半導体製造はさまざまなガスに依存しており、主に次の 3 種類に分類できます。 バルクガス, 特殊ガス、およびエッチングガス。これらのガスは、繊細で複雑な製造プロセスを台無しにする可能性がある汚染を防ぐために、非常に高純度である必要があります。

バルクガス

窒素 (N₂):

役割: N₂ は、プロセス チャンバーのパージや半導体製造のさまざまな段階での不活性雰囲気の提供など、複数の目的を果たします。
追加事項: 酸化を最小限に抑えるために、シリコンウェーハの輸送と保管には窒素がよく使用されます。その不活性な性質により他の材料と反応しないため、クリーンな処理環境を維持するのに最適です。

アルゴン (Ar):
役割: アルゴンは、プラズマプロセスへの関与に加えて、ガス組成の制御が重要なプロセスでも役立ちます。
追加事項: アルゴンはほとんどの材料と反応しないため、スパッタリングにも使用されます。これは、表面を汚染なく維持する必要がある金属または誘電体膜の堆積に役立ちます。

ヘリウム (He):
役割: ヘリウムの熱特性は、反応プロセス中の冷却と温度の一貫性の維持に非常に貴重です。
追加事項: 非反応性であり、光路を汚染から守る能力があるため、リソグラフィー用の高エネルギーレーザー システムでよく使用されます。

水素 (H₂):
役割: 水素はアニーリングでの用途を超えて、ウェーハ表面の洗浄にも役立ち、エピタキシー中の化学反応に関与することもあります。
追加事項: 薄膜の堆積に水素を使用すると、半導体材料のキャリア濃度をより詳細に制御できるようになり、その電気的特性が大幅に変更されます。

特殊ガスとドーパント

シラン (SiH₄):
役割: シランはシリコン堆積の前駆体であるだけでなく、重合して電子特性を改善する不動態化膜を形成することもできます。
追加の注意事項: その反応性は、特に空気や酸素と混合した場合、安全性の観点から慎重な取り扱いを必要とします。

アンモニア (NH₃):
役割: アンモニアは窒化膜の生成に加えて、半導体デバイスの信頼性を高めるパッシベーション層の生成にも重要です。
追加メモ: シリコンへの窒素の取り込みを必要とするプロセスに関与し、電子特性を向上させることができます。

ホスフィン (PH₃)、アルシン (AsH₃)、およびジボラン (B₂H₆):
役割: これらのガスはドーピングに不可欠であるだけでなく、高度な半導体デバイスで望ましい電気特性を達成するためにも重要です。
追加の注意事項: その毒性により、危険を軽減するために製造環境における厳格な安全プロトコルと監視システムが必要になります。

エッチングガスとクリーニングガス

フルオロカーボン (CF₄、SF₆):
役割：これらのガスは、ウェットエッチング法と比較して高精度が得られるドライエッチングプロセスで使用されます。
追加メモ: CF4 と SF6 は、シリコンベースの材料を効率的にエッチングする能力により重要であり、現代のマイクロエレクトロニクスで重要な微細パターンの解像度を可能にします。

塩素 (Cl₂) およびフッ化水素 (HF):
役割: 塩素は、特に金属に対して強力なエッチング能力を提供しますが、HF は二酸化ケイ素の除去に不可欠です。
追加事項: これらのガスを組み合わせることで、さまざまな製造段階で層を効果的に除去でき、後続の処理ステップできれいな表面を確保できます。

三フッ化窒素 (NF₃):
役割: NF₃ は CVD システムの環境浄化にとって極めて重要であり、汚染物質に反応して最適なパフォーマンスを維持します。
追記: 温室効果ガスの可能性に関する懸念にもかかわらず、NF₃ の洗浄効率は多くの工場で好まれていますが、その使用には環境への慎重な配慮が必要です。

酸素 (O₂):
役割: 酸素によって促進される酸化プロセスにより、半導体構造に必須の絶縁層が形成されます。
追加事項: シリコンの酸化を促進して SiO₂ 層を形成する酸素の役割は、回路コンポーネントの絶縁と保護にとって重要です。

半導体製造における新興ガス

上記の従来のガスに加えて、半導体製造プロセスでは次のような他のガスも注目を集めています。

二酸化炭素 (CO₂): 一部の洗浄およびエッチング用途、特に先端材料を含む用途で使用されます。

二酸化ケイ素 (SiO₂): 標準条件下では気体ではありませんが、特定の堆積プロセスでは気化した形態の二酸化ケイ素が利用されます。

環境への配慮

半導体業界は、さまざまなガス、特に強力な温室効果ガスの使用に伴う環境への影響を軽減することにますます重点を置いています。これにより、高度なガス管理システムの開発と、より低い環境フットプリントで同様の利点を提供できる代替ガスの探索が行われました。

結論

半導体製造で使用されるガスは、製造プロセスの精度と効率を確保する上で重要な役割を果たします。技術の進歩に伴い、半導体業界はガスの純度や管理の向上に継続的に努めるとともに、ガスの使用に伴う安全性や環境上の懸念にも取り組んでいます。