گازهای الکترونیکی و نیمه هادی

 گازهای الکترونیکی و نیمه هادی گازهای فرآیندی هستند که در عملیات تولید الکترونیکی استفاده می شوند.

نمای کلی

استفاده از گاز در تولید لوازم الکترونیکی

خانواده گازهای الکترونیکی شامل گازهای خالص و مخلوط‌های گازی می‌شود که مخصوصاً برای فرآیندهای تولیدی خاص پیکربندی شده‌اند. تولید انبوه مدارهای مجتمع (IC) به حداکثر 30 گاز مختلف برای فرآیندهای مختلف درگیر نیاز دارد. این عملیات که در زیر به تفصیل بیشتر مورد بحث قرار می گیرد شامل اکسیداسیون، رسوب گذاری، اچینگ، کندوپاش، دوپینگ و بی اثری است.

تصویر زیر نیمه اول فرآیند ساخت دیود نیمه هادی را نشان می دهد. گازها ممکن است در هر یک از این مراحل استفاده شوند، اما به ویژه در رسوب (c)، رشد کریستال (b)، اچینگ (h)، و دوپینگ (j) مهم هستند.

خلوص

به عنوان یک قاعده، گازهای الکترونیکی باید گازهایی با خلوص بالا باشند. ماهیت دقیق تولید لوازم الکترونیکی منجر به ایجاد آلاینده‌ها می‌شود، حتی آن‌هایی که غلظت‌هایی به کوچکی ناخالصی‌های کمی دارند که بر حسب قسمت در تریلیون اندازه‌گیری می‌شوند، که تأثیر مخربی بر کیفیت محصول دارند.

انواع

تنوع گازهای فرآیندی مورد استفاده در صنعت تولید نیمه هادی نسبتاً بزرگتر از محدوده مورد استفاده تقریباً در هر کاربرد دیگری است. گازهای الکترونیکی معمولاً با استفاده از آنها در یک یا چند مورد از این فرآیندها طبقه بندی می شوند که در زیر توضیح داده شده است.

گازهای فرآیند ممکن است به صورت سیلندر (سمت چپ) تولید و فروخته شوند یا از طریق سیستم های گاز فله (راست) توزیع شوند.

گازهای فرآیندی

رشد سیلیکون

گازهای رشد سیلیکون گاهی اوقات به عنوان "پیش سازهای سیلیکون" شناخته می شوند و برای رسوب لایه های سیلیکونی روی بسترهای موجود استفاده می شوند. بسته به نوع گاز مورد استفاده، این لایه ها هنگام واکنش گازهای پیش ساز با گرما یا گازهای اساسی مانند هیدروژن تشکیل می شوند. بسیاری از هالیدها - از جمله سیلان، تتراکلرید سیلیکون و تترا فلوراید سیلیکون - به عنوان پیش سازهای سیلیکون استفاده می شوند. برخی از گازهای خاص مانند ژرمان (GeH 4 ) نیز برای تشکیل و رسوب آلیاژهای سیلیکون-ژرمانیوم استفاده می شود.

حکاکی کردن

اچینگ فرآیندی است که برای جدا کردن لایه‌های ناخواسته از ویفر یا بستر استفاده می‌شود. ویفرهای سیلیسیم، دی اکسید سیلیکون و نیترید سیلیکون معمولاً با استفاده از نوعی گاز بر پایه فلوئور (هالید) اچ می شوند. هالوکربن ها (گازهای حاوی کربن و فلوئور) معمولاً برای حکاکی مواد سیلیکونی استفاده می شوند، در حالی که هالیدهای دیگر مانند کلر و هیدروژن فلوراید برای حکاکی اتصالات فلزی (غیر سیلیکونی) استفاده می شود.

انتخاب یک گاز اچانت به شدت به توانایی یک مخلوط گاز برای حکاکی انتخابی یک فیلم بدون تأثیر نامطلوب بر یک فیلم متفاوت روی همان ویفر بستگی دارد.

دوپینگ

ناخالصی‌ها ناخالصی‌های کنترل‌شده را به ویفر می‌رسانند تا خواص الکتریکی آن را اصلاح کنند. این گازها کمبود الکترون یا "سوراخ" (نوع p) یا یک الکترون اضافی (نوع n) را به یک بستر کمک می کنند. دوپینگ مواد نیمه هادی زمینه ساز ساخت دیودها و ترانزیستورها است .

دوپانت ها معمولاً از گروه های گاز ویژه شامل بور، آرسین و فسفین مشتق می شوند و بر اساس نوع دوپینگی که ایجاد می کنند، طبقه بندی می شوند. به عنوان مثال، دوپینگ نوع n به طور معمول با استفاده از آرسین و فسفین انجام می شود، در حالی که دوپینگ نوع p با استفاده از دیبوران انجام می شود.

پاکسازی سیستم / اتمسفر

گازهای پاکسازی (همچنین به عنوان "اتمسفر" شناخته می شود) برای پاکسازی سیستم های فرآیند برای جلوگیری از آلودگی مجدد استفاده می شود. اینها معمولاً گازهای اساسی هستند که ممکن است به صورت سیلندر یا فله فروخته شوند، زیرا گازهای تصفیه ممکن است برای سایر فرآیندهای یک عملیات تولیدی نیز استفاده شوند. به عنوان مثال، اکسیژن معمولاً به عنوان گاز پاکسازی استفاده می شود و همچنین ممکن است برای اچ کردن مواد پلیمری استفاده شود.

اتمسفرهای رایج شامل اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، آرگون و هلیوم است.

کندوپاش کردن

کندوپاش یک فرآیند رسوب گذاری تخصصی است که از طریق آن یک ماده از یک منبع (یا "هدف کندوپاش") به یک ویفر پرتاب می شود. این فرآیند به گازهای واکنش پذیر برای افزایش نرخ رسوب مواد بر روی بستر متکی است. آرگون و سایر گازهای بی اثر به طور گسترده به عنوان گازهای کندوپاش استفاده می شود.

استانداردها

گازهای فرآیند الکترونیکی ممکن است بر اساس دستورالعمل های ارائه شده در استانداردهای مختلف ساخته، استفاده و آزمایش شوند. بسته به نوع استاندارد، دستورالعمل ها ممکن است به فرآیندها یا خود گازها اشاره داشته باشند. مشخصات و استانداردهای SEMI ، انجمنی که به صنایع تولید میکرو و نانو الکترونیک خدمت می کند، به ویژه به انواع گازهای فرآیندی خاص مرتبط است.

• SEMI C3 - مشخصات گازها

• SEMI C57 - مشخصات و دستورالعمل ها برای آرگون

• SEMI C3.55 - مشخصات سیلان 

مراجع

موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) - شاخص گازهای فرآیند نیمه هادی

منبغ:  .globalspec.