Come vengono utilizzati i gas nella produzione di semiconduttori

L'industria dei semiconduttori è un'enorme industria globale che continua a crescere ogni anno, il che significa che la domanda di gas ad alta purezza aumenterà di conseguenza.

Avere un approvvigionamento affidabile di gas ad alta purezza è essenziale per la produzione di semiconduttori, soprattutto nelle tecnologie avanzate come i telefoni intelligenti e i veicoli autonomi.

Il processo di produzione di circuiti integrati è molto complesso, richiedendo più di 30 gas diversi in tutte le fasi, il che rende il range di gas utilizzati uno dei più ampi in qualsiasi industria.

Il gas è una parte importante della produzione di semiconduttori, poiché può generare le reazioni chimiche necessarie per plasmare le caratteristiche elettriche dei semiconduttori. A causa della sua complessità, il gas utilizzato in ogni fase del processo di produzione deve essere preciso e accurato per configurare correttamente il semiconduttore.

Con lo sviluppo continuo dell'industria dei semiconduttori, anche i gas utilizzati nel processo stanno evolvendo. Alcuni dei gas principali utilizzati includono azoto, ossigeno, argon e idrogeno. Discuteremo a fondo i loro ruoli nel processo di produzione.

Azoto

A causa della sua disponibilità e inerzia, l'azoto è il gas principale utilizzato in ogni fase del processo di produzione dei semiconduttori, ma il suo uso principale è nella fase di purging. A questa fase, l'azoto viene utilizzato per pulire ogni canale e rete di tubazioni per rimuovere qualsiasi ossigeno dalle macchine e dagli strumenti, al fine di proteggerli da altri gas che potrebbero contaminare il processo.

Inoltre, la maggior parte delle fabbriche di semiconduttori è dotata di generatori di azoto sul sito a causa dell'ampio utilizzo di azoto in tutto il processo. Più importante ancora, con la produzione di smartphone ad alta tecnologia e altre tecnologie, è fondamentale mantenere i costi bassi mentre si cerca di soddisfare la grande richiesta.

Si può dire che l'azoto tiene gli strumenti, gli spazi e le tubazioni lontani da qualsiasi umidità potenziale, contaminanti chimici e particelle. È un gas essenziale, utilizzato in tutto il processo dall'inizio alla fine, il che spiega perché installano generatori sul sito.

Ossigeno

Come sai, l'ossigeno è un ossidante, quindi è essenziale per produrre una reazione di deposizione. Viene utilizzato per far crescere strati di biossido di silicio per vari elementi del processo, come le maschere di diffusione.

Quando l'ossigeno viene utilizzato per la produzione di semiconduttori, il gas deve essere di ultra-alta purezza per prevenire qualsiasi impurità che possa influenzare la produzione e le prestazioni del dispositivo.

Durante il processo di incisione, l'ossigeno viene anche utilizzato per rimuovere eventuali scarti di materiale aggiuntivo generati. Può inoltre essere utilizzato per rendere permanente qualsiasi schema di incisione.

Infine, l'ossigeno aiuta anche a neutralizzare i gas reattivi attraverso reazioni di ossidazione che potrebbero alterare la qualità del prodotto. Pertanto, come l'azoto, l'ossigeno contribuisce anche a garantire che non si verifichi alcuna inquinazione.

Argon

L'argon viene utilizzato principalmente per il processo di deposizione e incisione nel laser di litografia ultravioletta e viene usato per creare il pattern più piccolo sulla scheda del semiconduttore.

Durante la produzione del wafer di silicio richiesto, il gas argon viene utilizzato per proteggere il cristallo di silicio formato sul wafer da eventuali reazioni con ossigeno e azoto durante il processo di crescita a alta temperatura.

Poiché l'argon è anche un gas molto inerte, viene utilizzato per fornire un ambiente non reattivo per la deposizione a getto di metalli. A volte la reattività dell'azoto è troppo forte, il che porterà alla formazione di nitruri metallici.

Inoltre, l'argon liquido viene utilizzato con strumenti per pulire i chip più piccoli e fragili.

Idrogeno

L'uso di idrogeno nella produzione di semiconduttori potrebbe aumentare a causa di una maggiore domanda. In particolare, nella fase di fotolitografia, l'idrogeno viene utilizzato per reagire con lo stanno chimico per produrre stannuro di idrogeno. Lo stannuro di idrogeno è necessario per non accumularsi sugli elementi ottici costosi.

Viene utilizzato per la deposizione epitassiale di silicio e germanio-silicio nel processo di deposizione e anche per la preparazione della superficie tramite il processo di annealing.

L'idrogeno viene utilizzato per creare un nuovo strato di ossido per modificare il film sottile esistente. Questo processo avviene in ambienti ad alta pressione e alta temperatura, il che significa che il controllo del flusso, della temperatura e della pressione è molto importante.

Inoltre, l'idrogeno viene anche utilizzato nella fase di doping per aiutare a controllare la decomposizione, poiché il gas utilizzato in questo processo è altamente tossico. Tanto da richiedere di essere immagazzinati in un dispositivo in grado di prevenire le perdite.

Il diborano è anch'esso un chimico utilizzato nel processo di doping, ma a causa della sua instabilità termica si decompone lentamente, quindi è necessario l'idrogeno per aiutarlo a stabilizzarsi.

Semiconduttori nella vita quotidiana

I semiconduttori vengono utilizzati in tutti i tipi di attrezzature quotidiane, come computer, smartphone, televisioni, e anche in tecnologie avanzate, come attrezzature mediche, sistemi militari e molte altre applicazioni.

Fanno parte della nostra vita quotidiana e non ce ne accorgiamo perché sono presenti nei dispositivi che utilizziamo ogni giorno. Senza semiconduttori, non saremmo in grado di fare molte cose. Con lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori, diventeranno più affidabili, intelligenti e compatti.

Dalla comunicazione, al trasporto e all'intrattenimento, queste sono solo alcune delle cose che i semiconduttori hanno fatto per noi. Potenziarono la tecnologia e l'innovazione futura, permettendoci di fare cose che non avremmo mai immaginato.