Polovodičový priemysel ako jadro moderného technologického vývoja zahŕňa vo svojom výrobnom procese množstvo vysoko presných a vysoko čistých plynov. Špeciálne plyny pre polovodiče sú plyny, ktoré hrajú kľúčovú úlohu pri výrobe polovodičových materiálov, výrobe čipov, nanášaní tenkých vrstiev, leptaní a iných procesoch. Tieto plyny musia spĺňať prísne požiadavky na čistotu, stabilitu a presnú kontrolu reakčných procesov. Tento článok predstaví niekoľko bežných špeciálnych plynov používaných v polovodičoch a rozoberie ich úlohu v procese výroby polovodičov.

1. vodík (H2)

Vodík sa široko používa pri výrobe polovodičov, najmä pri chemickom nanášaní pár (CVD) a redukčných reakciách. Pri CVD sa vodík často mieša s inými plynmi, aby sa vytvorili tenké filmy, ako sú kremíkové filmy. Vodík tiež pôsobí ako redukčné činidlo pri procesoch nanášania kovov a odstraňovania oxidov. Okrem toho sa vodík používa na čistenie a úpravu polovodičových doštičiek na účinné odstránenie povrchových nečistôt a zlepšenie kvality čipov.

2. dusík (N₂)

Dusík, inertný plyn, sa používa hlavne na zabezpečenie prostredia bez kyslíka pri výrobe polovodičov. Bežne sa používa pri čistení zariadení, chladiacich procesoch a ako riedidlo v reakčných atmosférach. V procesoch nanášania pár a leptania sa dusík často mieša s inými plynmi, aby sa stabilizovali reakčné podmienky a kontrolovala rýchlosť reakcie. Dusík sa tiež používa na potlačenie oxidácie, čím chráni citlivé materiály pred poškodením oxidáciou.

3. kyslík (O₂)

Kyslík hrá kľúčovú úlohu v polovodičovom priemysle, najmä v oxidačných procesoch. Pri vytváraní vrstvy oxidu kremičitého na povrchu kremíkových plátkov je nevyhnutný kyslík. Zavedením kyslíka sa na povrchu kremíka vytvorí rovnomerná vrstva oxidu, ktorá je životne dôležitá pre elektrický výkon a stabilitu zariadenia. Kyslík sa tiež používa pri čistiacich a leptacích procesoch, pričom reaguje s inými chemickými plynmi za vzniku oxidov alebo odstraňuje určité kovové filmy.

4. Tetrafluorid uhličitý (CF₄)

Fluorid uhličitý je široko používaný v procesoch leptania. Pri leptaní polovodičov sa CF4 zmiešava s inými plynmi, aby sa účinne odstránili tenké vrstvy kremíka, nitridu kremíka, kovu a iných materiálov. Keď sa CF4 spojí s fluórom, vytvorí fluoridy, ktoré majú silnú reaktivitu a môžu účinne leptať cieľový materiál. Tento plyn je rozhodujúci pre vysoko presné leptanie vzorov pri výrobe integrovaných obvodov.

5. Chlorid vodíka (HCl)

Plynný chlorovodík sa primárne používa ako leptací plyn, najmä pri leptaní kovových materiálov. Reaguje s kovovými filmami za vzniku chloridov, čo umožňuje odstránenie kovových vrstiev. Tento proces je široko používaný pri vzorovaní tenkých kovových filmov, čím sa zabezpečuje presnosť štruktúr čipov.

6. Fluorid dusnatý (NF₃)

Fluorid dusnatý sa používa hlavne na čistenie zvyškov usadenín v zariadeniach na plazmové leptanie. Pri procesoch plazmového leptania NF3 reaguje s nanesenými materiálmi (ako sú fluoridy kremíka) za vzniku ľahko odstrániteľných fluoridov. Tento plyn je vysoko účinný v procese čistenia, pomáha udržiavať čistotu leptacieho zariadenia a zlepšuje presnosť a efektivitu výrobných procesov.

7. silán (SiH₄)

Silán je bežne používaný plyn pri chemickom nanášaní pár (CVD), najmä na nanášanie tenkých kremíkových vrstiev. Silán sa rozkladá pri vysokých teplotách a vytvára kremíkové filmy na povrchu substrátu, čo je rozhodujúce pri výrobe polovodičov. Úpravou toku silánu a reakčných podmienok je možné presne kontrolovať rýchlosť nanášania a kvalitu filmu.

8. Fluorid boritý (BF₃)

Fluorid boritý je dôležitým dotovacím plynom, ktorý sa zvyčajne používa v procese dopovania bóru pri výrobe polovodičov. Používa sa na úpravu elektrických vlastností kryštálu reakciou s kremíkovým substrátom za vzniku požadovanej dotovacej vrstvy. Proces dopovania bórom je nevyhnutný na vytváranie polovodičových materiálov typu P a plyn BF3 hrá v tomto procese rozhodujúcu úlohu.

9. Hexafluorid sírový (SF₆)

Hexafluorid sírový sa používa hlavne pri procesoch leptania polovodičov, najmä pri vysoko presnom leptaní. Vďaka svojim vysokým elektrickým izolačným vlastnostiam a chemickej stabilite je možné SF₆ kombinovať s inými plynmi, aby sa presne odstránili filmové vrstvy materiálu a zabezpečili sa presné vzory. Je tiež široko používaný pri iónovom leptaní, ktoré účinne odstraňuje nežiaduce kovové filmy.

Záver

Špeciálne plyny pre polovodiče hrajú nezastupiteľnú úlohu pri výrobe integrovaných obvodov. Ako technológia neustále napreduje, zvyšuje sa dopyt po vyššej čistote a výkone týchto plynov, čo núti dodávateľov neustále optimalizovať kvalitu a typy plynov. V budúcnosti sa bude polovodičový priemysel naďalej spoliehať na tieto špeciálne plyny pri podpore výroby čipov novej generácie a technologických inovácií. Preto pochopenie a aplikácia špeciálnych polovodičových plynov bude rozhodujúca pri riadení neustáleho rozvoja polovodičového priemyslu.