Výroba polovodičů se opírá o širokou škálu plynů, které lze rozdělit do tří hlavních typů: objemové plyny, speciální plynya leptací plyny. Tyto plyny musí mít extrémně vysokou čistotu, aby se zabránilo kontaminaci, která může zničit choulostivý a složitý výrobní proces.

Objemové plyny

Dusík (N₂):

Úloha: N₂ slouží k mnoha účelům, včetně čištění procesních komor a poskytování inertní atmosféry během různých fází výroby polovodičů.
Další poznámky: Dusík se často používá při přepravě a skladování křemíkových plátků, aby se minimalizovala oxidace. Jeho inertní povaha zajišťuje, že nereaguje s jinými materiály, takže je ideální pro udržování čistého zpracovatelského prostředí.

Argon (Ar):
Role: Kromě svého zapojení do plazmových procesů je argon nástrojem v procesech, kde je rozhodující řízené složení plynu.
Další poznámky: Protože nereaguje s většinou materiálů, používá se argon také pro naprašování, které pomáhá při ukládání kovových nebo dielektrických filmů tam, kde je třeba povrchy udržovat bez kontaminace.

Helium (On):
Úloha: Tepelné vlastnosti helia ho činí neocenitelným pro chlazení a udržování konzistence teploty během reaktivních procesů.
Doplňkové poznámky: Často se používá ve vysokoenergetických laserových systémech pro litografii kvůli jeho nereaktivní povaze a schopnosti udržovat optickou dráhu bez kontaminace.

Vodík (H2):
Role: Kromě použití při žíhání pomáhá vodík také při čištění povrchu plátků a může se podílet na chemických reakcích během epitaxe.
Doplňkové poznámky: Použití vodíku při nanášení tenkých vrstev umožňuje větší kontrolu nad koncentrací nosičů v polovodičových materiálech a významně mění jejich elektrické vlastnosti.

Speciální plyny a příměsi

Silan (SiH₄):
Úloha: Kromě toho, že je silan prekurzorem pro nanášení křemíku, může být polymerizován do pasivačního filmu, který zlepšuje elektronické vlastnosti.
Další poznámky: Jeho reaktivita vyžaduje z bezpečnostních důvodů opatrné zacházení, zvláště když je smíchán se vzduchem nebo kyslíkem.

Amoniak (NH3):
Úloha: Kromě výroby nitridových filmů je čpavek významný při výrobě pasivačních vrstev, které zvyšují spolehlivost polovodičových součástek.
Další poznámky: Může být zapojen do procesů, které vyžadují začlenění dusíku do křemíku, čímž se zlepšují elektronické vlastnosti.

Fosfin (PH3), Arsin (AsH3) a diboran (B₂H₆):
Role: Tyto plyny jsou nejen nezbytné pro doping, ale jsou také rozhodující pro dosažení požadovaných elektrických vlastností v pokročilých polovodičových zařízeních.
Další poznámky: Jejich toxicita vyžaduje přísné bezpečnostní protokoly a monitorovací systémy ve výrobních prostředích ke zmírnění rizik.

Leptací a čisticí plyny

Fluorované uhlovodíky (CF₄, SF₆):
Role: Tyto plyny se používají v procesech suchého leptání, které nabízejí vysokou přesnost ve srovnání s metodami mokrého leptání.
Další poznámky: CF₄ a SF₆ jsou významné díky své schopnosti účinně leptat materiály na bázi křemíku, což umožňuje jemné rozlišení vzorů kritické v moderní mikroelektronice.

Chlor (Cl₂) a fluorovodík (HF):
Úloha: Chlor poskytuje agresivní leptací schopnosti, zejména pro kovy, zatímco HF je rozhodující pro odstraňování oxidu křemičitého.
Další poznámky: Kombinace těchto plynů umožňuje účinné odstraňování vrstvy během různých fází výroby a zajišťuje čisté povrchy pro následné kroky zpracování.

Fluorid dusnatý (NF3):
Role: NF₃ je klíčový pro čištění životního prostředí v systémech CVD, reaguje s kontaminanty pro udržení optimálního výkonu.
Další poznámky: Navzdory obavám z potenciálu skleníkových plynů je účinnost NF₃ při čištění preferovanou volbou v mnoha továrnách, ačkoli jeho použití vyžaduje pečlivé zvážení životního prostředí.

Kyslík (O₂):
Úloha: Oxidační procesy usnadněné kyslíkem mohou vytvořit základní izolační vrstvy v polovodičových strukturách.
Další poznámky: Úloha kyslíku při zvyšování oxidace křemíku za vzniku vrstev SiO₂ je rozhodující pro izolaci a ochranu součástí obvodů.

Vznikající plyny ve výrobě polovodičů

Kromě tradičních plynů uvedených výše získávají pozornost v procesu výroby polovodičů další plyny, včetně:

Oxid uhličitý (CO₂): Používá se v některých aplikacích čištění a leptání, zejména těch, které zahrnují pokročilé materiály.

Oxid křemičitý (SiO₂): I když se za standardních podmínek nejedná o plyn, v určitých depozičních procesech se používají odpařené formy oxidu křemičitého.

Ohledy na životní prostředí

Polovodičový průmysl se stále více zaměřuje na snižování dopadu na životní prostředí spojeného s používáním různých plynů, zejména těch, které jsou silnými skleníkovými plyny. To vedlo k vývoji pokročilých systémů řízení plynů a zkoumání alternativních plynů, které mohou poskytnout podobné výhody s nižší ekologickou stopou.

Závěr

Plyny používané při výrobě polovodičů hrají zásadní roli při zajišťování přesnosti a účinnosti výrobních procesů. Jak technologie postupuje, polovodičový průmysl neustále usiluje o zlepšení čistoty a hospodaření s plyny a zároveň řeší otázky bezpečnosti a ochrany životního prostředí spojené s jejich používáním.