Les gaz de pureté ultra-élevé sont essentiels dans toute la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs. En fait, pour un FAB typique, les gaz de haute pureté sont la plus grande dépense de matériaux après le silicium lui-même. Dans le sillage de la pénurie mondiale de puces, l'industrie se développe plus rapidement que jamais - et la demande de gaz de haute pureté augmente.
Les gaz en vrac les plus couramment utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs sont l'azote, l'hélium, l'hydrogène et l'argon.
Nitrogène
L'azote représente 78% de notre atmosphère et est extrêmement abondant. Il se trouve également être chimiquement inerte et non conducteur. En conséquence, l'azote a trouvé son chemin dans un certain nombre d'industries en tant que gaz inerte rentable.
L'industrie des semi-conducteurs est un grand consommateur d'azote. Une usine de fabrication de semi-conducteurs moderne devrait utiliser jusqu'à 50 000 mètres cubes d'azote par heure. Dans la fabrication de semi-conducteurs, l'azote agit comme un usage général de gaz et de purge, protégeant les plaquettes sensibles de silicium contre l'oxygène réactif et l'humidité dans l'air.
Hélium
L'hélium est un gaz inerte. Cela signifie que, comme l'azote, l'hélium est chimiquement inerte - mais il a également l'avantage supplémentaire d'une conductivité thermique élevée. Ceci est particulièrement utile dans la fabrication de semi-conducteurs, ce qui lui permet de réaliser efficacement la chaleur des processus à haute énergie et de les protéger contre les dommages thermiques et les réactions chimiques indésirables.
Hydrogène
L'hydrogène est largement utilisé tout au long du processus de fabrication de l'électronique, et la production de semi-conducteurs ne fait pas exception. En particulier, l'hydrogène est utilisé pour:
Recuit: les plaquettes de silicium sont généralement chauffées à des températures élevées et se refroidissent lentement pour réparer (recuit) la structure cristalline. L'hydrogène est utilisé pour transférer uniformément la chaleur vers la tranche et aider à reconstruire la structure cristalline.
Epitaxy: L'hydrogène ultra-élevé est utilisé comme agent réducteur dans le dépôt épitaxial de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium.
Dépôt: L'hydrogène peut être dopé dans des films de silicium pour rendre leur structure atomique plus désordonnée, contribuant à augmenter la résistivité.
Nettoyage du plasma: le plasma d'hydrogène est particulièrement efficace pour éliminer la contamination de l'étain des sources lumineuses utilisées dans la lithographie UV.
Argon
L'argon est un autre gaz noble, il présente donc la même faible réactivité que l'azote et l'hélium. Cependant, la faible énergie d'ionisation d'Argon le rend utile dans les applications semi-conductrices. En raison de sa relative facilité d'ionisation, l'argon est couramment utilisé comme gaz plasma primaire pour les réactions de gravure et de dépôt dans la fabrication de semi-conducteurs. En plus de cela, l'argon est également utilisé dans les lasers excimères pour la lithographie UV.
Pourquoi la pureté compte
En règle générale, les progrès de la technologie des semi-conducteurs ont été réalisés grâce à la mise à l'échelle de la taille, et la nouvelle génération de technologie de semi-conducteurs est caractérisée par des tailles de fonctionnalités plus petites. Cela donne plusieurs avantages: plus de transistors dans un volume donné, des courants améliorés, une consommation d'énergie inférieure et une commutation plus rapide.
Cependant, à mesure que la taille critique diminue, les appareils semi-conducteurs deviennent de plus en plus sophistiqués. Dans un monde où la position des atomes individuels est importante, les seuils de tolérance aux défauts sont très serrés. En conséquence, les processus semi-conducteurs modernes nécessitent des gaz de processus avec la pureté la plus élevée possible.
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