Gasanwendungen in der Halbleiterindustrie

Die zuverlässige Versorgung mit hochreinen Gasen ist für die Halbleiterfertigung lebenswichtig. Die Produktion von integrierten Schaltkreisen erfordert mehr als 30 verschiedene Prozessgase für den Einsatz in Ätz-, Abscheide-, Oxidations-, Dotierungs- und Inertisierungsschritten. Die Vielfalt der hier eingesetzten Gase ist größer als in allen anderen Industriezweigen. Spurenverunreinigungen im ppm-, ppb- und sogar ppt-Bereich müssen erkannt und beseitigt werden. Halbleiterprozessgase werden eingeteilt in:

Verschiedene Gase werden als Bulkgase in großen Mengen von zentralen Versorgungsanlagen bereitgestellt. Dies umfasst Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Wasserstoff und Helium. Luftzerlegungsanlagen zur Produktion von Sauerstoff und Stickstoff können direkt vor Ort beim Kunden betrieben werden. Prozessgase, die in kleineren Mengen benötigt werden, können der Fertigung in Gasflaschen verschiedener Größe mit Hilfe von Gaskabinetten und Ventilboxen zur Verfügung gestellt werden. Diese Gase werden als Electronic Specialty Gases (ESG) bezeichnet.

Silizium-Gase

Sie dienen als Quelle von Siliziumatomen bei der Abscheidung von polykristallinen Siliziumschichten, der Züchtung von Siliziumeinkristallen und der Abscheidung von isolierenden Siliziumdioxid- und Siliziumnitridschichten. Silan, Dichlorsilan, Trichlorsilan und Tetrachlorsilan sind die gebräuchlichsten Gase.

Dotiergase

Dotiergase liefern Atome zur Einbringung kontrollierter Verunreinigungen in die Siliziumschicht. Auf diese Weise werden lokale Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials erzeugt. Die am häufigsten zum Einsatz kommenden Dotiergase sind Diboran, Arsin, Phosphin, Bortrichlorid, und Bortrifluorid.

Ätzgase

Zum Aufbau der Schichtstruktur eines Halbleiterbau-Elements ist die mehrmalige selektive Entfernung von Schichten (Si-Schichten, Metallschichten, Isolatorschichten etc) notwendig. Hierzu werden Gase wie Hexafluorethan, Hexafluormethan, Bortrichlorid, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Fluorwasserstoff, Stickstofftrifluorid und Schwefelhexafluorid.

Reaktivgase

Reaktivgase verwendet man, um durch chemische Veränderungen der Waferoberfläche eine Modifikation der elektrischen Eigenschaften zu erreichen. Zum Beispiel reagieren Ammoniak und Distickstoffoxid mit der Siliziumoberläche zu Siliziumnitrid.

Andere Reaktivgase sind Sauerstoff, Schwefeldioxid, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Wolframhexafluorid wird in CVD-Prozessen als Wolframquelle benutzt.