วิธีการใช้ก๊าซในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุตสาหกรรมระดับโลกที่ยังคงเติบโตทุกปี ซึ่งหมายความว่าความต้องการก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูงจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

การมีแหล่งจ่ายก๊าซความบริสุทธิ์สูงที่น่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น สมาร์ทโฟนและยานพาหนะไร้คนขับ

กระบวนการในการผลิตวงจรรวมมีความซับซ้อนมาก ต้องใช้ก๊าซมากกว่า 30 ชนิดที่แตกต่างกันในทุกขั้นตอน ซึ่งทำให้ช่วงของก๊าซที่ใช้นั้นเป็นหนึ่งในช่วงที่กว้างที่สุดในอุตสาหกรรมใด ๆ

ก๊าซเป็นส่วนสำคัญของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เพราะสามารถสร้างปฏิกิริยาเคมีที่จำเป็นเพื่อกำหนดลักษณะทางไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ได้ เนื่องจากความซับซ้อน ก๊าซที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการผลิตต้องมีความแม่นยำและถูกต้องเพื่อปรับตั้งค่าเซมิคอนดักเตอร์อย่างเหมาะสม

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซที่ใช้ในกระบวนการนี้ก็กำลังพัฒนาเช่นกัน ก๊าซหลักบางชนิดที่ใช้ประกอบด้วยไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน และไฮโดรเจน เราจะมาพูดถึงบทบาทของพวกมันในกระบวนการผลิตอย่างลึกซึ้ง

ไนโตรเจน

เนื่องจากความพร้อมใช้งานและความเฉื่อยของไนโตรเจน ไนโตรเจนจึงเป็นแก๊สหลักที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยการใช้งานหลักคือในขั้นตอนการล้าง (purging) ในขั้นตอนนี้ ไนโตรเจนถูกใช้เพื่อล้างช่องทางและเครือข่ายท่อทั้งหมด เพื่อกำจัดออกซิเจนออกจากเครื่องจักรและเครื่องมือ เพื่อป้องกันไม่ให้แก๊สอื่น ๆ ที่อาจทำให้กระบวนการติดเชื้อได้

นอกจากนี้ เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่มีเครื่องกำเนิดไนโตรเจนติดตั้งไว้ในสถานที่ เนื่องจากการใช้งานไนโตรเจนจำนวนมากในกระบวนการทั้งหมด นอกจากนี้ยังสำคัญมากที่จะควบคุมต้นทุนให้ต่ำที่สุดในขณะที่พยายามตอบสนองต่อความต้องการที่สูงขึ้นจากการผลิตสมาร์ทโฟนและเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่ล้ำหน้า

คุณสามารถกล่าวได้ว่า ไนโตรเจนช่วยป้องกันเครื่องมือ พื้นที่ และท่อจากความชื้น เคมีที่อาจปนเปื้อน และอนุภาคต่าง ๆ มันเป็นแก๊สที่จำเป็นซึ่งถูกใช้งานตลอดกระบวนการตั้งแต่ต้นจนจบ จึงไม่น่าแปลกใจว่าทำไมพวกเขาถึงติดตั้งเครื่องกำเนิดในสถานที่

ออกซิเจน

ดังที่คุณทราบ อ็อกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ จึงมีความสำคัญในการสร้างปฏิกิริยาการตกตะกอน ใช้สำหรับเติบโตชั้นซิลิคอนออกไซด์สำหรับองค์ประกอบต่าง ๆ ในกระบวนการ เช่น หน้ากากการกระจายตัว

เมื่อใช้อ็อกซิเจนสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซจะต้องมีความบริสุทธิ์ระดับอัลตราสูงเพื่อป้องกันไม่ให้มีสิ่งปนเปื้อนใด ๆ ส่งผลกระทบต่อการผลิตและการทำงานของอุปกรณ์

ในระหว่างกระบวนการกร่อน อ็อกซิเจนยังใช้ในการกำจัดเศษวัสดุที่เกิดขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อทำให้รูปแบบการกร่อนกลายเป็นถาวร

นอกจากนี้ อ็อกซิเจนยังช่วยในการutralize ก๊าซที่มีปฏิกิริยาผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชัน ซึ่งอาจเปลี่ยนคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น เหมือนไนโตรเจน อ็อกซิเจนยังช่วยให้มั่นใจว่าจะไม่มีมลพิษเกิดขึ้น

อาร์กอน

อาร์กอนใช้หลักสำหรับกระบวนการ deposition และ etching ในเลเซอร์ลิธอกราฟีรังสีอัลตราไวโอเลต และใช้เพื่อสร้างรูปแบบที่เล็กที่สุดบนชิปเซมิคอนดักเตอร์

ในระหว่างการผลิตแผ่นซิลิกอนที่ต้องการ ก๊าซอาร์กอนถูกใช้เพื่อปกป้องผลึกซิลิกอนที่เกิดขึ้นบนแผ่นซิลิกอนจากการทำปฏิกิริยาใดๆ กับออกซิเจนและไนโตรเจนในกระบวนการเติบโตที่อุณหภูมิสูง

เนื่องจากอาร์กอนเป็นก๊าซเฉื่อยมาก มันจึงถูกใช้เพื่อให้สภาพแวดล้อมที่ไม่ทำปฏิกิริยาสำหรับการเคลือบโลหะด้วยกระบวนการพลาสม่า บางครั้งความเฉื่อยของไนโตรเจนอาจแรงเกินไป ซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบไนไตรด์ของโลหะ

นอกจากนี้ ของเหลวอาร์กอนยังถูกใช้ร่วมกับเครื่องมือในการทำความสะอาดชิปที่เล็กที่สุดและบอบบางที่สุด

ไฮโดรเจน

การใช้ไฮโดรเจนในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์อาจเพิ่มขึ้นเนื่องจากความต้องการที่สูงขึ้น โดยเฉพาะในขั้นตอนโฟโตลิธ็อกกราฟี ไฮโดรเจนถูกใช้ในการทำปฏิกิริยากับสารเคมีทินเพื่อสร้างสารประกอบทินไฮดร์ ทินไฮดร์จำเป็นเพื่อไม่ให้สะสมบนองค์ประกอบออปติคอลที่มีราคาแพง

ใช้สำหรับการเคลือบแบบ epitaxial ของซิลิกอนและซิลิกอน-เจอร์เมเนียมในกระบวนการ deposition และยังใช้สำหรับการเตรียมผิวด้วยกระบวนการ annealing

ไฮโดรเจนถูกใช้เพื่อสร้างชั้นออกไซด์ใหม่เพื่อแก้ไขฟิล์มบางที่มีอยู่ การทำปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง ซึ่งหมายความว่าการควบคุมอัตราการไหล อุณหภูมิ และความดันเป็นสิ่งสำคัญมาก

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังถูกใช้ในขั้นตอนการโดปเพื่อช่วยควบคุมการแตกตัว เพราะก๊าซที่ใช้ในกระบวนการนี้มีพิษสูงมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเก็บรักษาไว้ในเครื่องที่สามารถป้องกันการรั่วไหลได้

ไดบอรานยังเป็นสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการโดป แต่เนื่องจากไม่มีเสถียรภาพทางความร้อน มันจะค่อยๆ แตกตัว ดังนั้นจึงต้องใช้ไฮโดรเจนเพื่อช่วยให้มันเสถียร

เซมิคอนดักเตอร์ในชีวิตประจำวัน

เซมิคอนดักเตอร์ถูกใช้ในอุปกรณ์ประจำวันทุกชนิด เช่น คอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน เครื่องโทรทัศน์ และยังใช้ในเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบทางทหาร และแอปพลิเคชันอื่นๆ อีกมากมาย

พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันของเราและเราไม่สังเกตเห็นเพราะมันอยู่ในอุปกรณ์ที่เราใช้ทุกวัน โดยไม่มีเซมิคอนดักเตอร์ เราจะไม่สามารถทำหลายสิ่งได้ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ พวกมันจะกลายเป็นอุปกรณ์ที่น่าเชื่อถือมากขึ้น มีความชาญฉลาด และกะทัดรัดยิ่งขึ้น

จากด้านการสื่อสาร การขนส่ง และความบันเทิง เหล่านี้เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสิ่งที่เซมิคอนดักเตอร์ได้ทำให้เรา พวกมันจะขับเคลื่อนเทคโนโลยีและความคิดสร้างสรรค์ในอนาคต ทำให้เราสามารถทำสิ่งที่เรายังไม่เคยจินตนาการถึง