Gaz pour l'industrie des semi-conducteurs

Dans le processus de fabrication des fonderies de semi-conducteurs, qui utilisent aujourd'hui des procédés de production plus avancés, près de 50 types de gaz différents sont employés. On distingue généralement deux catégories de gaz : les gaz courants et les gaz spéciaux.

L'utilisation de gaz dans la fabrication des semi-conducteurs a toujours joué un rôle important. Ce procédé est largement utilisé dans diverses industries, des circuits intégrés à très grande échelle (ULSI) et des écrans LCD à transistors à couches minces (TFT-LCD) jusqu'à l'industrie microélectromécanique (MEMS) actuelle. Les procédés de fabrication des semi-conducteurs comprennent la gravure sèche, l'oxydation, la gravure ionique, le dépôt de couches minces, etc.

Par exemple, beaucoup savent que les puces sont faites de sable, mais tout au long du processus de fabrication, d'autres matériaux sont nécessaires, comme la résine photosensible, le fluide de polissage, les cibles, les gaz spéciaux, etc. L'encapsulation finale requiert également des substrats de divers matériaux, des couches intermédiaires, des grilles de connexion, des matériaux de liaison, etc. Après le silicium, le gaz électronique représente le deuxième poste de dépense le plus important dans la fabrication des semi-conducteurs, suivi par le masque et la résine photosensible.

La pureté du gaz a un impact déterminant 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 à la sécurité des opérations de l'usine. Pourquoi la pureté du gaz a-t-elle une telle incidence sur la chaîne de production et le personnel ? Non pas par excès de zèle, mais en raison des caractéristiques dangereuses inhérentes au gaz. Aujourd'hui, Gaspak vous invite à découvrir l'univers des gaz pour l'électronique.

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

Gaz commun Dans l'industrie des semi-conducteurs, le terme « gaz en vrac » désigne les gaz dont la pureté est inférieure à 5N et qui sont produits et vendus en grande quantité. Selon leur méthode de préparation, on distingue les gaz de séparation de l'air et les gaz de synthèse. Parmi les gaz les plus courants, on trouve l'hydrogène (H₂), l'azote (N₂), l'oxygène (O₂) et l'argon (A₂).

Gaz spéciaux Il s'agit de gaz industriels utilisés dans des domaines spécifiques et présentant des exigences particulières en matière de pureté, de variété et de propriétés. SiH4 PH3 B2H6 A8H3 Cl HCl CF4 NH3 POCl3 SIH2Cl2 SIHCl3 NH3 BCl3 SiF4 ClF3 CO C2F6 N2O F2 HF HBr SF6...... Et ainsi de suite.

Type de gaz : corrosif, toxique, inflammable, favorisant la combustion, inerte, etc.

La classification généralement utilisée pour les gaz semi-conducteurs est la suivante :

• Corrosion/toxicité : HCl, BF3, WF6, HBr, SiH2Cl2, NH3, PH3, Cl2, BCl3…
• Inflammabilité : H2, CH4, SiH4, PH3, AsH3, SiH2Cl2, B2H6, CH2F2, CH3F, CO... Etc.
• Combustibilité : O2, Cl2, N2O, NF3... Etc.
• Inerte : N2, CF4, C2F6, C4F8, SF6, CO2, Ne, Kr, He...

Dans le processus de fabrication des puces semi-conductrices (oxydation, diffusion, dépôt, gravure, injection, lithographie, etc.), une cinquantaine de gaz spéciaux sont utilisés, 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 servent au dépôt de couches minces ; F₂, Kr et Ne, ainsi que Kr et Ne, sont utilisés en lithographie.

Il ressort des points précédents que de nombreux gaz utilisés dans les semi-conducteurs sont nocifs pour la santé. En particulier, certains gaz comme le SiH4 s'enflamment spontanément : une simple fuite suffit à provoquer une réaction violente au contact de l'oxygène de l'air. De même, l'AsH3 est extrêmement toxique ; même une légère fuite peut s'avérer mortelle. C'est pourquoi la sécurité de conception des systèmes de contrôle utilisés pour ces gaz spéciaux doit être particulièrement rigoureuse.

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Les semi-conducteurs nécessitent des gaz de haute pureté à « trois degrés de pureté ».

Plus la largeur des lignes de la puce est faible, plus la tolérance aux impuretés contenues dans le gaz caractéristique des électrons est réduite.

Afin de garantir la qualité et le rendement des dispositifs semi-conducteurs, les produits gazeux spéciaux doivent répondre simultanément aux exigences d’« ultra-purs » et d’« ultra-propres ».

« Ultra-pur » nécessite une pureté de gaz de 4,5N, 5N, voire 6N, 7N (N est l'abréviation de Neuf, et plusieurs Neuf représentent plusieurs Neuf, par exemple, 3N a une pureté de 99,9 %).

L'expression « ultra-propre » signifie que la teneur en particules et en impuretés métalliques est strictement contrôlée. Paramètre essentiel des gaz spéciaux, chaque unité de pureté supplémentaire et chaque ordre de grandeur de réduction de la concentration en particules et en impuretés métalliques entraînent une augmentation significative de la complexité et de la difficulté du procédé.

1. Gcomme pureté

La teneur en impuretés d'un gaz est généralement exprimée en pourcentage de sa pureté, par exemple 99,9999 %. En général, la pureté requise pour les gaz de synthèse électronique atteint 5N-6N, et le rapport volumique des impuretés est exprimé en ppm (parties par million), ppb (parties par milliard) et ppt (parties par billion). Le secteur des semi-conducteurs électroniques impose les exigences les plus strictes en matière de pureté et de stabilité des gaz spéciaux, dont la pureté est généralement supérieure à 6N.

2. Dryness

La quantité d'humidité résiduelle dans le gaz, ou humidité, est généralement exprimée en point de rosée, comme le point de rosée atmosphérique de -70 °C.

3, Cmaigreur

Le nombre de particules polluantes contenues dans un gaz d'une taille de particules de µm, exprimé en nombre de particules/M3, et pour l'air comprimé, la quantité de résidus solides inévitables, incluant la teneur en huile, est également exprimée en mg/m3.

Lors de l'utilisation de ces gaz dans l'atelier de production, des fuites de gaz inattendues peuvent survenir, et lorsque la concentration de certains gaz atteint un certain seuil ou que la pression dépasse un certain seuil, une explosion se produit souvent ou entraîne des conséquences néfastes mettant en danger la sécurité des personnes.

En cas de fuite de gaz, et en l'absence d'avertissement, la sécurité du personnel sur site peut être gravement compromise. C'est pourquoi le système de surveillance des gaz joue un rôle crucial dans les usines de fabrication de semi-conducteurs, de panneaux solaires et d'écrans à cristaux liquides. Ce système permet de détecter en temps réel toute fuite de gaz anormale et d'assurer l'intervention rapide du personnel de surveillance. Il constitue un élément essentiel du système de sécurité des personnes. Par conséquent, la mise en place d'un système de surveillance complet de ces gaz dangereux est indispensable pour un contrôle efficace et une alerte précoce performante, garantissant ainsi la continuité de la production et la sécurité des personnes et des biens.

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