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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半導體供應鏈中必不可少。事實上,對于一個典型的晶圓廠來說,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,該行業的擴張速度比以往任何時候都快——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入多個行業領域。

      半導體行業是氮氣的主要消費者。一個現代化的半導體制造廠預計每小時要使用多達 50,000 立方米的氮氣。在半導體制造中,氮氣起著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,與氮氣一樣,氦氣具有化學惰性——但它還具有高導熱性的額外優勢。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反應。

      氫在整個電子制造過程中被廣泛使用,半導體生產也不例外。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,半導體技術的進步是通過尺寸縮放實現的,新一代半導體技術的特征是更小的特征尺寸。這會產生多種好處:在給定體積中裝入更多晶體管、改善電流、降低功耗和加快開關速度。

      然而,隨著臨界尺寸的下降,半導體器件變得越來越精密。在單個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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