صناعة أشباه الموصلات، باعتبارها جوهر التطور التكنولوجي الحديث، تنطوي على العديد من الغازات عالية الدقة وعالية النقاء في عملية التصنيع. تشير الغازات المتخصصة لأشباه الموصلات إلى الغازات التي تلعب دورًا رئيسيًا في إنتاج مواد أشباه الموصلات، وتصنيع الرقائق، وترسيب الأغشية الرقيقة، والحفر، وغيرها من العمليات. ويجب أن تستوفي هذه الغازات المتطلبات الصارمة للنقاء والاستقرار والتحكم الدقيق في عمليات التفاعل. ستقدم هذه المقالة العديد من الغازات المتخصصة الشائعة المستخدمة في أشباه الموصلات وتناقش أدوارها في عملية تصنيع أشباه الموصلات.

1. الهيدروجين (H₂)

هيدروجين يستخدم على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات، وخاصة في ترسيب البخار الكيميائي (CVD) وتفاعلات الاختزال. في الأمراض القلبية الوعائية، غالبًا ما يتم خلط الهيدروجين مع غازات أخرى لإنتاج أغشية رقيقة، مثل أغشية السيليكون. يعمل الهيدروجين أيضًا كعامل اختزال في عمليات ترسيب المعادن وإزالة الأكسيد. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الهيدروجين في تنظيف ومعالجة رقائق أشباه الموصلات لإزالة الملوثات السطحية بشكل فعال وتحسين جودة الرقائق.

2. النيتروجين (N₂)

نتروجين، وهو غاز خامل، يستخدم بشكل أساسي لتوفير بيئة خالية من الأكسجين في تصنيع أشباه الموصلات. ويشيع استخدامه في تنظيف المعدات، وعمليات التبريد، وكمادة مخففة في أجواء التفاعل. في عمليات ترسيب البخار والحفر، غالبًا ما يتم خلط النيتروجين مع غازات أخرى لتثبيت ظروف التفاعل والتحكم في معدل التفاعل. يستخدم النيتروجين أيضًا لقمع الأكسدة، وحماية المواد الحساسة من أضرار الأكسدة.

3. الأكسجين (O₂)

الأكسجين يلعب دورا حاسما في صناعة أشباه الموصلات، وخاصة في عمليات الأكسدة. في تكوين طبقة ثاني أكسيد السيليكون على سطح رقائق السيليكون، يعتبر الأكسجين ضروريا. من خلال إدخال الأكسجين، تتشكل طبقة أكسيد موحدة على سطح السيليكون، وهو أمر حيوي للأداء الكهربائي واستقرار الجهاز. يستخدم الأكسجين أيضًا في عمليات التنظيف والحفر، حيث يتفاعل مع الغازات الكيميائية الأخرى لتكوين أكاسيد أو إزالة بعض الأغشية المعدنية.

4. رباعي فلوريد الكربون (CF₄)

يستخدم رباعي فلوريد الكربون على نطاق واسع في عمليات النقش. في حفر أشباه الموصلات، يتم خلط CF₄ مع غازات أخرى لإزالة الأغشية الرقيقة من السيليكون ونيتريد السيليكون والمعادن والمواد الأخرى بشكل فعال. عندما يتحد CF₄ مع الفلور، فإنه يشكل الفلوريدات، التي لها تفاعل قوي ويمكنها حفر المادة المستهدفة بكفاءة. يعد هذا الغاز أمرًا ضروريًا للنقش عالي الدقة في إنتاج الدوائر المتكاملة.

5. كلوريد الهيدروجين (HCl)

يستخدم غاز كلوريد الهيدروجين في المقام الأول كغاز للحفر، وخاصة في حفر المواد المعدنية. يتفاعل مع الأفلام المعدنية لتكوين الكلوريدات، مما يسمح بإزالة الطبقات المعدنية. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في تشكيل الأغشية المعدنية الرقيقة، مما يضمن دقة هياكل الرقاقة.

6. ثلاثي فلوريد النيتروجين (NF₃)

يستخدم ثلاثي فلوريد النيتروجين بشكل رئيسي لتنظيف بقايا الترسيب في معدات حفر البلازما. في عمليات حفر البلازما، يتفاعل NF₃ مع المواد المترسبة (مثل فلوريد السيليكون) لتكوين الفلوريدات القابلة للإزالة بسهولة. ويتميز هذا الغاز بكفاءة عالية في عملية التنظيف، مما يساعد في الحفاظ على نظافة معدات الحفر وتحسين دقة وكفاءة عمليات التصنيع.

7. سيلان (SiH₄)

السيلان هو غاز شائع الاستخدام في ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، خاصة لترسيب أغشية السيليكون الرقيقة. يتحلل السيلان عند درجات حرارة عالية ليشكل أغشية السيليكون على سطح الركيزة، وهو أمر بالغ الأهمية في تصنيع أشباه الموصلات. ومن خلال ضبط تدفق السيلان وظروف التفاعل، يمكن التحكم بدقة في معدل الترسيب وجودة الفيلم.

8. ثلاثي فلوريد البورون (BF₃)

ثلاثي فلوريد البورون هو غاز منشط مهم، يستخدم عادة في عملية منشط البورون في تصنيع أشباه الموصلات. يتم استخدامه لضبط الخواص الكهربائية للبلورة عن طريق التفاعل مع ركيزة السيليكون لتشكيل طبقة المنشطات المطلوبة. تعد عملية تطعيم البورون ضرورية لإنشاء مواد شبه موصلة من النوع P، ويلعب غاز BF₃ دورًا حاسمًا في هذه العملية.

9. سداسي فلوريد الكبريت (SF₆)

سداسي فلوريد الكبريت يستخدم بشكل رئيسي في عمليات النقش لأشباه الموصلات، وخاصة في النقش عالي الدقة. نظرًا لخصائص العزل الكهربائي العالية والثبات الكيميائي، يمكن دمج SF₆ مع غازات أخرى لإزالة أغشية المواد بدقة وضمان أنماط دقيقة. كما أنه يستخدم على نطاق واسع في النقش الأيوني، وإزالة الأفلام المعدنية غير المرغوب فيها بكفاءة.

خاتمة

تلعب الغازات المتخصصة لأشباه الموصلات دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في تصنيع الدوائر المتكاملة. ومع استمرار التقدم التكنولوجي، يزداد الطلب على درجة نقاء وأداء أعلى لهذه الغازات، مما يدفع الموردين إلى تحسين جودة وأنواع الغازات باستمرار. وفي المستقبل، ستستمر صناعة أشباه الموصلات في الاعتماد على هذه الغازات المتخصصة لدعم إنتاج رقائق الجيل التالي والابتكارات التكنولوجية. ولذلك، فإن فهم وتطبيق الغازات المتخصصة لأشباه الموصلات سيكون أمرًا بالغ الأهمية في دفع التطوير المستمر لصناعة أشباه الموصلات.