Wie Gase im Halbleiterherstellungsprozess verwendet werden

Die Halbleiterindustrie ist eine riesige globale Industrie, die jedes Jahr weiter wächst, was bedeutet, dass der Bedarf an Hochreingasen entsprechend zunehmen wird.

Eine zuverlässige Versorgung mit hochreinem Gas ist für die Halbleiterfertigung essenziell, insbesondere in fortgeschrittenen Technologien wie Smartphones und autonome Fahrzeuge.

Der Prozess der Herstellung integrierter Schaltungen ist sehr komplex und erfordert mehr als 30 verschiedene Gase in allen Phasen, was das Spektrum der verwendeten Gase zu einem der am weitesten eingesetzten in jeder Branche macht.

Gas ist ein wichtiger Bestandteil der Halbleiterherstellung, da es chemische Reaktionen auslösen kann, die zur Gestaltung der elektrischen Eigenschaften von Halbleitern erforderlich sind. Aufgrund seiner Komplexität muss das Gas, das in jedem Stadium des Fertigungsprozesses verwendet wird, genau und präzise dosiert werden, um die Halbleiter korrekt einzurichten.

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Halbleiterindustrie entwickeln sich auch die im Prozess verwendeten Gase. Zu den Kerngasen, die verwendet werden, gehören Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Wasserstoff. Wir werden ihre Rollen im Fertigungsprozess eingehend diskutieren.

Stickstoff

Aufgrund seiner Verfügbarkeit und Trägheit ist Stickstoff das Hauptgas, das in jedem Schritt des Halbleiterherstellungsprozesses verwendet wird, wobei seine Hauptanwendung im Spülvorgang liegt. In diesem Stadium wird Stickstoff verwendet, um jedes Kanal- und Rohrnetzwerk zu spülen, um jegliches Sauerstoffresten in den Maschinen und Werkzeugen zu entfernen, damit diese vor anderen Gasen geschützt werden, die den Prozess kontaminieren könnten.

Darüber hinaus sind die meisten Halbleiterfabriken mit Stickstoffgeneratoren vor Ort ausgestattet, aufgrund des großen Verbrauchs von Stickstoff im gesamten Prozess. Noch wichtiger ist, dass bei der Produktion hochentwickelter Smartphones und anderer Technologien die Kosten niedrig gehalten werden müssen, während gleichzeitig versucht wird, die hohe Nachfrage zu decken.

Man kann sagen, dass Stickstoff Werkzeuge, Räume und Leitungen vor jeder potenziellen Feuchtigkeit, chemischen Verunreinigungen und Partikeln schützt. Es ist ein essenzielles Gas, das vom Anfang bis zum Ende des gesamten Prozesses eingesetzt wird, und daher ist es kein Wunder, dass Generatoren vor Ort installiert werden.

Sauerstoff

Wie Sie wissen, ist Sauerstoff ein Oxidationsmittel, daher ist er essenziell für eine Ablagerungsreaktion. Er wird verwendet, um Siliziumoxid-Schichten für verschiedene Elemente im Prozess zu wachsen, wie z.B. Diffusionsmasken.

Wenn Sauerstoff für die Herstellung von Halbleitern verwendet wird, muss das Gas ultrahochrein sein, um zu verhindern, dass irgendwelche Unreinheiten die Produktion und Leistung des Geräts beeinträchtigen.

Während des Etchens wird Sauerstoff auch verwendet, um jegliches zusätzliche Materialabfallprodukt zu entfernen. Er kann auch verwendet werden, um jedes Etchmuster permanent zu machen.

Schließlich hilft Sauerstoff auch dabei, reaktive Gase durch Oxidationsreaktionen zu neutralisieren, die sich auf die Produktqualität auswirken könnten. Daher hilft auch Sauerstoff, genau wie Stickstoff, sicherzustellen, dass keine Verschmutzung auftritt.

Argon

Argon wird hauptsächlich für den Ablagerungs- und Etchprozess im UV-Lithographielaser verwendet und dient dazu, das kleinste Muster auf dem Halbleiterchip herzustellen.

Während der Herstellung der benötigten Siliziumwafer wird Argon-Gas verwendet, um das auf dem Wafer entstehende Siliziumkristall vor einer möglichen Reaktion mit Sauerstoff und Stickstoff während des Hochtemperaturwachstumsprozesses zu schützen.

Da Argon ebenfalls ein sehr träges Gas ist, wird es verwendet, um eine nicht reaktive Umgebung für die Metallsputterablagung zu bereitstellen. Manchmal ist die Reaktivität von Stickstoff zu stark, was zur Bildung von Metallnitriden führt.

Darüber hinaus wird flüssiges Argon mit Werkzeugen verwendet, um die kleinsten und empfindlichsten Chips zu reinigen.

Wasserstoff

Die Verwendung von Wasserstoff in der Halbleiterherstellung könnte aufgrund steigender Nachfrage zunehmen. Insbesondere in der Photolithographie wird Wasserstoff verwendet, um sich mit chemischem Zinn zu verbinden und Zinnhydrid zu erzeugen. Zinnhydrid ist notwendig, damit es sich nicht auf teuren optischen Elementen ansammelt.

Es wird für die epitaxiale Ablagerung von Silizium und Silizium-Germanium im Ablagerungsprozess sowie für die Oberflächenbearbeitung durch den Rückglücksprozess verwendet.

Wasserstoff wird verwendet, um eine neue Oxidschicht zu erstellen, um die bestehende dünne Schicht zu modifizieren. Dieser Prozess erfolgt in Hochdruck- und Hochtemperaturumgebungen, was bedeutet, dass die Steuerung von Flussrate, Temperatur und Druck sehr wichtig ist.

Außerdem wird Wasserstoff auch in der Dotierungsphase verwendet, um die Zersetzung zu kontrollieren, da das in diesem Prozess verwendete Gas hochgradig toxisch ist. Deshalb müssen sie in einem Gerät aufbewahrt werden, das Verlecks verhindern kann.

Auch Diboran ist ein in der Dotierungsprozess verwendeter Stoff, doch aufgrund seiner thermischen Instabilität zersetzt er sich langsam, weshalb Wasserstoff benötigt wird, um ihn zu stabilisieren.

Halbleiter im täglichen Leben

Halbleiter werden in allerlei täglicher Geräte eingesetzt, wie Computer, Smartphones, Fernseher, sowie in fortgeschrittenen Technologien, wie medizinische Geräte, Militärsysteme und viele andere Anwendungen.

Sie sind Teil unseres täglichen Lebens, und wir bemerken sie nicht, weil sie in den Geräten enthalten sind, die wir jeden Tag verwenden. Ohne Halbleiter könnten wir viele Dinge nicht tun. Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie werden sie zuverlässiger, intelligenter und kompakter werden.

Von der Kommunikation, dem Transport und dem Unterhaltungsbereich – das ist nur ein kleiner Teil dessen, was Halbleiter für uns geleistet haben. Sie werden zukünftige Technologie und Innovation antreiben und uns ermöglichen, Dinge zu tun, die wir uns noch nie vorgestellt haben.