Halvlederproduksjon er avhengig av et bredt utvalg av gasser, som kan kategoriseres i tre hovedtyper: bulk gasser, spesialgasser, og etsende gasser. Disse gassene må være av ekstremt høy renhet for å forhindre forurensning, noe som kan ødelegge den delikate og komplekse fremstillingsprosessen.

Bulk gasser

Nitrogen (N₂):

Rolle: N₂ tjener flere formål, inkludert rensing av prosesskamre og å gi en inert atmosfære under ulike stadier av halvlederproduksjon.
Ytterligere merknader: Nitrogen brukes ofte i transport og lagring av silisiumskiver for å minimere oksidasjon. Dens inerte natur sikrer at den ikke reagerer med andre materialer, noe som gjør den ideell for å opprettholde rene prosessmiljøer.

Argon (Ar):
Rolle: I tillegg til involvering i plasmaprosesser, er argon medvirkende til prosesser der kontrollerte gasssammensetninger er avgjørende.
Ytterligere merknader: Fordi det ikke reagerer med de fleste materialer, brukes argon også til sputtering, noe som hjelper til med å avsette metall- eller dielektriske filmer der overflater må opprettholdes uten forurensning.

Helium (han):
Rolle: Heliums termiske egenskaper gjør det uvurderlig for avkjøling og opprettholdelse av temperaturkonsistens under reaktive prosesser.
Ytterligere merknader: Den brukes ofte i høyenergilasersystemer for litografi på grunn av dens ikke-reaktive natur og evne til å holde den optiske banen fri for forurensning.

Hydrogen (H₂):
Rolle: Utover bruken i gløding, hjelper hydrogen også med å rense overflaten av wafere og kan være involvert i kjemiske reaksjoner under epitaksi.
Ytterligere merknader: Bruken av hydrogen i avsetningen av tynne filmer gir større kontroll over bærerkonsentrasjonen i halvledermaterialer, noe som endrer deres elektriske egenskaper betydelig.

Spesialgasser og dopingmidler

Silan (SiH₄):
Rolle: Bortsett fra å være en forløper for silisiumavsetning, kan silan polymeriseres til en passiverende film som forbedrer elektroniske egenskaper.
Ytterligere merknader: Reaktiviteten krever forsiktig håndtering på grunn av sikkerhetshensyn, spesielt når den blandes med luft eller oksygen.

Ammoniakk (NH₃):
Rolle: I tillegg til å produsere nitridfilmer, er ammoniakk viktig for å produsere passiveringslag som øker påliteligheten til halvlederenheter.
Ytterligere merknader: Det kan være involvert i prosesser som krever nitrogeninkorporering i silisium, noe som forbedrer elektroniske egenskaper.

Fosfin (PH₃), Arsin (AsH₃) og Diboran (B₂H6):
Rolle: Disse gassene er ikke bare avgjørende for doping, men er også kritiske for å oppnå de ønskede elektriske egenskapene i avanserte halvlederenheter.
Ytterligere merknader: Deres toksisitet krever strenge sikkerhetsprotokoller og overvåkingssystemer i fabrikasjonsmiljøer for å redusere farer.

Etse- og rensegasser

Fluorkarboner (CF4, SF6):
Rolle: Disse gassene brukes i tørre etseprosesser, som tilbyr høy presisjon sammenlignet med våtetsingsmetoder.
Ytterligere merknader: CF₄ og SF₆ er betydelige på grunn av deres evne til å etse silisiumbaserte materialer effektivt, noe som muliggjør fin mønsteroppløsning som er kritisk i moderne mikroelektronikk.

Klor (Cl₂) og hydrogenfluorid (HF):
Rolle: Klor gir aggressive etseegenskaper, spesielt for metaller, mens HF er avgjørende for fjerning av silisiumdioksid.
Ytterligere merknader: Kombinasjonen av disse gassene tillater effektiv fjerning av lag under ulike fabrikasjonsstadier, og sikrer rene overflater for påfølgende behandlingstrinn.

Nitrogentrifluorid (NF₃):
Rolle: NF₃ er sentralt for miljørensing i CVD-systemer, og reagerer med forurensninger for å opprettholde optimal ytelse.
Ytterligere merknader: Til tross for bekymringer om drivhusgasspotensialet, gjør NF₃s effektivitet i rengjøringen det til et foretrukket valg i mange fabrikker, selv om bruken krever nøye miljømessige vurderinger.

Oksygen (O₂):
Rolle: Oksydasjonsprosessene tilrettelagt av oksygen kan skape essensielle isolerende lag i halvlederstrukturer.
Ytterligere merknader: Oksygens rolle i å forbedre oksidasjonen av silisium for å danne SiO₂-lag er avgjørende for isolering og beskyttelse av kretskomponenter.

Nye gasser i halvlederproduksjon

I tillegg til de tradisjonelle gassene som er oppført ovenfor, får andre gasser oppmerksomhet i halvlederproduksjonsprosessen, inkludert:

Karbondioksid (CO₂): Brukes i enkelte rengjørings- og etseapplikasjoner, spesielt de som involverer avanserte materialer.

Silisiumdioksid (SiO₂): Selv om det ikke er en gass under standardforhold, brukes fordampede former for silisiumdioksid i visse avsetningsprosesser.

Miljøhensyn

Halvlederindustrien fokuserer i økende grad på å redusere miljøpåvirkningen knyttet til bruk av ulike gasser, spesielt de som er kraftige klimagasser. Dette har ført til utvikling av avanserte gasshåndteringssystemer og utforskning av alternative gasser som kan gi lignende fordeler med et lavere miljøfotavtrykk.

Konklusjon

Gassene som brukes i halvlederproduksjon spiller en kritisk rolle for å sikre presisjonen og effektiviteten til fabrikasjonsprosessene. Etter hvert som teknologien utvikler seg, streber halvlederindustrien kontinuerlig etter forbedringer i gassrenhet og -styring, samtidig som den tar opp sikkerhets- og miljøhensyn knyttet til bruken av dem.