Produkcja półprzewodników opiera się na szerokiej gamie gazów, które można podzielić na trzy główne typy: gazy luzem, gazy specjalnei gazy trawiące. Gazy te muszą mieć wyjątkowo wysoką czystość, aby zapobiec zanieczyszczeniu, które może zrujnować delikatny i złożony proces produkcyjny.

Gazy masowe

Azot (N₂):

Rola: N₂ służy wielu celom, w tym oczyszczaniu komór procesowych i zapewnianiu obojętnej atmosfery na różnych etapach produkcji półprzewodników.
Uwagi dodatkowe: Do transportu i przechowywania płytek krzemowych często wykorzystuje się azot, aby zminimalizować utlenianie. Jego obojętny charakter zapewnia, że ​​nie reaguje z innymi materiałami, co czyni go idealnym do utrzymania czystych środowisk produkcyjnych.

Argon (Ar):
Rola: Oprócz udziału w procesach plazmowych, argon odgrywa zasadniczą rolę w procesach, w których kluczowe znaczenie ma kontrolowany skład gazu.
Dodatkowe uwagi: Ponieważ nie reaguje z większością materiałów, argon jest również używany do napylania katodowego, co pomaga w osadzaniu folii metalowych lub dielektrycznych tam, gdzie powierzchnie muszą być utrzymywane w czystości.

Hel (On):
Rola: Właściwości termiczne helu sprawiają, że jest on nieoceniony do chłodzenia i utrzymywania stałej temperatury podczas procesów reaktywnych.
Uwagi dodatkowe: Jest często stosowany w wysokoenergetycznych systemach laserowych do litografii ze względu na jego niereaktywny charakter i zdolność do utrzymywania ścieżki optycznej w stanie wolnym od zanieczyszczeń.

Wodór (H₂):
Rola: Poza zastosowaniem w wyżarzaniu, wodór pomaga również w czyszczeniu powierzchni płytek i może brać udział w reakcjach chemicznych podczas epitaksji.
Uwagi dodatkowe: Zastosowanie wodoru do osadzania cienkich warstw pozwala na większą kontrolę nad stężeniem nośnika w materiałach półprzewodnikowych, modyfikując w istotny sposób ich właściwości elektryczne.

Gazy specjalistyczne i domieszki

Silan (SiH₄):
Rola: Oprócz tego, że silan jest prekursorem osadzania krzemu, można go polimeryzować w pasywującą warstwę, która poprawia właściwości elektroniczne.
Dodatkowe uwagi: Jego reaktywność wymaga ostrożnego postępowania ze względów bezpieczeństwa, szczególnie po zmieszaniu z powietrzem lub tlenem.

Amoniak (NH₃):
Rola: Oprócz wytwarzania warstw azotkowych, amoniak odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu warstw pasywacyjnych, które zwiększają niezawodność urządzeń półprzewodnikowych.
Dodatkowe uwagi: Może być stosowany w procesach wymagających wprowadzenia azotu do krzemu, poprawiając właściwości elektroniczne.

Fosfina (PH₃), arzyna (AsH₃) i diboran (B₂H₆):
Rola: Gazy te są nie tylko niezbędne do domieszkowania, ale także mają kluczowe znaczenie dla osiągnięcia pożądanych właściwości elektrycznych w zaawansowanych urządzeniach półprzewodnikowych.
Dodatkowe uwagi: Ich toksyczność wymaga rygorystycznych protokołów bezpieczeństwa i systemów monitorowania w środowiskach produkcyjnych w celu ograniczenia zagrożeń.

Gazy trawiące i czyszczące

Fluorowęglowodory (CF₄, SF₆):
Rola: Gazy te wykorzystywane są w procesach trawienia na sucho, które zapewniają wysoką precyzję w porównaniu z metodami trawienia na mokro.
Dodatkowe uwagi: CF₄ i SF₆ są istotne ze względu na ich zdolność do wydajnego trawienia materiałów na bazie krzemu, umożliwiając uzyskanie dokładnej rozdzielczości wzoru, krytycznej we współczesnej mikroelektronice.

Chlor (Cl₂) i fluorowodór (HF):
Rola: Chlor zapewnia agresywne trawienie, zwłaszcza metali, podczas gdy HF ma kluczowe znaczenie w usuwaniu dwutlenku krzemu.
Uwagi dodatkowe: Połączenie tych gazów pozwala na skuteczne usuwanie warstw na różnych etapach produkcji, zapewniając czyste powierzchnie w kolejnych etapach obróbki.

Trifluorek azotu (NF₃):
Rola: NF₃ odgrywa kluczową rolę w czyszczeniu środowiska w układach CVD, reagując z zanieczyszczeniami w celu utrzymania optymalnej wydajności.
Dodatkowe uwagi: Pomimo obaw związanych z potencjalną emisją gazów cieplarnianych, skuteczność czyszczenia NF₃ sprawia, że ​​jest to preferowany wybór w wielu fabrykach, chociaż jego użycie wymaga starannego rozważenia kwestii ochrony środowiska.

Tlen (O₂):
Rola: Procesy utleniania wspomagane przez tlen mogą tworzyć niezbędne warstwy izolacyjne w strukturach półprzewodnikowych.
Dodatkowe uwagi: Rola tlenu we wspomaganiu utleniania krzemu w celu utworzenia warstw SiO₂ ma kluczowe znaczenie dla izolacji i ochrony elementów obwodów.

Pojawiające się gazy w produkcji półprzewodników

Oprócz wymienionych powyżej tradycyjnych gazów, w procesie produkcji półprzewodników coraz większą uwagę zwracają inne gazy, w tym:

Dwutlenek węgla (CO₂): Używany do niektórych zastosowań związanych z czyszczeniem i trawieniem, szczególnie tych obejmujących zaawansowane materiały.

Dwutlenek krzemu (SiO₂): Chociaż w standardowych warunkach nie jest to gaz, w niektórych procesach osadzania wykorzystuje się odparowane formy dwutlenku krzemu.

Względy środowiskowe

Przemysł półprzewodników w coraz większym stopniu koncentruje się na ograniczaniu wpływu na środowisko związanego ze stosowaniem różnych gazów, zwłaszcza tych, które są silnymi gazami cieplarnianymi. Doprowadziło to do opracowania zaawansowanych systemów zarządzania gazem i poszukiwania alternatywnych gazów, które mogą zapewnić podobne korzyści przy mniejszym wpływie na środowisko.

Wniosek

Gazy stosowane w produkcji półprzewodników odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu precyzji i wydajności procesów produkcyjnych. Wraz z postępem technologii przemysł półprzewodników nieustannie dąży do poprawy czystości gazu i zarządzania nim, jednocześnie uwzględniając kwestie bezpieczeństwa i ochrony środowiska związane z ich stosowaniem.