Divulgazione dei gas a purezza ultraelevata nella produzione di semiconduttori! Italia

I gas ad altissima purezza sono essenziali in tutta la catena di fornitura dei semiconduttori. In effetti, per una tipica fabbrica, i gas ad elevata purezza rappresentano la spesa materiale più elevata dopo il silicio stesso. Sulla scia della carenza globale di chip, il settore si sta espandendo più velocemente che mai e la domanda di gas ad elevata purezza è in aumento.

I gas sfusi più comunemente utilizzati nella produzione di semiconduttori sono azoto, elio, idrogeno e argon.

Azoto

L’azoto costituisce il 78% della nostra atmosfera ed è estremamente abbondante. Capita anche di essere chimicamente inerte e non conduttivo. Di conseguenza, l’azoto ha trovato la sua strada in numerosi settori come gas inerte economicamente vantaggioso.

L’industria dei semiconduttori è un grande consumatore di azoto. Si prevede che un moderno impianto di produzione di semiconduttori utilizzerà fino a 50,000 metri cubi di azoto all’ora. Nella produzione di semiconduttori, l'azoto agisce come gas inerte e di spurgo per uso generale, proteggendo i sensibili wafer di silicio dall'ossigeno reattivo e dall'umidità presente nell'aria.

Elio

L'elio è un gas inerte. Ciò significa che, come l'azoto, l'elio è chimicamente inerte, ma presenta anche il vantaggio aggiuntivo di un'elevata conduttività termica. Ciò è particolarmente utile nella produzione di semiconduttori, poiché consente di condurre in modo efficiente il calore lontano dai processi ad alta energia e di contribuire a proteggerli da danni termici e reazioni chimiche indesiderate.

Idrogeno

L’idrogeno è ampiamente utilizzato in tutto il processo di produzione dei componenti elettronici e la produzione di semiconduttori non fa eccezione. In particolare l’idrogeno viene utilizzato per:

Ricottura: i wafer di silicio vengono generalmente riscaldati a temperature elevate e raffreddati lentamente per riparare (ricottura) la struttura cristallina. L'idrogeno viene utilizzato per trasferire il calore in modo uniforme al wafer e per favorire la ricostruzione della struttura cristallina.

Epitassia: l'idrogeno ad altissima purezza viene utilizzato come agente riducente nella deposizione epitassiale di materiali semiconduttori come silicio e germanio.

Deposizione: l'idrogeno può essere drogato in pellicole di silicio per rendere la loro struttura atomica più disordinata, contribuendo ad aumentare la resistività.

Pulizia al plasma: il plasma all'idrogeno è particolarmente efficace nel rimuovere la contaminazione di stagno dalle sorgenti luminose utilizzate nella litografia UV.

Argo

L'argon è un altro gas nobile, quindi presenta la stessa bassa reattività dell'azoto e dell'elio. Tuttavia, la bassa energia di ionizzazione dell'argon lo rende utile nelle applicazioni dei semiconduttori. A causa della sua relativa facilità di ionizzazione, l'argon è comunemente utilizzato come gas plasmatico primario per le reazioni di attacco e deposizione nella produzione di semiconduttori. Oltre a questo, l'argon viene utilizzato anche nei laser ad eccimeri per la litografia UV.

Perché la purezza è importante

In genere, i progressi nella tecnologia dei semiconduttori sono stati ottenuti attraverso il ridimensionamento delle dimensioni e la nuova generazione di tecnologia dei semiconduttori è caratterizzata da dimensioni più piccole. Ciò offre molteplici vantaggi: più transistor in un dato volume, correnti migliorate, consumo energetico inferiore e commutazione più rapida.

Tuttavia, man mano che le dimensioni critiche diminuiscono, i dispositivi a semiconduttore diventano sempre più sofisticati. In un mondo in cui conta la posizione dei singoli atomi, le soglie di tolleranza ai guasti sono molto strette. Di conseguenza, i moderni processi dei semiconduttori richiedono gas di processo con la massima purezza possibile.

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