半導體製造怎能缺少氣（qì）體（tǐ）？

自二十（shí）世紀中（zhōng）葉商（shāng）用晶體管和集成電路（lù）問世以來，氣（qì）體就（jiù）一（yī）直是電子行業的關鍵推動因素。氣體具有許（xǔ）多特有的性質，包括：易於運輸和存儲、易於實現（xiàn）精準分送，最重要的是（shì）容易（yì）在分子層麵控（kòng）製所需的化學反應（yīng）。這些性質使氣體非常適用（yòng）於構建更加複雜的電子器件。  

電子產品由半導體器件（電容器、二極管和晶體管）構建而成，最新的電腦芯片的生產步驟超過（guò） 1000 步，擁有 100 多億個晶體（tǐ）管，所有晶體管通過納米級（jí）電線依照錯綜複雜的 3D 設計連接在一起。這些產品的製造（zào）采用最簡單的積木式工藝，大部分產品會采用氣體材料進行構造和塑形。 

本文（wén）介紹六個主要的工藝以及所需氣體

電子工藝（yì）

電子（zǐ）器（qì）件是在（zài）初始襯底上製備而成。襯（chèn）底通常用作為器件的首個電絕（jué）緣體。有時候該襯底可能隻是一個臨時性的部（bù）件，會在（zài）製備完成後被（bèi）移除。除了常用於半導（dǎo）體芯（xīn）片和太陽（yáng）能電池中的矽晶片外，藍（lán）寶石（shí）、砷化镓（jiā）和（hé）碳化矽等其他材料（liào）也可用於製造電源管理芯片（piàn）和 LED。幾乎所有涉及氣體的電（diàn）子處理都是在金屬壁反應器或反應腔（qiāng）內進行，在此類反應器或反應腔中可以對（duì）工藝化學進行精（jīng）確地控製。

通常，反應腔會保持較低的壓力水平，以（yǐ）消除氣相化學（xué）反應造（zào）成的大氣造成汙染，並去除反應腔內的剩餘化學反應物或產物。溫（wēn）度（dù）控製也非常重要。襯底通（tōng）常置於可加熱或冷（lěng）卻至所需溫度（dù）的水平表麵之上。氦氣或其他氣體可流經該表麵，以（yǐ）幫助進行溫度控製。以下為製造電腦（nǎo）芯片的主要工藝及所用的一些主要氣體（tǐ）。

沉積是製造導體、半導體（tǐ）和絕（jué）緣體等電子器件內部（bù）材料的生產工藝。通（tōng）常，兩種（zhǒng）氣相反應物流入反應腔內，而襯底則被加熱至有利於（yú）進行所需反應的高溫，這樣（yàng）就可以（yǐ）直接在上（shàng）一（yī）層的表麵生成薄膜產品。這種反應可通過使用氬氣或氦氣等離子被進一步激活（huó）。

沉（chén）積步驟中（zhōng）使用了許多不同的（de）氣體，這些氣體被（bèi）用作薄膜（mó）生產所需的前體。一些（xiē）氣體（如氨（ān）氣和甲烷）從半導（dǎo）體製造開始就一直在使（shǐ）用，另一（yī）些氣體的使用是在後來才開始的，還（hái）有一些是為用於電子領域而專門（mén）開發的。因（yīn）為電（diàn）子器（qì）件的生產過程中會使用超過 60 多種（zhǒng）元素，必須開發出（chū）全（quán）新的氣相材料來支持製造和設計的發展。

光刻是塑造器件形狀的過程，且對於實現微芯片的小型化至關重要。被稱為掃描儀（yí）的光刻機就如同一台幻燈片（piàn）投（tóu）影儀：它從光源獲取光（guāng），以便將刻蝕在玻璃件（jiàn）上母模圖像傳輸至覆有光（guāng）敏化學膠片的襯底上。該圖像就是形成微芯片的微小電路的圖樣。然後，利用濕化學法衝洗圖樣，並去除化學（xué）膠片上曝（pù）光（guāng）或未曝光的部分。 

重要的是，常用（yòng）於（yú）圖像光（guāng）刻的（de）光源是以氣（qì）相激光為基礎，采用少量的氟氣（qì）、氯氣、氯化氫、氬氣以及混合大量氖氣為平衡氣的氙氣（qì）。光刻是（shì）氖（nǎi）氣應用最多的（de）工藝。二氧化碳（tàn）也作為加工輔助劑用於減少圖像中的缺陷。一種全新的光刻法（fǎ）將采用一（yī）種激（jī）發態的錫蒸汽來產生光。但由於錫會沉積在成本高昂的光學元件上，所以會使用（yòng）大量的氫氣與錫反應，以（yǐ）將錫（xī）以氫化（huà）錫 (SnH₄) 的形式通過真空係（xì）統移除。

刻蝕是用於選（xuǎn）擇性地（dì）去除材（cái）料的工藝，且通常（cháng）在光刻之後來永久固（gù）定光刻工藝（yì）中形成的圖樣和形狀（zhuàng）。刻蝕氣體在襯底上方的（de）氬等離子體中被激活，然後先與表麵上的一種材料發生反（fǎn）應。反應產物也是（shì）氣體（tǐ），且可通過真空係統排出（chū）。 

大多數刻蝕氣體都是（shì）碳基氣體，且包含氟或其（qí）他鹵原子。碳氟化合物的成分有（yǒu）助於選擇目（mù）標薄膜。當在等（děng）離子中被激發時，這些已激活的氣（qì）體對襯底表麵上（shàng）的目標材料具有較高的反應性。在製造過程中，這些碳氟化合物的碎屑（xiè）亦可沉積在器件的其（qí）他區域，並充當（dāng）保（bǎo）護層。氧氣在有些時（shí）候（hòu）也可用作為共反應劑（jì）。

摻（chān）雜是幫助改變半導（dǎo）材料導電率的工藝。通過將這些材料的原子加入到（dào）之前沉積的半導體（tǐ）材料中，電路工程師就可以確定半導體層傳導電子的條件。要加入摻雜（zá）原子，可通過氣體（tǐ）在表麵發生反應，並（bìng）滲入經過加熱處理的襯底中，或通過等離子體激活（huó）方法。在等離子激活過程（chéng）中，會使用電場加（jiā）快滲雜襯底速度。

用於摻雜（zá）的氣（qì）體包括砷烷 (AsH₃)、磷烷 (PH₃)，以及三氟化硼 (BF₃) 和乙硼烷 (B₂H₂) 等含硼氣體。特別是砷烷和磷烷有劇毒，通常在（zài）安全（quán）分裝容器中存儲和使用，從而可通過將有效壓力（lì）限製（zhì）在低於大氣壓的方式防止這些材料（liào）泄漏。乙硼烷（wán）不具有熱穩定性，會慢慢分解，可以將其存儲在冷（lěng）藏溫度環境中（zhōng）並與氫氣混合。將鍺添加（jiā）至（zhì）矽薄膜中，可以通過稍（shāo）微破壞矽晶體結構的方式改變其（qí）電導率。

退火是用於改變已有薄膜組分（fèn）的另一（yī）種工藝。氧（yǎng）氣或氫氣通常在高壓和高溫條（tiáo）件下用（yòng）於已有材料層發生反應，以（yǐ）在表麵上形成新的氧化或氫化層。在其他應用中，會對具有更多薄膜層（céng）的襯底進行加熱和冷卻（què）處理，這（zhè）樣最頂層（céng）薄膜就能夠形成結晶相。

當製造可切割成半（bàn）導體和（hé）太陽能（néng）晶片（piàn）的矽錠時，通常會使用氬氣。這是（shì）因為氮氣會（huì）在矽的熔化溫度 (1414 ℃) 條件下與矽發生反應。

反（fǎn）應腔清潔是保持反應腔處於工作狀態的一個重要工藝。過多的化（huà）學反應物和產物不僅會沉積在（zài）襯底上，而且還會沉積在反應腔（qiāng）腔壁以及反應腔內其他設備（bèi）之上（shàng）。由於電子器件十分敏感，即使是這些（xiē）過剩材料產生的細小顆粒也（yě）可能會在製（zhì）造（zào）過程中毀壞器（qì）件。在工藝步（bù）驟之（zhī）間，鹵化物（wù）氣體可通過等離（lí）子體激活，與多餘材料發生（shēng）反應，從而（ér）去除多餘材料，例如整個（gè）反應腔內的刻蝕步驟。 這些反應腔清潔氣體中最重要的（de）是三氟化氮 (NF₃)，它所有用（yòng）途幾乎都在電子製造上（shàng）。

自從人類開始生產（chǎn）電子器件，氣體就被用於實現基本的工藝流程以及更加複雜的設計和產（chǎn）品製造。