Trong quy trình sản xuất của các xưởng đúc bán dẫn với các quy trình sản xuất tương đối tiên tiến, cần đến gần 50 loại khí khác nhau. Khí thường được chia thành khí khối và khí hóa lỏng.khí đặc biệt.

Ứng dụng khí trong ngành công nghiệp vi điện tử và bán dẫn Việc sử dụng khí luôn đóng vai trò quan trọng trong các quy trình bán dẫn, đặc biệt là các quy trình bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Từ ULSI, TFT-LCD đến ngành công nghiệp vi cơ điện tử (MEMS) hiện nay, các quy trình bán dẫn được sử dụng làm quy trình sản xuất sản phẩm, bao gồm khắc khô, oxy hóa, cấy ion, lắng đọng màng mỏng, v.v.

Ví dụ, nhiều người biết rằng chip được làm từ cát, nhưng nhìn vào toàn bộ quy trình sản xuất chip, cần nhiều vật liệu hơn, chẳng hạn như chất cản quang, dung dịch đánh bóng, vật liệu đích, khí đặc biệt, v.v. là không thể thiếu. Quá trình đóng gói phía sau cũng cần chất nền, chất trung gian, khung dẫn, vật liệu liên kết, v.v. với nhiều loại vật liệu khác nhau. Khí đặc biệt trong điện tử là vật liệu chiếm chi phí lớn thứ hai trong sản xuất chất bán dẫn sau tấm silicon, tiếp theo là mặt nạ và chất cản quang.

Độ tinh khiết của khí có ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất linh kiện và năng suất sản phẩm, và sự an toàn của nguồn cung cấp khí liên quan đến sức khỏe của người lao động và sự an toàn trong hoạt động của nhà máy. Tại sao độ tinh khiết của khí lại có tác động lớn đến dây chuyền sản xuất và người lao động như vậy? Điều này không phải là phóng đại, mà là do đặc tính nguy hiểm của chính khí đó.

Phân loại các loại khí thông dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn

Khí đốt thông thường

Khí thông thường, còn được gọi là khí công nghiệp, là loại khí có yêu cầu độ tinh khiết thấp hơn 5N và sản lượng, thương mại lớn. Nó có thể được chia thành khí tách từ không khí và khí tổng hợp theo các phương pháp điều chế khác nhau. Các thành phần bao gồm hydro (H2), nitơ (N2), oxy (O2), argon (A2), v.v.

Khí chuyên dụng

Khí chuyên dụng là loại khí công nghiệp được sử dụng trong các lĩnh vực cụ thể và có những yêu cầu đặc biệt về độ tinh khiết, chủng loại và tính chất. Chủ yếu là...SiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… và cứ thế tiếp tục.

Các loại khí cay

Các loại khí đặc biệt: ăn mòn, độc hại, dễ cháy, hỗ trợ cháy, trơ, v.v.
Các loại khí bán dẫn thường dùng được phân loại như sau:
(i) Ăn mòn/độc hại:HClBF3, WF6, HBr, SiH2Cl2, NH3, PH3, Cl2BCl3…
(ii) Dễ cháy: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Dễ cháy: O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Trơ: N2、CF4C2F6C4F8、SF6CO2Ne、Kr,Anh ta…

Trong quá trình sản xuất chip bán dẫn, khoảng 50 loại khí đặc biệt khác nhau (gọi chung là khí đặc biệt) được sử dụng trong các công đoạn oxy hóa, khuếch tán, lắng đọng, khắc, phun, quang khắc và các công đoạn khác, tổng số bước trong quy trình lên đến hàng trăm. Ví dụ, PH3 và AsH3 được sử dụng làm nguồn phốt pho và asen trong quá trình cấy ion, các khí gốc flo như CF4, CHF3, SF6 và các khí halogen như CI2, BCI3, HBr thường được sử dụng trong quá trình khắc, SiH4, NH3, N2O trong quá trình lắng đọng màng, F2/Kr/Ne, Kr/Ne trong quá trình quang khắc.

Từ những khía cạnh trên, ta có thể hiểu rằng nhiều loại khí bán dẫn có hại cho cơ thể người. Đặc biệt, một số loại khí, chẳng hạn như SiH4, có khả năng tự bốc cháy. Chỉ cần rò rỉ, chúng sẽ phản ứng mạnh với oxy trong không khí và bắt đầu bốc cháy; còn AsH3 thì cực kỳ độc hại. Bất kỳ sự rò rỉ nhỏ nào cũng có thể gây hại đến tính mạng con người, vì vậy yêu cầu về an toàn trong thiết kế hệ thống điều khiển khi sử dụng các loại khí đặc biệt này là rất cao.

Các chất bán dẫn yêu cầu khí có độ tinh khiết cao để đạt được “ba cấp độ”.

Độ tinh khiết của khí

Hàm lượng tạp chất trong khí thường được biểu thị bằng phần trăm độ tinh khiết của khí, ví dụ như 99,9999%. Nói chung, yêu cầu về độ tinh khiết đối với khí chuyên dụng trong điện tử đạt mức 5N-6N, và cũng được biểu thị bằng tỷ lệ thể tích của hàm lượng tạp chất (ppm), ppb và ppt. Lĩnh vực bán dẫn điện tử có yêu cầu cao nhất về độ tinh khiết và độ ổn định chất lượng của khí chuyên dụng, và độ tinh khiết của khí chuyên dụng trong điện tử thường lớn hơn 6N.

Khô

Hàm lượng nước vết trong khí, hay độ ẩm, thường được biểu thị bằng điểm sương, ví dụ như điểm sương khí quyển -70℃.

Sự sạch sẽ

Số lượng các hạt ô nhiễm trong khí, các hạt có kích thước micromet, được biểu thị bằng số lượng hạt/m³. Đối với khí nén, nó thường được biểu thị bằng mg/m³ cặn rắn không thể tránh khỏi, bao gồm cả hàm lượng dầu.