يعتمد تصنيع أشباه الموصلات على مجموعة واسعة من الغازات، والتي يمكن تصنيفها إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الغازات السائبة, الغازات المتخصصةوالغازات النقش. يجب أن تكون هذه الغازات ذات درجة نقاء عالية للغاية لمنع التلوث، الذي يمكن أن يفسد عملية التصنيع الدقيقة والمعقدة.

الغازات السائبة

النيتروجين (N₂):

الدور: يخدم N₂ أغراضًا متعددة، بما في ذلك تطهير غرف العمليات وتوفير جو خامل أثناء المراحل المختلفة لتصنيع أشباه الموصلات.
ملاحظات إضافية: غالبًا ما يستخدم النيتروجين في نقل وتخزين رقائق السيليكون لتقليل الأكسدة. وتضمن طبيعته الخاملة عدم تفاعله مع المواد الأخرى، مما يجعله مثاليًا للحفاظ على بيئات معالجة نظيفة.

الأرجون (آر):
الدور: بالإضافة إلى مشاركته في عمليات البلازما، فإن الأرجون له دور فعال في العمليات التي تكون فيها تركيبات الغاز الخاضعة للرقابة حاسمة.
ملاحظات إضافية: نظرًا لأنه لا يتفاعل مع معظم المواد، يُستخدم الأرجون أيضًا في الرش، مما يساعد في ترسيب المعادن أو الأفلام العازلة حيث يجب الحفاظ على الأسطح دون تلوث.

هيليوم (هو):
الدور: الخصائص الحرارية للهيليوم تجعله لا يقدر بثمن للتبريد والحفاظ على اتساق درجة الحرارة أثناء العمليات التفاعلية.
ملاحظات إضافية: غالبًا ما يستخدم في أنظمة الليزر عالية الطاقة للطباعة الحجرية نظرًا لطبيعته غير التفاعلية وقدرته على الحفاظ على المسار البصري خاليًا من التلوث.

الهيدروجين (H₂):
الدور: إلى جانب استخدامه في التلدين، يساعد الهيدروجين أيضًا في تنظيف سطح الرقاقات ويمكن أن يشارك في التفاعلات الكيميائية أثناء مرحلة النضوج.
ملاحظات إضافية: استخدام الهيدروجين في ترسيب الأغشية الرقيقة يسمح بتحكم أكبر في تركيز الناقل في المواد شبه الموصلة، مما يؤدي إلى تعديل خواصها الكهربائية بشكل كبير.

الغازات المتخصصة والمنشطات

سيلان (SiH₄):
الدور: بصرف النظر عن كونه مقدمة لترسيب السيليكون، يمكن بلمرة السيلان وتحويله إلى فيلم تخميلي يعمل على تحسين الخصائص الإلكترونية.
ملاحظات إضافية: تتطلب تفاعليته معالجة دقيقة بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، خاصة عند مزجه بالهواء أو الأكسجين.

الأمونيا (NH₃):
الدور: بالإضافة إلى إنتاج أفلام النتريد، تعتبر الأمونيا مهمة في إنتاج طبقات التخميل التي تعزز موثوقية أجهزة أشباه الموصلات.
ملاحظات إضافية: يمكن أن يشارك في العمليات التي تتطلب دمج النيتروجين في السيليكون، مما يحسن الخصائص الإلكترونية.

الفوسفين (PH₃)، أرسين (AsH₃)، و ديبوران (B₂H₆):
الدور: هذه الغازات ليست ضرورية لتعاطي المنشطات فحسب، بل إنها أيضًا ضرورية لتحقيق الخواص الكهربائية المطلوبة في أجهزة أشباه الموصلات المتقدمة.
ملاحظات إضافية: تتطلب سميتها بروتوكولات أمان صارمة وأنظمة مراقبة في بيئات التصنيع للتخفيف من المخاطر.

النقش وتنظيف الغازات

الفلوروكربونات (CF₄، SF₆):
الدور: يتم استخدام هذه الغازات في عمليات الحفر الجاف، والتي توفر دقة عالية مقارنة بطرق الحفر الرطب.
ملاحظات إضافية: يعتبر كل من CF₄ وSF₆ مهمين نظرًا لقدرتهما على حفر المواد القائمة على السيليكون بكفاءة، مما يسمح بتحليل الأنماط الدقيقة وهو أمر بالغ الأهمية في الإلكترونيات الدقيقة الحديثة.

الكلور (Cl₂) وفلوريد الهيدروجين (HF):
الدور: يوفر الكلور قدرات نقش قوية، خاصة بالنسبة للمعادن، في حين أن التردد العالي ضروري لإزالة ثاني أكسيد السيليكون.
ملاحظات إضافية: يسمح مزيج هذه الغازات بإزالة الطبقة بشكل فعال خلال مراحل التصنيع المختلفة، مما يضمن نظافة الأسطح لخطوات المعالجة اللاحقة.

ثلاثي فلوريد النيتروجين (NF₃):
الدور: يعتبر NF₃ محوريًا للتنظيف البيئي في أنظمة الأمراض القلبية الوعائية، حيث يستجيب للملوثات للحفاظ على الأداء الأمثل.
ملاحظات إضافية: على الرغم من المخاوف بشأن إمكانات الغازات الدفيئة، فإن كفاءة NF₃ في التنظيف تجعله الخيار المفضل في العديد من المصانع، على الرغم من أن استخدامه يتطلب دراسة بيئية دقيقة.

الأكسجين (O₂):
الدور: يمكن لعمليات الأكسدة التي يسهلها الأكسجين إنشاء طبقات عازلة أساسية في هياكل أشباه الموصلات.
ملاحظات إضافية: يعد دور الأكسجين في تعزيز أكسدة السيليكون لتكوين طبقات SiO₂ أمرًا بالغ الأهمية لعزل وحماية مكونات الدائرة.

الغازات الناشئة في صناعة أشباه الموصلات

بالإضافة إلى الغازات التقليدية المذكورة أعلاه، هناك غازات أخرى تكتسب الاهتمام في عملية تصنيع أشباه الموصلات، بما في ذلك:

ثاني أكسيد الكربون (CO₂): يستخدم في بعض تطبيقات التنظيف والحفر، خاصة تلك التي تحتوي على مواد متقدمة.

ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂): على الرغم من أنه ليس غازًا في الظروف القياسية، إلا أن الأشكال المتبخرة من ثاني أكسيد السيليكون تستخدم في عمليات ترسيب معينة.

الاعتبارات البيئية

تركز صناعة أشباه الموصلات بشكل متزايد على الحد من التأثير البيئي المرتبط باستخدام الغازات المختلفة، وخاصة تلك التي تعتبر غازات دفيئة قوية. وقد أدى ذلك إلى تطوير أنظمة متقدمة لإدارة الغاز واستكشاف غازات بديلة يمكن أن توفر فوائد مماثلة مع بصمة بيئية أقل.

خاتمة

تلعب الغازات المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات دورًا حاسمًا في ضمان دقة وكفاءة عمليات التصنيع. مع تقدم التكنولوجيا، تسعى صناعة أشباه الموصلات باستمرار إلى تحسين نقاء الغاز وإدارته، مع معالجة المخاوف المتعلقة بالسلامة والبيئة المرتبطة باستخدامها.