklingen av fotolitografi.
(Krav för fotolitografiteknik vid olika utvecklingsstadier av tillverkning av integrerade kretsar)
2. Grundläggande principer för fotolitografi
Fotolitografimaterial hänvisar i allmänhet till fotoresister, även kända som fotoresister, som är de mest kritiska funktionella materialen inom fotolitografi. Denna typ av material har egenskaperna för ljus (inklusive synligt ljus, ultraviolett ljus, elektronstråle, etc.) reaktion. Efter fotokemisk reaktion förändras dess löslighet avsevärt.
Bland dem ökar lösligheten av positiv fotoresist i framkallaren, och det erhållna mönstret är detsamma som masken; negativ fotoresist är motsatsen, det vill säga lösligheten minskar eller till och med blir olöslig efter att ha exponerats för framkallaren, och det erhållna mönstret är motsatt till masken. Användningsområdena för de två typerna av fotoresist är olika. Positiva fotoresister används oftare och står för mer än 80 % av totalen.
Ovanstående är ett schematiskt diagram över fotolitografiprocessen
(1) Limning: det vill säga bildar en fotoresistfilm med jämn tjocklek, stark vidhäftning och inga defekter på kiselskivan. För att förbättra vidhäftningen mellan fotoresistfilmen och kiselskivan är det ofta nödvändigt att först modifiera kiselskivans yta med ämnen som hexametyldisilazan (HMDS) och trimetylsilyldietylamin (TMSDEA). Därefter framställs fotoresistfilmen genom spinnbeläggning.
(2) Förgräddning: Efter spinnbeläggning innehåller fotoresistfilmen fortfarande en viss mängd lösningsmedel. Efter gräddning vid högre temperatur kan lösningsmedlet avlägsnas så lite som möjligt. Efter förgräddning reduceras innehållet i fotoresisten till cirka 5 %.
(3) Exponering: Det vill säga att fotoresisten exponeras för ljus. Vid denna tidpunkt inträffar en fotoreaktion, och löslighetsskillnaden mellan den upplysta delen och den icke-upplysta delen uppstår.
(4) Utveckling & härdning: Produkten är nedsänkt i framkallaren. Vid denna tidpunkt kommer det exponerade området av den positiva fotoresisten och det icke-exponerade området av den negativa fotoresisten att lösas upp i framkallningen. Detta presenterar ett tredimensionellt mönster. Efter framkallning behöver chipet en högtemperaturbehandlingsprocess för att bli en hård film, vilket främst tjänar till att ytterligare förbättra vidhäftningen av fotoresisten till substratet.
(5) Etsning: Materialet under fotoresisten är etsat. Det inkluderar flytande våtetsning och gasformig torretsning. Till exempel, för våtetsning av kisel, används en sur vattenlösning av fluorvätesyra; för våtetsning av koppar används en stark syralösning som salpetersyra och svavelsyra, medan torretsning ofta använder plasma- eller högenergijonstrålar för att skada materialets yta och etsa det.
(6) Avsmutsning: Slutligen måste fotoresisten avlägsnas från linsens yta. Detta steg kallas degumming.
Säkerhet är den viktigaste frågan i all halvledarproduktion. De viktigaste farliga och skadliga fotolitografigaserna i chiplitografiprocessen är följande:
1. Väteperoxid
Väteperoxid (H2O2) är en stark oxidant. Direktkontakt kan orsaka hud- och ögoninflammation och brännskador.
2. Xylen
Xylen är ett lösningsmedel och framkallare som används i negativ litografi. Det är brandfarligt och har en låg temperatur på endast 27,3 ℃ (ungefär rumstemperatur). Det är explosivt när koncentrationen i luften är 1%-7%. Upprepad kontakt med xylen kan orsaka hudinflammation. Xylenånga är söt, liknar lukten av flygplansklibb; exponering för xylen kan orsaka inflammation i ögon, näsa och svalg. Inandning av gasen kan orsaka huvudvärk, yrsel, aptitlöshet och trötthet.
3. Hexametyldisilazan (HMDS)
Hexametyldisilazan (HMDS) används oftast som ett primerskikt för att öka vidhäftningen av fotoresist på produktens yta. Det är brandfarligt och har en flampunkt på 6,7°C. Det är explosivt när koncentrationen i luften är 0,8%-16%. HMDS reagerar starkt med vatten, alkohol och mineralsyror för att frigöra ammoniak.
4. Tetrametylammoniumhydroxid
Tetrametylammoniumhydroxid (TMAH) används i stor utsträckning som utvecklare för positiv litografi. Det är giftigt och frätande. Det kan vara dödligt vid förtäring eller i direkt kontakt med huden. Kontakt med TMAH-damm eller -dimma kan orsaka inflammation i ögon, hud, näsa och svalg. Inandning av höga koncentrationer av TMAH leder till döden.
5. Klor och fluor
Klor (Cl2) och fluor (F2) används båda i excimerlasrar som djupa ultravioletta och extrema ultravioletta (EUV) ljuskällor. Båda gaserna är giftiga, ser ljusgröna ut och har en stark irriterande lukt. Inandning av höga koncentrationer av denna gas leder till döden. Fluorgas kan reagera med vatten och bilda vätefluoridgas. Fluorvätegas är en stark syra som irriterar hud, ögon och luftvägar och kan orsaka symtom som brännskador och andningssvårigheter. Höga koncentrationer av fluor kan orsaka förgiftning av människokroppen och orsaka symtom som huvudvärk, kräkningar, diarré och koma.
6. Argon
Argon (Ar) är en inert gas som vanligtvis inte orsakar direkt skada på människokroppen. Under normala omständigheter innehåller luften som människor andas cirka 0,93 % argon, och denna koncentration har ingen uppenbar effekt på människokroppen. Men i vissa fall kan argon skada människokroppen.
Här är några möjliga situationer: I ett slutet utrymme kan koncentrationen av argon öka, vilket minskar syrekoncentrationen i luften och orsakar hypoxi. Detta kan orsaka symtom som yrsel, trötthet och andnöd. Dessutom är argon en inert gas, men den kan explodera under hög temperatur eller högt tryck.
7. Neon
Neon (Ne) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i Neongasen är inte involverad i människans andningsprocess, så att andas in en hög koncentration av neongas kommer att orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan neongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
8. Xenongas
Xenongas (Xe) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i människans andningsprocessen, så att andas in en hög koncentration av xenongas kommer att orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan neongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
9. Krypton gas
Kryptongas (Kr) är en stabil, färglös och luktfri gas som inte deltar i människans andningsprocessen, så att andas in en hög koncentration av kryptongas kommer att orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan xenongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion. Andning i en miljö med syrebrist kan orsaka hypoxi. Om du är i ett tillstånd av hypoxi under en längre tid kan du uppleva symtom som huvudvärk, illamående och kräkningar. Dessutom kan kryptongas reagera med andra ämnen under hög temperatur eller högt tryck och orsaka brand eller explosion.
Lösningar för detektering av farliga gaser för halvledarindustrin
Halvledarindustrin involverar produktion, tillverkning och process av brandfarliga, explosiva, giftiga och skadliga gaser. Som användare av gaser i halvledartillverkningsanläggningar bör varje anställd förstå säkerhetsdata för olika farliga gaser före användning och bör veta hur man hanterar nödprocedurerna när dessa gaser läcker.
Vid produktion, tillverkning och lagring av halvledarindustrin, för att undvika förlust av liv och egendom orsakad av läckage av dessa farliga gaser, är det nödvändigt att installera gasdetekteringsinstrument för att detektera målgasen.
Gasdetektorer har blivit viktiga miljöövervakningsinstrument i dagens halvledarindustri och är också de mest direkta övervakningsverktygen.
Riken Keiki har alltid uppmärksammat den säkra utvecklingen av halvledartillverkningsindustrin, med uppdraget att skapa en säker arbetsmiljö för människor, och har ägnat sig åt att utveckla gassensorer lämpliga för halvledarindustrin, vilket ger rimliga lösningar för olika problem som stöter på användare, och kontinuerligt uppgradera produktfunktioner och optimera system.
Posttid: 2024-jul-16