A félvezetőgyártás a gázok széles skáláján alapul, amelyek három fő típusba sorolhatók: ömlesztett gázok, speciális gázokés maratógázok. Ezeknek a gázoknak rendkívül nagy tisztaságúaknak kell lenniük, hogy elkerüljék a szennyeződést, ami tönkreteheti a kényes és összetett gyártási folyamatot.

Tömeges gázok

Nitrogén (N2):

Szerep: Az N₂ többféle célt szolgál, beleértve a folyamatkamrák tisztítását és a közömbös atmoszféra biztosítását a félvezetőgyártás különböző szakaszaiban.
További megjegyzések: A szilíciumlapkák szállítása és tárolása során gyakran nitrogént használnak az oxidáció minimalizálása érdekében. Inert természete biztosítja, hogy nem lép reakcióba más anyagokkal, így ideális a tiszta feldolgozási környezet fenntartásához.

Argon (Ar):
Szerep: A plazmafolyamatokban való részvétele mellett az argon fontos szerepet játszik azokban a folyamatokban, ahol a szabályozott gázösszetétel döntő fontosságú.
További megjegyzések: Mivel nem lép reakcióba a legtöbb anyaggal, az argont porlasztásra is használják, ami segít fém- vagy dielektromos filmek lerakódásában, ahol a felületeket szennyeződés nélkül kell fenntartani.

Hélium (Ő):
Szerep: A hélium termikus tulajdonságai felbecsülhetetlen értékűvé teszik a hűtést és a hőmérséklet állandó fenntartását a reaktív folyamatok során.
Kiegészítő megjegyzések: Gyakran használják nagy energiájú lézerrendszerekben litográfiához, mivel nem reaktív természete és képes megőrizni az optikai utat szennyeződésektől.

Hidrogén (H₂):
Szerep: Az izzításban való alkalmazásán túl a hidrogén az ostyák felületének tisztításában is segít, és részt vehet az epitaxia során lezajló kémiai reakciókban.
Kiegészítő megjegyzések: A hidrogén alkalmazása vékony filmrétegek leválasztásában lehetővé teszi a félvezető anyagok hordozókoncentrációjának jobb szabályozását, jelentősen módosítva azok elektromos tulajdonságait.

Speciális gázok és adalékanyagok

Szilán (SiH₄):
Szerep: Amellett, hogy a szilán a szilícium leválasztás prekurzora, passziváló fóliává polimerizálható, amely javítja az elektronikus jellemzőket.
További megjegyzések: Reaktivitása óvatos kezelést igényel biztonsági megfontolások miatt, különösen levegővel vagy oxigénnel keverve.

Ammónia (NH₃):
Szerep: A nitridfilmek gyártása mellett az ammónia jelentős szerepet játszik a félvezető eszközök megbízhatóságát növelő passzivációs rétegek előállításában.
További megjegyzések: Részt vehet olyan folyamatokban, amelyek nitrogént igényelnek a szilíciumban, javítva ezzel az elektronikus tulajdonságokat.

Foszfin (PH3), arzin (AsH3) és diborán (B2H6):
Szerep: Ezek a gázok nemcsak az adalékoláshoz nélkülözhetetlenek, hanem kritikusak a fejlett félvezető eszközök kívánt elektromos tulajdonságainak eléréséhez is.
Kiegészítő megjegyzések: Mérgező hatásuk szigorú biztonsági protokollokat és megfigyelési rendszereket tesz szükségessé a gyártási környezetben a veszélyek csökkentése érdekében.

Maratási és tisztítógázok

Fluorozott szénhidrogének (CF4, SF₆):
Szerep: Ezeket a gázokat száraz maratási eljárásokban alkalmazzák, amelyek nagy pontosságot kínálnak a nedves maratási módszerekhez képest.
További megjegyzések: A CF4 és az SF₆ jelentősek, mivel képesek hatékonyan maratni a szilícium alapú anyagokat, lehetővé téve a finom mintázatok felbontását, ami kritikus a modern mikroelektronikában.

Klór (Cl2) és hidrogén-fluorid (HF):
Szerep: A klór agresszív marási képességet biztosít, különösen fémek esetében, míg a HF kulcsfontosságú a szilícium-dioxid eltávolításában.
További megjegyzések: Ezeknek a gázoknak a kombinációja hatékony rétegeltávolítást tesz lehetővé a különböző gyártási szakaszok során, így tiszta felületet biztosít a további feldolgozási lépésekhez.

Nitrogén-trifluorid (NF₃):
Szerep: Az NF₃ kulcsfontosságú a CVD-rendszerek környezeti tisztításában, szennyeződésekkel reagálva az optimális teljesítmény fenntartása érdekében.
További megjegyzések: Az üvegházhatású gázok potenciáljával kapcsolatos aggodalmak ellenére az NF₃ tisztítási hatékonysága miatt sok gyárban előnyben részesítik, bár használata körültekintő környezetvédelmi megfontolást igényel.

Oxigén (O2):
Szerepe: Az oxigén által elősegített oxidációs folyamatok nélkülözhetetlen szigetelőrétegeket hozhatnak létre a félvezető szerkezetekben.
További megjegyzések: Az oxigén szerepe a szilícium oxidációjának fokozásában, hogy SiO₂ rétegeket képezzen, kritikus fontosságú az áramköri alkatrészek izolálása és védelme szempontjából.

Feltörekvő gázok a félvezetőgyártásban

A fent felsorolt ​​hagyományos gázokon kívül más gázok is egyre nagyobb figyelmet kapnak a félvezető gyártási folyamatban, ideértve:

Szén-dioxid (CO₂): Egyes tisztítási és maratási alkalmazásokban használatos, különösen azoknál, ahol fejlett anyagokat használnak.

Szilícium-dioxid (SiO₂): Bár standard körülmények között nem gáz, a szilícium-dioxid elpárologtatott formáit hasznosítják bizonyos leválasztási eljárásokban.

Környezetvédelmi szempontok

A félvezetőipar egyre inkább a különféle gázok – különösen az erős üvegházhatású gázok – felhasználásával összefüggő környezeti hatások csökkentésére összpontosít. Ez fejlett gázgazdálkodási rendszerek kifejlesztéséhez és olyan alternatív gázok feltárásához vezetett, amelyek alacsonyabb környezeti lábnyom mellett hasonló előnyöket nyújthatnak.

Következtetés

A félvezetőgyártásban használt gázok kritikus szerepet játszanak a gyártási folyamatok pontosságának és hatékonyságának biztosításában. A technológia fejlődésével a félvezetőipar folyamatosan törekszik a gáztisztaság és -gazdálkodás javítására, miközben foglalkozik a használatukkal kapcsolatos biztonsági és környezetvédelmi szempontokkal is.