Hálfleiðaraframleiðsla byggir á fjölmörgum lofttegundum, sem hægt er að flokka í þrjár megingerðir: magn lofttegunda, sérlofttegundir, og ætingarlofttegundir. Þessar lofttegundir verða að vera mjög hreinar til að koma í veg fyrir mengun, sem getur eyðilagt hið viðkvæma og flókna framleiðsluferli.

Magnlofttegundir

Köfnunarefni (N₂):

Hlutverk: N₂ þjónar margvíslegum tilgangi, þar á meðal að hreinsa vinnsluhólf og veita óvirkt andrúmsloft á ýmsum stigum hálfleiðaraframleiðslu.
Viðbótarathugasemdir: Köfnunarefni er oft notað við flutning og geymslu á kísilskífum til að lágmarka oxun. Óvirkt eðli þess tryggir að það hvarfast ekki við önnur efni, sem gerir það tilvalið til að viðhalda hreinu vinnsluumhverfi.

Argon (Ar):
Hlutverk: Auk þátttöku þess í plasmaferlum er argon mikilvægur í ferlum þar sem stýrð gassamsetning skiptir sköpum.
Viðbótarathugasemdir: Vegna þess að það hvarfast ekki við flest efni er argon einnig notað til að sputtera, sem hjálpar til við að setja málm eða díselfilmur þar sem yfirborð verður að viðhalda án mengunar.

Helíum (hann):
Hlutverk: Hitaeiginleikar helíums gera það ómetanlegt til að kæla og viðhalda stöðugleika hitastigs meðan á hvarfgjörnum ferlum stendur.
Viðbótarathugasemdir: Það er oft notað í háorku leysikerfum fyrir steinþrykk vegna óviðbragðs eðlis þess og getu til að viðhalda sjónleiðinni laus við mengun.

Vetni (H₂):
Hlutverk: Fyrir utan beitingu þess í glæðingu, hjálpar vetni einnig við að þrífa yfirborð obláta og getur tekið þátt í efnahvörfum meðan á þekju stendur.
Viðbótarathugasemdir: Notkun vetnis við útfellingu þunnra filma gerir ráð fyrir meiri stjórn á styrk burðarefnis í hálfleiðaraefnum, sem breytir rafeiginleikum þeirra verulega.

Sérlofttegundir og lyfjaefni

Sílan (SiH₄):
Hlutverk: Burtséð frá því að vera undanfari kísilútfellingar, er hægt að fjölliða sílan í passiverandi filmu sem bætir rafeiginleika.
Viðbótarathugasemdir: Hvarfgirni þess krefst varkárrar meðhöndlunar vegna öryggissjónarmiða, sérstaklega þegar blandað er lofti eða súrefni.

Ammoníak (NH₃):
Hlutverk: Auk þess að framleiða nítríðfilmur, er ammoníak mikilvægt við að framleiða aðgerðarlög sem auka áreiðanleika hálfleiðaratækja.
Viðbótar athugasemdir: Það getur tekið þátt í ferlum sem krefjast innlimunar köfnunarefnis í sílikon, sem bætir rafræna eiginleika.

Fosfín (PH₃), Arsine (AsH₃) og Diborane (B₂H6):
Hlutverk: Þessar lofttegundir eru ekki aðeins nauðsynlegar fyrir lyfjamisnotkun heldur eru þær einnig mikilvægar til að ná tilætluðum rafeiginleikum í háþróuðum hálfleiðurum.
Viðbótarathugasemdir: Eiturhrif þeirra krefjast strangar öryggisreglur og eftirlitskerfi í framleiðsluumhverfi til að draga úr hættum.

Æts og hreinsunarlofttegunda

Flúorkolefni (CF₄, SF₆):
Hlutverk: Þessar lofttegundir eru notaðar í þurrum ætingarferlum, sem bjóða upp á mikla nákvæmni miðað við blautætingaraðferðir.
Viðbótarathugasemdir: CF₄ og SF₆ eru mikilvægar vegna getu þeirra til að etsa kísil-undirstaða efni á skilvirkan hátt, sem gerir kleift að fá fína mynsturupplausn sem er mikilvæg í nútíma rafeindatækni.

Klór (Cl₂) og vetnisflúoríð (HF):
Hlutverk: Klór veitir árásargjarna ætingargetu, sérstaklega fyrir málma, á meðan HF er mikilvægt til að fjarlægja kísildíoxíð.
Viðbótarathugasemdir: Samsetning þessara lofttegunda gerir kleift að fjarlægja lag á áhrifaríkan hátt á ýmsum framleiðslustigum, sem tryggir hreint yfirborð fyrir síðari vinnsluþrep.

Köfnunarefnistríflúoríð (NF₃):
Hlutverk: NF₃ er lykilatriði fyrir umhverfishreinsun í CVD kerfum, bregst við með aðskotaefnum til að viðhalda bestu frammistöðu.
Viðbótarathugasemdir: Þrátt fyrir áhyggjur af möguleikum gróðurhúsalofttegunda, gerir NF₃ skilvirkni við hreinsun það ákjósanlegt val í mörgum verksmiðjum, þó að notkun þess krefjist vandlegrar umhverfissjónarmiða.

Súrefni (O₂):
Hlutverk: Oxunarferlið sem súrefni auðveldar getur búið til nauðsynleg einangrunarlög í hálfleiðarabyggingum.
Viðbótarathugasemdir: Hlutverk súrefnis við að auka oxun kísils til að mynda SiO₂ lög er mikilvægt fyrir einangrun og verndun hringrásarhluta.

Vaxandi lofttegundir í hálfleiðaraframleiðslu

Til viðbótar við hefðbundnar lofttegundir sem taldar eru upp hér að ofan, eru aðrar lofttegundir að vekja athygli í hálfleiðaraframleiðsluferlinu, þar á meðal:

Koltvíoxíð (CO₂): Notað í sumum hreinsunar- og ætingarverkefnum, sérstaklega þeim sem fela í sér háþróað efni.

Kísildíoxíð (SiO₂): Þó það sé ekki gas við staðlaðar aðstæður, eru gufuð form kísildíoxíðs notuð í ákveðnum útfellingarferlum.

Umhverfissjónarmið

Hálfleiðaraiðnaðurinn einbeitir sér í auknum mæli að því að draga úr umhverfisáhrifum sem tengjast notkun ýmissa lofttegunda, sérstaklega þeirra sem eru öflugar gróðurhúsalofttegundir. Þetta hefur leitt til þróunar háþróaðrar gasstjórnunarkerfa og könnunar á öðrum lofttegundum sem geta veitt svipaðan ávinning með lægra umhverfisfótspori.

Niðurstaða

Lofttegundirnar sem notaðar eru í hálfleiðaraframleiðslu gegna mikilvægu hlutverki við að tryggja nákvæmni og skilvirkni framleiðsluferlanna. Eftir því sem tækninni fleygir fram, leitast hálfleiðaraiðnaðurinn stöðugt við að bæta hreinleika og stjórnun gass, en tekur jafnframt á öryggis- og umhverfisáhyggjum sem tengjast notkun þeirra.