A fabricação de semicondutores depende de uma ampla variedade de gases, que podem ser categorizados em três tipos principais: gases a granel, gases especiaise gases de gravação. Esses gases devem ser de altíssima pureza para evitar contaminação, o que pode arruinar o delicado e complexo processo de fabricação.

Gases a granel

Nitrogênio (N₂):

Função: O N₂ serve a vários propósitos, incluindo a purga de câmaras de processo e o fornecimento de uma atmosfera inerte durante vários estágios de fabricação de semicondutores.
Notas Adicionais: O nitrogênio é frequentemente empregado no transporte e armazenamento de pastilhas de silício para minimizar a oxidação. Sua natureza inerte garante que não reaja com outros materiais, tornando-o ideal para manter ambientes de processamento limpos.

Argônio (Ar):
Função: Além de seu envolvimento em processos de plasma, o argônio é fundamental em processos onde as composições controladas de gases são cruciais.
Notas Adicionais: Por não reagir com a maioria dos materiais, o argônio também é utilizado para pulverização catódica, o que auxilia na deposição de filmes metálicos ou dielétricos onde as superfícies devem ser mantidas sem contaminação.

Hélio (Ele):
Função: As propriedades térmicas do hélio o tornam inestimável para resfriar e manter a consistência da temperatura durante processos reativos.
Notas Adicionais: É frequentemente usado em sistemas de laser de alta energia para litografia devido à sua natureza não reativa e capacidade de manter o caminho óptico livre de contaminação.

Hidrogênio (H₂):
Função: Além de sua aplicação no recozimento, o hidrogênio também auxilia na limpeza da superfície dos wafers e pode estar envolvido em reações químicas durante a epitaxia.
Notas Adicionais: A utilização de hidrogênio na deposição de filmes finos permite maior controle sobre a concentração de portadores em materiais semicondutores, modificando significativamente suas propriedades elétricas.

Gases Especiais e Dopantes

Silano (SiH₄):
Função: Além de ser um precursor da deposição de silício, o silano pode ser polimerizado em um filme passivante que melhora as características eletrônicas.
Notas Adicionais: Sua reatividade requer manuseio cuidadoso por questões de segurança, principalmente quando misturado com ar ou oxigênio.

Amônia (NH₃):
Função: Além de produzir filmes de nitreto, a amônia é significativa na produção de camadas de passivação que aumentam a confiabilidade de dispositivos semicondutores.
Notas Adicionais: Pode estar envolvido em processos que requeiram incorporação de nitrogênio ao silício, melhorando as propriedades eletrônicas.

Fosfina (PH₃), Arsina (AsH₃) e Diborano (B₂H₆):
Papel: Esses gases não são apenas essenciais para dopagem, mas também são essenciais para alcançar as propriedades elétricas desejadas em dispositivos semicondutores avançados.
Notas Adicionais: Sua toxicidade exige protocolos de segurança rigorosos e sistemas de monitoramento em ambientes de fabricação para mitigar os riscos.

Gases de gravação e limpeza

Fluorocarbonos (CF₄, SF₆):
Função: Esses gases são empregados em processos de ataque a seco, que oferecem alta precisão em comparação aos métodos de ataque a úmido.
Notas adicionais: CF₄ e SF₆ são significativos devido à sua capacidade de gravar materiais à base de silício de forma eficiente, permitindo a resolução de padrões finos, crítica na microeletrônica moderna.

Cloro (Cl₂) e Fluoreto de Hidrogênio (HF):
Função: O cloro fornece capacidades de ataque agressivo, especialmente para metais, enquanto o HF é crucial para a remoção do dióxido de silício.
Notas Adicionais: A combinação desses gases permite a remoção eficaz da camada durante as diversas etapas de fabricação, garantindo superfícies limpas para as etapas subsequentes de processamento.

Trifluoreto de nitrogênio (NF₃):
Função: O NF₃ é fundamental para a limpeza ambiental em sistemas CVD, respondendo aos contaminantes para manter o desempenho ideal.
Notas Adicionais: Apesar das preocupações sobre o seu potencial de emissão de gases com efeito de estufa, a eficiência do NF₃ na limpeza torna-o uma escolha preferida em muitas fábricas, embora a sua utilização exija uma consideração ambiental cuidadosa.

Oxigênio (O₂):
Papel: Os processos de oxidação facilitados pelo oxigênio podem criar camadas isolantes essenciais em estruturas semicondutoras.
Notas Adicionais: O papel do oxigênio no aumento da oxidação do silício para formar camadas de SiO₂ é fundamental para o isolamento e proteção dos componentes do circuito.

Gases emergentes na fabricação de semicondutores

Além dos gases tradicionais listados acima, outros gases estão ganhando atenção no processo de fabricação de semicondutores, incluindo:

Dióxido de Carbono (CO₂): Usado em algumas aplicações de limpeza e ataque químico, especialmente aquelas que envolvem materiais avançados.

Dióxido de Silício (SiO₂): Embora não seja um gás em condições padrão, as formas vaporizadas de dióxido de silício são utilizadas em certos processos de deposição.

Considerações Ambientais

A indústria de semicondutores está cada vez mais focada na redução do impacto ambiental associado ao uso de vários gases, particularmente aqueles que são potentes gases de efeito estufa. Isto levou ao desenvolvimento de sistemas avançados de gestão de gases e à exploração de gases alternativos que podem proporcionar benefícios semelhantes com uma menor pegada ambiental.

Conclusão

Os gases utilizados na fabricação de semicondutores desempenham um papel crítico na garantia da precisão e eficiência dos processos de fabricação. À medida que a tecnologia avança, a indústria de semicondutores esforça-se continuamente por melhorias na pureza e gestão do gás, ao mesmo tempo que aborda as preocupações ambientais e de segurança associadas à sua utilização.