Comment les gaz sont utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs

L'industrie des semi-conducteurs est une immense industrie mondiale, qui continue de croître chaque année, ce qui signifie que la demande en gaz de haute pureté augmentera en conséquence.

Disposer d'un approvisionnement fiable en gaz de haute pureté est essentiel pour la fabrication de semi-conducteurs, en particulier dans les technologies avancées telles que les téléphones intelligents et les véhicules autonomes.

Le processus de production de circuits intégrés est très complexe, nécessitant plus de 30 gaz différents à toutes les étapes, ce qui fait de la gamme de gaz utilisés l'une des plus largement utilisées dans toute industrie.

Le gaz joue un rôle important dans la fabrication des semi-conducteurs, car il peut produire les réactions chimiques nécessaires pour façonner les caractéristiques électriques des semi-conducteurs. En raison de sa complexité, le gaz utilisé à chaque étape du processus de fabrication doit être précis et précis pour configurer correctement le semi-conducteur.

Avec le développement continu de l’industrie des semi-conducteurs, les gaz utilisés dans le procédé se développent également. Certains des gaz principaux utilisés comprennent l’azote, l’oxygène, l’argon et l’hydrogène. Nous discuterons en profondeur de leurs rôles dans le processus de fabrication.

Azote

En raison de sa disponibilité et de son inertie, l'azote est le gaz principal utilisé à chaque étape du processus de fabrication des semi-conducteurs, mais son utilisation principale se situe dans l'étape de purge. À ce stade, l'azote est utilisé pour rincer chaque canal et réseau de canalisations afin d'éliminer tout oxygène présent dans les machines et les outils, afin de les protéger des autres gaz susceptibles de contaminer le processus.

De plus, la plupart des usines de semi-conducteurs sont équipées de générateurs d’azote sur site en raison de la forte utilisation d’azote dans l’ensemble du processus. Plus important encore, avec la production de smartphones de haute technologie et d’autres technologies, il est impératif de maintenir les coûts à un niveau bas tout en essayant de répondre à la forte demande.

On peut dire que l’azote maintient les outils, les espaces et les tuyaux à l’écart de toute humidité potentielle, de tout contaminant chimique et de toute particule. Il s'agit d'un gaz essentiel, utilisé tout au long du processus, du début à la fin, ce qui n'est pas étonnant qu'ils installent des générateurs sur place.

Oxygène

Comme vous le savez, l’oxygène est un oxydant, il est donc essentiel de produire une réaction de dépôt. Il est utilisé pour faire croître des couches d’oxyde de silicium pour divers éléments du processus, tels que les masques de diffusion.

Lorsque l’oxygène est utilisé pour la fabrication de semi-conducteurs, le gaz doit être d’une pureté ultra-élevée pour empêcher toute impureté d’affecter la production et les performances de l’appareil.

Pendant le processus de gravure, l’oxygène est également utilisé pour éliminer tout déchet de matériau supplémentaire généré. Il peut également être utilisé pour rendre permanent n’importe quel motif de gravure.

Enfin, l’oxygène contribue également à neutraliser les gaz réactifs via des réactions d’oxydation susceptibles de modifier la qualité du produit. Par conséquent, comme l’azote, l’oxygène contribue également à garantir qu’aucune pollution ne se produise.

Argon

L'argon est principalement utilisé pour le processus de dépôt et de gravure dans le laser de lithographie ultraviolette et est utilisé pour créer le plus petit motif sur la puce semi-conductrice.

Lors de la fabrication de la plaquette de silicium requise, de l'argon gazeux est utilisé pour protéger le cristal de silicium formé sur la plaquette de toute réaction potentielle avec l'oxygène et l'azote pendant le processus de croissance à haute température.

L'argon étant également un gaz très inerte, il est utilisé pour fournir un environnement non réactif pour le dépôt par pulvérisation métallique. Parfois la réactivité de l’azote est trop forte, ce qui va conduire à la formation de nitrures métalliques.

De plus, l’argon liquide est utilisé avec les outils pour nettoyer les copeaux les plus petits et les plus fragiles.

Hydrogène

L’utilisation d’hydrogène dans la fabrication de semi-conducteurs pourrait augmenter en raison d’une demande plus élevée. En particulier au stade de la photolithographie, l’hydrogène est utilisé pour réagir avec l’étain chimique afin de produire de l’hydrure d’étain. L'hydrure d'étain est nécessaire pour ne pas s'accumuler sur des éléments optiques coûteux.

Il est utilisé pour le dépôt épitaxial de silicium et de silicium germanium dans le processus de dépôt, ainsi que pour la préparation de surface par processus de recuit.

L'hydrogène est utilisé pour créer une nouvelle couche d'oxyde afin de modifier le film mince existant. Ce processus se produit dans des environnements à haute pression et à haute température, ce qui signifie que le contrôle du débit, de la température et de la pression est très important.

De plus, l’hydrogène est également utilisé lors de l’étape de dopage pour aider à contrôler la décomposition, car le gaz utilisé dans ce processus est hautement toxique. Il y en a tellement qu’ils doivent être stockés dans un dispositif capable d’éviter les fuites.

Le diborane est également un produit chimique utilisé dans le processus de dopage, mais en raison de l'instabilité thermique, il se décomposera lentement, de sorte que l'hydrogène est nécessaire pour aider à le stabiliser.

Les semi-conducteurs dans la vie quotidienne

Les semi-conducteurs sont utilisés dans toutes sortes d’équipements quotidiens, tels que les ordinateurs, les smartphones, les téléviseurs, mais également dans les technologies avancées, telles que les équipements médicaux, les systèmes militaires et bien d’autres applications.

Ils font partie de notre quotidien et nous ne les remarquons pas car ils existent dans les appareils que nous utilisons au quotidien. Sans semi-conducteurs, nous ne pourrons pas faire grand-chose. Avec le développement de la technologie des semi-conducteurs, ils deviendront plus fiables, intelligents et compacts.

Des communications, des transports et des divertissements, ce ne sont là qu’une petite partie de ce que les semi-conducteurs ont fait pour nous. Ils alimenteront la technologie et l’innovation futures, nous permettant de réaliser des choses que nous n’aurions jamais imaginées.