ייצור מוליכים למחצה מסתמך על מגוון רחב של גזים, אותם ניתן לסווג לשלושה סוגים עיקריים: גזים בתפזורת, גזים מיוחדים, וגזי תחריט. גזים אלו חייבים להיות בטוהר גבוה במיוחד כדי למנוע זיהום, שעלול להרוס את תהליך הייצור העדין והמורכב.

גזים בתפזורת

חנקן (N₂):

תפקיד: N₂ משרת מספר מטרות, כולל טיהור תאי תהליך ואספקת אווירה אינרטית במהלך שלבים שונים של ייצור מוליכים למחצה.
הערות נוספות: חנקן משמש לעתים קרובות בהובלה ואחסון של פרוסות סיליקון כדי למזער את החמצון. הטבע האינרטי שלו מבטיח שהוא לא מגיב עם חומרים אחרים, מה שהופך אותו לאידיאלי לשמירה על סביבות עיבוד נקיות.

ארגון (Ar):
תפקיד: בנוסף למעורבותו בתהליכי פלזמה, ארגון מהווה גורם מכריע בתהליכים שבהם הרכבי גזים מבוקרים הם קריטיים.
הערות נוספות: מכיוון שהוא אינו מגיב עם רוב החומרים, ארגון משמש גם לקפיצה, מה שעוזר בהנחת מתכת או סרטים דיאלקטריים שבהם יש לשמור על משטחים ללא זיהום.

הליום (הוא):
תפקיד: התכונות התרמיות של הליום הופכות אותו לאין ערוך לקירור ולשמירה על עקביות הטמפרטורה במהלך תהליכים תגובתיים.
הערות נוספות: הוא משמש לעתים קרובות במערכות לייזר בעלות אנרגיה גבוהה לליטוגרפיה בשל אופיו הלא תגובתי ויכולתו לשמור על הנתיב האופטי נקי מזיהום.

מימן (H₂):
תפקיד: מעבר ליישומו בחישול, מימן מסייע גם בניקוי פני השטח של פרוסות ויכול להיות מעורב בתגובות כימיות במהלך אפיטקסיה.
הערות נוספות: השימוש במימן בתצהיר של סרטים דקים מאפשר שליטה רבה יותר על ריכוז הנשאים בחומרים מוליכים למחצה, ומשנה את התכונות החשמליות שלהם באופן משמעותי.

גזים ודונטים מיוחדים

סילאן (SiH₄):
תפקיד: מלבד היותו מבשר לשקיעת סיליקון, ניתן לבצע פילמר של סילאן לסרט פסיבי המשפר מאפיינים אלקטרוניים.
הערות נוספות: התגובתיות שלו מחייבת טיפול זהיר בשל חששות בטיחותיים, במיוחד כאשר הוא מעורבב עם אוויר או חמצן.

אמוניה (NH₃):
תפקיד: בנוסף לייצור סרטי ניטריד, אמוניה משמעותית בייצור שכבות פסיבציה המשפרות את האמינות של התקני מוליכים למחצה.
הערות נוספות: זה יכול להיות מעורב בתהליכים הדורשים שילוב חנקן בסיליקון, שיפור התכונות האלקטרוניות.

פוספין (PH₃), ארסין (AsH₃) ודיבורן (B₂H₆):
תפקיד: גזים אלו לא רק חיוניים לסימום אלא גם קריטיים להשגת התכונות החשמליות הרצויות במכשירי מוליכים למחצה מתקדמים.
הערות נוספות: הרעילות שלהם מחייבת פרוטוקולי בטיחות קפדניים ומערכות ניטור בסביבות ייצור כדי להפחית סכנות.

תחריט וניקוי גזים

פחמני פלואור (CF₄, SF₆):
תפקיד: גזים אלו משמשים בתהליכי תחריט יבש, המציעים דיוק גבוה בהשוואה לשיטות תחריט רטוב.
הערות נוספות: CF₄ ו-SF₆ משמעותיים בשל יכולתם לחרוט חומרים מבוססי סיליקון ביעילות, מה שמאפשר רזולוציית דפוס עדינה קריטית במיקרו-אלקטרוניקה מודרנית.

כלור (Cl₂) ומימן פלואוריד (HF):
תפקיד: כלור מספק יכולות תחריט אגרסיביות, במיוחד עבור מתכות, בעוד ש-HF הוא חיוני להסרת דו תחמוצת הסיליקון.
הערות נוספות: השילוב של גזים אלו מאפשר הסרת שכבות יעילה במהלך שלבי ייצור שונים, תוך הבטחת משטחים נקיים לשלבי העיבוד הבאים.

חנקן טריפלואוריד (NF₃):
תפקיד: NF₃ הוא חיוני לניקוי סביבתי במערכות CVD, מגיב עם מזהמים כדי לשמור על ביצועים מיטביים.
הערות נוספות: למרות החששות לגבי פוטנציאל גזי החממה שלו, היעילות של NF₃ בניקוי הופכת אותו לבחירה מועדפת במפעלים רבים, אם כי השימוש בו דורש שיקול סביבתי זהיר.

חמצן (O₂):
תפקיד: תהליכי החמצון המקלים על ידי חמצן יכולים ליצור שכבות בידוד חיוניות במבנים מוליכים למחצה.
הערות נוספות: תפקידו של חמצן בשיפור החמצון של סיליקון ליצירת שכבות SiO₂ הוא קריטי לבידוד והגנה על רכיבי מעגל.

גזים מתעוררים בייצור מוליכים למחצה

בנוסף לגזים המסורתיים המפורטים לעיל, גזים אחרים זוכים לתשומת לב בתהליך ייצור המוליכים למחצה, כולל:

פחמן דו חמצני (CO₂): משמש ביישומי ניקוי ותחריט מסוימים, במיוחד אלה הכוללים חומרים מתקדמים.

סיליקון דו חמצני (SiO₂): למרות שאינו גז בתנאים סטנדרטיים, צורות אידוי של סיליקון דו חמצני מנוצלות בתהליכי שקיעה מסוימים.

שיקולים סביבתיים

תעשיית המוליכים למחצה מתמקדת יותר ויותר בהפחתת ההשפעה הסביבתית הקשורה בשימוש בגזים שונים, במיוחד אלו שהם גזי חממה חזקים. זה הוביל לפיתוח מערכות מתקדמות לניהול גז ולחקירה של גזים חלופיים שיכולים לספק יתרונות דומים עם טביעת רגל סביבתית נמוכה יותר.

מַסְקָנָה

הגזים המשמשים בייצור מוליכים למחצה ממלאים תפקיד קריטי בהבטחת הדיוק והיעילות של תהליכי הייצור. ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, תעשיית המוליכים למחצה שואפת ללא הרף לשיפורים בטוהר הגז ובניהולם, תוך התייחסות לדאגות הבטיחות והסביבה הקשורות לשימוש בהם.