A fabricación de semicondutores depende dunha gran variedade de gases, que se poden clasificar en tres tipos principais: gases a granel, gases especiais, e gases de gravado. Estes gases deben ser dunha pureza extremadamente alta para evitar a contaminación, que pode estragar o delicado e complexo proceso de fabricación.

Gases a granel

Nitróxeno (N₂):

Papel: o N₂ serve para múltiples propósitos, incluíndo purgar cámaras de proceso e proporcionar unha atmosfera inerte durante varias etapas da fabricación de semicondutores.
Notas adicionais: o nitróxeno emprégase a miúdo no transporte e almacenamento de obleas de silicio para minimizar a oxidación. A súa natureza inerte garante que non reaccione con outros materiais, polo que é ideal para manter limpos ambientes de procesamento.

Argón (Ar):
Papel: Ademais da súa participación nos procesos de plasma, o argón é fundamental nos procesos nos que as composicións controladas de gases son cruciais.
Notas adicionais: debido a que non reacciona coa maioría dos materiais, o argón tamén se usa para pulverizar, o que axuda a depositar películas metálicas ou dieléctricas onde as superficies deben manterse sen contaminación.

Helio (He):
Papel: as propiedades térmicas do helio fan que sexa inestimable para arrefriar e manter a consistencia da temperatura durante os procesos reactivos.
Notas adicionais: utilízase a miúdo en sistemas láser de alta enerxía para litografía debido á súa natureza non reactiva e á súa capacidade para manter o camiño óptico libre de contaminación.

Hidróxeno (H₂):
Papel: Ademais da súa aplicación no recocido, o hidróxeno tamén axuda na limpeza da superficie das obleas e pode estar implicado en reaccións químicas durante a epitaxia.
Notas adicionais: o uso de hidróxeno na deposición de películas finas permite un maior control sobre a concentración de portadores nos materiais semicondutores, modificando as súas propiedades eléctricas de forma significativa.

Gases especiais e dopantes

Silano (SiH₄):
Papel: Ademais de ser un precursor da deposición de silicio, o silano pódese polimerizar nunha película pasivadora que mellora as características electrónicas.
Notas adicionais: a súa reactividade require un manexo coidadoso debido a problemas de seguridade, especialmente cando se mestura con aire ou osíxeno.

Amoníaco (NH₃):
Papel: ademais de producir películas de nitruro, o amoníaco é importante na produción de capas de pasivación que melloran a fiabilidade dos dispositivos semicondutores.
Notas adicionais: pode estar implicado en procesos que requiren incorporación de nitróxeno ao silicio, mellorando as propiedades electrónicas.

Fosfina (PH₃), arsina (AsH₃) e diborano (B₂H₆):
Papel: estes gases non só son esenciais para o dopaxe senón que tamén son críticos para acadar as propiedades eléctricas desexadas en dispositivos semicondutores avanzados.
Notas adicionais: a súa toxicidade require protocolos de seguridade estritos e sistemas de monitorización en ambientes de fabricación para mitigar os perigos.

Gases de gravado e limpeza

Fluorocarbonos (CF₄, SF₆):
Papel: Estes gases empréganse en procesos de gravado en seco, que ofrecen unha alta precisión en comparación cos métodos de gravado en húmido.
Notas adicionais: CF₄ e SF₆ son importantes debido á súa capacidade para gravar materiais baseados en silicio de forma eficiente, o que permite unha resolución de patróns fina, fundamental na microelectrónica moderna.

Cloro (Cl₂) e fluoruro de hidróxeno (HF):
Papel: o cloro proporciona capacidades de grabado agresivo, especialmente para metais, mentres que o HF é crucial para a eliminación de dióxido de silicio.
Notas adicionais: a combinación destes gases permite a eliminación eficaz da capa durante varias etapas de fabricación, garantindo superficies limpas para os pasos de procesamento posteriores.

Trifluoruro de nitróxeno (NF₃):
Papel: NF₃ é fundamental para a limpeza ambiental nos sistemas CVD, respondendo con contaminantes para manter un rendemento óptimo.
Notas adicionais: a pesar das preocupacións sobre o seu potencial de gases de efecto invernadoiro, a eficiencia de NF₃ na limpeza fai que sexa unha opción preferida en moitas fábricas, aínda que o seu uso require unha coidadosa consideración ambiental.

Osíxeno (O₂):
Papel: os procesos de oxidación facilitados polo osíxeno poden crear capas illantes esenciais nas estruturas de semicondutores.
Notas adicionais: o papel do osíxeno para mellorar a oxidación do silicio para formar capas de SiO₂ é fundamental para o illamento e a protección dos compoñentes do circuíto.

Gases emerxentes na fabricación de semicondutores

Ademais dos gases tradicionais enumerados anteriormente, outros gases están a gañar atención no proceso de fabricación de semicondutores, incluíndo:

Dióxido de carbono (CO₂): Úsase nalgunhas aplicacións de limpeza e gravado, especialmente aquelas que implican materiais avanzados.

Dióxido de silicio (SiO₂): Aínda que non é un gas en condicións estándar, úsanse formas vaporizadas de dióxido de silicio en certos procesos de deposición.

Consideracións ambientais

A industria dos semicondutores está cada vez máis centrada na redución do impacto ambiental asociado ao uso de varios gases, especialmente aqueles que son gases de efecto invernadoiro potentes. Isto levou ao desenvolvemento de sistemas avanzados de xestión de gas e á exploración de gases alternativos que poidan proporcionar beneficios similares cunha menor pegada ambiental.

Conclusión

Os gases utilizados na fabricación de semicondutores xogan un papel fundamental para garantir a precisión e a eficiencia dos procesos de fabricación. A medida que avanza a tecnoloxía, a industria de semicondutores esfórzase continuamente por mellorar a pureza e xestión do gas, ao tempo que aborda as preocupacións ambientais e de seguridade asociadas ao seu uso.