Fabricarea semiconductoarelor se bazează pe o mare varietate de gaze, care pot fi clasificate în trei tipuri principale: gaze în vrac, gaze de specialitateși gaze de gravare. Aceste gaze trebuie să fie de o puritate extrem de ridicată pentru a preveni contaminarea, care poate ruina procesul delicat și complex de fabricație.

Gaze în vrac

Azot (N₂):

Rol: N₂ servește mai multor scopuri, inclusiv purjarea camerelor de proces și furnizarea unei atmosfere inerte în timpul diferitelor etape de fabricație a semiconductorilor.
Note suplimentare: Azotul este adesea folosit în transportul și depozitarea plachetelor de siliciu pentru a minimiza oxidarea. Natura sa inertă asigură că nu reacționează cu alte materiale, făcându-l ideal pentru menținerea unor medii curate de procesare.

Argon (Ar):
Rol: Pe lângă implicarea sa în procesele cu plasmă, argonul este esențial în procesele în care compozițiile controlate ale gazelor sunt cruciale.
Note suplimentare: Deoarece nu reacționează cu majoritatea materialelor, argonul este folosit și pentru pulverizare, ceea ce ajută la depunerea peliculelor metalice sau dielectrice unde suprafețele trebuie menținute fără contaminare.

Heliu (El):
Rol: Proprietățile termice ale heliului îl fac neprețuit pentru răcire și menținerea consistenței temperaturii în timpul proceselor reactive.
Note suplimentare: Este adesea folosit în sistemele laser de înaltă energie pentru litografie datorită naturii sale nereactive și a capacității de a menține calea optică liberă de contaminare.

Hidrogen (H₂):
Rol: Dincolo de aplicarea sa în recoacere, hidrogenul ajută și la curățarea suprafeței plachetelor și poate fi implicat în reacții chimice în timpul epitaxiei.
Note suplimentare: Utilizarea hidrogenului în depunerea filmelor subțiri permite un control mai mare asupra concentrației de purtători în materialele semiconductoare, modificându-le în mod semnificativ proprietățile electrice.

Gaze de specialitate și dopanți

Silan (SiH₄):
Rol: Pe lângă faptul că este un precursor pentru depunerea de siliciu, silanul poate fi polimerizat într-un film de pasivizare care îmbunătățește caracteristicile electronice.
Note suplimentare: Reactivitatea sa necesită o manipulare atentă din motive de siguranță, în special atunci când este amestecată cu aer sau oxigen.

Amoniac (NH₃):
Rol: Pe lângă producerea de filme de nitrură, amoniacul este semnificativ în producerea de straturi de pasivare care sporesc fiabilitatea dispozitivelor semiconductoare.
Note suplimentare: Poate fi implicat în procese care necesită încorporarea azotului în siliciu, îmbunătățind proprietățile electronice.

Fosfină (PH₃), arzină (AsH₃) și diboran (B₂H₆):
Rol: Aceste gaze nu sunt doar esențiale pentru dopaj, dar sunt și esențiale pentru atingerea proprietăților electrice dorite în dispozitivele semiconductoare avansate.
Note suplimentare: Toxicitatea lor necesită protocoale stricte de siguranță și sisteme de monitorizare în mediile de fabricație pentru a atenua pericolele.

Gaze de gravare și curățare

Fluorocarburi (CF₄, SF₆):
Rol: Aceste gaze sunt folosite în procesele de gravare uscată, care oferă o precizie ridicată în comparație cu metodele de gravare umedă.
Note suplimentare: CF₄ și SF₆ sunt semnificative datorită capacității lor de a grava materialele pe bază de siliciu în mod eficient, permițând o rezoluție fină a modelului critică în microelectronica modernă.

Clor (Cl₂) și fluorură de hidrogen (HF):
Rol: Clorul oferă capacități de gravare agresivă, în special pentru metale, în timp ce HF este crucial pentru îndepărtarea dioxidului de siliciu.
Note suplimentare: Combinația acestor gaze permite îndepărtarea eficientă a stratului în timpul diferitelor etape de fabricație, asigurând suprafețe curate pentru etapele ulterioare de prelucrare.

Trifluorura de azot (NF₃):
Rol: NF₃ este esențial pentru curățarea mediului în sistemele CVD, răspunzând cu contaminanți pentru a menține performanța optimă.
Note suplimentare: În ciuda preocupărilor legate de potențialul său de gaze cu efect de seră, eficiența NF₃ în curățare îl face o alegere preferată în multe fabrici, deși utilizarea sa necesită o atenție atentă a mediului.

Oxigen (O₂):
Rol: Procesele de oxidare facilitate de oxigen pot crea straturi izolatoare esențiale în structurile semiconductoare.
Note suplimentare: Rolul oxigenului în îmbunătățirea oxidării siliciului pentru a forma straturi de SiO₂ este esențial pentru izolarea și protecția componentelor circuitului.

Gaze emergente în fabricarea semiconductoarelor

În plus față de gazele tradiționale enumerate mai sus, alte gaze câștigă atenție în procesul de fabricație a semiconductorilor, inclusiv:

Dioxid de carbon (CO₂): Folosit în unele aplicații de curățare și gravare, în special cele care implică materiale avansate.

Dioxid de siliciu (SiO₂): Deși nu este un gaz în condiții standard, formele vaporizate de dioxid de siliciu sunt utilizate în anumite procese de depunere.

Considerații de mediu

Industria semiconductoarelor este din ce în ce mai concentrată pe reducerea impactului asupra mediului asociat cu utilizarea diferitelor gaze, în special a celor care sunt gaze puternice cu efect de seră. Acest lucru a condus la dezvoltarea unor sisteme avansate de management al gazelor și la explorarea gazelor alternative care pot oferi beneficii similare cu o amprentă mai mică asupra mediului.

Concluzie

Gazele utilizate în fabricarea semiconductoarelor joacă un rol critic în asigurarea preciziei și eficienței proceselor de fabricație. Pe măsură ce tehnologia avansează, industria semiconductoarelor se străduiește în mod continuu să îmbunătățească puritatea și gestionarea gazului, abordând în același timp preocupările legate de siguranță și de mediu asociate cu utilizarea acestora.