半导体制造面临的挑战
我们的日常生活中,半导体无处不在:从智能手机到汽车等各种设备都离不开微型计算机芯片的控制。近年来,市场对半导体的需求激增,如何生产足够的半导体来满足行业需求,已成为制造商面临的实际难题。部分原因在于,每件半导体的制造都需要经过很多复杂的图案化、沉积、平坦化、蚀刻、清洗和掺杂步骤,才能制作出成品。仅蚀刻和清洗的步骤就有 10-100 步之多,具体视制造的半导体类型而定。每两个步骤之间,就必须使用强效且有时有毒的化学品清洗半导体。除了耗时和浪费资源外,这会产生需要处置的大量材料,并要求特别关注每天处理这些化学品的员工的健康。
为了让半导体制造更安全、更可持续,我们正在开发新的绿色溶剂配方,力争提供更安全、更高效、更环保的溶剂产品。
您知道么?
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10+
制造一件半导体需要 10 多个清洗步骤
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10
整个清洗过程需要使用 10 加仑化学品
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0
我们的绿色溶剂不含任何欧盟法规限制使用的原材料
我们发现了端倪
每件半导体都是利用不同的材料在基材(通常是硅)上构建图案制成的。需要使用一种叫作平板印刷术的工艺。首先,在芯片表面涂覆一种叫作光刻胶的牺牲光敏材料。接下来,在芯片上放置掩模,只允许光线照射到芯片上的特定区域。光线照射到光刻胶材料上时,会让材料产生化学反应,引起化学变化。然后用显影剂冲洗芯片,这一步操作会将光刻胶材料曝光的区域冲洗掉。因此,掩模形成的图案将转移到芯片上的光刻胶上。然后利用蚀刻方法将此图案层压在其他材料上,如金属和绝缘体上,整个过程需要重复多次,直至半导体芯片制作完成。每次向芯片添加新材料,都必须利用“晶圆清洗”工艺将光刻胶材料完全溶解,然后才能添加下一层。
制造商可以选择“正性”或“负性”工艺制造芯片。在“正性”工艺中,光线照射到的光刻胶材料会被溶解和冲洗掉。在“负性”工艺中,光线照射到的光刻胶材料会发生固化反应,变得不可溶解并保留在半导体背面。但是,负性工艺的基本化学原理和正性工艺是不同的,负性光刻胶材料更难使用晶圆清洗步骤洗掉。正性工艺的传统溶剂对这些负性光刻胶无效,因此负性工艺需要更长的清洗过程和腐蚀性更强的化学品。
美国技术服务经理 David Rennie 表示:“使用负性光刻胶制造半导体可能会发生很多问题。首先,如果不在每个步骤完全溶解光刻胶材料,最终会出现残留颗粒,产生缺陷芯片。残留颗粒还会堵塞清洗设备的过滤装置,这些装置更换成本高昂,而且需要关停生产线,弃用整批清洗溶剂,大约是 10 加仑化学品。未溶解的光刻胶也将缩短溶剂的有效使用寿命,增加化学品消耗。其次,如果使用腐蚀性更强的化学品,可能会损坏芯片的金属构件,导致构件无法使用。第三,由于负性工艺的清洗步骤耗时更长,因此,每小时的晶圆产量将减少。总之,这些不利因素导致每批溶剂生产的可用半导体更少了,同时产生的化学废料更多了。”
我们的溶剂如何解决各种问题
更高效、更安全、毒性更低的清洗溶剂不仅仅是行业需求,也是所有半导体制造从业者的呼声。
Rennie 表示:“我们不仅需要为客户的定制制造工艺开发湿法清洗配方,还承诺杜绝传统的、有时会有毒的溶剂,这些都是我们的工作动力。”
半导体清洗过程中最麻烦的化学品是 N-甲基吡咯烷酮 (NMP) 和四甲基氢氧化铵 (TMAH),以及常用溶剂二甲基亚砜 (DMSO)。DMSO 本身无毒,但很容易渗入皮肤,而且可能携带清洗过程中的其他毒性物质。
Rennie 表示:“如果客户采用充满挑战的负性制造工艺,我们在为客户设计新配方时,就已经有了需要实现的功能目标,还能找到方法开发毒性更低、更安全的化学品溶剂,而不使用 NMP、TMAH 或 DMSO。”
综合上述因素,我们开发出了 AZ® Remover 910 [1],目前已经供多家客户用于各种正性和复性制造工艺中。Rennie 表示:“每个客户使用的方式都不同,某家大量制造半导体的公司使用这款产品已经一年多了,他们的化学品消耗量比以前降低了 40%。”
这款产品不仅可以提高效率和生产率,还能减少化学品消耗,进而减少废料的产生,帮助客户减少环境足迹。
对缩小芯片的需求不断增长
随着半导体技术进步和芯片尺寸不断缩小,人们对创新型高性能环保清洗溶剂的需求日益增长。
Rennie 表示:“我们一直在开发各种光刻胶材料来满足新的半导体应用需求,某些材料需要更高的温度或等离子蚀刻工艺。”制造商也因此面临新的挑战,他们还需要努力改进使用的光刻胶材料。
为了应对这些挑战,我们的研发科学家将理论化学(研究溶剂的化学性质)与不同溶剂混合液的实证检验相结合,以此探究溶剂的清洗性能。Rennie 表示:“理论化学给我们提供了一个起点,而实证检验对了解不同配方去除光刻胶的效果,以及是否影响芯片的金属层至关重要。”
“随着技术不断进步,我们必须保持创新,提供新型配方才能应对这些挑战,为半导体行业提供良好的解决方案。我们的所有创新产品都采用低毒性化学品开发而来,提供绿色溶剂组合帮助客户解决难题,这是我们独特的优势。”
我们的承诺
2012 年,联合国制定了 17 个可持续发展目标 (SDG),以应对全球面临的环境、政治和经济方面的迫切挑战。3 年后,所有成员国都采纳了这些目标。我们承诺,我们的工作将有助于实现这些宏伟的目标。 我们研究更安全的环保型工业试剂符合目标 12 – 确保可持续的消费和生产模式;具体包括目标 12.2 自然资源可持续利用和目标 12.4 化学品无害环境管理。我们的绿色溶剂已经减少了半导体制造的环境足迹,我们将继续为其他工业工艺寻找绿色替代品。
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