Η κατασκευή ημιαγωγών βασίζεται σε μια μεγάλη ποικιλία αερίων, τα οποία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κύριους τύπους: χύδην αέρια, ειδικά αέριακαι αέρια χάραξης. Αυτά τα αέρια πρέπει να είναι εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας για να αποφευχθεί η μόλυνση, η οποία μπορεί να καταστρέψει τη λεπτή και πολύπλοκη διαδικασία κατασκευής.

Αέρια χύδην

Άζωτο (N2):

Ρόλος: Το N2 εξυπηρετεί πολλαπλούς σκοπούς, συμπεριλαμβανομένων των θαλάμων διεργασίας καθαρισμού και παροχής αδρανούς ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια διαφόρων σταδίων της κατασκευής ημιαγωγών.
Πρόσθετες σημειώσεις: Το άζωτο χρησιμοποιείται συχνά στη μεταφορά και αποθήκευση πλακών πυριτίου για την ελαχιστοποίηση της οξείδωσης. Η αδρανής φύση του διασφαλίζει ότι δεν αντιδρά με άλλα υλικά, καθιστώντας το ιδανικό για τη διατήρηση καθαρών περιβαλλόντων επεξεργασίας.

Αργό (Ar):
Ρόλος: Εκτός από τη συμμετοχή του σε διεργασίες πλάσματος, το αργό παίζει καθοριστικό ρόλο σε διαδικασίες όπου οι ελεγχόμενες συνθέσεις αερίων είναι ζωτικής σημασίας.
Πρόσθετες σημειώσεις: Επειδή δεν αντιδρά με τα περισσότερα υλικά, το αργό χρησιμοποιείται επίσης για ψεκασμό, το οποίο βοηθά στην εναπόθεση μεταλλικών ή διηλεκτρικών μεμβρανών όπου οι επιφάνειες πρέπει να διατηρούνται χωρίς μόλυνση.

Ήλιο (Αυτός):
Ρόλος: Οι θερμικές ιδιότητες του ηλίου το καθιστούν ανεκτίμητο για την ψύξη και τη διατήρηση της σταθερότητας της θερμοκρασίας κατά τις αντιδραστικές διεργασίες.
Πρόσθετες σημειώσεις: Χρησιμοποιείται συχνά σε συστήματα λέιζερ υψηλής ενέργειας για λιθογραφία λόγω της μη αντιδραστικής φύσης του και της ικανότητάς του να διατηρεί την οπτική διαδρομή απαλλαγμένη από μόλυνση.

Υδρογόνο (H2):
Ρόλος: Πέρα από την εφαρμογή του στην ανόπτηση, το υδρογόνο βοηθά επίσης στον καθαρισμό της επιφάνειας των γκοφρετών και μπορεί να εμπλακεί σε χημικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια της επιταξίας.
Πρόσθετες σημειώσεις: Η χρήση υδρογόνου στην εναπόθεση λεπτών μεμβρανών επιτρέπει μεγαλύτερο έλεγχο της συγκέντρωσης του φορέα σε υλικά ημιαγωγών, τροποποιώντας σημαντικά τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες.

Ειδικά Αέρια και Ναρκωτικά

Σιλάνιο (SiH4):
Ρόλος: Εκτός από το ότι είναι πρόδρομος για την εναπόθεση πυριτίου, το σιλάνιο μπορεί να πολυμεριστεί σε ένα παθητικό φιλμ που βελτιώνει τα ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά.
Πρόσθετες σημειώσεις: Η αντιδραστικότητα του απαιτεί προσεκτικό χειρισμό λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια, ιδιαίτερα όταν αναμιγνύεται με αέρα ή οξυγόνο.

Αμμωνία (NH3):
Ρόλος: Εκτός από την παραγωγή φιλμ νιτριδίου, η αμμωνία είναι σημαντική για την παραγωγή στρωμάτων παθητικοποίησης που ενισχύουν την αξιοπιστία των συσκευών ημιαγωγών.
Πρόσθετες σημειώσεις: Μπορεί να εμπλέκεται σε διεργασίες που απαιτούν ενσωμάτωση αζώτου στο πυρίτιο, βελτιώνοντας τις ηλεκτρονικές ιδιότητες.

Φωσφίνη (PH3), Αρσίνη (AsH3) και Διβοράνιο (B2H6):
Ρόλος: Αυτά τα αέρια δεν είναι μόνο απαραίτητα για το ντόπινγκ αλλά είναι επίσης κρίσιμα για την επίτευξη των επιθυμητών ηλεκτρικών ιδιοτήτων σε προηγμένες συσκευές ημιαγωγών.
Πρόσθετες σημειώσεις: Η τοξικότητά τους απαιτεί αυστηρά πρωτόκολλα ασφαλείας και συστήματα παρακολούθησης σε περιβάλλοντα κατασκευής για τον μετριασμό των κινδύνων.

Αέρια χάραξης και καθαρισμού

Φθοροάνθρακες (CF4, SF6):
Ρόλος: Αυτά τα αέρια χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες ξηρής χάραξης, οι οποίες προσφέρουν υψηλή ακρίβεια σε σύγκριση με τις μεθόδους υγρής χάραξης.
Πρόσθετες σημειώσεις: Τα CF4 και SF6 είναι σημαντικά λόγω της ικανότητάς τους να χαράσσουν αποτελεσματικά υλικά με βάση το πυρίτιο, επιτρέποντας λεπτή ανάλυση σχεδίων που είναι κρίσιμη στη σύγχρονη μικροηλεκτρονική.

Χλώριο (Cl2) και Υδροφθόριο (HF):
Ρόλος: Το χλώριο παρέχει επιθετικές δυνατότητες χάραξης, ειδικά για μέταλλα, ενώ το HF είναι ζωτικής σημασίας για την αφαίρεση του διοξειδίου του πυριτίου.
Πρόσθετες σημειώσεις: Ο συνδυασμός αυτών των αερίων επιτρέπει την αποτελεσματική αφαίρεση του στρώματος κατά τη διάρκεια διαφόρων σταδίων κατασκευής, εξασφαλίζοντας καθαρές επιφάνειες για τα επόμενα στάδια επεξεργασίας.

Τριφθοριούχο άζωτο (NF3):
Ρόλος: Το NF3 είναι ζωτικής σημασίας για τον περιβαλλοντικό καθαρισμό σε συστήματα CVD, ανταποκρινόμενη σε ρύπους για τη διατήρηση της βέλτιστης απόδοσης.
Πρόσθετες σημειώσεις: Παρά τις ανησυχίες σχετικά με το δυναμικό αερίων του θερμοκηπίου, η αποτελεσματικότητα του NF3 στον καθαρισμό το καθιστά προτιμώμενη επιλογή σε πολλά εργοστάσια, αν και η χρήση του απαιτεί προσεκτική περιβαλλοντική εξέταση.

Οξυγόνο (O2):
Ρόλος: Οι διαδικασίες οξείδωσης που διευκολύνονται από το οξυγόνο μπορούν να δημιουργήσουν βασικά μονωτικά στρώματα σε δομές ημιαγωγών.
Πρόσθετες σημειώσεις: Ο ρόλος του οξυγόνου στην ενίσχυση της οξείδωσης του πυριτίου για το σχηματισμό στρωμάτων SiO2 είναι κρίσιμος για την απομόνωση και την προστασία των εξαρτημάτων του κυκλώματος.

Αναδυόμενα αέρια στην κατασκευή ημιαγωγών

Εκτός από τα παραδοσιακά αέρια που αναφέρονται παραπάνω, άλλα αέρια κερδίζουν την προσοχή στη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών, όπως:

Διοξείδιο του άνθρακα (CO2): Χρησιμοποιείται σε ορισμένες εφαρμογές καθαρισμού και χάραξης, ιδιαίτερα σε εκείνες που περιλαμβάνουν προηγμένα υλικά.

Διοξείδιο του πυριτίου (SiO2): Αν και δεν είναι αέριο υπό τυπικές συνθήκες, οι εξατμισμένες μορφές διοξειδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται σε ορισμένες διαδικασίες εναπόθεσης.

Περιβαλλοντικές Θεωρήσεις

Η βιομηχανία ημιαγωγών επικεντρώνεται όλο και περισσότερο στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που συνδέονται με τη χρήση διαφόρων αερίων, ιδιαίτερα αυτών που είναι ισχυρά αέρια θερμοκηπίου. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη προηγμένων συστημάτων διαχείρισης αερίου και στην εξερεύνηση εναλλακτικών αερίων που μπορούν να προσφέρουν παρόμοια οφέλη με χαμηλότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.

Σύναψη

Τα αέρια που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ημιαγωγών διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διασφάλιση της ακρίβειας και της αποτελεσματικότητας των διαδικασιών κατασκευής. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, η βιομηχανία ημιαγωγών προσπαθεί συνεχώς για βελτιώσεις στην καθαρότητα και τη διαχείριση των αερίων, αντιμετωπίζοντας παράλληλα ζητήματα ασφάλειας και περιβάλλοντος που σχετίζονται με τη χρήση τους.