في عملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات في مصانع الإنتاج المتقدمة نسبيًا، يلزم استخدام ما يقارب 50 نوعًا مختلفًا من الغازات. تُقسم الغازات عمومًا إلى غازات سائبة وغازات خاصة.

استخدام الغازات في صناعات الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات: لطالما لعب استخدام الغازات دورًا هامًا في عمليات تصنيع أشباه الموصلات، لا سيما تلك المستخدمة على نطاق واسع في مختلف الصناعات. فمن الدوائر المتكاملة فائقة الكثافة (ULSI) وشاشات الكريستال السائل الرقيقة (TFT-LCD) إلى صناعة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) الحالية، تُستخدم عمليات تصنيع أشباه الموصلات في العديد من عمليات الإنتاج، بما في ذلك الحفر الجاف، والأكسدة، وزرع الأيونات، وترسيب الأغشية الرقيقة، وغيرها.

على سبيل المثال، يعلم الكثيرون أن الرقائق الإلكترونية تُصنع من الرمل، ولكن عند النظر إلى عملية تصنيع الرقائق بأكملها، نجد أن هناك حاجة إلى مواد أخرى، مثل المقاوم الضوئي، وسائل التلميع، مادة الهدف، والغازات الخاصة، وغيرها. كما تتطلب عملية التغليف النهائية ركائز، وطبقات وسيطة، وإطارات توصيل، ومواد ربط، وغيرها من المواد المختلفة. وتُعد الغازات الإلكترونية الخاصة ثاني أكبر مادة في تكاليف تصنيع أشباه الموصلات بعد رقائق السيليكون، تليها الأقنعة والمقاومات الضوئية.

تؤثر نقاوة الغاز بشكل حاسم على أداء المكونات وإنتاجية المنتج، كما أن سلامة إمدادات الغاز مرتبطة بصحة العاملين وسلامة عمليات المصنع. لماذا تُعدّ نقاوة الغاز ذات أهمية بالغة لخط الإنتاج والعاملين؟ ليس هذا من باب المبالغة، بل هو نتيجة لخصائص الغاز الخطرة.

تصنيف الغازات الشائعة في صناعة أشباه الموصلات

الغاز العادي

يُطلق على الغاز العادي أيضًا اسم الغاز السائب: وهو يشير إلى الغاز الصناعي الذي تقل متطلبات نقائه عن 5N ويتميز بحجم إنتاج ومبيعات كبير. ويمكن تقسيمه إلى غاز فصل الهواء والغاز الاصطناعي وفقًا لطرق التحضير المختلفة. ومن أمثلة هذه الغازات: الهيدروجين (H2)، والنيتروجين (N2)، والأكسجين (O2)، والأرجون (A2)، وغيرها.

الغازات المتخصصة

يشير مصطلح الغاز المتخصص إلى الغاز الصناعي الذي يُستخدم في مجالات محددة وله متطلبات خاصة من حيث النقاء والتنوع والخصائص.SiH4، PH3، B2H6، A8H3،هيدروكلوريد، CF4،NH3، POCL3، SIH2CL2، SIHCL3،NH3, BCL3، SIF4، CLF3، CO، C2F6، N2O، F2، HF، HBR،SF6وهكذا دواليك.

أنواع الغازات الخاصة

أنواع الغازات الخاصة: المسببة للتآكل، والسامة، والقابلة للاشتعال، والداعمة للاحتراق، والخاملة، وما إلى ذلك.
تُصنف الغازات المستخدمة بشكل شائع في أشباه الموصلات على النحو التالي:
(أ) مواد أكالة/سامة:حمض الهيدروكلوريكBF3، WF6، HBr، SiH2Cl2، NH3، PH3، Cl2BCl3...
(ii) قابل للاشتعال: H2CH4、SiH4、 PH3 、 AsH3 、 SiH2Cl2 、 B2H6 、 CH2F2 、 CH3F 、 CO ...
(iii) قابل للاشتعال: O2، Cl2، N2O، NF3…
(رابعاً) خامل: N2،CF4C2F6C4F8、SF6ثاني أكسيد الكربونNe、Kr،هو…

في عملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات، يُستخدم حوالي 50 نوعًا مختلفًا من الغازات الخاصة في عمليات الأكسدة، والانتشار، والترسيب، والحفر، والحقن، والطباعة الضوئية، وغيرها، ويتجاوز إجمالي خطوات العملية المئات. على سبيل المثال، يُستخدم PH3 وAsH3 كمصدرين للفوسفور والزرنيخ في عملية زرع الأيونات، وتُستخدم غازات الفلور CF4 وCHF3 وSF6 وغازات الهالوجين CI2 وBCl3 وHBr بشكل شائع في عملية الحفر، بينما يُستخدم SiH4 وNH3 وN2O في عملية ترسيب الأغشية، ويُستخدم F2/Kr/Ne وKr/Ne في عملية الطباعة الضوئية.

من خلال ما سبق، يتضح أن العديد من غازات أشباه الموصلات ضارة بصحة الإنسان. فبعضها، مثل غاز سيلان (SiH4)، قابل للاشتعال الذاتي. وبمجرد تسربه، يتفاعل بشدة مع الأكسجين في الهواء ويبدأ بالاحتراق؛ كما أن غاز أسيتيل هيدروجين (AsH3) شديد السمية. أي تسرب، مهما كان طفيفاً، قد يُهدد حياة الناس، لذا فإن متطلبات السلامة في تصميم أنظمة التحكم عند استخدام هذه الغازات عالية للغاية.

تتطلب أشباه الموصلات غازات عالية النقاء ذات "ثلاث درجات"

نقاء الغاز

يُعبّر عادةً عن نسبة الشوائب في الغاز كنسبة مئوية من نقائه، مثل 99.9999%. وبشكل عام، تصل متطلبات نقاوة الغازات الإلكترونية الخاصة إلى 5N-6N، ويُعبّر عنها أيضًا بنسبة حجم الشوائب بوحدات جزء في المليون (ppm) أو جزء في البليون (ppb) أو جزء في التريليون (ppt). ويُعدّ مجال أشباه الموصلات الإلكترونية من أكثر المجالات تطلبًا لنقاوة الغازات الخاصة واستقرار جودتها، وعادةً ما تتجاوز نقاوة هذه الغازات 6N.

جفاف

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

نظافة

يُعبّر عن عدد جزيئات الملوثات في الغاز، وهي جزيئات بحجم ميكرومتر، بوحدة عدد الجزيئات/م3. أما بالنسبة للهواء المضغوط، فيُعبّر عنه عادةً بوحدة ملغ/م3 من المخلفات الصلبة التي لا مفر منها، والتي تشمل محتوى الزيت.