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

Ứng dụng khí trong 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 khi nhìn vào toàn bộ quy trình sản xuất chip, cần thêm nhiều vật liệu khác, chẳng hạn như chất cản quang, dung dịch đánh bóng, vật liệu mục tiêu, khí đặc biệt, v.v. là không thể thiếu. Việc đóng gói mặt sau cũng cần các vật liệu khác nhau như đế, vật liệu xen kẽ, khung chì, vật liệu liên kết, v.v. Khí đặc biệt dùng trong điện tử là vật liệu có chi phí sản xuất chất bán dẫn lớn thứ hai sau wafer 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 nhân viên và sự an toàn của hoạt động nhà máy. Tại sao độ tinh khiết của khí lại có tác động lớn đến dây chuyền sản xuất và nhân viên? Điều này không hề phóng đại, mà được xác định bởi các đặc tính nguy hiểm của chính loại khí đó.

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

Khí thông thường

Khí thông thường còn được gọi là khí khối: là loại khí công nghiệp có yêu cầu độ tinh khiết thấp hơn 5N và sản lượng sản xuất và tiêu thụ lớn. Theo các phương pháp điều chế khác nhau, nó có thể được chia thành khí tách khí và khí tổng hợp. Hydro (H2), nitơ (N2), oxy (O2), argon (A2), v.v.;

Khí đặc biệt

Khí đặc biệt là khí công nghiệp được sử dụng trong các lĩnh vực cụ thể và có các yêu cầu đặc biệt về độ tinh khiết, chủng loại và tính chất. Chủ yếuSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… và vân vân.

Các loại khí cay

Các loại khí đặc biệt: khí ăn mòn, khí độc, khí dễ cháy, khí hỗ trợ quá trình cháy, khí trơ, v.v.
Các loại khí bán dẫn thường dùng được phân loại như sau:
(i) Ăn mòn/độc hại:HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Dễ cháy: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Dễ cháy: O2、Cl2、N2O、NF3…
(iv) Trơ: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Anh ta…

Trong quá trình sản xuất chip bán dẫn, khoảng 50 loại khí đặc biệt (gọi tắt là khí đặc biệt) khác nhau được sử dụng trong các quá trình oxy hóa, khuếch tán, lắng đọng, khắc, phun, quang khắc và các quá trình khác, với tổng số bước 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 nền F 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, chúng ta có thể hiểu rằng nhiều loại khí bán dẫn có hại cho cơ thể con người. Đặc biệt, một số loại khí như SiH4 có khả năng tự bốc cháy. Chỉ cần rò rỉ, chúng sẽ phản ứng dữ dội với oxy trong không khí và bắt đầu cháy; còn AsH3 có độc tính cao. Bất kỳ sự rò rỉ nhỏ nào cũng có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người, do đó, yêu cầu về an toàn trong thiết kế hệ thống điều khiển khi sử dụng các loại khí đặc biệt là đặc biệt cao.

Chất bán dẫn cần khí có độ tinh khiết cao để có “ba độ”

Độ tinh khiết của khí

Hàm lượng tạp chất trong khí thường được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm độ tinh khiết của khí, chẳng hạn như 99,9999%. Nhìn chung, yêu cầu về độ tinh khiết của khí đặc biệt điện tử đạt 5N-6N, và cũng được biểu thị bằng tỷ lệ thể tích của hàm lượng tạp chất trong khí: ppm (phần triệu), ppb (phần tỷ) và ppt (phần nghìn tỷ). Lĩnh vực bán dẫn điện tử có yêu cầu cao nhất về độ tinh khiết và độ ổn định chất lượng của khí đặc biệt, và độ tinh khiết của khí đặc biệt điện tử thường lớn hơn 6N.

Khô

Hàm lượng nước vết trong khí hoặc độ ẩm thường được biểu thị bằng điểm sương, chẳng hạn như điểm sương trong khí quyển là -70℃.

Sự sạch sẽ

Số lượng hạt ô nhiễm trong khí, tức là các hạt có kích thước hạt µm, được biểu thị bằng số lượng hạt/M3. Đối với khí nén, con số này thường được biểu thị bằng mg/m3 cặn rắn không thể tránh khỏi, bao gồm cả hàm lượng dầu.