La fabricació de semiconductors es basa en una gran varietat de gasos, que es poden classificar en tres tipus principals: gasos a granel, gasos especials, i gasos de gravat. Aquests gasos han de ser d'una puresa extremadament alta per evitar la contaminació, que pot arruïnar el delicat i complex procés de fabricació.

Gasos a granel

Nitrogen (N₂):

Funció: N₂ serveix per a múltiples finalitats, com ara la purga de les cambres de procés i proporcionar una atmosfera inert durant les diferents etapes de la fabricació de semiconductors.
Notes addicionals: el nitrogen s'utilitza sovint en el transport i l'emmagatzematge de plaques de silici per minimitzar l'oxidació. La seva naturalesa inert assegura que no reacciona amb altres materials, per la qual cosa és ideal per mantenir entorns de processament nets.

Argó (Ar):
Funció: a més de la seva implicació en processos de plasma, l'argó és fonamental en processos on les composicions controlades de gas són crucials.
Notes addicionals: com que no reacciona amb la majoria de materials, l'argó també s'utilitza per a la polsació, que ajuda a dipositar pel·lícules metàl·liques o dielèctriques on les superfícies s'han de mantenir sense contaminació.

Heli (He):
Funció: Les propietats tèrmiques de l'heli el fan inestimable per refredar i mantenir la consistència de la temperatura durant els processos reactius.
Notes addicionals: Sovint s'utilitza en sistemes làser d'alta energia per a la litografia a causa de la seva naturalesa no reactiva i la seva capacitat de mantenir el camí òptic lliure de contaminació.

Hidrogen (H₂):
Paper: més enllà de la seva aplicació en el recuit, l'hidrogen també ajuda a netejar la superfície de les hòsties i pot estar implicat en reaccions químiques durant l'epitaxia.
Notes addicionals: L'ús d'hidrogen en la deposició de pel·lícules primes permet un major control sobre la concentració de portadors en materials semiconductors, modificant les seves propietats elèctriques de manera significativa.

Gasos especials i dopants

Silà (SiH₄):
Funció: A més de ser un precursor de la deposició de silici, el silà es pot polimeritzar en una pel·lícula passiva que millora les característiques electròniques.
Notes addicionals: la seva reactivitat requereix una manipulació acurada per problemes de seguretat, especialment quan es barreja amb aire o oxigen.

Amoníac (NH₃):
Funció: a més de produir pel·lícules de nitrur, l'amoníac és important en la producció de capes de passivació que milloren la fiabilitat dels dispositius semiconductors.
Notes addicionals: Pot estar implicat en processos que requereixen incorporació de nitrogen al silici, millorant les propietats electròniques.

Fosfina (PH₃), arsina (AsH₃) i diborà (B₂H₆):
Funció: aquests gasos no només són essencials per al dopatge, sinó que també són crítics per assolir les propietats elèctriques desitjades en dispositius avançats de semiconductors.
Notes addicionals: la seva toxicitat requereix protocols de seguretat estrictes i sistemes de control en entorns de fabricació per mitigar els perills.

Gasos de gravat i neteja

Fluorocarburs (CF₄, SF₆):
Funció: aquests gasos s'utilitzen en processos de gravat en sec, que ofereixen una alta precisió en comparació amb els mètodes de gravat humit.
Notes addicionals: CF₄ i SF₆ són importants a causa de la seva capacitat per gravar materials basats en silici de manera eficient, permetent una resolució de patrons fina crítica en la microelectrònica moderna.

Clor (Cl₂) i fluorur d'hidrogen (HF):
Funció: el clor proporciona capacitats de gravat agressives, especialment per als metalls, mentre que l'HF és crucial per a l'eliminació del diòxid de silici.
Notes addicionals: La combinació d'aquests gasos permet l'eliminació eficaç de la capa durant diverses etapes de fabricació, garantint superfícies netes per als passos posteriors de processament.

Trifluorur de nitrogen (NF₃):
Funció: NF₃ és fonamental per a la neteja ambiental en sistemes CVD, responent amb contaminants per mantenir un rendiment òptim.
Notes addicionals: malgrat les preocupacions pel seu potencial de gasos d'efecte hivernacle, l'eficiència de NF₃ en la neteja el converteix en una opció preferida en moltes fàbriques, tot i que el seu ús requereix una acurada consideració ambiental.

Oxigen (O₂):
Funció: els processos d'oxidació facilitats per l'oxigen poden crear capes aïllants essencials en estructures de semiconductors.
Notes addicionals: el paper de l'oxigen en la millora de l'oxidació del silici per formar capes de SiO₂ és fonamental per a l'aïllament i la protecció dels components del circuit.

Gasos emergents en la fabricació de semiconductors

A més dels gasos tradicionals enumerats anteriorment, altres gasos estan guanyant atenció en el procés de fabricació de semiconductors, com ara:

Diòxid de carboni (CO₂): S'utilitza en algunes aplicacions de neteja i gravat, especialment aquelles que impliquen materials avançats.

Diòxid de silici (SiO₂): Encara que no és un gas en condicions estàndard, s'utilitzen formes vaporitzades de diòxid de silici en certs processos de deposició.

Consideracions ambientals

La indústria dels semiconductors se centra cada vegada més a reduir l'impacte ambiental associat a l'ús de diversos gasos, especialment aquells que són gasos d'efecte hivernacle potents. Això ha donat lloc al desenvolupament de sistemes avançats de gestió de gas i a l'exploració de gasos alternatius que poden proporcionar beneficis similars amb una menor petjada ambiental.

Conclusió

Els gasos utilitzats en la fabricació de semiconductors tenen un paper crític per garantir la precisió i l'eficiència dels processos de fabricació. A mesura que avança la tecnologia, la indústria dels semiconductors s'esforça contínuament per millorar la puresa i la gestió del gas, alhora que aborda les preocupacions de seguretat i medi ambient associades al seu ús.