Nel processo di produzione delle fonderie di wafer semiconduttori con processi di produzione relativamente avanzati, sono necessari quasi 50 diversi tipi di gas. I gas sono generalmente suddivisi in gas di massa egas speciali.

Applicazione dei gas nell'industria microelettronica e dei semiconduttori. L'utilizzo dei gas ha sempre rivestito un ruolo importante nei processi di produzione dei semiconduttori, in particolare in quelli ampiamente utilizzati in diversi settori industriali. Da ULSI e TFT-LCD all'attuale industria microelettromeccanica (MEMS), i processi di produzione dei semiconduttori sono impiegati in diverse fasi, tra cui incisione a secco, ossidazione, impiantazione ionica, deposizione di film sottili, ecc.

Ad esempio, molti sanno che i chip sono fatti di sabbia, ma considerando l'intero processo di produzione dei chip, sono necessari molti altri materiali, come fotoresist, liquido lucidante, materiale target, gas speciali, ecc., che sono indispensabili. Anche il packaging del back-end richiede substrati, interposer, lead frame, materiali di incollaggio, ecc., realizzati con vari materiali. I gas speciali per l'elettronica rappresentano la seconda voce di spesa più importante nella produzione di semiconduttori, dopo i wafer di silicio, seguiti da maschere e fotoresist.

La purezza del gas ha un'influenza decisiva sulle prestazioni dei componenti e sulla resa del prodotto, e la sicurezza dell'approvvigionamento di gas è legata alla salute del personale e alla sicurezza del funzionamento dello stabilimento. Perché la purezza del gas ha un impatto così grande sulla linea di processo e sul personale? Non si tratta di un'esagerazione, ma è determinata dalle caratteristiche di pericolosità del gas stesso.

Classificazione dei gas comuni nell'industria dei semiconduttori

Gas ordinario

Il gas ordinario è anche detto gas sfuso: si riferisce al gas industriale con un requisito di purezza inferiore a 5N e un elevato volume di produzione e vendita. Può essere suddiviso in gas di separazione dell'aria e gas sintetico a seconda dei diversi metodi di preparazione. Idrogeno (H2), azoto (N2), ossigeno (O2), argon (A2), ecc.;

Gas speciali

Il gas speciale si riferisce al gas industriale utilizzato in settori specifici e che presenta requisiti particolari in termini di purezza, varietà e proprietà. PrincipalmenteSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6…e così via.

Tipi di gas speciali

Tipologie di gas speciali: corrosivi, tossici, infiammabili, combustibili, inerti, ecc.
I gas semiconduttori comunemente utilizzati sono classificati come segue:
(i) Corrosivo/tossico:HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Infiammabile: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Combustibili: O2、Cl2、N2O、NF3…
(iv) Inerte: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Lui…

Nel processo di fabbricazione dei chip semiconduttori, vengono utilizzati circa 50 diversi tipi di gas speciali (indicati come gas speciali) nei processi di ossidazione, diffusione, deposizione, incisione, iniezione, fotolitografia e altri, e il numero totale di fasi del processo supera le centinaia. Ad esempio, PH3 e AsH3 sono utilizzati come fonti di fosforo e arsenico nel processo di impiantazione ionica, i gas a base di fluoro CF4, CHF3, SF6 e i gas alogeni CI2, BCI3, HBr sono comunemente usati nel processo di incisione, SiH4, NH3, N2O nel processo di deposizione del film, F2/Kr/Ne, Kr/Ne nel processo di fotolitografia.

Da quanto detto sopra, si evince che molti gas semiconduttori sono dannosi per il corpo umano. In particolare, alcuni gas, come il SiH4, sono autoincendiabili. In caso di perdite, reagiscono violentemente con l'ossigeno presente nell'aria e prendono fuoco; l'AsH3, invece, è altamente tossico. Anche una minima perdita può mettere a rischio la vita delle persone, pertanto i requisiti di sicurezza per la progettazione dei sistemi di controllo per l'utilizzo di gas speciali sono particolarmente elevati.

I semiconduttori richiedono gas ad alta purezza con “tre gradi”

purezza del gas

Il contenuto di impurità nell'atmosfera del gas viene solitamente espresso in percentuale rispetto alla purezza del gas stesso, ad esempio 99,9999%. In generale, il requisito di purezza per i gas speciali per l'elettronica raggiunge i 5N-6N ed è espresso anche dal rapporto volumetrico del contenuto di impurità nell'atmosfera in ppm (parti per milione), ppb (parti per miliardo) e ppt (parti per trilione). Il settore dei semiconduttori elettronici ha i requisiti più elevati in termini di purezza e stabilità qualitativa dei gas speciali, e la purezza di questi ultimi è generalmente superiore a 6N.

Secchezza

Il contenuto di tracce di acqua nel gas, o umidità, viene solitamente espresso in punto di rugiada, come ad esempio il punto di rugiada atmosferico di -70℃.

Pulizia

Il numero di particelle inquinanti presenti nel gas, ovvero particelle con una dimensione di µm, viene espresso in particelle/m³. Per l'aria compressa, viene solitamente espresso in mg/m³ di residui solidi inevitabili, che includono il contenuto di olio.