सेमीकंडक्टर उत्पादन विविध प्रकारच्या वायूंवर अवलंबून असते, ज्याचे तीन मुख्य प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते: मोठ्या प्रमाणात वायू, विशेष वायू, आणि कोरीव वायू. दूषित होण्यापासून रोखण्यासाठी हे वायू अत्यंत उच्च शुद्धतेचे असले पाहिजेत, ज्यामुळे नाजूक आणि गुंतागुंतीची निर्मिती प्रक्रिया खराब होऊ शकते.

मोठ्या प्रमाणात वायू

नायट्रोजन (N₂):

भूमिका: N₂ सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगच्या विविध टप्प्यांमध्ये प्रक्रिया कक्ष शुद्ध करणे आणि अक्रिय वातावरण प्रदान करणे यासह अनेक उद्दिष्टे पूर्ण करतात.
अतिरिक्त टिपा: ऑक्सिडेशन कमी करण्यासाठी सिलिकॉन वेफर्सच्या वाहतूक आणि साठवणीमध्ये नायट्रोजनचा वापर केला जातो. त्याचे जड स्वरूप हे सुनिश्चित करते की ते इतर सामग्रीवर प्रतिक्रिया देत नाही, स्वच्छ प्रक्रिया वातावरण राखण्यासाठी ते आदर्श बनवते.

आर्गॉन (एआर):
भूमिका: प्लाझ्मा प्रक्रियेत त्याच्या सहभागाव्यतिरिक्त, आर्गॉन प्रक्रियांमध्ये वाद्य आहे जेथे नियंत्रित वायू रचना महत्त्वपूर्ण आहेत.
अतिरिक्त टिपा: ते बहुतेक सामग्रीवर प्रतिक्रिया देत नसल्यामुळे, आर्गॉनचा वापर स्पटरिंगसाठी देखील केला जातो, ज्यामुळे धातू किंवा डायलेक्ट्रिक फिल्म्स जमा होण्यास मदत होते जिथे पृष्ठभाग दूषित न होता राखले पाहिजेत.

हेलियम (तो):
भूमिका: हेलियमच्या थर्मल गुणधर्मांमुळे ते थंड होण्यासाठी आणि प्रतिक्रियात्मक प्रक्रियेदरम्यान तापमानात सातत्य राखण्यासाठी ते अमूल्य बनवते.
अतिरिक्त नोट्स: उच्च-ऊर्जा लेसर प्रणालींमध्ये लिथोग्राफीसाठी त्याचा गैर-प्रतिक्रियाशील स्वभाव आणि दूषिततेपासून मुक्त ऑप्टिकल मार्ग राखण्याच्या क्षमतेमुळे त्याचा वापर केला जातो.

हायड्रोजन (H₂):
भूमिका: ॲनिलिंगमध्ये त्याचा वापर करण्यापलीकडे, हायड्रोजन वेफर्सची पृष्ठभाग साफ करण्यास देखील मदत करते आणि एपिटॅक्सी दरम्यान रासायनिक अभिक्रियांमध्ये सहभागी होऊ शकते.
अतिरिक्त नोट्स: पातळ फिल्म्सच्या निक्षेपामध्ये हायड्रोजनचा वापर केल्याने सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये वाहक एकाग्रतेवर अधिक नियंत्रण ठेवता येते, ज्यामुळे त्यांचे विद्युत गुणधर्म लक्षणीयरीत्या बदलतात.

विशेष वायू आणि डोपेंट्स

सिलेन (SiH₄):
भूमिका: सिलिकॉन डिपॉझिशनसाठी एक अग्रदूत असण्याव्यतिरिक्त, सिलेनला पॅसिव्हेटिंग फिल्ममध्ये पॉलिमराइज केले जाऊ शकते जे इलेक्ट्रॉनिक वैशिष्ट्ये सुधारते.
अतिरिक्त नोट्स: सुरक्षिततेच्या कारणास्तव, विशेषत: जेव्हा हवा किंवा ऑक्सिजनमध्ये मिसळले जाते तेव्हा त्याची प्रतिक्रिया काळजीपूर्वक हाताळणे आवश्यक आहे.

अमोनिया (NH₃):
भूमिका: नायट्राइड फिल्म्सच्या निर्मितीव्यतिरिक्त, अर्धसंवाहक उपकरणांची विश्वासार्हता वाढवणारे पॅसिव्हेशन लेयर तयार करण्यात अमोनिया महत्त्वपूर्ण आहे.
अतिरिक्त नोट्स: सिलिकॉनमध्ये नायट्रोजन समाविष्ट करणे, इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म सुधारणे आवश्यक असलेल्या प्रक्रियांमध्ये ते सामील होऊ शकते.

फॉस्फिन (PH₃), आर्सिन (AsH₃), आणि डिबोरेन (B₂H₆):
भूमिका: हे वायू केवळ डोपिंगसाठी आवश्यक नाहीत तर प्रगत अर्धसंवाहक उपकरणांमध्ये इच्छित विद्युत गुणधर्म प्राप्त करण्यासाठी देखील ते महत्त्वपूर्ण आहेत.
अतिरिक्त नोट्स: त्यांच्या विषारीपणामुळे धोके कमी करण्यासाठी फॅब्रिकेशन वातावरणात कठोर सुरक्षा प्रोटोकॉल आणि मॉनिटर सिस्टम आवश्यक आहेत.

खोदकाम आणि वायू साफ करणे

फ्लोरोकार्बन्स (CF₄, SF₆):
भूमिका: हे वायू कोरड्या खोदकाम प्रक्रियेत वापरले जातात, जे ओल्या नक्षीच्या पद्धतींच्या तुलनेत उच्च अचूकता देतात.
अतिरिक्त टिपा: CF₄ आणि SF₆ हे सिलिकॉन-आधारित साहित्य कार्यक्षमतेने कोरण्याच्या त्यांच्या क्षमतेमुळे महत्त्वपूर्ण आहेत, ज्यामुळे आधुनिक मायक्रोइलेक्ट्रॉनिकमध्ये उत्कृष्ट नमुना रिझोल्यूशन महत्त्वपूर्ण आहे.

क्लोरीन (Cl₂) आणि हायड्रोजन फ्लोराइड (HF):
भूमिका: क्लोरीन आक्रमक कोरीव क्षमता प्रदान करते, विशेषतः धातूंसाठी, तर HF सिलिकॉन डायऑक्साइड काढून टाकण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
अतिरिक्त टिपा: या वायूंचे संयोजन विविध फॅब्रिकेशन टप्प्यात प्रभावी स्तर काढून टाकण्यास अनुमती देते, त्यानंतरच्या प्रक्रियेच्या चरणांसाठी स्वच्छ पृष्ठभाग सुनिश्चित करते.

नायट्रोजन ट्रायफ्लोराइड (NF₃):
भूमिका: NF₃ CVD सिस्टीममध्ये पर्यावरणीय स्वच्छतेसाठी निर्णायक आहे, इष्टतम कार्यप्रदर्शन राखण्यासाठी दूषितांना प्रतिसाद देते.
अतिरिक्त नोट्स: ग्रीनहाऊस गॅसच्या संभाव्यतेबद्दल चिंता असूनही, NF₃ ची साफसफाईची कार्यक्षमतेमुळे अनेक कारखान्यांमध्ये त्याला प्राधान्य दिले जाते, जरी त्याचा वापर काळजीपूर्वक पर्यावरणीय विचार करणे आवश्यक आहे.

ऑक्सिजन (O₂):
भूमिका: ऑक्सिजनद्वारे सुलभ ऑक्सिडेशन प्रक्रिया अर्धसंवाहक संरचनांमध्ये आवश्यक इन्सुलेट स्तर तयार करू शकतात.
अतिरिक्त टिपा: SiO₂ स्तर तयार करण्यासाठी सिलिकॉनचे ऑक्सिडेशन वाढविण्यात ऑक्सिजनची भूमिका सर्किट घटकांच्या अलगाव आणि संरक्षणासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये उदयोन्मुख वायू

वर सूचीबद्ध केलेल्या पारंपारिक वायूंव्यतिरिक्त, इतर वायू अर्धसंवाहक उत्पादन प्रक्रियेत लक्ष वेधून घेत आहेत, ज्यात खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

कार्बन डायऑक्साइड (CO₂): काही साफसफाई आणि कोरीवकाम ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरले जाते, विशेषत: प्रगत सामग्रीचा समावेश असलेल्या.

सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO₂): जरी मानक परिस्थितीत वायू नसला तरी, सिलिकॉन डायऑक्साइडचे वाष्पीकृत प्रकार काही निक्षेप प्रक्रियेत वापरले जातात.

पर्यावरणविषयक विचार

सेमीकंडक्टर उद्योग विविध वायूंच्या वापराशी संबंधित पर्यावरणीय प्रभाव कमी करण्यावर अधिकाधिक लक्ष केंद्रित करत आहे, विशेषत: जे शक्तिशाली हरितगृह वायू आहेत. यामुळे प्रगत वायू व्यवस्थापन प्रणाली विकसित झाली आहे आणि पर्यायी वायूंचा शोध लागला आहे जे कमी पर्यावरणीय पाऊलखुणासह समान फायदे प्रदान करू शकतात.

निष्कर्ष

सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये वापरलेले वायू फॅब्रिकेशन प्रक्रियेची अचूकता आणि कार्यक्षमता सुनिश्चित करण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. तंत्रज्ञानाची प्रगती होत असताना, सेमीकंडक्टर उद्योग गॅस शुद्धता आणि व्यवस्थापनामध्ये सुधारणा करण्यासाठी सतत प्रयत्नशील असतो, तसेच त्यांच्या वापराशी संबंधित सुरक्षा आणि पर्यावरणीय समस्यांना देखील संबोधित करतो.