Виробництво кожного напівпровідникового продукту вимагає сотень процесів. Ми ділимо весь процес виробництва на вісім етапів:вафельнийобробка-окислення-фотолітографія-травлення-нанесення тонкої плівки-епітаксійне зростання-дифузія-іонна імплантація.
Щоб допомогти вам зрозуміти та розпізнати напівпровідники та пов’язані з ними процеси, ми будемо проштовхувати статті WeChat у кожному номері, щоб представити кожен із вищезазначених кроків один за іншим.
У попередній статті згадувалося, що для захисту ввафельнийз різних домішок виготовляли оксидну плівку--процес окислення. Сьогодні ми обговоримо «процес фотолітографії» фотографування схеми напівпровідника на пластині з утвореною оксидною плівкою.
Процес фотолітографії
1. Що таке процес фотолітографії
Фотолітографія призначена для створення схем і функціональних областей, необхідних для виробництва мікросхем.
Світло, випромінюване фотолітографічним апаратом, використовується для експонування тонкої плівки, покритої фоторезистом, через маску з малюнком. Фоторезист змінить свої властивості після того, як побачить світло, так що візерунок на масці буде скопійовано на тонку плівку, так що тонка плівка виконує функцію електронної схеми. Це роль фотолітографії, схожа на фотографування камерою. Фотографії, зроблені камерою, друкуються на плівці, а при фотолітографії гравіруються не фотографії, а принципові схеми та інші електронні компоненти.
Фотолітографія — це точна технологія мікрообробки
Звичайна фотолітографія — це процес, який використовує ультрафіолетове світло з довжиною хвилі від 2000 до 4500 ангстрем як носій інформації про зображення та використовує фоторезист як проміжне середовище (для запису зображення) для досягнення трансформації, передачі та обробки графіки та, нарешті, передає зображення інформації на чіп (переважно кремнієвий чіп) або шар діелектрика.
Можна сказати, що фотолітографія є основою сучасної напівпровідникової, мікроелектроніки та інформаційної індустрії, а фотолітографія безпосередньо визначає рівень розвитку цих технологій.
За більш ніж 60 років з моменту успішного винаходу інтегральних схем у 1959 році ширина лінії їх графіки була зменшена приблизно на чотири порядки величини, а інтеграція схем була покращена більш ніж на шість порядків величини. Швидкий прогрес цих технологій в основному пояснюється розвитком фотолітографії.
(Вимоги до технології фотолітографії на різних етапах розвитку виробництва інтегральних схем)
2. Основні принципи фотолітографії
Матеріали для фотолітографії зазвичай відносяться до фоторезистів, також відомих як фоторезисти, які є найважливішими функціональними матеріалами у фотолітографії. Цей тип матеріалу має характеристики реакції на світло (включаючи видиме світло, ультрафіолетове світло, електронний промінь тощо). Після фотохімічної реакції його розчинність істотно змінюється.
Серед них підвищується розчинність позитивного фоторезиста в проявнику, і отримана картина така ж, як і маска; негативний фоторезист протилежний, тобто розчинність зменшується або навіть стає нерозчинною після впливу проявника, і отримана картина є протилежною масці. Сфери застосування двох типів фоторезистів різні. Позитивні фоторезисти використовуються частіше, на них припадає понад 80% від загальної кількості.
Вище наведено схематичну схему процесу фотолітографії
(1) Склеювання: тобто формування фоторезистної плівки рівномірної товщини, міцної адгезії та відсутності дефектів на кремнієвій пластині. Щоб підвищити адгезію між фоторезистною плівкою та кремнієвою пластиною, часто необхідно спочатку модифікувати поверхню кремнієвої пластини такими речовинами, як гексаметилдисилазан (HMDS) і триметилсилілдіетиламін (TMSDEA). Потім фоторезистну плівку готують методом центрифугування.
(2) Попереднє випікання: після нанесення покриття фоторезистом плівка все ще містить певну кількість розчинника. Після запікання при вищій температурі розчинник можна видалити якомога менше. Після попереднього запікання вміст фоторезисту знижується приблизно до 5%.
(3) Експозиція: фоторезист піддається впливу світла. У цей час відбувається фотореакція, і виникає різниця розчинності між освітленою та неосвітленою частинами.
(4) Проява та зміцнення: продукт занурюють у проявник. У цей час експонована ділянка позитивного фоторезисту та неекспонована ділянка негативного фоторезисту розчиняться в прояві. Це представляє тривимірний візерунок. Після розробки чіп потребує високотемпературної обробки, щоб стати твердою плівкою, яка в основному служить для подальшого посилення адгезії фоторезисту до основи.
(5) Травлення: матеріал під фоторезистом травиться. Він включає в себе рідинне вологе травлення та газоподібне сухе травлення. Наприклад, для мокрого травлення кремнію використовують кислий водний розчин фтористоводневої кислоти; для мокрого травлення міді використовується розчин сильної кислоти, такий як азотна кислота та сірчана кислота, тоді як при сухому травленні часто використовується плазма або високоенергетичні іонні промені, щоб пошкодити поверхню матеріалу та її протравити.
(6) Дегумування: нарешті, фоторезист потрібно видалити з поверхні лінзи. Цей етап називається дегумуванням.
Безпека є найважливішим питанням у всьому виробництві напівпровідників. Нижче наведено основні небезпечні та шкідливі гази фотолітографії в процесі літографії мікросхем:
1. Перекис водню
Перекис водню (H2O2) є сильним окислювачем. Прямий контакт може спричинити запалення та опіки шкіри та очей.
2. Ксилол
Ксилол — це розчинник і проявник, який використовується в негативній літографії. Він горючий і має низьку температуру лише 27,3 ℃ (приблизно кімнатна температура). Вибухонебезпечний при концентрації в повітрі 1-7%. Повторний контакт з ксилолом може викликати запалення шкіри. Пари ксилолу солодкі, схожі на запах авіаційного галса; вплив ксилолу може викликати запалення очей, носа та горла. Вдихання газу може викликати головний біль, запаморочення, втрату апетиту та втому.
3. Гексаметилдисилазан (HMDS)
Гексаметилдисилазан (HMDS) найчастіше використовується як грунтувальний шар для підвищення адгезії фоторезисту до поверхні виробу. Він горючий і має температуру спалаху 6,7°C. Вибухонебезпечний при концентрації в повітрі 0,8%-16%. HMDS сильно реагує з водою, спиртом і мінеральними кислотами з виділенням аміаку.
4. Тетраметиламоній гідроксид
Гідроксид тетраметиламонію (ТМАХ) широко використовується як проявник для позитивної літографії. Він токсичний і корозійний. Це може бути смертельно при проковтуванні або безпосередньому контакті зі шкірою. Контакт із пилом або туманом TMAH може спричинити запалення очей, шкіри, носа та горла. Вдихання високих концентрацій TMAH призведе до смерті.
5. Хлор і фтор
Хлор (Cl2) і фтор (F2) використовуються в ексимерних лазерах як джерела глибокого ультрафіолетового та екстремального ультрафіолетового (EUV) світла. Обидва гази токсичні, мають світло-зелений колір і мають сильний подразливий запах. Вдихання високої концентрації цього газу призведе до смерті. Газоподібний фтор може реагувати з водою, утворюючи фтористий водень. Фтористий водень є сильною кислотою, яка подразнює шкіру, очі та дихальні шляхи та може викликати такі симптоми, як опіки та утруднене дихання. Високі концентрації фтору можуть викликати отруєння організму людини, викликаючи такі симптоми, як головний біль, блювота, діарея та кома.
6. Аргон
Аргон (Ar) - інертний газ, який зазвичай не завдає прямої шкоди організму людини. За звичайних обставин повітря, яким дихають люди, містить близько 0,93% аргону, і ця концентрація не має явного впливу на організм людини. Однак в деяких випадках аргон може завдати шкоди організму людини.
Ось кілька можливих ситуацій: У замкнутому просторі концентрація аргону може зрости, тим самим зменшуючи концентрацію кисню в повітрі та викликаючи гіпоксію. Це може викликати такі симптоми, як запаморочення, втома та задишка. Крім того, аргон є інертним газом, але він може вибухнути під високою температурою або високим тиском.
7. Неон
Неон (Ne) — це стабільний газ без кольору та запаху, який не бере участі в процесах дихання людини, тому вдихання високої концентрації газу неону спричинить гіпоксію. При тривалому перебуванні в стані гіпоксії можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота, блювота. Крім того, неоновий газ може реагувати з іншими речовинами під високою температурою або високим тиском, викликаючи пожежу або вибух.
8. Газ ксенон
Газ ксенон (Xe) є стабільним газом без кольору та запаху, який не бере участі в дихальних процесах людини, тому вдихання газу високої концентрації ксенону спричинить гіпоксію. При тривалому перебуванні в стані гіпоксії можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота, блювота. Крім того, неоновий газ може реагувати з іншими речовинами під високою температурою або високим тиском, викликаючи пожежу або вибух.
9. Газ криптон
Газ криптон (Kr) є стабільним газом без кольору та запаху, який не бере участі в дихальних процесах людини, тому вдихання високої концентрації газу криптону спричинить гіпоксію. При тривалому перебуванні в стані гіпоксії можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота, блювота. Крім того, газ ксенон може реагувати з іншими речовинами під високою температурою або високим тиском, викликаючи пожежу або вибух. Дихання в середовищі з дефіцитом кисню може викликати гіпоксію. При тривалому перебуванні в стані гіпоксії можуть виникнути такі симптоми, як головний біль, нудота, блювота. Крім того, газ криптон може реагувати з іншими речовинами під високою температурою або високим тиском, викликаючи пожежу або вибух.
Рішення для виявлення небезпечних газів для напівпровідникової промисловості
Напівпровідникова промисловість передбачає виробництво, виробництво та процес легкозаймистих, вибухонебезпечних, токсичних і шкідливих газів. Як користувач газів на підприємствах з виробництва напівпровідників, кожен співробітник повинен ознайомитися з інформацією про безпеку різних небезпечних газів перед використанням і знати, як діяти в надзвичайних ситуаціях у разі витоку цих газів.
У виробництві, виробництві та зберіганні напівпровідникової промисловості, щоб уникнути втрати життя та майна внаслідок витоку цих небезпечних газів, необхідно встановити прилади для виявлення газу для виявлення цільового газу.
Детектори газу стали важливими інструментами моніторингу навколишнього середовища в сучасній напівпровідниковій промисловості, а також є найбільш прямими інструментами моніторингу.
Компанія Riken Keiki завжди приділяла увагу безпечному розвитку індустрії виробництва напівпровідників, з місією створення безпечного робочого середовища для людей, і присвятила себе розробці датчиків газу, придатних для напівпровідникової промисловості, надаючи прийнятні рішення для різних проблем, з якими стикаються користувачів, а також постійно вдосконалювати функції продукту та оптимізувати системи.
Час публікації: 16 липня 2024 р