Dans le processus de fabrication des fonderies de plaquettes de semi-conducteurs dotées de procédés de production relativement avancés, près de 50 types de gaz différents sont nécessaires. Les gaz sont généralement divisés en gaz en vrac etgaz spéciaux.

L'utilisation des gaz dans les industries de la microélectronique et des semi-conducteurs a toujours joué un rôle important dans les procédés de fabrication des semi-conducteurs, largement utilisés dans diverses industries. De l'ULSI aux écrans TFT-LCD, en passant par l'industrie microélectromécanique (MEMS) actuelle, les procédés de fabrication des semi-conducteurs comprennent la gravure sèche, l'oxydation, l'implantation ionique, le dépôt de couches minces, etc.

Par exemple, beaucoup savent que les puces sont fabriquées à partir de sable, mais si l'on considère l'ensemble du processus de fabrication, on constate que d'autres matériaux sont nécessaires, tels que la résine photosensible, le liquide de polissage, le matériau cible, les gaz spéciaux, etc. L'encapsulation finale requiert également des substrats, des interposeurs, des grilles de connexion, des matériaux de liaison, etc., composés de divers matériaux. Les gaz spéciaux pour l'électronique représentent le deuxième poste de dépense le plus important dans la fabrication des semi-conducteurs après les plaquettes de silicium, suivis des masques et des résines photosensibles.

La pureté du gaz influe considérablement sur les performances des composants et le rendement de la production, et la sécurité de l'approvisionnement en gaz est essentielle à la santé du personnel et au bon fonctionnement de l'usine. Pourquoi la pureté du gaz a-t-elle un impact aussi important sur la chaîne de production et le personnel ? Ce n'est pas une exagération : cela s'explique par les caractéristiques dangereuses du gaz lui-même.

Classification des gaz courants dans l'industrie des semi-conducteurs

Gaz ordinaire

Le gaz ordinaire est également appelé gaz en vrac : il désigne un gaz industriel dont le degré de pureté requis est inférieur à 5N et qui est produit et vendu en grand volume. Il peut être divisé en gaz de séparation de l'air et en gaz synthétique selon différentes méthodes de préparation. Hydrogène (H2), azote (N2), oxygène (O2), argon (A2), etc. ;

Gaz spéciaux

Les gaz spéciaux désignent les gaz industriels utilisés dans des domaines spécifiques et qui présentent des exigences particulières en matière de pureté, de variété et de propriétés. PrincipalementSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… et ainsi de suite.

Types de gaz spéciaux

Types de gaz spéciaux : corrosifs, toxiques, inflammables, comburants, inertes, etc.
Les gaz semi-conducteurs couramment utilisés sont classés comme suit :
(i) Corrosif/toxique :HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Inflammable : H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Combustibles : O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Inerte : N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Il…

Lors de la fabrication de puces semi-conductrices, une cinquantaine de gaz spéciaux sont utilisés pour l'oxydation, la diffusion, le dépôt, la gravure, l'injection, la photolithographie et d'autres procédés, pour un total de plusieurs centaines d'étapes. Par exemple, PH₃ et AsH₃ servent de sources de phosphore et d'arsenic lors de l'implantation ionique ; les gaz fluorés CF₄, CHF₃ et SF₆, ainsi que les halogènes CI₂, BCl₃ et HBr, sont couramment utilisés pour la gravure ; SiH₄, NH₃ et N₂O pour le dépôt de couches minces ; et F₂, Kr, Ne et Kr, Ne pour la photolithographie.

Au vu de ce qui précède, il apparaît clairement que de nombreux gaz utilisés dans les semi-conducteurs sont nocifs pour la santé. En particulier, certains, comme le SiH4, sont auto-inflammables. Une simple fuite suffit à provoquer une réaction violente avec l'oxygène de l'air et à déclencher une combustion. Quant à l'AsH3, il est extrêmement toxique. La moindre fuite peut s'avérer mortelle. C'est pourquoi les exigences de sécurité relatives à la conception des systèmes de contrôle utilisés avec ces gaz spéciaux sont particulièrement élevées.

Les semi-conducteurs nécessitent des gaz de haute pureté pour avoir « trois degrés »

Pureté du gaz

La teneur en impuretés d'un gaz est généralement exprimée en pourcentage de sa pureté, par exemple 99,9999 %. De manière générale, le niveau de pureté requis pour les gaz spéciaux utilisés en électronique atteint 5N-6N et est également exprimé en ppm (parties par million), ppb (parties par milliard) et ppt (parties par billion) en volume. Le secteur des semi-conducteurs électroniques impose les exigences les plus strictes en matière de pureté et de stabilité de la qualité des gaz spéciaux, et leur niveau de pureté est généralement supérieur à 6N.

Sécheresse

La teneur en eau à l'état de traces dans le gaz, ou humidité, est généralement exprimée en point de rosée, comme le point de rosée atmosphérique de -70℃.

Propreté

Le nombre de particules polluantes dans le gaz, particules d'une taille de l'ordre du µm, est exprimé en nombre de particules/m³. Pour l'air comprimé, il est généralement exprimé en mg/m³ de résidus solides inévitables, y compris la teneur en huile.