Proizvodnja poluvodiča oslanja se na veliki izbor plinova koji se mogu kategorizirati u tri glavne vrste: rasuti plinovi, specijalni plinovii plinovi za jetkanje. Ti plinovi moraju biti izuzetno visoke čistoće kako bi se spriječila kontaminacija, koja može uništiti delikatan i složen proces proizvodnje.

Rasuti plinovi

Dušik (N₂):

Uloga: N₂ služi za višestruke svrhe, uključujući pročišćavanje procesnih komora i pružanje inertne atmosfere tijekom različitih faza proizvodnje poluvodiča.
Dodatne napomene: Dušik se često koristi u transportu i skladištenju silicijskih pločica kako bi se smanjila oksidacija. Njegova inertna priroda osigurava da ne reagira s drugim materijalima, što ga čini idealnim za održavanje čistih procesnih okruženja.

Argon (Ar):
Uloga: Uz sudjelovanje u plazma procesima, argon je ključan u procesima u kojima su kontrolirani sastavi plinova ključni.
Dodatne napomene: Budući da ne reagira s većinom materijala, argon se također koristi za raspršivanje, što pomaže u taloženju metalnih ili dielektričnih filmova gdje se površine moraju održavati bez kontaminacije.

Helij (He):
Uloga: Helijeva toplinska svojstva čine ga neprocjenjivim za hlađenje i održavanje konstantne temperature tijekom reaktivnih procesa.
Dodatne napomene: Često se koristi u visokoenergetskim laserskim sustavima za litografiju zbog svoje nereaktivne prirode i sposobnosti održavanja optičkog puta bez kontaminacije.

Vodik (H₂):
Uloga: Osim njegove primjene u žarenju, vodik također pomaže u čišćenju površine pločica i može biti uključen u kemijske reakcije tijekom epitaksije.
Dodatne napomene: Upotreba vodika u taloženju tankih filmova omogućuje veću kontrolu nad koncentracijom nosača u poluvodičkim materijalima, značajno mijenjajući njihova električna svojstva.

Specijalni plinovi i dodaci

Silan (SiH₄):
Uloga: osim što je prekursor za taloženje silicija, silan se može polimerizirati u pasivirajući film koji poboljšava elektroničke karakteristike.
Dodatne napomene: Njegova reaktivnost zahtijeva pažljivo rukovanje zbog sigurnosnih razloga, osobito kada se pomiješa sa zrakom ili kisikom.

Amonijak (NH3):
Uloga: Osim u proizvodnji nitridnih filmova, amonijak je značajan u proizvodnji pasivacijskih slojeva koji povećavaju pouzdanost poluvodičkih uređaja.
Dodatne napomene: Može biti uključen u procese koji zahtijevaju ugradnju dušika u silicij, poboljšavajući elektronička svojstva.

Fosfin (PH₃), arzin (AsH3) i diboran (B₂H₆):
Uloga: Ovi plinovi nisu samo bitni za dopiranje, već su također ključni za postizanje željenih električnih svojstava u naprednim poluvodičkim uređajima.
Dodatne napomene: Njihova toksičnost zahtijeva stroge sigurnosne protokole i sustave nadzora u proizvodnim okruženjima kako bi se umanjile opasnosti.

Plinovi za jetkanje i čišćenje

Fluorugljici (CF₄, SF₆):
Uloga: Ovi plinovi se koriste u procesima suhog jetkanja, koji nude visoku preciznost u usporedbi s metodama mokrog jetkanja.
Dodatne napomene: CF₄ i SF₆ značajni su zbog svoje sposobnosti učinkovitog graviranja materijala na bazi silicija, omogućujući finu rezoluciju uzorka kritičnu u modernoj mikroelektronici.

Klor (Cl₂) i vodikov fluorid (HF):
Uloga: klor pruža agresivne mogućnosti jetkanja, posebno za metale, dok je HF ključan za uklanjanje silicijeva dioksida.
Dodatne napomene: Kombinacija ovih plinova omogućuje učinkovito uklanjanje slojeva tijekom različitih faza izrade, osiguravajući čiste površine za sljedeće korake obrade.

Dušikov trifluorid (NF3):
Uloga: NF₃ je ključan za čišćenje okoliša u CVD sustavima, reagirajući kontaminantima kako bi se održala optimalna izvedba.
Dodatne napomene: Usprkos zabrinutosti zbog njegovog potencijala stakleničkih plinova, učinkovitost NF₃ u čišćenju čini ga preferiranim izborom u mnogim tvornicama, iako njegova uporaba zahtijeva pažljivo razmatranje okoliša.

Kisik (O₂):
Uloga: Oksidacijski procesi potpomognuti kisikom mogu stvoriti bitne izolacijske slojeve u poluvodičkim strukturama.
Dodatne napomene: Uloga kisika u pospješivanju oksidacije silicija za stvaranje slojeva SiO₂ ključna je za izolaciju i zaštitu komponenti kruga.

Plinovi u nastajanju u proizvodnji poluvodiča

Uz gore navedene tradicionalne plinove, drugi plinovi privlače pažnju u procesu proizvodnje poluvodiča, uključujući:

Ugljični dioksid (CO₂): Koristi se u nekim aplikacijama za čišćenje i jetkanje, posebice onima koje uključuju napredne materijale.

Silicijev dioksid (SiO₂): Iako nije plin pod standardnim uvjetima, ispareni oblici silicijeva dioksida koriste se u određenim procesima taloženja.

Razmatranja okoliša

Industrija poluvodiča sve je više usmjerena na smanjenje utjecaja na okoliš povezanih s upotrebom različitih plinova, posebice onih koji su snažni staklenički plinovi. To je dovelo do razvoja naprednih sustava za upravljanje plinom i istraživanja alternativnih plinova koji mogu pružiti slične prednosti uz manji utjecaj na okoliš.

Zaključak

Plinovi koji se koriste u proizvodnji poluvodiča igraju ključnu ulogu u osiguravanju preciznosti i učinkovitosti procesa izrade. Kako tehnologija napreduje, industrija poluvodiča kontinuirano teži poboljšanjima u čistoći i upravljanju plinom, dok se također bavi sigurnosnim i ekološkim problemima povezanim s njihovom upotrebom.