Производство полупроводников опирается на широкий спектр газов, которые можно разделить на три основных типа: объемные газы, специальные газыи травильные газы. Эти газы должны иметь чрезвычайно высокую чистоту, чтобы предотвратить загрязнение, которое может разрушить деликатный и сложный производственный процесс.

Объемные газы

Азот (N₂):

Роль: N₂ служит нескольким целям, включая очистку технологических камер и создание инертной атмосферы на различных этапах производства полупроводников.
Дополнительные примечания: Азот часто используется при транспортировке и хранении кремниевых пластин, чтобы минимизировать окисление. Его инертный характер гарантирует, что он не вступит в реакцию с другими материалами, что делает его идеальным для поддержания чистоты производственных сред.

Аргон (Ar):
Роль: Помимо участия в плазменных процессах, аргон играет важную роль в процессах, где решающее значение имеет контролируемый состав газа.
Дополнительные примечания: поскольку аргон не вступает в реакцию с большинством материалов, он также используется для распыления, что помогает наносить металлические или диэлектрические пленки там, где необходимо поддерживать чистоту поверхностей.

Гелий (He):
Роль: Термические свойства гелия делают его незаменимым для охлаждения и поддержания постоянной температуры во время реактивных процессов.
Дополнительные примечания: он часто используется в высокоэнергетических лазерных системах для литографии из-за его нереактивной природы и способности поддерживать оптический путь свободным от загрязнений.

Водород (H₂):
Роль: Помимо применения при отжиге, водород также помогает очищать поверхность пластин и может участвовать в химических реакциях во время эпитаксии.
Дополнительные примечания: Использование водорода при нанесении тонких пленок позволяет лучше контролировать концентрацию носителей в полупроводниковых материалах, значительно изменяя их электрические свойства.

Специальные газы и легирующие примеси

Силан (SiH₄):
Роль: Помимо того, что силан является предшественником для осаждения кремния, его можно полимеризовать в пассивирующую пленку, которая улучшает электронные характеристики.
Дополнительные примечания: Его реакционная способность требует осторожного обращения из соображений безопасности, особенно при смешивании с воздухом или кислородом.

Аммиак (NH₃):
Роль: Помимо производства нитридных пленок, аммиак играет важную роль в создании пассивирующих слоев, которые повышают надежность полупроводниковых устройств.
Дополнительные примечания: он может участвовать в процессах, требующих включения азота в кремний, улучшающего электронные свойства.

Фосфин (PH₃), арсин (AsH₃) и диборан (B₂H₆):
Роль: Эти газы не только необходимы для легирования, но также имеют решающее значение для достижения желаемых электрических свойств в современных полупроводниковых устройствах.
Дополнительные примечания: Их токсичность требует строгих протоколов безопасности и систем мониторинга в производственных условиях для снижения опасностей.

Газы для травления и очистки

Фторуглероды (CF₄, SF₆):
Роль: Эти газы используются в процессах сухого травления, которые обеспечивают более высокую точность по сравнению с методами мокрого травления.
Дополнительные примечания: CF₄ и SF₆ важны из-за их способности эффективно травить материалы на основе кремния, обеспечивая высокое разрешение рисунка, что имеет решающее значение в современной микроэлектронике.

Хлор (Cl₂) и фтороводород (HF):
Роль: Хлор обеспечивает агрессивное травление, особенно металлов, а HF имеет решающее значение для удаления диоксида кремния.
Дополнительные примечания: Комбинация этих газов позволяет эффективно удалять слой на различных этапах изготовления, обеспечивая чистые поверхности для последующих этапов обработки.

Трифторид азота (NF₃):
Роль: NF₃ имеет решающее значение для очистки окружающей среды в системах CVD, реагируя на загрязнения и поддерживая оптимальную производительность.
Дополнительные примечания: Несмотря на опасения по поводу потенциала выбросов парниковых газов, эффективность NF₃ в очистке делает его предпочтительным выбором на многих заводах, хотя его использование требует тщательного рассмотрения вопросов защиты окружающей среды.

Кислород (O₂):
Роль: Процессы окисления, которым способствует кислород, могут создавать важные изолирующие слои в полупроводниковых структурах.
Дополнительные примечания: Роль кислорода в усилении окисления кремния с образованием слоев SiO₂ имеет решающее значение для изоляции и защиты компонентов схемы.

Новые газы в производстве полупроводников

Помимо традиционных газов, перечисленных выше, в процессе производства полупроводников все большее внимание привлекают другие газы, в том числе:

Углекислый газ (CO₂): Используется в некоторых операциях по очистке и травлении, особенно при использовании современных материалов.

Диоксид кремния (SiO₂): Хотя в стандартных условиях диоксид кремния не является газом, в некоторых процессах осаждения используются испаренные формы диоксида кремния.

Экологические соображения

Полупроводниковая промышленность все больше внимания уделяет снижению воздействия на окружающую среду, связанного с использованием различных газов, особенно тех, которые являются сильнодействующими парниковыми газами. Это привело к разработке передовых систем управления газом и исследованию альтернативных газов, которые могут обеспечить аналогичные преимущества с меньшим воздействием на окружающую среду.

Заключение

Газы, используемые в производстве полупроводников, играют решающую роль в обеспечении точности и эффективности производственных процессов. По мере развития технологий полупроводниковая промышленность постоянно стремится к повышению чистоты газов и управлению ими, одновременно решая проблемы безопасности и защиты окружающей среды, связанные с их использованием.