Ngành công nghiệp bán dẫn, với tư cách là cốt lõi của sự phát triển công nghệ hiện đại, sử dụng nhiều loại khí có độ chính xác cao và độ tinh khiết cao trong quá trình sản xuất. Khí đặc biệt dành cho chất bán dẫn là các loại khí đóng vai trò quan trọng trong sản xuất vật liệu bán dẫn, sản xuất chip, lắng đọng màng mỏng, ăn mòn và các quy trình khác. Những loại khí này phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết, độ ổn định và kiểm soát chính xác các quá trình phản ứng. Bài viết này sẽ giới thiệu một số loại khí đặc biệt phổ biến được sử dụng trong chất bán dẫn và thảo luận về vai trò của chúng trong quá trình sản xuất chất bán dẫn.

1. Hydro (H₂)

Hydro được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất bán dẫn, đặc biệt là trong các phản ứng lắng đọng hơi hóa học (CVD) và phản ứng khử. Trong CVD, hydro thường được trộn với các loại khí khác để tạo thành các màng mỏng, chẳng hạn như màng silicon. Hydro cũng hoạt động như một chất khử trong quá trình lắng đọng kim loại và loại bỏ oxit. Ngoài ra, hydro còn được sử dụng trong việc làm sạch và xử lý các tấm bán dẫn để loại bỏ hiệu quả các chất gây ô nhiễm bề mặt và cải thiện chất lượng của chip.

2. Nitơ (N₂)

Nitơ, một loại khí trơ, chủ yếu được sử dụng để cung cấp môi trường không có oxy trong sản xuất chất bán dẫn. Nó thường được sử dụng trong làm sạch thiết bị, quá trình làm mát và làm chất pha loãng trong môi trường phản ứng. Trong quá trình lắng đọng hơi và ăn mòn, nitơ thường được trộn với các khí khác để ổn định điều kiện phản ứng và kiểm soát tốc độ phản ứng. Nitơ cũng được sử dụng để ngăn chặn quá trình oxy hóa, bảo vệ các vật liệu nhạy cảm khỏi bị hư hại do quá trình oxy hóa.

3. Oxy (O₂)

Ôxy đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn, đặc biệt là trong các quá trình oxy hóa. Trong quá trình hình thành lớp silicon dioxide trên bề mặt tấm silicon, oxy rất cần thiết. Bằng cách đưa oxy vào, một lớp oxit đồng nhất sẽ hình thành trên bề mặt silicon, lớp này rất quan trọng đối với hiệu suất điện và độ ổn định của thiết bị. Oxy cũng được sử dụng trong quá trình làm sạch và ăn mòn, phản ứng với các loại khí hóa học khác để tạo thành oxit hoặc loại bỏ các màng kim loại nhất định.

4. Carbon Tetraflorua (CF₄)

Carbon tetraflorua được sử dụng rộng rãi trong quá trình ăn mòn. Trong khắc chất bán dẫn, CF₄ được trộn với các loại khí khác để loại bỏ hiệu quả các màng mỏng silicon, silicon nitride, kim loại và các vật liệu khác. Khi CF₄ kết hợp với flo, nó tạo thành florua, có khả năng phản ứng mạnh và có thể ăn mòn vật liệu mục tiêu một cách hiệu quả. Khí này rất quan trọng để khắc mẫu có độ chính xác cao trong sản xuất mạch tích hợp.

5. Hydro Clorua (HCl)

Khí hydro clorua chủ yếu được sử dụng làm khí ăn mòn, đặc biệt là trong ăn mòn vật liệu kim loại. Nó phản ứng với màng kim loại để tạo thành clorua, cho phép loại bỏ các lớp kim loại. Quá trình này được sử dụng rộng rãi trong việc tạo khuôn cho màng kim loại mỏng, đảm bảo độ chính xác của cấu trúc chip.

6. Nitơ Triflorua (NF₃)

Nitơ triflorua chủ yếu được sử dụng để làm sạch cặn lắng đọng trong thiết bị khắc plasma. Trong quá trình ăn mòn plasma, NF₃ phản ứng với các vật liệu lắng đọng (chẳng hạn như florua silicon) để tạo thành florua dễ dàng loại bỏ. Loại khí này có hiệu quả cao trong quá trình làm sạch, giúp duy trì độ sạch của thiết bị khắc và nâng cao độ chính xác, hiệu quả của quy trình sản xuất.

7. Silan (SiH₄)

Silane là loại khí thường được sử dụng trong lắng đọng hơi hóa học (CVD), đặc biệt để lắng đọng màng mỏng silicon. Silane phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo thành màng silicon trên bề mặt chất nền, màng này rất quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn. Bằng cách điều chỉnh dòng silan và điều kiện phản ứng, tốc độ lắng đọng và chất lượng màng có thể được kiểm soát chính xác.

8. Bo Triflorua (BF₃)

Bo triflorua là một loại khí pha tạp quan trọng, thường được sử dụng trong quá trình pha tạp boron trong sản xuất chất bán dẫn. Nó được sử dụng để điều chỉnh các tính chất điện của tinh thể bằng cách phản ứng với chất nền silicon để tạo thành lớp pha tạp mong muốn. Quá trình pha tạp boron rất cần thiết để tạo ra vật liệu bán dẫn loại P và khí BF₃ đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

9. Lưu Huỳnh Hexaflorua (SF₆)

Lưu huỳnh hexaflorua chủ yếu được sử dụng trong các quá trình khắc bán dẫn, đặc biệt là trong khắc có độ chính xác cao. Do đặc tính cách điện cao và độ ổn định hóa học, SF₆ có thể được kết hợp với các loại khí khác để loại bỏ chính xác màng vật liệu và đảm bảo các mẫu chính xác. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong khắc ion, loại bỏ hiệu quả các màng kim loại không mong muốn.

Phần kết luận

Khí đặc biệt dùng cho chất bán dẫn đóng vai trò không thể thay thế trong sản xuất mạch tích hợp. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, nhu cầu về độ tinh khiết và hiệu suất cao hơn của các loại khí này tăng lên, buộc các nhà cung cấp phải liên tục tối ưu hóa chất lượng và chủng loại khí. Trong tương lai, ngành bán dẫn sẽ tiếp tục dựa vào các loại khí đặc biệt này để hỗ trợ sản xuất chip thế hệ tiếp theo và đổi mới công nghệ. Do đó, việc hiểu và áp dụng các loại khí đặc biệt bán dẫn sẽ rất quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển không ngừng của ngành bán dẫn.