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半導體制造中超高純度氣體科普

2023-04-26 17:10:48        0

超高純度氣體在整個(gè)半導體供應鏈中必不可少。事實(shí)上,對于一個(gè)典型的晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō),高純度氣體是僅次于硅本身的最大材料支出。在全球芯片短缺之后,該行業(yè)的擴張速度比以往任何時(shí)候都快——對高純度氣體的需求也在增加。

導體制造中最常用的大宗氣體是氮氣、氦氣、氫氣和氬氣。

氮氣占我們大氣層的 78%,含量極其豐富。它也恰好是化學(xué)惰性的和不導電的。因此,氮氣作為一種具有成本效益的惰性氣體已進(jìn)入多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。

半導體行業(yè)是氮氣的主要消費者。一個(gè)現代化的半導體制造廠(chǎng)預計每小時(shí)要使用多達 50,000 立方米的氮氣。在半導體制造中,氮氣起著(zhù)通用惰性和吹掃氣體的作用,保護敏感的硅晶片免受空氣中的活性氧和水分的影響。

氦氣是一種惰性氣體。這意味著(zhù),與氮氣一樣,氦氣具有化學(xué)惰性——但它還具有高導熱性的額外優(yōu)勢。這在半導體制造中特別有用,使其能夠有效地將熱量從高能過(guò)程中傳導出去,并有助于保護它們免受熱損傷和不需要的化學(xué)反應。

氫在整個(gè)電子制造過(guò)程中被廣泛使用,半導體生產(chǎn)也不例外。特別是,氫氣用于:

退火:硅晶片通常被加熱到高溫并緩慢冷卻,以修復(退火)晶體結構。氫氣用于將熱量均勻地傳遞到晶圓,并協(xié)助重建晶體結構。

外延:超高純氫在硅、鍺等半導體材料的外延沉積中用作還原劑。

沉積:氫可以摻入硅薄膜中,使其原子結構更加無(wú)序,有助于提高電阻率。

等離子清洗:氫等離子在去除 UV 光刻中使用的光源中的錫污染方面特別有效。

氬氣

氬氣是另一種惰性氣體,因此它與氮氣和氦氣一樣表現出低反應性。然而,氬的低電離能使其在半導體應用中得到使用。由于氬氣相對容易電離,因此它通常用作半導體制造中蝕刻和沉積反應的主要等離子氣體。除此之外,氬還用于紫外光刻的準分子激光器中。

為什么純度很重要

通常,半導體技術(shù)的進(jìn)步是通過(guò)尺寸縮放實(shí)現的,新一代半導體技術(shù)的特征是更小的特征尺寸。這會(huì )產(chǎn)生多種好處:在給定體積中裝入更多晶體管、改善電流、降低功耗和加快開(kāi)關(guān)速度。

然而,隨著(zhù)臨界尺寸的下降,半導體器件變得越來(lái)越精密。在單個(gè)原子的位置很重要的世界中,容錯閾值非常嚴格。因此,現代半導體工藝要求工藝氣體具有盡可能高的純度。

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