半導体製造における超純粋ガスの普及！

半導体サプライチェーン全体で超純度ガスが不可欠です。実際、典型的な製造工場では、高純度ガスはシリコンに次いで最大の材料コストとなります。世界的な半導体不足を受け、業界はかつてない速度で拡大しており、高純度ガスの需要も増加しています。

半導体製造で最も一般的に使用される大量ガスは、窒素、ヘリウム、水素、およびアルゴンです。

窒素

窒素は私たちの雰囲気の78%を占めており、非常に豊富です。また、化学的に不活性で非電導性でもあります。その結果、窒素はコスト効果の高い不活性ガスとして多くの産業で使用されています。

半導体産業は窒素の大口消費者です。現代の半導体製造プラントでは、毎時最大5万立方メートルの窒素を使用することが期待されます。半導体製造において、窒素は汎用的な不活性化・洗浄ガスとして機能し、反応性のある酸素や空気中の湿気から敏感なシリコンウェハーを保護します。

ヘリウム

ヘリウムは不活性ガスです。これは、窒素と同様に、ヘリウムが化学的に不活性であることを意味しますが、さらに高い熱伝導率を持つという利点もあります。これは特に半導体製造において有用で、高エネルギーのプロセスから効率的に熱を逃がし、それらを熱損傷や望ましくない化学反応から保護します。

水素

水素は電子部品製造工程全体で広範に使用されており、半導体生産も例外ではありません。特に、水素は次のように使用されます：

焼結処理：シリコンウェハーは通常、高温に加熱され、徐々に冷却されて結晶構造を修復（焼結）します。水素はウェハーに均一に熱を伝え、結晶構造の再構築を支援するために使用されます。

エピタキシャル成長：超高純度の水素は、シリコンやゲルマニウムなどの半導体材料のエピタキシャル沈着において還元剤として使用されます。

堆積：水素はシリコンフィルムにドープされて、その原子構造をより無秩序にすることができ、これにより抵抗値を向上させるのに役立ちます。

プラズマクリーニング：水素プラズマは、UVリソグラフィーで使用される光源からスズ汚染を除去するのに特に効果的です。

アルゴン

アルゴンは別の希ガスであり、窒素やヘリウムと同じように低い反応性を持っています。しかし、アルゴンの低いイオン化エネルギーは、半導体応用において有用です。相対的に容易にイオン化できるため、アルゴンは半導体製造におけるエッチングと堆積反応の主なプラズマガスとして一般的に使用されます。さらに、アルゴンはUVリソグラフィー用のエキシマレーザーでも使用されています。

なぜ純度が重要なのか

通常、半導体技術の進歩はサイズのスケーリングを通じて達成されてきました。そして、新しい世代の半導体技術はより小さな特徴寸法によって特徴づけられています。これにより、複数の利点が得られます：一定の体積あたりのトランジスタ数の増加、電流の改善、消費電力の低減、および高速なスイッチング動作です。

しかし、臨界寸法が小さくなるにつれて、半導体デバイスはますます高度になっています。個々の原子の位置が重要となる世界では、許容誤差は非常に厳密です。その結果、現代の半導体プロセスでは最高の純度を持つプロセスガスが必要とされています。

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