Cómo se utilizan los gases en la fabricación de semiconductores

La industria de los semiconductores es una enorme industria mundial que sigue creciendo cada año, lo que significa que la demanda de gases de alta pureza aumentará en consecuencia.

Disponer de un suministro fiable de gas de alta pureza es esencial para la fabricación de semiconductores, especialmente en tecnologías avanzadas como los teléfonos inteligentes y los vehículos autónomos.

El proceso de producción de circuitos integrados es muy complejo y requiere más de 30 gases diferentes en todas las etapas, lo que hace que la gama de gases utilizados sea una de las más utilizadas en cualquier industria.

El gas es una parte importante de la fabricación de semiconductores porque puede producir reacciones químicas necesarias para dar forma a las características eléctricas de los semiconductores. Debido a su complejidad, el gas utilizado en cada etapa del proceso de fabricación debe ser preciso y preciso para configurar correctamente el semiconductor.

Con el continuo desarrollo de la industria de los semiconductores, los gases utilizados en el proceso también están evolucionando. Algunos de los gases centrales utilizados incluyen nitrógeno, oxígeno, argón e hidrógeno. Discutiremos en profundidad sus roles en el proceso de fabricación.

Nitrógeno

Debido a su disponibilidad e inercia, el nitrógeno es el gas central utilizado en cada paso del proceso de fabricación de semiconductores, pero su uso principal es en la etapa de purga. En esta etapa, se utiliza nitrógeno para lavar cada canal y red de tuberías para eliminar el oxígeno de las máquinas y herramientas, a fin de protegerlas de otros gases que puedan contaminar el proceso.

Además, la mayoría de las fábricas de semiconductores están equipadas con generadores de nitrógeno in situ debido al gran uso de nitrógeno en todo el proceso. Más importante aún, con la producción de teléfonos inteligentes de alta tecnología y otras tecnologías, es imperativo mantener el costo bajo y al mismo tiempo intentar satisfacer la gran demanda.

Se puede decir que el nitrógeno mantiene las herramientas, los espacios y las tuberías alejados de cualquier posible humedad, contaminantes químicos y partículas. Es un gas esencial, que se utiliza durante todo el proceso desde el principio hasta el final, por lo que no es de extrañar que instalen generadores en el lugar.

Oxígeno

Como sabes, el oxígeno es un oxidante, por lo que es fundamental que se produzca una reacción de deposición. Se utiliza para hacer crecer capas de óxido de silicio para diversos elementos del proceso, como máscaras de difusión.

Cuando se utiliza oxígeno para la fabricación de semiconductores, el gas debe tener una pureza ultraalta para evitar que cualquier impureza afecte la producción y el rendimiento del dispositivo.

Durante el proceso de grabado, también se utiliza oxígeno para eliminar cualquier residuo de material adicional generado. También se puede utilizar para hacer permanente cualquier patrón de grabado.

Finalmente, el oxígeno también ayuda a neutralizar los gases reactivos mediante reacciones de oxidación que pueden cambiar la calidad del producto. Por lo tanto, al igual que el nitrógeno, el oxígeno también ayuda a que no se produzca contaminación.

Argón

El argón se utiliza principalmente para el proceso de deposición y grabado en el láser de litografía ultravioleta y para crear el patrón más pequeño en el chip semiconductor.

Durante la fabricación de la oblea de silicio requerida, se utiliza gas argón para proteger el cristal de silicio formado en la oblea de cualquier posible reacción con oxígeno y nitrógeno durante el proceso de crecimiento a alta temperatura.

Debido a que el argón también es un gas muy inerte, se utiliza para proporcionar un entorno no reactivo para la deposición por pulverización catódica de metales. A veces, la reactividad del nitrógeno es demasiado fuerte, lo que conducirá a la formación de nitruros metálicos.

Además, el argón líquido se utiliza con herramientas para limpiar las virutas más pequeñas y frágiles.

Hidrógeno

El uso de hidrógeno en la fabricación de semiconductores puede aumentar debido a una mayor demanda. Especialmente en la etapa de fotolitografía, el hidrógeno se utiliza para reaccionar con el estaño químico y producir hidruro de estaño. Se requiere hidruro de estaño para no acumularse en costosos elementos ópticos.

Se utiliza para la deposición epitaxial de silicio y silicio germanio en el proceso de deposición, y también para la preparación de superficies mediante proceso de recocido.

El hidrógeno se utiliza para crear una nueva capa de óxido para modificar la delgada película existente. Este proceso ocurre en ambientes de alta presión y alta temperatura, lo que significa que el control del caudal, la temperatura y la presión es muy importante.

Además, el hidrógeno también se utiliza en la etapa de dopaje para ayudar a controlar la descomposición, debido a que el gas utilizado en este proceso es altamente tóxico. Tantos que es necesario almacenarlos en un dispositivo que pueda evitar fugas.

El diborano también es una sustancia química utilizada en el proceso de dopaje, pero debido a la inestabilidad térmica, se descompondrá lentamente, por lo que se necesita hidrógeno para ayudar a estabilizarlo.

Semiconductores en la vida diaria.

Los semiconductores se utilizan en todo tipo de equipos cotidianos, como ordenadores, teléfonos inteligentes, televisores, y también en tecnologías avanzadas, como equipos médicos, sistemas militares y muchas otras aplicaciones.

Forman parte de nuestra vida diaria y no los notamos porque existen en los dispositivos que utilizamos todos los días. Sin semiconductores no podremos hacer muchas cosas. Con el desarrollo de la tecnología de semiconductores, serán más fiables, inteligentes y compactos.

Desde las comunicaciones, el transporte hasta el entretenimiento, estos son sólo una pequeña parte de lo que los semiconductores han hecho por nosotros. Impulsarán la tecnología y la innovación del futuro, permitiéndonos hacer cosas que nunca habíamos imaginado.