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半导体制造怎能缺少气体?

发布时间:2019/3/20 22:27:23

自二十世纪中叶商用晶体管和集成电路问世以来,气体就一直是电?#26377;?#19994;的关键推动因素。气体具有许多特有的性质,包括:?#23376;?#36816;输和存储、?#23376;?#23454;现精准分送,最重要的是容?#33258;?#20998;子层面控制所需的化学反应。这些性质使气体非常适用于构建更加复杂的电子器件。  

电子产品由半导体器件(电容器、二极管和晶体管)构建而成,最新的电脑芯片的生产步骤超过 1000 步,拥有 100 多亿个晶体管,所有晶体管通过纳?#20934;?#30005;线依照错综复杂的 3D 设计连接在一起。这些产品的制造采用最简单的积木式工艺,大部分产品会采用气体材料进行构造和塑形。 


本文介绍六个主要的工艺以及所需气体


电子工艺

电子器件是在初始衬底上制备而成。衬底通常用作为器件的首个电绝缘体。有时候?#36152;?#24213;可能只是一个临时性的部件,会在制备完成后被移除。除了常用于半导体芯片和太阳能电池中的硅晶片外,蓝宝石、砷化镓和碳化硅等其他材料?#37096;?#29992;于制造电源管理芯片和 LED几乎所有涉及气体的电子处理都是在金属壁反应器或反应腔内进行,在此类反应器或反应腔中可以对工艺化学进行精确地控制。

通常,反应腔会保持?#31995;?#30340;压力水平,以消除气相化学反应造成的大气造成污染,并去除反应腔内的剩余化学反应物或产物。温度控制也非常重要。衬底通常置于可加热或冷却至所需温度的水平表面之上。氦气或其他气体可流经该表面,以帮助进行温度控制。以下为制造电脑芯片的主要工艺及所用的一些主要气体。

沉积是制造导体、半导体和绝缘体等电子器件内部材料的生产工艺。通常,两?#21046;?#30456;反应物流入反应腔内,而衬?#33258;?#34987;加热至有利于进?#20852;?#38656;反应的高温,这样就可以直接在上一层的表面生成薄膜产品。这种反应可通过使用氩气或氦气等离子被进一步激活。

沉积步骤中使用了许多不同的气体,这些气体被用作薄膜生产所需的前体。一些气体(如氨气和甲烷)从半导体制造开始就一直在使用,另一些气体的使用是在后来才开始的,还有一些是为用于电子领域而专门开发的。因为电子器件的生产过程中会使?#36152;?#36807; 60 多种元素,必须开发出全新的气相材料来支持制造和设计的发展。

光刻是塑造器件形状的过程,?#21494;?#20110;实现微芯片的小型化至关重要。被称为扫描仪的光刻机就如同一台幻灯片投影仪:它从光源获取光,以便将刻蚀在玻璃件上母模图像传输至覆有光敏化学胶片的衬底上。该图像就是形成微芯片的微小电路的图样。然后,利用湿化学法冲洗图样,并去除化学胶片上曝光或未曝光的部分。 

重要的是,常用于图像光刻的光源是以气相激光为基础,采用少量的氟气、氯气、氯化氢、氩气以及混合大量氖气为平衡气的氙气。光刻是氖气应用最多的工艺。二氧化碳也作为加工辅助剂用于减少图像中的缺陷。一种全新的光刻法将采用一种激发态的锡蒸汽来产生光。但由于锡会沉积在成本高昂的光学元件上,所以会使用大量的氢气与锡反应,以将锡以氢化锡 (SnH4的?#38382;?#36890;过真空系统移除。

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