Hálfleiðaraiðnaðurinn, sem kjarni nútíma tækniþróunar, felur í sér fjölmargar hárnákvæmar og mjög hreinar lofttegundir í framleiðsluferli sínu. Sérlofttegundir fyrir hálfleiðara vísa til lofttegunda sem gegna lykilhlutverki í framleiðslu hálfleiðaraefna, flísaframleiðslu, þunnfilmuútfellingu, ætingu og öðrum ferlum. Þessar lofttegundir verða að uppfylla strangar kröfur um hreinleika, stöðugleika og nákvæma stjórn á hvarfferlunum. Þessi grein mun kynna nokkrar algengar sérlofttegundir sem notaðar eru í hálfleiðurum og ræða hlutverk þeirra í hálfleiðara framleiðsluferlinu.

1. Vetni (H₂)

Vetni er mikið notað í hálfleiðaraframleiðslu, sérstaklega í efnagufuútfellingu (CVD) og afoxunarhvörfum. Í CVD er vetni oft blandað við aðrar lofttegundir til að vaxa þunnar filmur, svo sem sílikonfilmur. Vetni virkar einnig sem afoxunarefni í málmútfellingu og oxíðfjarlægingarferlum. Að auki er vetni notað til að hreinsa og meðhöndla hálfleiðaraþiljur til að fjarlægja yfirborðsmengun á áhrifaríkan hátt og bæta gæði flísanna.

2. Köfnunarefni (N₂)

Nitur, óvirkt gas, er aðallega notað til að veita súrefnislaust umhverfi í hálfleiðaraframleiðslu. Það er almennt notað í hreinsun búnaðar, kælingarferli og sem þynningarefni í hvarflofti. Í gufuútfellingu og ætingarferlum er köfnunarefni oft blandað við aðrar lofttegundir til að koma á stöðugleika hvarfskilyrða og stjórna hvarfhraða. Köfnunarefni er einnig notað til að bæla oxun og vernda viðkvæm efni gegn oxunarskemmdum.

3. Súrefni (O₂)

Súrefni gegnir mikilvægu hlutverki í hálfleiðaraiðnaði, sérstaklega í oxunarferlum. Við myndun kísildíoxíðlags á yfirborði kísilþráða er súrefni nauðsynlegt. Með því að setja súrefni inn myndast samræmt oxíðlag á kísilyfirborðinu, sem er mikilvægt fyrir rafafköst og stöðugleika tækisins. Súrefni er einnig notað í hreinsunar- og ætingarferlum, hvarfast við aðrar efnalofttegundir til að mynda oxíð eða fjarlægja ákveðnar málmfilmur.

4. Kolefnistetraflúoríð (CF₄)

Koltetraflúoríð er mikið notað í ætingarferlum. Í hálfleiðaraætingu er CF4 blandað saman við aðrar lofttegundir til að fjarlægja þunnar filmur af sílikoni, sílikonnítríði, málmi og öðrum efnum á áhrifaríkan hátt. Þegar CF₄ sameinast flúor, myndar það flúoríð, sem hafa sterka hvarfvirkni og geta ætið markefnið á skilvirkan hátt. Þetta gas er mikilvægt fyrir nákvæma mynsturætingu í samþættri hringrásarframleiðslu.

5. Klórvetni (HCl)

Vetnisklóríðgas er fyrst og fremst notað sem ætingargas, sérstaklega við ætingu málmefna. Það hvarfast við málmfilmur til að mynda klóríð, sem gerir kleift að fjarlægja málmlögin. Þetta ferli er mikið notað í mynstri á þunnum málmfilmum, sem tryggir nákvæmni flísbyggingarinnar.

6. Köfnunarefnistríflúoríð (NF₃)

Köfnunarefnistríflúoríð er aðallega notað til að hreinsa útfellingarleifar í plasmaætingarbúnaði. Í plasmaætingarferlum hvarfast NF₃ við útsett efni (eins og kísilflúoríð) til að mynda flúoríð sem auðvelt er að fjarlægja. Þetta gas er mjög skilvirkt í hreinsunarferlinu, hjálpar til við að viðhalda hreinleika ætingarbúnaðar og bæta nákvæmni og skilvirkni framleiðsluferla.

7. Sílan (SiH₄)

Sílan er almennt notað gas í efnagufuútfellingu (CVD), sérstaklega til að setja kísilþunna filmur. Sílan brotnar niður við háan hita til að mynda sílikonfilmur á yfirborði undirlagsins, sem er mikilvægt í hálfleiðaraframleiðslu. Með því að stilla flæði sílans og hvarfskilyrði er hægt að stjórna útfellingarhraða og filmugæðum nákvæmlega.

8. Bórtríflúoríð (BF₃)

Bórtríflúoríð er mikilvægt lyfjagas, venjulega notað í bórdópunarferlinu í hálfleiðaraframleiðslu. Það er notað til að stilla rafeiginleika kristalsins með því að hvarfast við sílikon hvarfefnið til að mynda æskilegt lyfjalag. Bórdópunarferlið er nauðsynlegt til að búa til hálfleiðaraefni af P-gerð og BF₃ gas gegnir mikilvægu hlutverki í þessu ferli.

9. Brennisteinshexaflúoríð (SF₆)

Brennisteinshexaflúoríð er aðallega notað í hálfleiðara ætingarferlum, sérstaklega í hárnákvæmni ætingu. Vegna mikillar rafeinangrunareiginleika og efnafræðilegs stöðugleika er hægt að sameina SF₆ við aðrar lofttegundir til að fjarlægja efnisfilmur nákvæmlega og tryggja nákvæm mynstur. Það er einnig mikið notað í jónaætingu og fjarlægir á skilvirkan hátt óæskilegar málmfilmur.

Niðurstaða

Sérlofttegundir fyrir hálfleiðara gegna óbætanlegu hlutverki við framleiðslu á samþættum rafrásum. Eftir því sem tæknin heldur áfram að þróast eykst krafan um meiri hreinleika og afköst þessara lofttegunda, sem hvetur birgja til að hámarka stöðugt gæði og tegundir lofttegunda. Í framtíðinni mun hálfleiðaraiðnaðurinn halda áfram að treysta á þessar sérlofttegundir til að styðja við framleiðslu á næstu kynslóðar flísum og tækninýjungum. Þess vegna mun skilningur og notkun á sérlofttegundum hálfleiðara vera mikilvæg til að knýja áfram stöðuga þróun hálfleiðaraiðnaðarins.