Виробництво напівпровідників покладається на широкий спектр газів, які можна розділити на три основні типи: масові гази, спеціальні газиі травильні гази. Ці гази повинні мати надзвичайно високу чистоту, щоб запобігти забрудненню, яке може зруйнувати делікатний і складний процес виробництва.

Масові гази

Азот (N₂):

Роль: N₂ служить багатьом цілям, включаючи очищення технологічних камер і забезпечення інертної атмосфери на різних етапах виробництва напівпровідників.
Додаткові примітки: Азот часто використовується під час транспортування та зберігання кремнієвих пластин, щоб мінімізувати окислення. Його інертний характер гарантує, що він не реагує з іншими матеріалами, що робить його ідеальним для підтримки чистоти робочого середовища.

Аргон (Ar):
Роль: на додаток до участі в плазмових процесах, аргон відіграє важливу роль у процесах, де контрольований склад газу є вирішальним.
Додаткові примітки: оскільки він не реагує з більшістю матеріалів, аргон також використовується для розпилення, що допомагає осадити металеві або діелектричні плівки, де поверхні необхідно підтримувати без забруднення.

Гелій (He):
Роль: термічні властивості гелію роблять його безцінним для охолодження та підтримки постійної температури під час реактивних процесів.
Додаткові примітки: він часто використовується у високоенергетичних лазерних системах для літографії через його нереактивну природу та здатність підтримувати оптичний шлях вільним від забруднення.

Водень (H₂):
Роль: окрім застосування під час відпалу, водень також допомагає очищати поверхню пластин і може брати участь у хімічних реакціях під час епітаксії.
Додаткові примітки: Використання водню в осадженні тонких плівок дозволяє краще контролювати концентрацію носіїв у напівпровідникових матеріалах, значно змінюючи їхні електричні властивості.

Спеціальні гази та добавки

Силан (SiH₄):
Роль: не тільки як прекурсор для осадження кремнію, силан може бути полімеризований у пасивуючу плівку, яка покращує електронні характеристики.
Додаткові примітки: Його реактивність вимагає обережного поводження з міркувань безпеки, особливо при змішуванні з повітрям або киснем.

Аміак (NH3):
Роль: крім виробництва нітридних плівок, аміак важливий у виробництві пасиваційних шарів, які підвищують надійність напівпровідникових пристроїв.
Додаткові примітки: Він може брати участь у процесах, які потребують включення азоту в кремній, покращуючи електронні властивості.

Фосфін (PH₃), арсин (AsH3) і диборан (B₂H₆):
Роль: ці гази необхідні не тільки для легування, але й мають вирішальне значення для досягнення бажаних електричних властивостей у вдосконалених напівпровідникових пристроях.
Додаткові примітки: їх токсичність вимагає суворих протоколів безпеки та систем моніторингу у виробничих середовищах для пом’якшення небезпеки.

Гази для травлення та очищення

Фторвуглеці (CF₄, SF₆):
Роль: ці гази використовуються в процесах сухого травлення, які забезпечують високу точність порівняно з методами мокрого травлення.
Додаткові примітки: CF₄ і SF₆ важливі завдяки їхній здатності ефективно травити матеріали на основі кремнію, що забезпечує чітку роздільну здатність, яка є критичною для сучасної мікроелектроніки.

Хлор (Cl₂) і фтористий водень (HF):
Роль: Хлор забезпечує агресивні властивості травлення, особливо для металів, тоді як HF має вирішальне значення для видалення діоксиду кремнію.
Додаткові примітки: поєднання цих газів дозволяє ефективно видаляти шар на різних етапах виготовлення, забезпечуючи чисті поверхні для наступних етапів обробки.

Трифторид азоту (NF₃):
Роль: NF₃ є ключовим для очищення навколишнього середовища в CVD-системах, реагуючи на забруднення для підтримки оптимальної продуктивності.
Додаткові примітки: незважаючи на занепокоєння щодо потенціалу парникових газів, ефективність очищення NF₃ робить його кращим вибором на багатьох фабриках, хоча його використання вимагає ретельного екологічного розгляду.

Кисень (O₂):
Роль: процеси окислення, що сприяють кисню, можуть створювати важливі ізоляційні шари в напівпровідникових структурах.
Додаткові примітки. Роль кисню в посиленні окислення кремнію з утворенням шарів SiO₂ має вирішальне значення для ізоляції та захисту компонентів схеми.

Нові гази у виробництві напівпровідників

Крім традиційних газів, перерахованих вище, інші гази привертають увагу в процесі виробництва напівпровідників, зокрема:

Вуглекислий газ (CO₂): Використовується в деяких програмах очищення та травлення, особливо тих, що включають сучасні матеріали.

Діоксид кремнію (SiO₂): Хоча за стандартних умов діоксид кремнію не є газом, у певних процесах осадження використовуються випаровані форми діоксиду кремнію.

Екологічні міркування

Напівпровідникова промисловість все більше зосереджується на зменшенні впливу на навколишнє середовище, пов’язаного з використанням різних газів, особливо тих, які є потужними парниковими газами. Це призвело до розробки передових систем управління газом і дослідження альтернативних газів, які можуть забезпечити аналогічні переваги з меншим впливом на навколишнє середовище.

Висновок

Гази, які використовуються у виробництві напівпровідників, відіграють вирішальну роль у забезпеченні точності та ефективності процесів виготовлення. У міру розвитку технологій напівпровідникова промисловість постійно прагне покращити чистоту газу та керування ним, а також вирішує питання безпеки та екології, пов’язані з їх використанням.