Fremstilling af halvledere er afhængig af en bred vifte af gasser, som kan kategoriseres i tre hovedtyper: bulk gasser, specialgasserog ætsende gasser. Disse gasser skal være af ekstrem høj renhed for at forhindre kontaminering, som kan ødelægge den delikate og komplekse fremstillingsproces.

Bulk gasser

Nitrogen (N₂):

Rolle: N₂ tjener flere formål, herunder udrensning af proceskamre og tilvejebringelse af en inert atmosfære under forskellige stadier af halvlederfremstilling.
Yderligere noter: Nitrogen bruges ofte til transport og opbevaring af siliciumwafers for at minimere oxidation. Dens inerte natur sikrer, at den ikke reagerer med andre materialer, hvilket gør den ideel til at opretholde rene forarbejdningsmiljøer.

Argon (Ar):
Rolle: Ud over dets involvering i plasmaprocesser er argon medvirkende til processer, hvor kontrollerede gassammensætninger er afgørende.
Yderligere noter: Fordi det ikke reagerer med de fleste materialer, bruges argon også til sputtering, hvilket hjælper med at afsætte metal eller dielektriske film, hvor overflader skal vedligeholdes uden forurening.

Helium (han):
Rolle: Heliums termiske egenskaber gør det uvurderligt til afkøling og opretholdelse af temperaturkonsistens under reaktive processer.
Yderligere noter: Det bruges ofte i højenergilasersystemer til litografi på grund af dets ikke-reaktive natur og evne til at holde den optiske vej fri for forurening.

Brint (H₂):
Rolle: Ud over dets anvendelse i annealing hjælper brint også med at rense overfladen af ​​wafere og kan være involveret i kemiske reaktioner under epitaksi.
Yderligere noter: Brugen af ​​brint i aflejringen af ​​tynde film giver mulighed for større kontrol over bærerkoncentrationen i halvledermaterialer, hvilket ændrer deres elektriske egenskaber betydeligt.

Specialgasser og dopingmidler

Silan (SiH₄):
Rolle: Udover at være en forløber for siliciumaflejring, kan silan polymeriseres til en passiverende film, der forbedrer elektroniske egenskaber.
Yderligere bemærkninger: Dens reaktivitet kræver omhyggelig håndtering på grund af sikkerhedshensyn, især når det blandes med luft eller oxygen.

Ammoniak (NH₃):
Rolle: Ud over at producere nitridfilm er ammoniak vigtig i produktionen af ​​passiveringslag, der øger pålideligheden af ​​halvlederenheder.
Yderligere noter: Det kan være involveret i processer, der kræver nitrogeninkorporering i silicium, hvilket forbedrer elektroniske egenskaber.

Phosphin (PH₃), Arsin (AsH₃) og Diboran (B₂H6):
Rolle: Disse gasser er ikke kun afgørende for doping, men er også kritiske for at opnå de ønskede elektriske egenskaber i avancerede halvlederenheder.
Yderligere bemærkninger: Deres toksicitet nødvendiggør strenge sikkerhedsprotokoller og overvågningssystemer i fremstillingsmiljøer for at afbøde farer.

Ætsnings- og rensegasser

Fluorcarboner (CF4, SF6):
Rolle: Disse gasser anvendes i tørre ætsningsprocesser, som tilbyder høj præcision sammenlignet med vådætsningsmetoder.
Yderligere noter: CF₄ og SF₆ er betydelige på grund af deres evne til at ætse siliciumbaserede materialer effektivt, hvilket giver mulighed for fin mønsteropløsning, der er kritisk i moderne mikroelektronik.

Klor (Cl₂) og hydrogenfluorid (HF):
Rolle: Klor giver aggressive ætsningsevner, især for metaller, mens HF er afgørende for fjernelse af siliciumdioxid.
Yderligere noter: Kombinationen af ​​disse gasser muliggør effektiv fjernelse af lag under forskellige fremstillingsstadier, hvilket sikrer rene overflader til efterfølgende behandlingstrin.

Nitrogentrifluorid (NF₃):
Rolle: NF₃ er afgørende for miljørensning i CVD-systemer, og reagerer med forurenende stoffer for at opretholde optimal ydeevne.
Yderligere bemærkninger: På trods af bekymringer om dets drivhusgaspotentiale, gør NF₃s effektivitet i rengøring det til et foretrukket valg på mange fabrikker, selvom dets brug kræver omhyggelige miljømæssige overvejelser.

Ilt (O₂):
Rolle: Oxidationsprocesserne lettet af oxygen kan skabe væsentlige isolerende lag i halvlederstrukturer.
Yderligere noter: Oxygens rolle i at forbedre oxidationen af ​​silicium til dannelse af SiO₂-lag er afgørende for isolering og beskyttelse af kredsløbskomponenter.

Emerging Gass in Semiconductor Manufacturing

Ud over de traditionelle gasser, der er anført ovenfor, vinder andre gasser opmærksomhed i halvlederfremstillingsprocessen, herunder:

Kuldioxid (CO₂): Anvendes til nogle rengørings- og ætsningsapplikationer, især dem, der involverer avancerede materialer.

Siliciumdioxid (SiO₂): Selvom det ikke er en gas under standardbetingelser, anvendes fordampede former for siliciumdioxid i visse aflejringsprocesser.

Miljøhensyn

Halvlederindustrien er i stigende grad fokuseret på at reducere miljøbelastningen forbundet med brugen af ​​forskellige gasser, især dem, der er potente drivhusgasser. Dette har ført til udviklingen af ​​avancerede gasstyringssystemer og udforskningen af ​​alternative gasser, der kan give lignende fordele med et lavere miljøaftryk.

Konklusion

De gasser, der anvendes i halvlederfremstilling, spiller en afgørende rolle for at sikre præcision og effektivitet af fremstillingsprocesserne. Efterhånden som teknologien skrider frem, stræber halvlederindustrien konstant efter forbedringer i gasrens renhed og styring, samtidig med at de tager højde for sikkerheds- og miljøproblemer forbundet med deres brug.