Производството на полупроводници разчита на голямо разнообразие от газове, които могат да бъдат категоризирани в три основни типа: насипни газове, специални газовеи ецващи газове. Тези газове трябва да бъдат с изключително висока чистота, за да се предотврати замърсяване, което може да съсипе деликатния и сложен процес на производство.

Насипни газове

Азот (N₂):

Роля: N₂ служи за множество цели, включително прочистване на процесните камери и осигуряване на инертна атмосфера по време на различни етапи от производството на полупроводници.
Допълнителни бележки: Азотът често се използва при транспортирането и съхранението на силициеви пластини, за да се сведе до минимум окисляването. Инертният му характер гарантира, че не реагира с други материали, което го прави идеален за поддържане на чиста среда за обработка.

Аргон (Ar):
Роля: В допълнение към участието си в плазмени процеси, аргонът е инструмент в процеси, при които контролираните газови състави са от решаващо значение.
Допълнителни бележки: Тъй като не реагира с повечето материали, аргонът се използва и за разпръскване, което помага при отлагането на метални или диелектрични филми, където повърхностите трябва да се поддържат без замърсяване.

Хелий (He):
Роля: Термичните свойства на хелия го правят безценен за охлаждане и поддържане на постоянна температура по време на реактивни процеси.
Допълнителни бележки: Често се използва във високоенергийни лазерни системи за литография поради неговата нереактивна природа и способността да поддържа оптичния път свободен от замърсяване.

Водород (H₂):
Роля: Освен приложението му при отгряване, водородът също така подпомага почистването на повърхността на пластините и може да участва в химични реакции по време на епитаксия.
Допълнителни бележки: Използването на водород при отлагането на тънки филми позволява по-голям контрол върху концентрацията на носители в полупроводникови материали, променяйки значително техните електрически свойства.

Специални газове и добавки

Силан (SiH₄):
Роля: Освен като прекурсор за отлагане на силиций, силанът може да бъде полимеризиран в пасивиращ филм, който подобрява електронните характеристики.
Допълнителни бележки: Неговата реактивност изисква внимателно боравене поради съображения за безопасност, особено когато се смеси с въздух или кислород.

Амоняк (NH3):
Роля: В допълнение към производството на нитридни филми, амонякът е важен за производството на пасивиращи слоеве, които повишават надеждността на полупроводниковите устройства.
Допълнителни бележки: Може да бъде включен в процеси, които изискват включване на азот в силиций, подобрявайки електронните свойства.

Фосфин (PH₃), арсин (AsH3) и диборан (B₂H₆):
Роля: Тези газове са не само от съществено значение за допинг, но също така са критични за постигане на желаните електрически свойства в усъвършенствани полупроводникови устройства.
Допълнителни бележки: Тяхната токсичност налага стриктни протоколи за безопасност и системи за наблюдение в производствените среди за смекчаване на опасностите.

Газове за ецване и почистване

Флуорокарбони (CF₄, SF₆):
Роля: Тези газове се използват в процеси на сухо ецване, които предлагат висока прецизност в сравнение с методите на мокро ецване.
Допълнителни бележки: CF₄ и SF₆ са важни поради способността им да ецват ефективно базирани на силиций материали, позволявайки фина разделителна способност на шаблона, критична за съвременната микроелектроника.

Хлор (Cl₂) и флуороводород (HF):
Роля: Хлорът осигурява агресивни възможности за ецване, особено за метали, докато HF е от решаващо значение за отстраняването на силициев диоксид.
Допълнителни бележки: Комбинацията от тези газове позволява ефективно отстраняване на слоя по време на различни етапи на производство, осигурявайки чисти повърхности за следващите етапи на обработка.

Азотен трифлуорид (NF3):
Роля: NF₃ е основен за почистване на околната среда в CVD системи, като реагира със замърсители, за да поддържа оптимална производителност.
Допълнителни бележки: Въпреки опасенията относно потенциала му за парникови газове, ефективността на NF₃ при почистване го прави предпочитан избор в много фабрики, въпреки че употребата му изисква внимателно отношение към околната среда.

Кислород (O₂):
Роля: Процесите на окисление, улеснени от кислорода, могат да създадат основни изолационни слоеве в полупроводникови структури.
Допълнителни бележки: Ролята на кислорода за усилване на окисляването на силиций за образуване на слоеве SiO₂ е критична за изолацията и защитата на компонентите на веригата.

Нововъзникващи газове в производството на полупроводници

В допълнение към традиционните газове, изброени по-горе, други газове привличат внимание в процеса на производство на полупроводници, включително:

Въглероден диоксид (CO₂): Използва се в някои приложения за почистване и ецване, особено такива, включващи съвременни материали.

Силициев диоксид (SiO₂): Въпреки че не е газ при стандартни условия, изпарените форми на силициев диоксид се използват в определени процеси на отлагане.

Екологични съображения

Полупроводниковата индустрия все повече се фокусира върху намаляването на въздействието върху околната среда, свързано с използването на различни газове, особено тези, които са мощни парникови газове. Това доведе до разработването на усъвършенствани системи за управление на газа и проучването на алтернативни газове, които могат да осигурят подобни ползи с по-нисък отпечатък върху околната среда.

Заключение

Газовете, използвани в производството на полупроводници, играят критична роля за осигуряване на прецизност и ефективност на производствените процеси. С напредването на технологиите полупроводниковата индустрия непрекъснато се стреми към подобрения в чистотата и управлението на газа, като същевременно се занимава с проблемите на безопасността и околната среда, свързани с тяхната употреба.