Hoe gassen worden gebruikt in de semiconductorproductie

De semiconductorindustrie is een enorme wereldwijde industrie die elk jaar blijft groeien, wat betekent dat de vraag naar hoogzuivere gassen daarmee zal toenemen.

Een betrouwbare voorraad van hoog-reine gas is essentieel voor de productie van halbleiders, vooral in geavanceerde technologieën zoals slimme telefoons en zelfrijdende voertuigen.

Het proces van het produceren van geïntegreerde schakelingen is zeer complex en vereist meer dan 30 verschillende gassen op alle stadia, wat de reikwijdte van gebruikte gassen een van de breedst ingezette maakt in welke industrie dan ook.

Gas is een belangrijk onderdeel van de halbleiderproductie, omdat het chemische reacties kan veroorzaken die nodig zijn om de elektrische eigenschappen van halbleiders te vormen. Vanwege de complexiteit moet het gas dat op elk stadium van het productieproces wordt gebruikt nauwkeurig en precies zijn om de halbleider correct in te richten.

Met de continue ontwikkeling van de halbleiderindustrie ontwikkelen ook de gebruikte gassen zich. Sommige van de kerngassen die worden gebruikt omvatten stikstof, zuurstof, argon en waterstof. We zullen hun rollen in het productieproces diepgaander bespreken.

Stikstof

Vanwege zijn beschikbaarheid en inertheid wordt stikstof gebruikt als de kerngas in elk stadium van het vervaardigingsproces van halbleiders, maar zijn hoofdrol is in de reinigingsfase. In deze fase wordt stikstof gebruikt om elk kanaal en pijpleidingennetwerk te reinigen om alle zuurstof uit de machines en gereedschappen te verwijderen, zodat ze beschermd worden tegen andere gassen die het proces kunnen verontreinigen.

Daarnaast zijn de meeste halbleiderfabrieken uitgerust met stikstofgeneratoren ter plaatse vanwege het grote gebruik van stikstof in het gehele proces. Nog belangrijker is dat, met de productie van hightech smartphones en andere technologieën, het noodzakelijk is om de kosten laag te houden terwijl men probeert aan de hoge vraag te voldoen.

Je kunt zeggen dat stikstof gereedschappen, ruimtes en leidingen beschermt tegen eventuele vochtigheid, chemische verontreinigingen en deeltjes. Het is een essentiële gas die gedurende het hele proces, van begin tot eind, wordt gebruikt, wat verklaart waarom ze generatoren ter plaatse installeren.

Zuurstof

Zoals je weet, is zuurstof een oxidator, dus het is essentieel om een depositiesreactie te laten plaatsvinden. Het wordt gebruikt om siliconoxide-lagen te laten groeien voor verschillende elementen in het proces, zoals diffusiemaskers.

Bij het gebruik van zuurstof voor de productie van halvegeleiders moet de gas ultra-hoogzuiver zijn om te voorkomen dat enige verstoring invloed heeft op de productie en prestaties van het apparaat.

Tijdens het etchproces wordt zuurstof ook gebruikt om eventueel overbodig materiaal afval te verwijderen. Het kan ook worden gebruikt om elk etchpatroon permanent te maken.

Ten slotte helpt zuurstof ook bij het neutraliseren van reactieve gassen door oxidatiereacties die de kwaliteit van het product kunnen beïnvloeden. Daarom helpt zuurstof, net als stikstof, ervoor te zorgen dat er geen verontreiniging optreedt.

Argon

Argon wordt voornamelijk gebruikt voor het depositie- en etchproces in de ultraviolette lithografie-laser en wordt gebruikt om het kleinste patroon op de halvegeleiderchip te maken.

Tijdens de productie van de benodigde siliciumwafer wordt argon gas gebruikt om de siliciumcrystal op de wafer te beschermen tegen eventuele reacties met zuurstof en stikstof tijdens het hoogtemperatuur-grotingsproces.

Omdat argon ook een zeer traag gas is, wordt het gebruikt om een niet-reactief milieu te bieden voor metaal spatterdepositie. Soms is de reactiviteit van stikstof te sterk, wat leidt tot de vorming van metalen nitriden.

Daarnaast wordt vloeibaar argon gebruikt met gereedschappen om de kleinste en kwetsbaarste chips schoon te maken.

Waterstof

De gebruikte van waterstof in de halvegeleiderproductie kan toenemen door een hogere vraag. Vooral in de fotolitografiefase wordt waterstof gebruikt om te reageren met chemisch tin om tinhydride te produceren. Tinhydride is vereist om niet te accumuleren op dure optische elementen.

Het wordt gebruikt voor epitaxiale depositie van silicium en siliciumgermaan in het depositieproces, en ook voor oppervlaktevoorbereiding door het annealingsproces.

Waterstof wordt gebruikt om een nieuwe oxellaag te creëren om de bestaande dunne film te wijzigen. Dit proces vindt plaats in omgevingen met hoge druk en hoge temperatuur, wat betekent dat de controle van stroomsnelheid, temperatuur en druk zeer belangrijk is.

Daarnaast wordt waterstof ook gebruikt in het dopeerings stadium om de ontbinding te helpen beheersen, omdat het gas dat in dit proces wordt gebruikt hoogtoxisch is. Zo veel dat ze in een apparaat opgeslagen moeten worden dat lekkage kan voorkomen.

Diboran wordt ook gebruikt in het dopeeringsproces, maar door thermische onstabielheid zal het langzaam ontbinden, dus waterstof is nodig om het te helpen stabiliseren.

Halveleiders in het dagelijks leven

Halveleiders worden gebruikt in allerlei dagelijkse apparaten zoals computers, smartphones, televisies en ook in geavanceerde technologieën zoals medische apparatuur, militaire systemen en vele andere toepassingen.

Ze zijn een onderdeel van ons dagelijks leven en merken ze niet op omdat ze bestaan in de apparaten die we elke dag gebruiken. Zonder halbleiders zouden we veel dingen niet kunnen doen. Met de ontwikkeling van halbleidertechnologie zullen ze betrouwbaarder, intelligenter en compact worden.

Van communicatie, vervoer tot entertainment, dit is slechts een klein deel van wat halbleiders voor ons hebben gedaan. Ze zullen toekomstige technologie en innovatie aandrijven, waardoor we dingen kunnen doen die we ons nog nooit hebben voorgesteld.