Cómo se utilizan los gases en la fabricación de semiconductores

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

Tener un suministro confiable 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, requiriendo más de 30 gases diferentes en todas las etapas, lo que hace que el rango de gases utilizados sea uno de los más amplios en cualquier industria.

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

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

Nitrógeno

Debido a su disponibilidad e inercia, el nitrógeno es el gas principal utilizado en cada etapa del proceso de fabricación de semiconductores, pero su uso principal es en la etapa de purga. En esta etapa, se utiliza nitrógeno para limpiar cada canal y red de tuberías con el fin de eliminar todo el oxígeno en las máquinas y herramientas, con el 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 en el lugar debido al gran uso de nitrógeno en todo el proceso. Más importante aún, con la producción de smartphones de alta tecnología y otras tecnologías, es imperativo mantener el costo bajo mientras se intenta satisfacer la alta demanda.

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

Oxígeno

Como sabes, el oxígeno es un oxidante, por lo que es esencial para producir una reacción de deposición. Se utiliza para crecer capas de óxido de silicio para varios elementos en el proceso, como máscaras de difusión.

Cuando se utiliza oxígeno en la fabricación de semiconductores, el gas debe ser de ultra-alta pureza para evitar que cualquier impureza afecte la producción y el rendimiento del dispositivo.

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

Finalmente, el oxígeno también ayuda a neutralizar gases reactivos mediante reacciones de oxidación que podrían alterar la calidad del producto. Por lo tanto, al igual que el nitrógeno, el oxígeno también ayuda a asegurar que no ocurra ninguna contaminación.

Argón

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

Durante la fabricación de la oblea de silicio requerida, se utiliza el 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 sputtering metálico. A veces, la reactividad del nitrógeno es demasiado fuerte, lo que llevará a la formación de nitruros metálicos.

Además, el argón líquido se utiliza con herramientas para limpiar los chips más pequeños y frágiles.

Hidrógeno

El uso de hidrógeno en la fabricación de semiconductores podría aumentar debido a una mayor demanda. Especialmente en la etapa de fotolitografía, el hidrógeno se utiliza para reaccionar con estaño químico y producir esteano. El esteano es necesario para que no se acumule en los elementos ópticos costosos.

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

El hidrógeno se utiliza para crear una nueva capa de óxido que modifica la película delgada existente. Este proceso ocurre en entornos de alta presión y alta temperatura, lo que significa que el control de la velocidad de flujo, 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, ya que el gas utilizado en este proceso es altamente tóxico. Por lo que deben almacenarse en un dispositivo que pueda prevenir fugas.

El diborano también es un químico utilizado en el proceso de dopaje, pero debido a su inestabilidad térmica, se descompone lentamente, por lo que se necesita hidrógeno para ayudar a estabilizarlo.

Semiconductores en la vida cotidiana

Los semiconductores se utilizan en todo tipo de equipos diarios, como computadoras, smartphones, televisores, y también en tecnologías avanzadas, como equipos médicos, sistemas militares y muchas otras aplicaciones.

Son parte de nuestra vida diaria y no los notamos porque están presentes en los dispositivos que usamos todos los días. Sin semiconductores, no podríamos hacer muchas cosas. Con el desarrollo de la tecnología de semiconductores, estos se volverán más confiables, inteligentes y compactos.

Desde la comunicación, el transporte y el entretenimiento, esto es solo una pequeña parte de lo que los semiconductores han hecho por nosotros. Impulsarán la tecnología e innovación del futuro, permitiéndonos hacer cosas que nunca imaginamos.