Proizvodnja polprevodnikov se opira na široko paleto plinov, ki jih lahko razvrstimo v tri glavne vrste: plini v razsutem stanju, posebni pliniin plini za jedkanje. Ti plini morajo biti izredno visoke čistosti, da preprečijo kontaminacijo, ki lahko uniči občutljiv in zapleten postopek izdelave.

Plini v razsutem stanju

Dušik (N₂):

Vloga: N₂ ima več namenov, vključno s čiščenjem procesnih komor in zagotavljanjem inertne atmosfere med različnimi stopnjami proizvodnje polprevodnikov.
Dodatne opombe: Dušik se pogosto uporablja pri transportu in shranjevanju silicijevih rezin za zmanjšanje oksidacije. Njegova inertna narava zagotavlja, da ne reagira z drugimi materiali, zaradi česar je idealen za vzdrževanje čistih predelovalnih okolij.

Argon (Ar):
Vloga: poleg vpletenosti v plazemske procese je argon ključnega pomena pri procesih, pri katerih so nadzorovane sestave plinov ključne.
Dodatne opombe: Ker ne reagira z večino materialov, se argon uporablja tudi za naprševanje, ki pomaga pri nanašanju kovinskih ali dielektričnih filmov, kjer je treba površine vzdrževati brez kontaminacije.

Helij (He):
Vloga: zaradi toplotnih lastnosti helija je neprecenljiv za hlajenje in vzdrževanje konstantne temperature med reaktivnimi procesi.
Dodatne opombe: Pogosto se uporablja v visokoenergijskih laserskih sistemih za litografijo zaradi svoje nereaktivne narave in sposobnosti ohranjanja optične poti brez kontaminacije.

Vodik (H₂):
Vloga: vodik poleg uporabe pri žarjenju pomaga tudi pri čiščenju površine rezin in je lahko vključen v kemične reakcije med epitaksijo.
Dodatne opombe: Uporaba vodika pri nanašanju tankih plasti omogoča večji nadzor nad koncentracijo nosilcev v polprevodniških materialih, kar bistveno spremeni njihove električne lastnosti.

Posebni plini in dodatki

Silan (SiH₄):
Vloga: Poleg tega, da je predhodnik za nanašanje silicija, je mogoče silan polimerizirati v pasivni film, ki izboljša elektronske lastnosti.
Dodatne opombe: Njegova reaktivnost zahteva previdno ravnanje zaradi varnostnih razlogov, zlasti pri mešanju z zrakom ali kisikom.

Amoniak (NH3):
Vloga: Poleg proizvodnje nitridnih filmov je amoniak pomemben pri proizvodnji pasivacijskih plasti, ki povečujejo zanesljivost polprevodniških naprav.
Dodatne opombe: Lahko je vključen v procese, ki zahtevajo vključitev dušika v silicij, kar izboljša elektronske lastnosti.

Fosfin (PH₃), arzin (AsH3) in diboran (B₂H₆):
Vloga: Ti plini niso samo bistveni za doping, ampak so tudi kritični za doseganje želenih električnih lastnosti v naprednih polprevodniških napravah.
Dodatne opombe: Njihova strupenost zahteva stroge varnostne protokole in nadzorne sisteme v proizvodnih okoljih za zmanjšanje nevarnosti.

Plini za jedkanje in čiščenje

Fluoroogljikovodiki (CF₄, SF₆):
Vloga: Ti plini se uporabljajo v postopkih suhega jedkanja, ki ponujajo visoko natančnost v primerjavi z metodami mokrega jedkanja.
Dodatne opombe: CF₄ in SF₆ sta pomembna zaradi svoje zmožnosti učinkovitega jedkanja materialov na osnovi silicija, kar omogoča natančno ločljivost vzorcev, ki je kritična v sodobni mikroelektroniki.

Klor (Cl₂) in vodikov fluorid (HF):
Vloga: klor omogoča agresivno jedkanje, zlasti za kovine, medtem ko je HF ključnega pomena za odstranjevanje silicijevega dioksida.
Dodatne opombe: Kombinacija teh plinov omogoča učinkovito odstranjevanje plasti med različnimi stopnjami izdelave, kar zagotavlja čiste površine za naslednje korake obdelave.

Dušikov trifluorid (NF3):
Vloga: NF₃ je ključnega pomena za čiščenje okolja v sistemih CVD, saj se odziva s kontaminanti, da ohrani optimalno delovanje.
Dodatne opombe: Kljub zaskrbljenosti glede njegovega potenciala toplogrednih plinov je NF₃ zaradi učinkovitosti čiščenja prednostna izbira v številnih tovarnah, čeprav njegova uporaba zahteva skrbno okoljsko obravnavo.

Kisik (O₂):
Vloga: Oksidacijski procesi, ki jih olajša kisik, lahko ustvarijo bistvene izolacijske plasti v polprevodniških strukturah.
Dodatne opombe: Vloga kisika pri pospeševanju oksidacije silicija, da nastanejo plasti SiO₂, je kritična za izolacijo in zaščito komponent vezja.

Pojavljajoči se plini v proizvodnji polprevodnikov

Poleg tradicionalnih plinov, naštetih zgoraj, drugi plini pridobivajo pozornost v procesu izdelave polprevodnikov, vključno z:

Ogljikov dioksid (CO₂): Uporablja se pri nekaterih aplikacijah čiščenja in jedkanja, zlasti tistih, ki vključujejo napredne materiale.

Silicijev dioksid (SiO₂): Čeprav v standardnih pogojih ni plin, se uparjene oblike silicijevega dioksida uporabljajo v nekaterih postopkih nanašanja.

Okoljski vidiki

Industrija polprevodnikov se vedno bolj osredotoča na zmanjševanje vplivov na okolje, povezanih z uporabo različnih plinov, zlasti tistih, ki so močni toplogredni plini. To je privedlo do razvoja naprednih sistemov za upravljanje plina in raziskovanja alternativnih plinov, ki lahko zagotovijo podobne koristi z nižjim okoljskim odtisom.

Zaključek

Plini, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov, igrajo ključno vlogo pri zagotavljanju natančnosti in učinkovitosti proizvodnih procesov. Z napredkom tehnologije si polprevodniška industrija nenehno prizadeva za izboljšave čistosti in upravljanja plina, hkrati pa obravnava varnost in okoljska vprašanja, povezana z njihovo uporabo.