Yarı iletken üretimi, üç ana türe ayrılabilecek çok çeşitli gazlara dayanır: toplu gazlar, özel gazlarve aşındırma gazları. Bu gazların, hassas ve karmaşık üretim sürecini bozabilecek kirlenmeyi önlemek için son derece yüksek saflıkta olması gerekir.

Dökme Gazlar

Azot (N₂):

Rolü: N₂, proses odalarını temizlemek ve yarı iletken üretiminin çeşitli aşamalarında inert bir atmosfer sağlamak dahil olmak üzere birçok amaca hizmet eder.
Ek Notlar: Oksidasyonu en aza indirmek için silikon levhaların taşınmasında ve depolanmasında sıklıkla nitrojen kullanılır. İnert doğası, diğer malzemelerle reaksiyona girmemesini sağlar ve bu da onu temiz işleme ortamlarının sürdürülmesi için ideal kılar.

Argon (Ar):
Rolü: Argon, plazma proseslerindeki rolünün yanı sıra, kontrollü gaz bileşimlerinin önemli olduğu proseslerde de etkilidir.
Ek Notlar: Çoğu malzemeyle reaksiyona girmediğinden argon aynı zamanda püskürtme için de kullanılır; bu, yüzeylerin kirlenmeden korunması gereken yerlerde metal veya dielektrik filmlerin biriktirilmesine yardımcı olur.

Helyum (He):
Rolü: Helyumun termal özellikleri onu reaktif işlemler sırasında soğutma ve sıcaklık tutarlılığını koruma açısından çok değerli kılar.
Ek Notlar: Reaktif olmayan yapısı ve optik yolu kirlenmeden koruma yeteneği nedeniyle litografi için yüksek enerjili lazer sistemlerinde sıklıkla kullanılır.

Hidrojen (H₂):
Rolü: Tavlamadaki uygulamasının ötesinde, hidrojen aynı zamanda levhaların yüzeyinin temizlenmesine de yardımcı olur ve epitaksi sırasında kimyasal reaksiyonlara dahil olabilir.
Ek Notlar: İnce filmlerin biriktirilmesinde hidrojenin kullanılması, yarı iletken malzemelerdeki taşıyıcı konsantrasyonu üzerinde daha fazla kontrole olanak tanır ve bunların elektriksel özelliklerini önemli ölçüde değiştirir.

Özel Gazlar ve Katkı Maddeleri

Silan (SiH₄):
Rolü: Silan, silikon birikiminin öncüsü olmasının yanı sıra, elektronik özellikleri geliştiren pasifleştirici bir film halinde polimerize edilebilir.
Ek Notlar: Reaktivitesi, özellikle hava veya oksijenle karıştırıldığında güvenlik endişeleri nedeniyle dikkatli kullanım gerektirir.

Amonyak (NH₃):
Rolü: Amonyak, nitrür film üretmenin yanı sıra, yarı iletken cihazların güvenilirliğini artıran pasifleştirme katmanlarının üretilmesinde de önemlidir.
Ek Notlar: Silikonun içine nitrojen katılmasını gerektiren işlemlerde yer alabilir ve elektronik özellikleri iyileştirebilir.

Fosfin (PH₃), Arsin (AsH₃) ve Diboran (B₂H₆):
Rolü: Bu gazlar sadece katkılama için gerekli değildir, aynı zamanda gelişmiş yarı iletken cihazlarda istenen elektriksel özelliklerin elde edilmesi için de kritik öneme sahiptir.
Ek Notlar: Toksisiteleri, tehlikeleri azaltmak için üretim ortamlarında sıkı güvenlik protokolleri ve izleme sistemleri gerektirir.

Aşındırma ve Temizleme Gazları

Florokarbonlar (CF₄, SF₆):
Rolü: Bu gazlar, ıslak aşındırma yöntemlerine göre yüksek hassasiyet sunan kuru aşındırma işlemlerinde kullanılır.
Ek Notlar: CF₄ ve SF₆, silikon bazlı malzemeleri verimli bir şekilde aşındırma yeteneklerinden dolayı önemlidir ve modern mikroelektronikte kritik olan ince desen çözünürlüğüne olanak tanır.

Klor (Cl₂) ve Hidrojen Florür (HF):
Rolü: Klor, özellikle metaller için agresif aşındırma yetenekleri sağlarken, HF, silikon dioksitin uzaklaştırılması için çok önemlidir.
Ek Notlar: Bu gazların kombinasyonu, çeşitli imalat aşamaları sırasında katmanın etkili bir şekilde çıkarılmasına olanak tanıyarak sonraki işlem adımları için temiz yüzeyler sağlar.

Azot Triflorür (NF₃):
Rolü: NF₃, CVD sistemlerinde çevre temizliği için çok önemlidir ve optimum performansı korumak için kirletici maddelere yanıt verir.
Ek Notlar: Sera gazı potansiyeline ilişkin endişelere rağmen, NF₃'nın temizlemedeki verimliliği onu birçok fabrikada tercih edilen bir seçenek haline getiriyor, ancak kullanımı çevresel açıdan dikkatli bir değerlendirme gerektiriyor.

Oksijen (O₂):
Rolü: Oksijenin kolaylaştırdığı oksidasyon süreçleri, yarı iletken yapılarda önemli yalıtım katmanları oluşturabilir.
Ek Notlar: SiO₂ katmanları oluşturmak için silikonun oksidasyonunu arttırmada oksijenin rolü, devre bileşenlerinin izolasyonu ve korunması açısından kritik öneme sahiptir.

Yarı İletken Üretiminde Ortaya Çıkan Gazlar

Yukarıda listelenen geleneksel gazlara ek olarak, yarı iletken üretim sürecinde aşağıdakiler de dahil olmak üzere diğer gazlar da dikkat çekmektedir:

Karbon Dioksit (CO₂): Bazı temizleme ve aşındırma uygulamalarında, özellikle de gelişmiş malzemeler içeren uygulamalarda kullanılır.

Silikon Dioksit (SiO₂): Standart koşullar altında bir gaz olmasa da, bazı biriktirme işlemlerinde silikon dioksitin buharlaştırılmış formları kullanılır.

Çevresel Hususlar

Yarı iletken endüstrisi, özellikle güçlü sera gazları olan çeşitli gazların kullanımıyla ilişkili çevresel etkilerin azaltılmasına giderek daha fazla odaklanıyor. Bu, gelişmiş gaz yönetim sistemlerinin geliştirilmesine ve daha düşük çevresel ayak izi ile benzer faydalar sağlayabilecek alternatif gazların araştırılmasına yol açmıştır.

Çözüm

Yarı iletken üretiminde kullanılan gazlar, üretim süreçlerinin hassasiyeti ve verimliliğinin sağlanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Teknoloji ilerledikçe, yarı iletken endüstrisi sürekli olarak gaz saflığı ve yönetimi konusunda iyileştirmeler yapmak için çaba gösterirken, aynı zamanda bunların kullanımıyla ilgili güvenlik ve çevresel kaygıları da ele alıyor.