Pusvadītāju ražošana balstās uz plašu gāzu klāstu, ko var iedalīt trīs galvenajos veidos: lielapjoma gāzes, speciālās gāzesun kodināšanas gāzes. Šīm gāzēm jābūt īpaši augstas tīrības pakāpes, lai novērstu piesārņojumu, kas var sabojāt smalko un sarežģīto ražošanas procesu.

Lielapjoma gāzes

Slāpeklis (N₂):

Nozīme: N₂ kalpo vairākiem mērķiem, tostarp procesa kameru attīrīšanai un inertas atmosfēras nodrošināšanai dažādos pusvadītāju ražošanas posmos.
Papildu piezīmes: Slāpekli bieži izmanto silīcija plātņu transportēšanā un uzglabāšanā, lai samazinātu oksidēšanos. Tā inertais raksturs nodrošina, ka tas nereaģē ar citiem materiāliem, padarot to ideāli piemērotu tīras apstrādes vides uzturēšanai.

Argons (Ar):
Loma: Papildus iesaistīšanai plazmas procesos argons ir noderīgs procesos, kur kontrolētas gāzes sastāvs ir ļoti svarīgs.
Papildu piezīmes. Tā kā argons nereaģē ar lielāko daļu materiālu, to izmanto arī izsmidzināšanai, kas palīdz nogulsnēt metāla vai dielektriskās plēves vietās, kur virsmas ir jāuztur bez piesārņojuma.

Hēlijs (Viņš):
Loma: Hēlija termiskās īpašības padara to nenovērtējamu dzesēšanai un temperatūras konsekvences uzturēšanai reaktīvo procesu laikā.
Papildu piezīmes. To bieži izmanto augstas enerģijas lāzersistēmās litogrāfijai, jo tā nereaģē un spēj saglabāt optisko ceļu bez piesārņojuma.

Ūdeņradis (H₂):
Nozīme: ūdeņradis ne tikai izmanto atkausēšanā, bet arī palīdz notīrīt vafeļu virsmu un var būt iesaistīts ķīmiskās reakcijās epitaksijas laikā.
Papildu piezīmes: Ūdeņraža izmantošana plānu kārtiņu nogulsnēšanai ļauj labāk kontrolēt nesēja koncentrāciju pusvadītāju materiālos, būtiski mainot to elektriskās īpašības.

Speciālās gāzes un piedevas

Silāns (SiH₄):
Loma: Papildus tam, ka silāns ir silīcija nogulsnēšanas prekursors, to var polimerizēt pasivējošā plēvē, kas uzlabo elektroniskās īpašības.
Papildu piezīmes: tā reaģētspēja prasa rūpīgu apiešanos drošības apsvērumu dēļ, jo īpaši, ja tas ir sajaukts ar gaisu vai skābekli.

Amonjaks (NH₃):
Loma: Papildus nitrīda plēvju ražošanai amonjaks ir nozīmīgs pasivācijas slāņu ražošanā, kas uzlabo pusvadītāju ierīču uzticamību.
Papildu piezīmes. To var iesaistīt procesos, kuros silīcijā jāiekļauj slāpeklis, uzlabojot elektroniskās īpašības.

Fosfīns (PH₃), arsīns (AsH₃) un diborāns (B2H6):
Loma: šīs gāzes ir ne tikai būtiskas dopingam, bet arī ļoti svarīgas, lai sasniegtu vēlamās elektriskās īpašības uzlabotajās pusvadītāju ierīcēs.
Papildu piezīmes: to toksicitātei ir nepieciešami stingri drošības protokoli un uzraudzības sistēmas ražošanas vidēs, lai mazinātu apdraudējumus.

Kodināšanas un tīrīšanas gāzes

Fluorogļūdeņraži (CF4, SF₆):
Loma: šīs gāzes izmanto sausās kodināšanas procesos, kas nodrošina augstu precizitāti salīdzinājumā ar mitrās kodināšanas metodēm.
Papildu piezīmes: CF4 un SF₆ ir nozīmīgi, jo tie spēj efektīvi kodināt materiālus, kuru pamatā ir silīcijs, nodrošinot smalku raksta izšķirtspēju, kas ir ļoti svarīga mūsdienu mikroelektronikā.

Hlors (Cl₂) un ūdeņraža fluorīds (HF):
Loma: Hlors nodrošina agresīvas kodināšanas iespējas, īpaši metāliem, savukārt HF ir ļoti svarīgs silīcija dioksīda noņemšanai.
Papildu piezīmes: Šo gāzu kombinācija ļauj efektīvi noņemt slāni dažādos ražošanas posmos, nodrošinot tīras virsmas turpmākajiem apstrādes posmiem.

Slāpekļa trifluorīds (NF₃):
Nozīme: NF₃ ir ļoti svarīga vides tīrīšanai CVD sistēmās, reaģējot ar piesārņotājiem, lai uzturētu optimālu veiktspēju.
Papildu piezīmes. Neskatoties uz bažām par tā siltumnīcefekta gāzu potenciālu, NF₃ tīrīšanas efektivitāte padara to par vēlamo izvēli daudzās rūpnīcās, lai gan tā izmantošana prasa rūpīgu vides apsvērumu.

Skābeklis (O₂):
Loma: oksidācijas procesi, ko veicina skābeklis, var radīt būtiskus izolācijas slāņus pusvadītāju konstrukcijās.
Papildu piezīmes: Skābekļa loma silīcija oksidācijas pastiprināšanā, veidojot SiO₂ slāņus, ir būtiska ķēdes komponentu izolācijai un aizsardzībai.

Jaunās gāzes pusvadītāju ražošanā

Papildus iepriekš minētajām tradicionālajām gāzēm pusvadītāju ražošanas procesā uzmanību pievērš arī citas gāzes, tostarp:

Oglekļa dioksīds (CO₂): Izmanto dažos tīrīšanas un kodināšanas lietojumos, īpaši tajos, kas saistīti ar moderniem materiāliem.

Silīcija dioksīds (SiO₂): Lai gan standarta apstākļos tā nav gāze, dažos nogulsnēšanas procesos tiek izmantotas iztvaicētas silīcija dioksīda formas.

Vides apsvērumi

Pusvadītāju rūpniecība arvien vairāk koncentrējas uz to, lai samazinātu ietekmi uz vidi, kas saistīta ar dažādu gāzu izmantošanu, jo īpaši to, kas ir spēcīgas siltumnīcefekta gāzes. Tas ir novedis pie progresīvu gāzes pārvaldības sistēmu izstrādes un alternatīvu gāzu izpētes, kas var sniegt līdzīgas priekšrocības ar mazāku ietekmi uz vidi.

Secinājums

Pusvadītāju ražošanā izmantotajām gāzēm ir izšķiroša nozīme ražošanas procesu precizitātes un efektivitātes nodrošināšanā. Attīstoties tehnoloģijām, pusvadītāju nozare nepārtraukti cenšas uzlabot gāzes tīrību un pārvaldību, vienlaikus risinot ar to izmantošanu saistītās drošības un vides problēmas.