Việc sản xuất mỗi sản phẩm bán dẫn đòi hỏi hàng trăm quy trình. Chúng tôi chia toàn bộ quá trình sản xuất thành tám bước:bánh xốpxử lý-oxy hóa-quang khắc-khắc-lắng đọng màng mỏng-tăng trưởng epiticular-khuếch tán-cấy ion.
Để giúp bạn hiểu và nhận biết chất bán dẫn cũng như các quy trình liên quan, chúng tôi sẽ đăng các bài viết trên WeChat trong từng số phát hành để giới thiệu từng bước trên một.
Trong bài viết trước đã đề cập rằng để bảo vệbánh xốptừ nhiều tạp chất khác nhau, một màng oxit đã được tạo ra - quá trình oxy hóa. Hôm nay chúng ta sẽ thảo luận về "quy trình quang khắc" chụp ảnh mạch thiết kế bán dẫn trên tấm bán dẫn với màng oxit được hình thành.
quá trình quang khắc
1. Quá trình quang khắc là gì
Quang khắc là để tạo ra các mạch và các vùng chức năng cần thiết cho quá trình sản xuất chip.
Ánh sáng phát ra từ máy quang khắc được sử dụng để phơi màng mỏng được phủ chất quang dẫn qua mặt nạ có hoa văn. Chất quang dẫn sẽ thay đổi tính chất sau khi nhìn thấy ánh sáng, sao chép hoa văn trên mặt nạ vào màng mỏng, để màng mỏng có chức năng của sơ đồ mạch điện tử. Đây là vai trò của quang khắc, tương tự như chụp ảnh bằng máy ảnh. Những bức ảnh do máy ảnh chụp được in lên phim, trong khi kỹ thuật quang khắc không khắc ảnh mà là sơ đồ mạch điện và các linh kiện điện tử khác.
Quang khắc là một công nghệ gia công vi mô chính xác
Quang khắc thông thường là một quá trình sử dụng ánh sáng cực tím có bước sóng từ 2000 đến 4500 angstrom làm chất mang thông tin hình ảnh và sử dụng chất quang dẫn làm phương tiện trung gian (ghi hình ảnh) để đạt được sự chuyển đổi, truyền và xử lý đồ họa và cuối cùng là truyền hình ảnh thông tin đến chip (chủ yếu là chip silicon) hoặc lớp điện môi.
Có thể nói, quang khắc là nền tảng của các ngành công nghiệp bán dẫn, vi điện tử và thông tin hiện đại, và quang khắc trực tiếp quyết định trình độ phát triển của các công nghệ này.
Trong hơn 60 năm kể từ khi phát minh thành công mạch tích hợp vào năm 1959, độ rộng đường của đồ họa của nó đã giảm khoảng bốn bậc độ lớn và khả năng tích hợp mạch đã được cải thiện hơn sáu bậc độ lớn. Sự tiến bộ nhanh chóng của các công nghệ này chủ yếu là do sự phát triển của quang khắc.
(Yêu cầu đối với công nghệ quang khắc ở các giai đoạn phát triển khác nhau của sản xuất mạch tích hợp)
2. Nguyên tắc cơ bản của quang khắc
Vật liệu quang khắc thường đề cập đến chất quang khắc, còn được gọi là chất quang dẫn, là những vật liệu chức năng quan trọng nhất trong quang khắc. Loại vật liệu này có đặc tính phản ứng ánh sáng (bao gồm ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, chùm tia điện tử, v.v.). Sau phản ứng quang hóa, độ hòa tan của nó thay đổi đáng kể.
Trong số đó, độ hòa tan của chất quang dẫn dương trong chất phát triển tăng lên và mẫu thu được giống như mặt nạ; chất quang dẫn âm thì ngược lại, tức là độ hòa tan giảm hoặc thậm chí trở nên không hòa tan sau khi tiếp xúc với chất phát triển và mẫu thu được ngược lại với mặt nạ. Các lĩnh vực ứng dụng của hai loại chất quang dẫn này là khác nhau. Chất quang dẫn dương được sử dụng phổ biến hơn, chiếm hơn 80% tổng số.
Trên đây là sơ đồ nguyên lý của quá trình quang khắc
(1) Dán keo:
Nghĩa là tạo thành một lớp màng quang điện có độ dày đồng đều, độ bám dính mạnh và không có khuyết tật trên tấm wafer silicon. Để tăng cường độ bám dính giữa màng quang điện và tấm wafer silicon, trước tiên cần phải sửa đổi bề mặt của tấm wafer silicon bằng các chất như hexamethyldisilazane (HMDS) và trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Sau đó, màng quang điện được chuẩn bị bằng lớp phủ quay.
(2) Nướng trước:
Sau khi phủ quay, màng quang điện vẫn chứa một lượng dung môi nhất định. Sau khi nướng ở nhiệt độ cao hơn, dung môi có thể được loại bỏ càng ít càng tốt. Sau khi nướng trước, hàm lượng chất cản quang giảm xuống còn khoảng 5%.
(3) Tiếp xúc:
Tức là chất quang dẫn được tiếp xúc với ánh sáng. Tại thời điểm này, một phản ứng quang học xảy ra và xảy ra sự chênh lệch độ hòa tan giữa phần được chiếu sáng và phần không được chiếu sáng.
(4) Phát triển và cứng lại:
Sản phẩm được đắm chìm trong nhà phát triển. Lúc này, vùng tiếp xúc của chất quang dẫn dương và vùng không tiếp xúc của chất quang dẫn âm sẽ hòa tan trong quá trình phát triển. Điều này trình bày một mô hình ba chiều. Sau khi phát triển, chip cần một quy trình xử lý ở nhiệt độ cao để trở thành một màng cứng, chủ yếu nhằm tăng cường hơn nữa độ bám dính của chất quang dẫn với chất nền.
(5) Khắc:
Vật liệu dưới chất quang dẫn được khắc. Nó bao gồm khắc ướt bằng chất lỏng và khắc khô bằng khí. Ví dụ, để khắc ướt silicon, người ta sử dụng dung dịch axit hydrofluoric trong nước; để khắc ướt đồng, người ta sử dụng dung dịch axit mạnh như axit nitric và axit sulfuric, trong khi khắc khô thường sử dụng chùm tia plasma hoặc ion năng lượng cao để làm hỏng bề mặt vật liệu và khắc nó.
(6) Khử keo:
Cuối cùng, chất quang dẫn cần được loại bỏ khỏi bề mặt của thấu kính. Bước này được gọi là khử keo.
An toàn là vấn đề quan trọng nhất trong mọi hoạt động sản xuất chất bán dẫn. Các loại khí quang khắc nguy hiểm và có hại chính trong quá trình in thạch bản chip như sau:
1. Hydro peroxit
Hydrogen peroxide (H2O2) là chất oxy hóa mạnh. Tiếp xúc trực tiếp có thể gây viêm da và mắt và bỏng.
2. Xylen
Xylene là dung môi và chất trợ dung được sử dụng trong in thạch bản âm bản. Nó dễ cháy và có nhiệt độ thấp chỉ 27,3oC (xấp xỉ nhiệt độ phòng). Nó dễ nổ khi nồng độ trong không khí là 1% -7%. Tiếp xúc nhiều lần với xylene có thể gây viêm da. Hơi Xylene có vị ngọt, tương tự như mùi máy bay; tiếp xúc với xylene có thể gây viêm mắt, mũi và cổ họng. Hít phải khí này có thể gây đau đầu, chóng mặt, chán ăn và mệt mỏi.
3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) được sử dụng phổ biến nhất làm lớp sơn lót nhằm tăng độ bám dính của chất quang dẫn trên bề mặt sản phẩm. Nó dễ cháy và có nhiệt độ chớp cháy là 6,7°C. Nó dễ nổ khi nồng độ trong không khí là 0,8%-16%. HMDS phản ứng mạnh với nước, rượu và axit khoáng để giải phóng amoniac.
4. Tetrametylamoni hydroxit
Tetramethylamoni hydroxit (TMAH) được sử dụng rộng rãi làm chất phát triển cho in thạch bản dương. Nó độc hại và ăn mòn. Nó có thể gây tử vong nếu nuốt phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với da. Tiếp xúc với bụi hoặc sương mù TMAH có thể gây viêm mắt, da, mũi và họng. Hít phải TMAH nồng độ cao sẽ dẫn đến tử vong.
5. Clo và flo
Clo (Cl2) và flo (F2) đều được sử dụng trong laser kích thích làm nguồn sáng cực tím và cực tím (EUV). Cả hai loại khí này đều độc hại, có màu xanh nhạt và có mùi khó chịu mạnh. Hít phải nồng độ cao của loại khí này sẽ dẫn đến tử vong. Khí flo có thể phản ứng với nước tạo ra khí hydro florua. Khí hydro florua là một loại axit mạnh gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp và có thể gây ra các triệu chứng như bỏng và khó thở. Nồng độ fluoride cao có thể gây ngộ độc cho cơ thể con người, gây ra các triệu chứng như đau đầu, nôn mửa, tiêu chảy và hôn mê.
6. Argon
Argon (Ar) là một loại khí trơ thường không gây hại trực tiếp cho cơ thể con người. Trong điều kiện bình thường, không khí con người hít thở chứa khoảng 0,93% argon và nồng độ này không có tác dụng rõ ràng đối với cơ thể con người. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, argon có thể gây hại cho cơ thể con người.
Dưới đây là một số tình huống có thể xảy ra: Trong không gian hạn chế, nồng độ argon có thể tăng lên, do đó làm giảm nồng độ oxy trong không khí và gây ra tình trạng thiếu oxy. Điều này có thể gây ra các triệu chứng như chóng mặt, mệt mỏi và khó thở. Ngoài ra, argon là chất khí trơ nhưng có thể phát nổ dưới nhiệt độ cao hoặc áp suất cao.
7. Neon
Neon (Ne) là chất khí ổn định, không màu, không mùi, không tham gia vào quá trình hô hấp của con người. Khí neon không tham gia vào quá trình hô hấp của con người nên hít phải khí neon nồng độ cao sẽ gây thiếu oxy. Nếu bạn ở trong tình trạng thiếu oxy trong thời gian dài, bạn có thể gặp các triệu chứng như đau đầu, buồn nôn và nôn. Ngoài ra, khí neon có thể phản ứng với các chất khác ở nhiệt độ cao hoặc áp suất cao gây cháy, nổ.
8. Khí xenon
Khí xenon (Xe) là loại khí ổn định, không màu, không mùi, không tham gia vào quá trình hô hấp của con người nên hít phải khí xenon nồng độ cao sẽ gây thiếu oxy. Nếu bạn ở trong tình trạng thiếu oxy trong thời gian dài, bạn có thể gặp các triệu chứng như đau đầu, buồn nôn và nôn. Ngoài ra, khí neon có thể phản ứng với các chất khác ở nhiệt độ cao hoặc áp suất cao gây cháy, nổ.
9. Khí Krypton
Khí Krypton (Kr) là loại khí ổn định, không màu, không mùi, không tham gia vào quá trình hô hấp của con người nên hít phải khí krypton nồng độ cao sẽ gây thiếu oxy. Nếu bạn ở trong tình trạng thiếu oxy trong thời gian dài, bạn có thể gặp các triệu chứng như đau đầu, buồn nôn và nôn. Ngoài ra, khí xenon có thể phản ứng với các chất khác ở nhiệt độ cao hoặc áp suất cao gây cháy, nổ. Hít thở trong môi trường thiếu oxy có thể gây ra tình trạng thiếu oxy. Nếu bạn ở trong tình trạng thiếu oxy trong thời gian dài, bạn có thể gặp các triệu chứng như đau đầu, buồn nôn và nôn. Ngoài ra, khí krypton có thể phản ứng với các chất khác dưới nhiệt độ cao hoặc áp suất cao gây cháy, nổ.
Giải pháp phát hiện khí nguy hiểm cho ngành bán dẫn
Ngành công nghiệp bán dẫn liên quan đến việc sản xuất, chế tạo và xử lý các loại khí dễ cháy, nổ, độc hại và độc hại. Là người sử dụng khí trong các nhà máy sản xuất chất bán dẫn, mọi nhân viên phải hiểu dữ liệu an toàn của các loại khí độc hại khác nhau trước khi sử dụng và nên biết cách xử lý các quy trình khẩn cấp khi các loại khí này bị rò rỉ.
Trong quá trình sản xuất, chế tạo và bảo quản ngành công nghiệp bán dẫn, để tránh thiệt hại về nhân mạng và tài sản do rò rỉ các loại khí độc hại này, cần lắp đặt các thiết bị phát hiện khí để phát hiện khí mục tiêu.
Máy dò khí đã trở thành công cụ giám sát môi trường thiết yếu trong ngành bán dẫn ngày nay và cũng là công cụ giám sát trực tiếp nhất.
Riken Keiki luôn chú ý đến sự phát triển an toàn của ngành sản xuất chất bán dẫn, với sứ mệnh tạo ra môi trường làm việc an toàn cho con người và đã cống hiến hết mình để phát triển các cảm biến khí phù hợp với ngành bán dẫn, cung cấp các giải pháp hợp lý cho nhiều vấn đề khác nhau mà con người gặp phải người dùng và liên tục nâng cấp các chức năng của sản phẩm và tối ưu hóa hệ thống.
Thời gian đăng: 16-07-2024