De productie van halfgeleiders is afhankelijk van een grote verscheidenheid aan gassen, die in drie hoofdtypen kunnen worden onderverdeeld: bulkgassen, speciale gassenen etsgassen. Deze gassen moeten een extreem hoge zuiverheid hebben om verontreiniging te voorkomen, wat het delicate en complexe fabricageproces kan ruïneren.

Bulkgassen

Stikstof (N₂):

Rol: N₂ dient meerdere doeleinden, waaronder het zuiveren van proceskamers en het zorgen voor een inerte atmosfeer tijdens verschillende stadia van de halfgeleiderproductie.
Aanvullende opmerkingen: Stikstof wordt vaak gebruikt bij het transport en de opslag van siliciumwafels om oxidatie te minimaliseren. De inerte aard ervan zorgt ervoor dat het niet reageert met andere materialen, waardoor het ideaal is voor het handhaven van schone verwerkingsomgevingen.

Argon (Ar):
Rol: Naast zijn betrokkenheid bij plasmaprocessen speelt argon een belangrijke rol bij processen waarbij gecontroleerde gassamenstellingen cruciaal zijn.
Aanvullende opmerkingen: Omdat het niet reageert met de meeste materialen, wordt argon ook gebruikt voor sputteren, wat helpt bij het afzetten van metaal- of diëlektrische films op oppervlakken die zonder verontreiniging moeten worden gehandhaafd.

Helium (hij):
Rol: De thermische eigenschappen van helium maken het van onschatbare waarde voor het koelen en handhaven van temperatuurconsistentie tijdens reactieve processen.
Aanvullende opmerkingen: Het wordt vaak gebruikt in hoogenergetische lasersystemen voor lithografie vanwege de niet-reactieve aard ervan en het vermogen om het optische pad vrij van verontreiniging te houden.

Waterstof (H₂):
Rol: Naast de toepassing ervan bij het gloeien, helpt waterstof ook bij het reinigen van het oppervlak van wafers en kan het betrokken zijn bij chemische reacties tijdens epitaxie.
Aanvullende opmerkingen: Het gebruik van waterstof bij de afzetting van dunne films maakt een grotere controle over de dragerconcentratie in halfgeleidermaterialen mogelijk, waardoor hun elektrische eigenschappen aanzienlijk worden gewijzigd.

Speciale gassen en doteermiddelen

Silaan (SiH₄):
Rol: Silaan is niet alleen een voorloper voor de afzetting van silicium, maar kan ook worden gepolymeriseerd tot een passiverende film die de elektronische eigenschappen verbetert.
Aanvullende opmerkingen: De reactiviteit ervan vereist een zorgvuldige behandeling vanwege veiligheidsoverwegingen, vooral bij vermenging met lucht of zuurstof.

Ammoniak (NH₃):
Rol: Naast het produceren van nitridefilms speelt ammoniak een belangrijke rol bij het produceren van passivatielagen die de betrouwbaarheid van halfgeleiderapparaten vergroten.
Aanvullende opmerkingen: Het kan betrokken zijn bij processen waarbij stikstofopname in silicium nodig is, waardoor de elektronische eigenschappen worden verbeterd.

Fosfine (PH₃), arsine (AsH₃) en diboraan (B₂H₆):
Rol: Deze gassen zijn niet alleen essentieel voor doping, maar zijn ook van cruciaal belang voor het bereiken van de gewenste elektrische eigenschappen in geavanceerde halfgeleiderapparaten.
Aanvullende opmerkingen: Hun toxiciteit vereist strikte veiligheidsprotocollen en bewakingssystemen in fabricageomgevingen om de gevaren te beperken.

Ets- en reinigingsgassen

Fluorkoolwaterstoffen (CF₄, SF₆):
Rol: Deze gassen worden gebruikt in droge etsprocessen, die een hoge nauwkeurigheid bieden in vergelijking met natte etsmethoden.
Aanvullende opmerkingen: CF₄ en SF₆ zijn belangrijk vanwege hun vermogen om op silicium gebaseerde materialen efficiënt te etsen, waardoor fijne patroonresolutie mogelijk is die cruciaal is in de moderne micro-elektronica.

Chloor (Cl₂) en waterstoffluoride (HF):
Rol: Chloor biedt agressieve etsmogelijkheden, vooral voor metalen, terwijl HF cruciaal is voor de verwijdering van siliciumdioxide.
Aanvullende opmerkingen: De combinatie van deze gassen zorgt voor effectieve laagverwijdering tijdens verschillende fabricagefasen, waardoor schone oppervlakken voor daaropvolgende verwerkingsstappen worden gegarandeerd.

Stikstoftrifluoride (NF₃):
Rol: NF₃ speelt een cruciale rol bij het reinigen van de omgeving in CVD-systemen en reageert met verontreinigingen om optimale prestaties te behouden.
Aanvullende opmerkingen: Ondanks zorgen over het broeikasgaspotentieel, zorgt de efficiëntie van NF₃ bij het reinigen ervoor dat het in veel fabrieken de voorkeur geniet, hoewel het gebruik ervan zorgvuldige milieuoverwegingen vereist.

Zuurstof (O₂):
Rol: De door zuurstof gefaciliteerde oxidatieprocessen kunnen essentiële isolatielagen in halfgeleiderstructuren creëren.
Aanvullende opmerkingen: De rol van zuurstof bij het verbeteren van de oxidatie van silicium om SiO₂-lagen te vormen is van cruciaal belang voor de isolatie en bescherming van circuitcomponenten.

Opkomende gassen in de productie van halfgeleiders

Naast de hierboven genoemde traditionele gassen winnen ook andere gassen de aandacht in het productieproces van halfgeleiders, waaronder:

Kooldioxide (CO₂): Wordt gebruikt bij sommige reinigings- en etstoepassingen, vooral als er sprake is van geavanceerde materialen.

Siliciumdioxide (SiO₂): Hoewel het onder standaardomstandigheden geen gas is, worden verdampte vormen van siliciumdioxide gebruikt bij bepaalde afzettingsprocessen.

Milieuoverwegingen

De halfgeleiderindustrie richt zich steeds meer op het verminderen van de milieu-impact die gepaard gaat met het gebruik van verschillende gassen, vooral de krachtige broeikasgassen. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van geavanceerde gasbeheersystemen en de verkenning van alternatieve gassen die vergelijkbare voordelen kunnen bieden met een kleinere ecologische voetafdruk.

Conclusie

De gassen die worden gebruikt bij de productie van halfgeleiders spelen een cruciale rol bij het garanderen van de precisie en efficiëntie van de fabricageprocessen. Naarmate de technologie vordert, streeft de halfgeleiderindustrie voortdurend naar verbeteringen in de zuiverheid en het beheer van gas, terwijl ook de veiligheids- en milieuproblemen die met het gebruik ervan gepaard gaan, worden aangepakt.