Polovodičový průmysl jako jádro moderního technologického vývoje zahrnuje ve svém výrobním procesu četné vysoce přesné a vysoce čisté plyny. Speciálními plyny pro polovodiče se rozumí plyny, které hrají klíčovou roli při výrobě polovodičových materiálů, výrobě čipů, nanášení tenkých vrstev, leptání a dalších procesech. Tyto plyny musí splňovat přísné požadavky na čistotu, stabilitu a přesnou kontrolu reakčních procesů. Tento článek představí několik běžných speciálních plynů používaných v polovodičích a pojedná o jejich úloze v procesu výroby polovodičů.

1. vodík (H2)

Vodík je široce používán při výrobě polovodičů, zejména při chemické depozici z plynné fáze (CVD) a redukčních reakcích. Při CVD se vodík často mísí s jinými plyny za vzniku tenkých filmů, jako jsou křemíkové filmy. Vodík také působí jako redukční činidlo v procesech nanášení kovů a odstraňování oxidů. Kromě toho se vodík používá při čištění a úpravě polovodičových destiček k účinnému odstranění povrchových nečistot a zlepšení kvality čipů.

2. dusík (N₂)

Dusík, inertní plyn, se používá hlavně k zajištění prostředí bez kyslíku při výrobě polovodičů. Běžně se používá při čištění zařízení, chladicích procesech a jako ředidlo v reakčních atmosférách. V procesech nanášení par a leptání se dusík často míchá s jinými plyny, aby se stabilizovaly reakční podmínky a řídila se rychlost reakce. Dusík se také používá k potlačení oxidace, chrání citlivé materiály před poškozením oxidací.

3. kyslík (O₂)

Kyslík hraje klíčovou roli v polovodičovém průmyslu, zejména v oxidačních procesech. Při tvorbě vrstvy oxidu křemičitého na povrchu křemíkových plátků je kyslík nezbytný. Zavedením kyslíku se na povrchu křemíku vytvoří stejnoměrná vrstva oxidu, která je životně důležitá pro elektrický výkon a stabilitu zařízení. Kyslík se také používá při čištění a leptání, při reakci s jinými chemickými plyny za vzniku oxidů nebo odstranění určitých kovových filmů.

4. Tetrafluorid uhličitý (CF₄)

Fluorid uhličitý je široce používán v procesech leptání. Při leptání polovodičů se CF4 míchá s jinými plyny, aby se účinně odstranily tenké vrstvy křemíku, nitridu křemíku, kovu a dalších materiálů. Když se CF4 spojí s fluorem, vytvoří fluoridy, které mají silnou reaktivitu a mohou účinně leptat cílový materiál. Tento plyn je rozhodující pro vysoce přesné leptání vzorů při výrobě integrovaných obvodů.

5. Chlorid vodíku (HCl)

Plynný chlorovodík se primárně používá jako leptací plyn, zejména při leptání kovových materiálů. Reaguje s kovovými filmy za vzniku chloridů, které umožňují odstranění kovových vrstev. Tento proces je široce používán při vzorování tenkých kovových filmů, což zajišťuje přesnost struktur čipu.

6. Fluorid dusnatý (NF₃)

Fluorid dusitý se používá hlavně k čištění depozitních zbytků v zařízeních pro plazmové leptání. Při procesech plazmového leptání NF3 reaguje s usazenými materiály (jako jsou fluoridy křemíku) za vzniku snadno odstranitelných fluoridů. Tento plyn je vysoce účinný v procesu čištění, pomáhá udržovat čistotu leptacího zařízení a zlepšuje přesnost a efektivitu výrobních procesů.

7. silan (SiH₄)

Silan je běžně používaný plyn při chemické depozici z plynné fáze (CVD), zejména pro nanášení tenkých křemíkových vrstev. Silan se při vysokých teplotách rozkládá za vzniku křemíkových filmů na povrchu substrátu, což je klíčové při výrobě polovodičů. Nastavením toku silanu a reakčních podmínek lze přesně řídit rychlost nanášení a kvalitu filmu.

8. Fluorid boritý (BF₃)

Fluorid boritý je důležitým dopovacím plynem, který se obvykle používá v procesu dotování boru při výrobě polovodičů. Používá se k úpravě elektrických vlastností krystalu reakcí s křemíkovým substrátem za vzniku požadované dotační vrstvy. Proces dotování borem je nezbytný pro vytváření polovodičových materiálů typu P a plyn BF3 hraje v tomto procesu kritickou roli.

9. Hexafluorid sírový (SF₆)

Hexafluorid sírový se používá hlavně v procesech leptání polovodičů, zejména při vysoce přesném leptání. Díky svým vysokým elektrickým izolačním vlastnostem a chemické stabilitě lze SF₆ kombinovat s jinými plyny, aby se přesně odstranily vrstvy materiálu a zajistily se přesné vzory. Je také široce používán při iontovém leptání, které účinně odstraňuje nežádoucí kovové filmy.

Závěr

Speciální plyny pro polovodiče hrají nezastupitelnou roli při výrobě integrovaných obvodů. Vzhledem k tomu, že technologie pokračuje vpřed, roste poptávka po vyšší čistotě a výkonu těchto plynů, což nutí dodavatele neustále optimalizovat kvalitu a typy plynů. V budoucnu se bude polovodičový průmysl i nadále spoléhat na tyto speciální plyny při podpoře výroby čipů nové generace a technologických inovací. Pochopení a použití speciálních polovodičových plynů bude proto rozhodující pro hybnou sílu nepřetržitého rozvoje polovodičového průmyslu.