อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเป็นแกนหลักของการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่เกี่ยวข้องกับก๊าซที่มีความแม่นยำสูงและมีความบริสุทธิ์สูงจำนวนมากในกระบวนการผลิต ก๊าซชนิดพิเศษสำหรับเซมิคอนดักเตอร์หมายถึงก๊าซที่มีบทบาทสำคัญในการผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ การผลิตชิป การสะสมของฟิล์มบาง การแกะสลัก และกระบวนการอื่นๆ ก๊าซเหล่านี้ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดในด้านความบริสุทธิ์ ความเสถียร และการควบคุมกระบวนการทำปฏิกิริยาที่แม่นยำ บทความนี้จะแนะนำก๊าซชนิดพิเศษทั่วไปหลายชนิดที่ใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ และหารือเกี่ยวกับบทบาทของพวกเขาในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

1. ไฮโดรเจน (H₂)

ไฮโดรเจน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสะสมไอสารเคมี (CVD) และปฏิกิริยารีดักชัน ใน CVD ไฮโดรเจนมักจะผสมกับก๊าซอื่นๆ เพื่อสร้างฟิล์มบาง เช่น ฟิล์มซิลิคอน ไฮโดรเจนยังทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ในกระบวนการสะสมโลหะและการกำจัดออกไซด์ นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังใช้ในการทำความสะอาดและบำบัดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวและปรับปรุงคุณภาพของชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. ไนโตรเจน (N₂)

ไนโตรเจนซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อยส่วนใหญ่ใช้เพื่อจัดให้มีสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยทั่วไปจะใช้ในการทำความสะอาดอุปกรณ์ กระบวนการทำความเย็น และใช้เป็นสารเจือจางในบรรยากาศที่เกิดปฏิกิริยา ในกระบวนการสะสมไอและการกัดกรด ไนโตรเจนมักจะผสมกับก๊าซอื่นๆ เพื่อรักษาสภาวะของปฏิกิริยาให้คงที่และควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยา นอกจากนี้ ไนโตรเจนยังใช้เพื่อยับยั้งการเกิดออกซิเดชัน ปกป้องวัสดุที่ละเอียดอ่อนจากความเสียหายจากการเกิดออกซิเดชัน

3. ออกซิเจน (O₂)

ออกซิเจน มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการออกซิเดชั่น ในการก่อตัวของชั้นซิลิคอนไดออกไซด์บนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอน ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็น ด้วยการแนะนำออกซิเจน ชั้นออกไซด์ที่สม่ำเสมอจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวซิลิกอน ซึ่งมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความเสถียรของอุปกรณ์ ออกซิเจนยังใช้ในกระบวนการทำความสะอาดและกัดกรด โดยทำปฏิกิริยากับก๊าซเคมีอื่นๆ เพื่อสร้างออกไซด์หรือกำจัดฟิล์มโลหะบางชนิด

4. คาร์บอนเตตราฟลูออไรด์ (CF₄)

คาร์บอนเตตราฟลูออไรด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการแกะสลัก ในการกัดเซมิคอนดักเตอร์ CF₄ จะถูกผสมกับก๊าซอื่นๆ เพื่อขจัดฟิล์มบางของซิลิคอน ซิลิคอนไนไตรด์ โลหะ และวัสดุอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อ CF₄ รวมตัวกับฟลูออรีน จะเกิดฟลูออไรด์ซึ่งมีปฏิกิริยารุนแรงและสามารถกัดกร่อนวัสดุเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ก๊าซนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแกะสลักลวดลายที่มีความแม่นยำสูงในการผลิตวงจรรวม

5. ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl)

ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ส่วนใหญ่จะใช้เป็นก๊าซกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกัดกร่อนวัสดุโลหะ มันทำปฏิกิริยากับฟิล์มโลหะเพื่อสร้างคลอไรด์ ทำให้ชั้นโลหะถูกกำจัดออกไป กระบวนการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างลวดลายของฟิล์มโลหะบาง เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำของโครงสร้างชิป

6. ไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ (NF₃)

ไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อทำความสะอาดสิ่งตกค้างจากการสะสมในอุปกรณ์แกะสลักพลาสม่า ในกระบวนการกัดกรดด้วยพลาสมา NF₃ จะทำปฏิกิริยากับวัสดุที่สะสมอยู่ (เช่น ซิลิคอนฟลูออไรด์) เพื่อสร้างฟลูออไรด์ที่ถอดออกได้ง่าย ก๊าซนี้มีประสิทธิภาพสูงในกระบวนการทำความสะอาด ช่วยรักษาความสะอาดของอุปกรณ์แกะสลักและปรับปรุงความแม่นยำและประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต

7. ไซเลน (SiH₄)

ไซเลนเป็นก๊าซที่ใช้กันทั่วไปในการสะสมไอสารเคมี (CVD) โดยเฉพาะสำหรับการสะสมฟิล์มบางของซิลิคอน ไซเลนสลายตัวที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างฟิล์มซิลิคอนบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ด้วยการปรับการไหลของไซเลนและสภาวะปฏิกิริยา สามารถควบคุมอัตราการสะสมและคุณภาพของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ

8. โบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF₃)

โบรอนไตรฟลูออไรด์เป็นก๊าซเติมที่สำคัญ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ในกระบวนการเติมโบรอนในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ใช้เพื่อปรับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของคริสตัลโดยทำปฏิกิริยากับซับสเตรตซิลิกอนเพื่อสร้างชั้นยาสลบที่ต้องการ กระบวนการเติมโบรอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และก๊าซ BF₃ มีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้

9. ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆)

ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ ส่วนใหญ่จะใช้ในกระบวนการกัดเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกัดที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าสูงและมีเสถียรภาพทางเคมี SF₆ จึงสามารถใช้ร่วมกับก๊าซอื่นๆ เพื่อขจัดฟิล์มวัสดุได้อย่างแม่นยำ และรับประกันรูปแบบที่แม่นยำ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการกัดด้วยไอออน ซึ่งช่วยขจัดฟิล์มโลหะที่ไม่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทสรุป

ก๊าซพิเศษสำหรับเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในการผลิตวงจรรวม ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง ความต้องการความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพที่สูงขึ้นของก๊าซเหล่านี้ก็เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ซัพพลายเออร์ต้องปรับคุณภาพและประเภทของก๊าซให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่อง ในอนาคต อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จะยังคงพึ่งพาก๊าซชนิดพิเศษเหล่านี้ต่อไปเพื่อรองรับการผลิตชิปรุ่นต่อไปและนวัตกรรมทางเทคโนโลยี ดังนั้นการทำความเข้าใจและการประยุกต์ใช้ก๊าซชนิดพิเศษของเซมิคอนดักเตอร์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการขับเคลื่อนการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์