Puolijohdeteollisuus, joka on nykyaikaisen teknologisen kehityksen ydin, käyttää valmistusprosessissaan lukuisia erittäin tarkkoja ja erittäin puhtaita kaasuja. Puolijohteiden erikoiskaasut viittaavat kaasuihin, joilla on keskeinen rooli puolijohdemateriaalien tuotannossa, sirun valmistuksessa, ohutkalvopinnoituksessa, syövytyksessä ja muissa prosesseissa. Näiden kaasujen on täytettävä tiukat vaatimukset puhtaudesta, stabiilisuudesta ja reaktioprosessien tarkasta hallinnasta. Tässä artikkelissa esitellään useita puolijohteissa käytettyjä erikoiskaasuja ja keskustellaan niiden rooleista puolijohteiden valmistusprosessissa.

1. Vety (H₂)

Vety Sitä käytetään laajalti puolijohteiden valmistuksessa, erityisesti kemiallisissa höyrypinnoitus- (CVD) ja pelkistysreaktioissa. CVD:ssä vetyä sekoitetaan usein muiden kaasujen kanssa ohuiden kalvojen, kuten piikalvojen, kasvattamiseksi. Vety toimii myös pelkistimenä metallipinnoitus- ja oksidinpoistoprosesseissa. Lisäksi vetyä käytetään puolijohdekiekkojen puhdistukseen ja käsittelyyn poistamaan tehokkaasti pinnan epäpuhtaudet ja parantamaan sirujen laatua.

2. Typpi (N2)

Typpi, inerttiä kaasua, käytetään pääasiassa hapettoman ympäristön aikaansaamiseen puolijohteiden valmistuksessa. Sitä käytetään yleisesti laitteiden puhdistuksessa, jäähdytysprosesseissa ja laimentimena reaktioilmakehissä. Höyrypinnoitus- ja syövytysprosesseissa typpeä sekoitetaan usein muiden kaasujen kanssa reaktio-olosuhteiden stabiloimiseksi ja reaktionopeuden säätelemiseksi. Typpeä käytetään myös hapettumisen estämiseen, mikä suojaa herkkiä materiaaleja hapettumisvaurioilta.

3. Happi (O2)

Happi sillä on keskeinen rooli puolijohdeteollisuudessa, erityisesti hapetusprosesseissa. Piikiekkojen pinnalle muodostuvan piidioksidikerroksen muodostuessa happi on välttämätöntä. Lisäämällä happea piipinnalle muodostuu tasainen oksidikerros, joka on elintärkeää sähköisen suorituskyvyn ja laitteen vakauden kannalta. Happea käytetään myös puhdistus- ja syövytysprosesseissa, jolloin se reagoi muiden kemiallisten kaasujen kanssa muodostaen oksideja tai poistaen tiettyjä metallikalvoja.

4. Hiilitetrafluoridi (CF4)

Hiilitetrafluoridia käytetään laajalti etsausprosesseissa. Puolijohdeetsauksessa CF4 sekoitetaan muiden kaasujen kanssa ohuiden piin, piinitridin, metallin ja muiden materiaalien poistamiseksi tehokkaasti. Kun CF4 yhdistyy fluoriin, se muodostaa fluorideja, joilla on voimakas reaktiivisuus ja jotka voivat tehokkaasti syövyttää kohdemateriaalin. Tämä kaasu on ratkaisevan tärkeä suuren tarkkuuden kuvion syövytyksessä integroitujen piirien tuotannossa.

5. Kloorivety (HCl)

Kloorivetykaasua käytetään ensisijaisesti etsauskaasuna, erityisesti metallimateriaalien syövytyksessä. Se reagoi metallikalvojen kanssa muodostaen klorideja, jolloin metallikerrokset voidaan poistaa. Tätä prosessia käytetään laajalti ohuiden metallikalvojen kuvioinnissa, mikä varmistaa lasturakenteiden tarkkuuden.

6. Typpitrifluoridi (NF₃)

Typpitrifluoridia käytetään pääasiassa saostusjäämien puhdistamiseen plasmaetsauslaitteissa. Plasmasyövytysprosesseissa NF3 reagoi kerrostuneiden materiaalien (kuten piifluoridien) kanssa muodostaen helposti poistettavia fluorideja. Tämä kaasu on erittäin tehokas puhdistusprosessissa, mikä auttaa ylläpitämään etsauslaitteiden puhtautta ja parantamaan valmistusprosessien tarkkuutta ja tehokkuutta.

7. Silaani (SiH₄)

Silaani on yleisesti käytetty kaasu kemiallisessa höyrypinnoituksessa (CVD), erityisesti piiohutkalvojen kerrostamiseen. Silaani hajoaa korkeissa lämpötiloissa muodostaen piikalvoja substraatin pinnalle, mikä on ratkaisevan tärkeää puolijohteiden valmistuksessa. Säätämällä silaanin virtausta ja reaktio-olosuhteita saostusnopeutta ja kalvon laatua voidaan säätää tarkasti.

8. Booritrifluoridi (BF3)

Booritrifluoridi on tärkeä seostuskaasu, jota käytetään tyypillisesti boorin seostusprosessissa puolijohteiden valmistuksessa. Sitä käytetään kiteen sähköisten ominaisuuksien säätämiseen reagoimalla piisubstraatin kanssa halutun seostuskerroksen muodostamiseksi. Booriseostusprosessi on välttämätön P-tyypin puolijohdemateriaalien luomisessa, ja BF3-kaasulla on kriittinen rooli tässä prosessissa.

9. Rikkiheksafluoridi (SF₆)

Rikkiheksafluoridi käytetään pääasiassa puolijohdeetsausprosesseissa, erityisesti korkean tarkkuuden etsauksessa. Korkeiden sähköeristysominaisuuksiensa ja kemiallisen stabiiliutensa ansiosta SF₆ voidaan yhdistää muihin kaasuihin materiaalikalvojen poistamiseksi tarkasti ja tarkan kuvion varmistamiseksi. Sitä käytetään myös laajalti ionietsauksessa, joka poistaa tehokkaasti ei-toivotut metallikalvot.

Johtopäätös

Puolijohteiden erikoiskaasuilla on korvaamaton rooli integroitujen piirien valmistuksessa. Teknologian kehittyessä näiden kaasujen korkeamman puhtauden ja suorituskyvyn kysyntä kasvaa, mikä saa toimittajat jatkuvasti optimoimaan kaasujen laatua ja tyyppejä. Puolijohdeteollisuus tukeutuu jatkossakin näihin erikoiskaasuihin tukeakseen seuraavan sukupolven sirujen ja teknologisten innovaatioiden tuotantoa. Siksi puolijohdeteollisuuden erikoiskaasujen ymmärtäminen ja soveltaminen on ratkaisevan tärkeää puolijohdeteollisuuden jatkuvassa kehityksessä.