En el proceso de fabricación de fundiciones de obleas de semiconductores con procesos de producción relativamente avanzados, se necesitan casi 50 tipos diferentes de gases. Los gases generalmente se dividen en gases a granel ygases especiales.

Aplicación de gases en las industrias de microelectrónica y semiconductores. El uso de gases siempre ha desempeñado un papel importante en los procesos de semiconductores, especialmente en aquellos ampliamente utilizados en diversas industrias. Desde ULSI y TFT-LCD hasta la actual industria microelectromecánica (MEMS), los procesos de semiconductores se emplean en la fabricación de productos, incluyendo grabado en seco, oxidación, implantación iónica, deposición de películas delgadas, etc.

Por ejemplo, mucha gente sabe que los chips están hechos de arena, pero si se observa el proceso completo de fabricación de chips, se necesitan más materiales, como fotorresina, líquido de pulido, material objetivo, gas especial, etc., que son indispensables. El encapsulado posterior también requiere sustratos, interponedores, marcos de conexión, materiales de unión, etc., de diversos materiales. Los gases especiales electrónicos son el segundo material más importante en los costos de fabricación de semiconductores después de las obleas de silicio, seguidos de las máscaras y las fotorresinas.

La pureza del gas influye decisivamente en el rendimiento de los componentes y en la producción, y la seguridad del suministro de gas está relacionada con la salud del personal y la seguridad de las operaciones de la fábrica. ¿Por qué la pureza del gas tiene un impacto tan grande en la línea de producción y en el personal? Esto no es una exageración, sino que se debe a las características peligrosas del propio gas.

Clasificación de gases comunes en la industria de semiconductores

Gas ordinario

El gas ordinario también se denomina gas a granel: se refiere al gas industrial con un requisito de pureza inferior a 5N y un gran volumen de producción y venta. Se puede dividir en gas de separación de aire y gas sintético según diferentes métodos de preparación. Hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2), argón (A2), etc.

Gases especiales

El gas especial se refiere al gas industrial que se utiliza en campos específicos y tiene requisitos especiales de pureza, variedad y propiedades. PrincipalmenteSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCl, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… etcétera.

Tipos de gases especiales

Tipos de gases especiales: corrosivos, tóxicos, inflamables, que favorecen la combustión, inertes, etc.
Los gases semiconductores de uso común se clasifican de la siguiente manera:
(i) Corrosivo/tóxico:HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Inflamable: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Combustibles: O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Inerte: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Él…

En el proceso de fabricación de chips semiconductores, se utilizan alrededor de 50 tipos diferentes de gases especiales (denominados gases especiales) en procesos como la oxidación, la difusión, la deposición, el grabado, la inyección y la fotolitografía, y el número total de pasos del proceso supera los cientos. Por ejemplo, el PH3 y el AsH3 se utilizan como fuentes de fósforo y arsénico en el proceso de implantación iónica; los gases a base de flúor CF4, CHF3 y SF6, y los gases halógenos CI2, BCI3 y HBr se utilizan comúnmente en el proceso de grabado; el SiH4, el NH3 y el N2O en el proceso de deposición de películas; y el F2/Kr/Ne y el Kr/Ne en el proceso de fotolitografía.

A partir de lo anterior, podemos comprender que muchos gases semiconductores son perjudiciales para la salud. En particular, algunos gases, como el SiH4, son autoignitables. Ante cualquier fuga, reaccionan violentamente con el oxígeno del aire y se incendian; además, el AsH3 es altamente tóxico. Cualquier mínima fuga puede ser mortal, por lo que los requisitos de seguridad para el diseño del sistema de control en el uso de gases especiales son especialmente estrictos.

Los semiconductores requieren gases de alta pureza con una temperatura de “tres grados”.

Pureza del gas

El contenido de impurezas en el gas se suele expresar como un porcentaje de pureza, por ejemplo, 99,9999 %. En general, el requisito de pureza para gases especiales electrónicos alcanza entre 5N y 6N, y también se expresa mediante la proporción volumétrica de impurezas en ppm (partes por millón), ppb (partes por mil millones) y ppt (partes por billón). El sector de los semiconductores electrónicos exige la máxima pureza y estabilidad de la calidad de los gases especiales, y la pureza de estos gases suele ser superior a 6N.

Sequedad

El contenido de agua traza en el gas, o humedad, se suele expresar en punto de rocío, como por ejemplo el punto de rocío atmosférico de -70 ℃.

Limpieza

La cantidad de partículas contaminantes en el gas, partículas con un tamaño de partícula de µm, se expresa en partículas/m³. Para el aire comprimido, generalmente se expresa en mg/m³ de residuos sólidos inevitables, que incluyen el contenido de aceite.