Cách khí được sử dụng trong sản xuất bán dẫn

Ngành công nghiệp bán dẫn là một ngành công nghiệp toàn cầu khổng lồ, tiếp tục phát triển mỗi năm, điều này có nghĩa là nhu cầu về khí siêu sạch sẽ tăng lên tương ứng.

Việc có một nguồn cung cấp khí siêu tinh khiết đáng tin cậy là điều cần thiết cho việc sản xuất bán dẫn, đặc biệt là trong các công nghệ tiên tiến như điện thoại thông minh và xe tự lái.

Quy trình sản xuất mạch tích hợp rất phức tạp, yêu cầu hơn 30 loại khí khác nhau ở tất cả các giai đoạn, điều này làm cho phạm vi khí được sử dụng là một trong những phạm vi rộng nhất trong bất kỳ ngành công nghiệp nào.

Khí là một phần quan trọng trong việc sản xuất bán dẫn, vì nó có thể tạo ra các phản ứng hóa học cần thiết để định hình các đặc tính điện của bán dẫn. Do sự phức tạp của nó, khí được sử dụng ở mỗi giai đoạn của quy trình sản xuất cần phải chính xác để cấu hình đúng đắn cho bán dẫn.

Với sự phát triển liên tục của ngành công nghiệp bán dẫn, các loại khí được sử dụng trong quá trình này cũng đang phát triển. Một số khí cốt lõi được sử dụng bao gồm nitơ, oxy, argon và hidro. Chúng tôi sẽ thảo luận sâu về vai trò của chúng trong quá trình sản xuất.

Nitơ

Do sự sẵn có và tính trơ, nitơ là khí chính được sử dụng trong mỗi bước của quá trình sản xuất bán dẫn, nhưng việc sử dụng chính của nó là ở giai đoạn làm sạch. Ở giai đoạn này, nitơ được sử dụng để xả từng kênh và mạng ống nhằm loại bỏ oxy khỏi các máy móc và công cụ, từ đó bảo vệ chúng khỏi các khí khác có thể làm ô nhiễm quy trình.

Ngoài ra, hầu hết các nhà máy bán dẫn đều được trang bị máy phát nitơ tại chỗ do việc sử dụng nhiều nitơ trong toàn bộ quá trình. Quan trọng hơn, với việc sản xuất các smartphone công nghệ cao và các công nghệ khác, điều bắt buộc là phải giữ chi phí thấp trong khi cố gắng đáp ứng nhu cầu cao.

Bạn có thể nói rằng nitơ giúp giữ cho các công cụ, không gian và ống tránh xa độ ẩm tiềm tàng, chất gây ô nhiễm hóa học và các hạt bụi. Đây là một khí gas thiết yếu, được sử dụng xuyên suốt quá trình từ đầu đến cuối, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi họ lắp đặt máy phát tại chỗ.

Oxy

Như bạn biết, oxy là một chất oxi hóa, vì vậy nó rất cần thiết để tạo ra phản ứng lắng đọng. Oxy được sử dụng để phát triển các lớp silicon oxide cho nhiều phần tử khác nhau trong quá trình này, chẳng hạn như mặt nạ khuếch tán.

Khi oxy được sử dụng trong sản xuất bán dẫn, khí phải có độ tinh khiết siêu cao để ngăn chặn bất kỳ tạp chất nào ảnh hưởng đến việc sản xuất và hiệu suất của thiết bị.

Trong quá trình etching, oxy cũng được sử dụng để loại bỏ bất kỳ chất thải vật liệu dư thừa nào được tạo ra. Nó cũng có thể được sử dụng để làm cho bất kỳ mẫu etching nào trở nên vĩnh viễn.

Cuối cùng, oxy còn giúp trung hòa các khí phản ứng thông qua các phản ứng oxi hóa có thể làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Do đó, giống như nitơ, oxy cũng giúp đảm bảo rằng không có sự ô nhiễm nào xảy ra.

Argon

Argon chủ yếu được sử dụng trong quá trình lắng đọng và etching trong tia laser lithography tia cực tím, và được sử dụng để tạo ra mẫu nhỏ nhất trên chip bán dẫn.

Trong quá trình sản xuất tấm wafer silic theo yêu cầu, khí argon được sử dụng để bảo vệ tinh thể silic hình thành trên wafer khỏi bất kỳ phản ứng tiềm ẩn nào với oxy và nitơ trong quá trình tăng trưởng nhiệt độ cao.

Vì argon cũng là một loại khí tr隋 rất cao, nó được sử dụng để cung cấp môi trường không phản ứng cho quá trình bắn kim loại (sputtering deposition). Đôi khi tính phản ứng của nitơ quá mạnh, điều này sẽ dẫn đến sự hình thành các hợp chất nitrua kim loại.

Ngoài ra, argon lỏng được sử dụng cùng với các công cụ để làm sạch những con chip nhỏ nhất và mong manh nhất.

Hydrogene

Việc sử dụng hidro trong sản xuất bán dẫn có thể tăng lên do nhu cầu cao hơn. Đặc biệt ở giai đoạn quang khắc, hidro được sử dụng để phản ứng với thiếc hóa học để tạo ra hydrua thiếc. Hydrua thiếc là cần thiết để không tích tụ trên các yếu tố quang học đắt tiền.

Nó được sử dụng cho quá trình lắng đọng epitaxial của silic và germani-silic trong quá trình lắng đọng, và cũng cho việc chuẩn bị bề mặt bằng quá trình nung nhiệt (annealing process).

Hydrogen được sử dụng để tạo ra một lớp oxit mới nhằm sửa đổi lớp phim mỏng hiện có. Quá trình này diễn ra trong môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao, điều này có nghĩa là việc kiểm soát tốc độ dòng chảy, nhiệt độ và áp suất rất quan trọng.

Ngoài ra, hydro cũng được sử dụng trong giai đoạn pha tạp để giúp kiểm soát sự phân hủy, vì khí được sử dụng trong quá trình này có tính độc hại cao. Vì vậy, chúng cần được lưu trữ trong thiết bị có khả năng ngăn ngừa rò rỉ.

Diborane cũng là một chất hóa học được sử dụng trong quá trình pha tạp, nhưng do sự bất ổn định nhiệt, nó sẽ phân hủy từ từ, nên cần hydro để giúp ổn định nó.

Bán dẫn trong cuộc sống hàng ngày

Bán dẫn được sử dụng trong mọi loại thiết bị hàng ngày, chẳng hạn như máy tính, điện thoại thông minh, ti vi, và cũng được sử dụng trong các công nghệ tiên tiến, như thiết bị y tế, hệ thống quân sự và nhiều ứng dụng khác.

Chúng là một phần của cuộc sống hàng ngày của chúng ta và chúng ta không để ý đến chúng vì chúng tồn tại trong các thiết bị mà chúng ta sử dụng mỗi ngày. Không có bán dẫn, chúng ta sẽ không thể làm được nhiều việc. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, chúng sẽ trở nên đáng tin cậy hơn, thông minh hơn và nhỏ gọn hơn.

Từ giao tiếp, vận tải đến giải trí, đây chỉ là một phần nhỏ những gì mà các linh kiện bán dẫn đã làm cho chúng ta. Chúng sẽ thúc đẩy công nghệ và sáng tạo trong tương lai, giúp chúng ta làm được những điều mà trước đây chưa bao giờ tưởng tượng đến.