تولید نیمه هادی بر طیف گسترده ای از گازها متکی است که می توان آنها را به سه نوع اصلی طبقه بندی کرد: گازهای فله, گازهای تخصصیو گازهای حکاکی این گازها باید از خلوص بسیار بالایی برخوردار باشند تا از آلودگی جلوگیری شود که می تواند فرآیند ظریف و پیچیده ساخت را خراب کند.

گازهای فله

نیتروژن (N2):

نقش: N2 اهداف متعددی از جمله تصفیه محفظه های فرآیند و ایجاد یک فضای بی اثر در طول مراحل مختلف تولید نیمه هادی را انجام می دهد.
نکات اضافی: نیتروژن اغلب در حمل و نقل و ذخیره ویفرهای سیلیکونی برای به حداقل رساندن اکسیداسیون استفاده می شود. ماهیت بی اثر آن تضمین می کند که با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهد، و آن را برای حفظ محیط های پردازش تمیز ایده آل می کند.

آرگون (Ar):
نقش: علاوه بر دخالت آن در فرآیندهای پلاسما، آرگون در فرآیندهایی که ترکیبات گاز کنترل شده بسیار مهم هستند، نقش بسزایی دارد.
نکات اضافی: از آنجایی که آرگون با اکثر مواد واکنش نشان نمی دهد، برای کندوپاش کردن نیز استفاده می شود، که به رسوب فیلم های فلزی یا دی الکتریک در جایی که سطوح باید بدون آلودگی نگهداری شوند، کمک می کند.

هلیوم (او):
نقش: خواص حرارتی هلیوم آن را برای خنک کردن و حفظ ثبات دما در طی فرآیندهای واکنشی ارزشمند می کند.
نکات اضافی: به دلیل ماهیت غیر واکنشی و توانایی حفظ مسیر نوری عاری از آلودگی، اغلب در سیستم های لیزر پرانرژی برای لیتوگرافی استفاده می شود.

هیدروژن (H2):
نقش: هیدروژن علاوه بر کاربرد آن در بازپخت کردن، به تمیز کردن سطح ویفرها نیز کمک می کند و می تواند در واکنش های شیمیایی در طول اپیتاکسی نقش داشته باشد.
نکات اضافی: استفاده از هیدروژن در رسوب لایه های نازک امکان کنترل بیشتر بر غلظت حامل در مواد نیمه هادی را فراهم می کند و خواص الکتریکی آنها را به طور قابل توجهی تغییر می دهد.

گازهای تخصصی و دوپانت ها

سیلان (SiH4):
نقش: سیلان علاوه بر اینکه پیش ماده ای برای رسوب سیلیکون است، می تواند به یک فیلم غیرفعال پلیمریزه شود که ویژگی های الکترونیکی را بهبود می بخشد.
نکات اضافی: واکنش پذیری آن به دلیل نگرانی های ایمنی، به ویژه هنگامی که با هوا یا اکسیژن مخلوط می شود، نیاز به رسیدگی دقیق دارد.

آمونیاک (NH3):
نقش: آمونیاک علاوه بر تولید لایه‌های نیترید، در تولید لایه‌های غیرفعال که قابلیت اطمینان دستگاه‌های نیمه‌رسانا را افزایش می‌دهد، بسیار مهم است.
نکات اضافی: می تواند در فرآیندهایی که نیاز به الحاق نیتروژن به سیلیکون دارند، مشارکت داشته باشد و خواص الکترونیکی را بهبود بخشد.

فسفین (PH3)، آرسین (AsH3) و دیبوران (B2H6):
نقش: این گازها نه تنها برای دوپینگ ضروری هستند، بلکه برای دستیابی به خواص الکتریکی مطلوب در دستگاه های نیمه هادی پیشرفته نیز حیاتی هستند.
نکات اضافی: سمیت آنها نیازمند پروتکل های ایمنی سختگیرانه و سیستم های نظارتی در محیط های ساخت برای کاهش خطرات است.

گازهای حکاکی و تمیز کننده

فلوئوروکربن ها (CF4، SF6):
نقش: این گازها در فرآیندهای اچینگ خشک استفاده می شوند که دقت بالایی در مقایسه با روش های اچینگ مرطوب دارند.
نکات اضافی: CF4 و SF6 به دلیل توانایی آنها در اچ کردن مواد مبتنی بر سیلیکون به طور موثر قابل توجه هستند، و اجازه می دهد تا وضوح الگوی ظریف در میکروالکترونیک مدرن حیاتی باشد.

کلر (Cl2) و هیدروژن فلوراید (HF):
نقش: کلر قابلیت اچ کردن تهاجمی را به خصوص برای فلزات فراهم می کند، در حالی که HF برای حذف دی اکسید سیلیکون بسیار مهم است.
نکات اضافی: ترکیب این گازها امکان حذف موثر لایه را در طی مراحل مختلف ساخت فراهم می کند و سطوح تمیز را برای مراحل بعدی پردازش تضمین می کند.

نیتروژن تری فلوراید (NF3):
نقش: NF3 برای تمیز کردن محیط در سیستم‌های CVD، برای حفظ عملکرد بهینه با آلاینده‌ها پاسخ می‌دهد.
نکات اضافی: علیرغم نگرانی‌ها در مورد پتانسیل گازهای گلخانه‌ای آن، کارایی NF3 در تمیز کردن، آن را در بسیاری از کارخانه‌ها به یک انتخاب ارجح تبدیل می‌کند، اگرچه استفاده از آن مستلزم بررسی دقیق محیطی است.

اکسیژن (O2):
نقش: فرآیندهای اکسیداسیون تسهیل شده توسط اکسیژن می تواند لایه های عایق ضروری در ساختارهای نیمه هادی ایجاد کند.
نکات اضافی: نقش اکسیژن در افزایش اکسیداسیون سیلیکون برای تشکیل لایه‌های SiO2 برای جداسازی و محافظت از اجزای مدار حیاتی است.

گازهای نوظهور در تولید نیمه هادی

علاوه بر گازهای سنتی ذکر شده در بالا، گازهای دیگری نیز در فرآیند تولید نیمه هادی مورد توجه قرار گرفته اند، از جمله:

دی اکسید کربن (CO2): در برخی از برنامه های تمیز کردن و حکاکی، به ویژه مواردی که شامل مواد پیشرفته هستند، استفاده می شود.

دی اکسید سیلیکون (SiO2): اگرچه در شرایط استاندارد یک گاز نیست، اما اشکال تبخیر شده دی اکسید سیلیکون در فرآیندهای رسوب گذاری خاصی استفاده می شود.

ملاحظات زیست محیطی

صنعت نیمه هادی به طور فزاینده ای بر کاهش اثرات زیست محیطی مرتبط با استفاده از گازهای مختلف، به ویژه گازهایی که گازهای گلخانه ای قوی هستند، متمرکز شده است. این امر منجر به توسعه سیستم‌های مدیریت گاز پیشرفته و اکتشاف گازهای جایگزین شده است که می‌توانند مزایای مشابهی را با ردپای زیست‌محیطی کمتر ارائه دهند.

نتیجه گیری

گازهای مورد استفاده در ساخت نیمه هادی ها نقش مهمی در اطمینان از دقت و کارایی فرآیندهای ساخت دارند. با پیشرفت فناوری، صنعت نیمه هادی به طور مداوم برای بهبود خلوص و مدیریت گاز تلاش می کند، در حالی که به نگرانی های ایمنی و زیست محیطی مرتبط با استفاده از آنها نیز توجه می کند.