في عملية تصنيع مصاهر رقائق أشباه الموصلات ذات عمليات الإنتاج المتقدمة نسبيًا، نحتاج إلى ما يقرب من 50 نوعًا مختلفًا من الغازات. تُصنف الغازات عمومًا إلى غازات سائبة وغازات...الغازات الخاصة.

استخدام الغازات في صناعات الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات: لطالما لعب استخدام الغازات دورًا هامًا في عمليات أشباه الموصلات، لا سيما أنها تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. بدءًا من ULSI وشاشات TFT-LCD وصولًا إلى صناعة الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) الحالية، تُستخدم عمليات أشباه الموصلات في تصنيع المنتجات، بما في ذلك الحفر الجاف، والأكسدة، وزرع الأيونات، وترسيب الأغشية الرقيقة، وغيرها.

على سبيل المثال، يعلم الكثيرون أن الرقائق تُصنع من الرمل، ولكن بالنظر إلى عملية تصنيع الرقائق بأكملها، يتبين أن هناك حاجة إلى مواد إضافية، مثل المواد المقاومة للضوء، وسائل التلميع، ومواد الاستهداف، والغازات الخاصة، وغيرها. كما يتطلب التغليف النهائي ركائز، ووسائد، وإطارات رصاص، ومواد رابطة، وغيرها من مواد متنوعة. تُعد الغازات الإلكترونية الخاصة ثاني أكبر مادة في تكاليف تصنيع أشباه الموصلات بعد رقائق السيليكون، تليها الأقنعة والمواد المقاومة للضوء.

لنقاء الغاز تأثيرٌ حاسمٌ على أداء المكونات وإنتاجية المنتج، وترتبط سلامة إمدادات الغاز بصحة الموظفين وسلامة تشغيل المصنع. لماذا يؤثر نقاء الغاز بشكلٍ كبيرٍ على خط الإنتاج والموظفين؟ هذا ليس مبالغةً، بل هو أمرٌ مُحددٌ بخصائص الغاز الخطيرة.

تصنيف الغازات الشائعة في صناعة أشباه الموصلات

الغاز العادي

يُطلق على الغاز العادي أيضًا اسم الغاز السائب: وهو غاز صناعي يتطلب نقاءً أقل من 5N، ويتميز بحجم إنتاج ومبيعات كبيرين. ويمكن تقسيمه إلى غاز فصل الهواء وغاز صناعي وفقًا لطرق تحضير مختلفة. الهيدروجين (H2)، والنيتروجين (N2)، والأكسجين (O2)، والأرجون (A2)، وغيرها.

الغاز المتخصص

يُشير الغاز المتخصص إلى الغاز الصناعي المُستخدم في مجالات مُحددة، وله متطلبات خاصة من حيث النقاء والتنوع والخصائص.SiH4، PH3، B2H6، A8H3،حمض الهيدروكلوريك، CF4،الأمونيا، POCL3، SIH2CL2، SIHCL3،الأمونيا, بي سي إل 3، SIF4، CLF3، CO، C2F6، N2O، F2، HF، HBR،SF6…وهكذا دواليك.

أنواع الغازات الخاصة

أنواع الغازات الخاصة: المسببة للتآكل، السامة، القابلة للاشتعال، الداعمة للاحتراق، الخاملة، وغيرها.
يتم تصنيف الغازات أشباه الموصلات المستخدمة بشكل شائع على النحو التالي:
(أ) التآكلية/السامة:حمض الهيدروكلوريك、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、كلوريد الكربون الثلاثي…
(ii) قابل للاشتعال: H2،الميثان、SiH4、 PH3 、 AsH3 、 SiH2Cl2 、 B2H6 、 CH2F2 、 CH3F 、 CO ...
(ثالثًا) المواد القابلة للاشتعال: O2، Cl2، N2O، NF3…
(iv) خامل: N2،سي اف 4、C2F6、سي 4 اف 8、SF6、ثاني أكسيد الكربون、Ne、Kr،هو…

في عملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات، يُستخدم حوالي 50 نوعًا مختلفًا من الغازات الخاصة (المشار إليها بالغازات الخاصة) في عمليات الأكسدة، والانتشار، والترسيب، والنقش، والحقن، والطباعة الضوئية، وغيرها من العمليات، ويتجاوز إجمالي خطوات العملية المئات. على سبيل المثال، يُستخدم PH3 وAsH3 كمصدرين للفوسفور والزرنيخ في عملية زرع الأيونات، وتُستخدم الغازات القائمة على الفلور مثل CF4 وCHF3 وSF6، وغازات الهالوجين مثل CI2 وBCI3 وHBr بشكل شائع في عملية النقش، بينما تُستخدم SiH4 وNH3 وN2O في عملية ترسيب الفيلم، وF2/Kr/Ne وKr/Ne في عملية الطباعة الضوئية.

من الجوانب المذكورة أعلاه، يتضح أن العديد من غازات أشباه الموصلات ضارة بجسم الإنسان. على وجه الخصوص، بعض هذه الغازات، مثل SiH4، ذاتية الاشتعال. ما دامت تتسرب، فإنها تتفاعل بعنف مع الأكسجين في الهواء وتبدأ بالاحتراق؛ أما AsH3، فهو شديد السمية. أي تسرب طفيف قد يُلحق الضرر بحياة الناس، لذا فإن متطلبات السلامة في تصميم نظام التحكم لاستخدام الغازات الخاصة عالية جدًا.

تتطلب أشباه الموصلات غازات عالية النقاء لتكون ذات "ثلاث درجات"

نقاء الغاز

يُعبَّر عادةً عن محتوى الشوائب في الغلاف الجوي للغاز كنسبة مئوية من نقاء الغاز، مثل 99.9999%. عمومًا، تتراوح متطلبات نقاء الغازات الإلكترونية الخاصة بين 5N و6N، ويُعبَّر عنها أيضًا بنسبة حجم محتوى الشوائب في الغلاف الجوي (ppm)، وppb، وppt). يتطلب مجال أشباه الموصلات الإلكترونية أعلى متطلبات لنقاء واستقرار جودة الغازات الإلكترونية الخاصة، وعادةً ما تكون نقاوتها أعلى من 6N.

جفاف

يتم التعبير عن محتوى الماء الضار في الغاز، أو الرطوبة، عادة بنقطة الندى، مثل نقطة الندى الجوية -70 درجة مئوية.

نظافة

يُعبَّر عن عدد جسيمات الملوثات في الغاز، وهي جسيمات بحجم ميكرومتر، بوحدة عدد الجسيمات/م3. أما في الهواء المضغوط، فيُعبَّر عنه عادةً بوحدة مليجرام/م3 من الرواسب الصلبة غير القابلة للتجنب، والتي تشمل محتوى الزيت.