반도체 제조에는 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있는 다양한 가스가 사용됩니다. 대량 가스, 특수 가스및 에칭 가스. 이러한 가스는 섬세하고 복잡한 제조 공정을 망칠 수 있는 오염을 방지하기 위해 순도가 매우 높아야 합니다.

대량 가스

질소(N2):

역할: N2는 공정 챔버를 퍼지하고 반도체 제조의 다양한 단계에서 불활성 분위기를 제공하는 등 다양한 용도로 사용됩니다.
추가 참고 사항: 질소는 산화를 최소화하기 위해 실리콘 웨이퍼의 운송 및 보관에 종종 사용됩니다. 불활성 특성으로 인해 다른 재료와 반응하지 않으므로 깨끗한 처리 환경을 유지하는 데 이상적입니다.

아르곤(Ar):
역할: 아르곤은 플라즈마 공정에 관여하는 것 외에도 제어된 가스 구성이 중요한 공정에서 중요한 역할을 합니다.
추가 참고 사항: 아르곤은 대부분의 재료와 반응하지 않기 때문에 스퍼터링에도 사용됩니다. 이는 오염 없이 표면을 유지해야 하는 금속 또는 유전체 필름을 증착하는 데 도움이 됩니다.

헬륨(He):
역할: 헬륨의 열적 특성은 반응 공정 중 온도 일관성을 냉각하고 유지하는 데 매우 중요합니다.
추가 참고 사항: 이는 비반응성 특성과 오염 없는 광학 경로를 유지하는 능력으로 인해 리소그래피용 고에너지 레이저 시스템에 자주 사용됩니다.

수소(H2):
역할: 어닐링에 적용하는 것 외에도 수소는 웨이퍼 표면 청소에도 도움이 되며 에피택시 동안 화학 반응에 참여할 수 있습니다.
추가 참고 사항: 박막 증착에 수소를 사용하면 반도체 재료의 캐리어 농도를 더욱 효과적으로 제어할 수 있어 전기적 특성이 크게 변경됩니다.

Specialty Gases and Dopants

실란(SiH₄):
역할: 실란은 실리콘 증착을 위한 전구체일 뿐만 아니라 전자 특성을 향상시키는 부동태화 필름으로 중합될 수 있습니다.
추가 참고 사항: 반응성은 특히 공기나 산소와 혼합될 때 안전 문제로 인해 조심스럽게 취급해야 합니다.

암모니아(NH₃):
역할: 암모니아는 질화막을 생성하는 것 외에도 반도체 장치의 신뢰성을 향상시키는 보호층을 생성하는 데 중요합니다.
추가 참고 사항: 실리콘에 질소를 통합하여 전자 특성을 향상시키는 공정에 포함될 수 있습니다.

포스핀(PH₃), 아르신(AsH₃) 및 디보란(B₂H₆):
역할: 이러한 가스는 도핑에 필수적일 뿐만 아니라 고급 반도체 장치에서 원하는 전기적 특성을 달성하는 데에도 중요합니다.
추가 참고 사항: 독성으로 인해 위험을 완화하기 위해 제조 환경에서 엄격한 안전 프로토콜과 모니터링 시스템이 필요합니다.

Etching and Cleaning Gases

Fluorocarbons (CF₄, SF₆):
역할: 이 가스는 건식 에칭 공정에 사용되며 습식 에칭 방법에 비해 높은 정밀도를 제공합니다.
추가 참고 사항: CF₄ 및 SF₆는 실리콘 기반 재료를 효율적으로 에칭하는 능력으로 인해 중요하며, 현대 마이크로전자 공학에서 중요한 미세 패턴 해상도를 가능하게 합니다.

Chlorine (Cl₂) and Hydrogen Fluoride (HF):
역할: 염소는 특히 금속에 대한 공격적인 에칭 기능을 제공하는 반면 HF는 이산화규소 제거에 중요합니다.
추가 참고 사항: 이러한 가스의 조합은 다양한 제조 단계에서 효과적인 층 제거를 가능하게 하여 후속 처리 단계에서 깨끗한 표면을 보장합니다.

Nitrogen Trifluoride (NF₃):
역할: NF₃는 CVD 시스템의 환경 정화에 중추적인 역할을 하며 오염 물질에 반응하여 최적의 성능을 유지합니다.
추가 참고 사항: 온실가스 가능성에 대한 우려에도 불구하고 NF₃의 세척 효율성은 많은 공장에서 선호되는 선택입니다. 단, 사용 시 환경에 대한 세심한 고려가 필요합니다.

산소(O₂):
역할: 산소에 의해 촉진되는 산화 공정은 반도체 구조에 필수적인 절연층을 생성할 수 있습니다.
추가 참고 사항: SiO2 층을 형성하기 위해 실리콘의 산화를 향상시키는 산소의 역할은 회로 부품의 절연 및 보호에 매우 중요합니다.

Emerging Gases in Semiconductor Manufacturing

위에 나열된 기존 가스 외에도 다음과 같은 다른 가스가 반도체 제조 공정에서 주목을 받고 있습니다.

이산화탄소(CO₂): 일부 세척 및 에칭 응용 분야, 특히 고급 재료와 관련된 응용 분야에 사용됩니다.

Silicon Dioxide (SiO₂): 표준 조건에서는 가스가 아니지만 기화된 형태의 이산화규소가 특정 증착 공정에서 활용됩니다.

환경 고려 사항

반도체 산업은 다양한 가스, 특히 강력한 온실가스 사용과 관련된 환경 영향을 줄이는 데 점점 더 중점을 두고 있습니다. 이로 인해 고급 가스 관리 시스템이 개발되고 환경에 미치는 영향을 줄이면서 유사한 이점을 제공할 수 있는 대체 가스가 개발되었습니다.

결론

반도체 제조에 사용되는 가스는 제조 공정의 정밀도와 효율성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 기술이 발전함에 따라 반도체 산업은 가스 순도 및 관리 개선을 위해 지속적으로 노력하는 동시에 가스 사용과 관련된 안전 및 환경 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.