תעשיית המוליכים למחצה, בתור הליבה של הפיתוח הטכנולוגי המודרני, כרוכה בתהליך הייצור שלה במספר רב של גזים בעלי דיוק גבוה וטוהר גבוה. גזים מיוחדים עבור מוליכים למחצה מתייחסים לגזים הממלאים תפקיד מפתח בייצור חומר מוליכים למחצה, ייצור שבבים, שקיעת סרט דק, תחריט ותהליכים אחרים. גזים אלו חייבים לעמוד בדרישות קפדניות לטוהר, יציבות ובקרה מדויקת על תהליכי התגובה. מאמר זה יציג מספר גזים מיוחדים נפוצים המשמשים מוליכים למחצה וידון בתפקידיהם בתהליך ייצור המוליכים למחצה.

1. מימן (H₂)

מֵימָן נמצא בשימוש נרחב בייצור מוליכים למחצה, במיוחד בתצהיר אדי כימי (CVD) ותגובות הפחתה. ב-CVD, מימן מעורבב לעתים קרובות עם גזים אחרים כדי להצמיח סרטים דקים, כגון סרטי סיליקון. מימן פועל גם כחומר מפחית בתהליכי שקיעת מתכות והסרת תחמוצות. בנוסף, מימן משמש בניקוי וטיפול בפרוסות מוליכים למחצה כדי להסיר ביעילות זיהומים פני השטח ולשפר את איכות השבבים.

2. חנקן (N₂)

חַנקָן, גז אינרטי, משמש בעיקר כדי לספק סביבה נטולת חמצן בייצור מוליכים למחצה. הוא משמש בדרך כלל בניקוי ציוד, בתהליכי קירור וכמדלל באווירות תגובה. בתהליכי שקיעת אדים ותחריט, חנקן מעורבב לעתים קרובות עם גזים אחרים כדי לייצב את תנאי התגובה ולשלוט בקצב התגובה. חנקן משמש גם לדיכוי חמצון, הגנה על חומרים רגישים מפני נזקי חמצון.

3. חמצן (O₂)

חַמצָן ממלא תפקיד מכריע בתעשיית המוליכים למחצה, במיוחד בתהליכי חמצון. בהיווצרות שכבת סיליקון דו חמצני על פני השטח של פרוסות סיליקון, חמצן חיוני. על ידי החדרת חמצן, נוצרת שכבת תחמוצת אחידה על פני הסיליקון, שהיא חיונית לביצועים חשמליים ויציבות המכשיר. חמצן משמש גם בתהליכי ניקוי ותחריט, מגיב עם גזים כימיים אחרים ליצירת תחמוצות או הסרת סרטי מתכת מסוימים.

4. פחמן טטרפלואוריד (CF₄)

פחמן טטרפלואוריד נמצא בשימוש נרחב בתהליכי תחריט. בתחריט מוליכים למחצה, CF₄ מעורבב עם גזים אחרים כדי להסיר ביעילות סרטים דקים של סיליקון, סיליקון ניטריד, מתכת וחומרים אחרים. כאשר CF₄ משתלב עם פלואור, הוא יוצר פלואורידים, בעלי תגובתיות חזקה ויכולים לחרוט ביעילות את חומר המטרה. גז זה חיוני לחריטת דפוסים ברמת דיוק גבוהה בייצור מעגלים משולבים.

5. מימן כלוריד (HCl)

גז מימן כלורי משמש בעיקר כגז תחריט, במיוחד בתחריט של חומרי מתכת. הוא מגיב עם סרטי מתכת ליצירת כלורידים, מה שמאפשר להסיר את שכבות המתכת. תהליך זה נמצא בשימוש נרחב בעיצוב של סרטי מתכת דקים, מה שמבטיח את הדיוק של מבני השבב.

6. חנקן טריפלואוריד (NF₃)

חנקן טריפלואוריד משמש בעיקר לניקוי שאריות משקעים בציוד תחריט פלזמה. בתהליכי תחריט פלזמה, NF₃ מגיב עם חומרים מושקעים (כגון סיליקון פלואורידים) ליצירת פלואורידים הניתנים להסרה בקלות. גז זה יעיל ביותר בתהליך הניקוי, עוזר לשמור על ניקיון ציוד התחריט ולשפר את הדיוק והיעילות של תהליכי הייצור.

7. סילאן (SiH₄)

סילאן הוא גז נפוץ בשימוש בתצהיר כימי (CVD), במיוחד להנחת סרטי סיליקון דקים. סילאן מתפרק בטמפרטורות גבוהות ליצירת סרטי סיליקון על פני המצע, דבר חיוני בייצור מוליכים למחצה. על ידי התאמת זרימת הסילאן ותנאי התגובה, ניתן לשלוט במדויק על קצב השקיעה ואיכות הסרט.

8. בורון טריפלואוריד (BF₃)

בורון טריפלואור הוא גז סימום חשוב, המשמש בדרך כלל בתהליך סימום בורון בייצור מוליכים למחצה. הוא משמש כדי להתאים את המאפיינים החשמליים של הגביש על ידי תגובה עם מצע הסיליקון ליצירת שכבת הסימום הרצויה. תהליך סימום בורון חיוני ליצירת חומרים מוליכים למחצה מסוג P, וגז BF₃ ממלא תפקיד קריטי בתהליך זה.

9. גופרית הקספלואוריד (SF₆)

גופרית הקספלואוריד משמש בעיקר בתהליכי תחריט מוליכים למחצה, במיוחד בתחריט ברמת דיוק גבוהה. בשל תכונות הבידוד החשמליות הגבוהות והיציבות הכימית שלו, ניתן לשלב את SF₆ עם גזים אחרים כדי להסיר במדויק סרטי חומר ולהבטיח דפוסים מדויקים. הוא נמצא בשימוש נרחב גם בתחריט יונים, ומסיר ביעילות סרטי מתכת לא רצויים.

מַסְקָנָה

גזים מיוחדים עבור מוליכים למחצה ממלאים תפקיד שאין לו תחליף בייצור של מעגלים משולבים. ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להתקדם, הדרישה לטוהר וביצועים גבוהים יותר של גזים אלו עולה, מה שמניע את הספקים לייעל כל הזמן את איכות וסוגי הגזים. בעתיד, תעשיית המוליכים למחצה תמשיך להסתמך על גזים מיוחדים אלה כדי לתמוך בייצור שבבים מהדור הבא וחידושים טכנולוגיים. לכן, הבנה ויישום של גזים מיוחדים של מוליכים למחצה יהיו קריטיים בהנעת הפיתוח המתמשך של תעשיית המוליכים למחצה.