Výroba polovodičov sa spolieha na širokú škálu plynov, ktoré možno rozdeliť do troch hlavných typov: objemové plyny, špeciálne plynya leptacie plyny. Tieto plyny musia mať extrémne vysokú čistotu, aby sa zabránilo kontaminácii, ktorá môže zničiť jemný a zložitý výrobný proces.

Objemové plyny

Dusík (N₂):

Úloha: N2 slúži na viaceré účely, vrátane čistenia procesných komôr a poskytovania inertnej atmosféry počas rôznych štádií výroby polovodičov.
Doplňujúce poznámky: Dusík sa často používa pri preprave a skladovaní kremíkových plátkov, aby sa minimalizovala oxidácia. Jeho inertná povaha zaisťuje, že nereaguje s inými materiálmi, vďaka čomu je ideálny na udržiavanie čistých spracovateľských prostredí.

Argón (Ar):
Úloha: Okrem toho, že sa argón podieľa na plazmových procesoch, je nástrojom v procesoch, kde je rozhodujúce kontrolované zloženie plynu.
Doplňujúce poznámky: Pretože argón nereaguje s väčšinou materiálov, používa sa aj na naprašovanie, ktoré pomáha pri ukladaní kovových alebo dielektrických filmov tam, kde je potrebné udržiavať povrchy bez kontaminácie.

Hélium (On):
Úloha: Tepelné vlastnosti hélia ho robia neoceniteľným pri chladení a udržiavaní stálosti teploty počas reaktívnych procesov.
Doplňujúce poznámky: Často sa používa vo vysokoenergetických laserových systémoch na litografiu kvôli svojej nereaktívnej povahe a schopnosti udržiavať optickú dráhu bez kontaminácie.

Vodík (H2):
Úloha: Okrem použitia pri žíhaní, vodík tiež pomáha pri čistení povrchu plátkov a môže sa podieľať na chemických reakciách počas epitaxie.
Doplňujúce poznámky: Použitie vodíka pri nanášaní tenkých vrstiev umožňuje väčšiu kontrolu nad koncentráciou nosiča v polovodičových materiáloch, pričom sa výrazne modifikujú ich elektrické vlastnosti.

Špeciálne plyny a prísady

Silán (SiH4):
Úloha: Okrem toho, že je prekurzorom na nanášanie kremíka, silán môže byť polymerizovaný na pasivačný film, ktorý zlepšuje elektronické charakteristiky.
Ďalšie poznámky: Jeho reaktivita vyžaduje starostlivé zaobchádzanie z bezpečnostných dôvodov, najmä ak je zmiešaný so vzduchom alebo kyslíkom.

Amoniak (NH3):
Úloha: Okrem výroby nitridových filmov je amoniak významný pri výrobe pasivačných vrstiev, ktoré zvyšujú spoľahlivosť polovodičových zariadení.
Doplňujúce poznámky: Môže byť zapojený do procesov, ktoré vyžadujú začlenenie dusíka do kremíka, čím sa zlepšujú elektronické vlastnosti.

Fosfín (PH3), arzín (AsH3) a diborán (B₂H₆):
Úloha: Tieto plyny sú nielen nevyhnutné pre doping, ale sú tiež rozhodujúce pre dosiahnutie požadovaných elektrických vlastností v pokročilých polovodičových zariadeniach.
Ďalšie poznámky: Ich toxicita si vyžaduje prísne bezpečnostné protokoly a monitorovacie systémy vo výrobných prostrediach, aby sa zmiernili riziká.

Leptacie a čistiace plyny

Fluórované uhľovodíky (CF₄, SF₆):
Úloha: Tieto plyny sa používajú v procesoch suchého leptania, ktoré ponúkajú vysokú presnosť v porovnaní s metódami mokrého leptania.
Doplňujúce poznámky: CF4 a SF₆ sú významné vďaka svojej schopnosti efektívne leptať materiály na báze kremíka, čo umožňuje jemné rozlíšenie vzorov, ktoré je v modernej mikroelektronike dôležité.

Chlór (Cl₂) a fluorovodík (HF):
Úloha: Chlór poskytuje agresívne leptacie schopnosti, najmä pre kovy, zatiaľ čo HF je rozhodujúci pre odstraňovanie oxidu kremičitého.
Doplňujúce poznámky: Kombinácia týchto plynov umožňuje efektívne odstraňovanie vrstvy počas rôznych výrobných etáp a zabezpečuje čisté povrchy pre následné kroky spracovania.

Fluorid dusnatý (NF₃):
Úloha: NF₃ je kľúčový pre čistenie životného prostredia v systémoch CVD, reaguje s kontaminantmi na udržanie optimálneho výkonu.
Ďalšie poznámky: Napriek obavám z potenciálu skleníkových plynov, účinnosť čistenia NF₃ z neho robí preferovanú voľbu v mnohých továrňach, hoci jeho použitie vyžaduje starostlivé environmentálne zváženie.

Kyslík (O₂):
Úloha: Oxidačné procesy uľahčené kyslíkom môžu vytvárať dôležité izolačné vrstvy v polovodičových štruktúrach.
Ďalšie poznámky: Úloha kyslíka pri zvyšovaní oxidácie kremíka za vzniku vrstiev SiO₂ je rozhodujúca pre izoláciu a ochranu komponentov obvodu.

Vznikajúce plyny vo výrobe polovodičov

Okrem tradičných plynov uvedených vyššie získavajú pozornosť v procese výroby polovodičov aj ďalšie plyny, vrátane:

Oxid uhličitý (CO₂): Používa sa v niektorých aplikáciách čistenia a leptania, najmä tých, ktoré zahŕňajú pokročilé materiály.

Oxid kremičitý (SiO₂): Aj keď za štandardných podmienok nejde o plyn, v určitých procesoch nanášania sa používajú odparené formy oxidu kremičitého.

Environmentálne aspekty

Polovodičový priemysel sa čoraz viac zameriava na znižovanie vplyvu na životné prostredie spojeného s používaním rôznych plynov, najmä tých, ktoré sú silnými skleníkovými plynmi. To viedlo k vývoju pokročilých systémov riadenia plynu a skúmaniu alternatívnych plynov, ktoré môžu poskytnúť podobné výhody s menšou environmentálnou stopou.

Záver

Plyny používané pri výrobe polovodičov zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri zabezpečovaní presnosti a účinnosti výrobných procesov. Ako technológia napreduje, polovodičový priemysel sa neustále snaží o zlepšenie čistoty a manažmentu plynu, pričom sa zaoberá aj otázkami bezpečnosti a životného prostredia spojenými s ich používaním.