Los gases electrónicos especiales (ESG) se utilizan en todo el sector de la electrónica, pero los mayores usuarios, con las necesidades más diversas, son los fabricantes de semiconductores. En la mayoría de los procesos de semiconductores se utilizan diversos ESG, como la deposición de películas, el grabado de películas, el dopaje de sustratos y la limpieza de cámaras.
En esta entrada ofrecemos una visión general de los gases especiales para la electrónica y, a continuación, analizamos en detalle tres ejemplos en los que se han empleado cromatógrafos de gases y accesorios para garantizar la calidad de los gases especiales de alta pureza utilizados en la fabricación de semiconductores.
Qué tipos de gases se utilizan en la fabricación de Semiconductores?
Los gases especiales para electrónica incluyen tanto gases de alta pureza como mezclas de gases, que están especialmente configurados para estas aplicaciones específicas.
La fabricación de semiconductores puede utilizar hasta 30 gases diferentes en los distintos procesos. Entre ellos se incluyen gases como el helio, el nitrógeno y el argón, que se utilizan para proporcionar una atmósfera inerte o para purgar las cámaras al final de un proceso o antes de la limpieza.
Otros gases se utilizan en cantidades cuidadosamente controladas para garantizar que se produzcan las reacciones. Estos gases se utilizan en los procesos de grabado y deposición para crear las capas y pistas de los chips semiconductores. Estos gases incluyen los conocidos (hidrógeno, amoníaco y cloro), así como compuestos más inusuales como el hexafluoroetano (C2F6), el octafluorociclobutano (C4F8) y el germano (GeH4).
Debida a la Precisión que implica la fabricación de Semiconductores, se necesitan gases de muy alta pureza. Normalmente, la pureza oscila entre el 99,998% y el 99,99994%, pero varía según los gases suministrados y la aplicación.
Contaminantes comunes en gases especiales para electrónica y cómo detectarlos
Los contaminantes más comunes en los gases para electrónica y semiconductores son la humedad y el oxígeno. Controlar sus niveles es importante tanto para los fabricantes de gases como para los usuarios. Tratamos este tema en detalle en nuestro post anterior Oxígeno y humedad: una combinación costosa.
Dado que muchos ESG son complejos, existe una amplia gama de otros gases traza que son contaminantes potenciales y, debido a los requisitos de pureza, se requieren instrumentos con un límite de detección muy bajo.
Mientras que los analizadores dedicados de humedad y oxígeno son muy eficaces para detectar niveles de trazas de estas impurezas, para las trazas de otros gases se necesitan analizadores capaces de medir múltiples gases traza a niveles muy bajos.
Los Cromatógrafos de gases son una solución ideal. Pueden configurarse para detectar varios perfiles de gas y existen modelos que detectan varias impurezas gaseosas simultáneamente. Esto ahorra tanto en gastos de capital como en espacio. También es importante disponer de un instrumento que ocupe poco espacio y esté diseñado para un entorno industrial.
La manipulación de muestras de gas garantiza una gran Precisión
Cuando se detectan impurezas a niveles inferiores a pppb, conseguir el caudal óptimo de gas de muestra a través del analizador es esencial para garantizar la sensibilidad del analizador. Al mismo tiempo, los analizadores con capacidades en línea proporcionan una alerta instantánea si la calidad del gas se reduce repentinamente (quizás al colocar una nueva botella) o si se produce una fuga en el sistema.
Los sistemas de analizadores en línea deben tener en cuenta estos factores y utilizar la combinación adecuada de extracción de muestras, purificación del gas portador, selección del flujo y caudal para garantizar la sensibilidad.
Ejemplos de aplicación de la medición de impurezas traza en gases semiconductores
Dado que se trata de un área tan compleja, examinaremos algunos casos concretos. Encontrará notas de aplicación detalladas, incluidos cromatógrafos, en nuestra página de la industria de Semiconductores.
Detección de partes por billón de impurezas en gases UHP
La medición de trazas de gases permanentes hasta niveles de partes por billón en gases de pureza ultra alta como helio, argón, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno es un requisito muy común en la fabricación de semiconductores.
El éxito de estas mediciones depende de una combinación de detector, cromatógrafo de gases adecuado, dilución de la muestra y selección de la corriente de gas.
LDetek ha desarrollado un sistema que mide con éxito trazas de impurezas de hasta menos de 100 ppt con la combinación de:
- Detector de emisiones de plasma PlasmaDetek2
- MultiDetek3 Cromatógrafo de gases
- Sistema de dilución automática LDGDSA
- Selector de flujo de muestra LDGSS
- Purificador de gas LDG1000 para producir helio de grado 10.0 para su uso como gas portador
La siguiente table muestra los límites inferiores de detección específicos para cada impureza en muestras de He, Ar, O2, h2 y N2.
| Métodos - gases de muestra | Rango | Ar(ldl) | h2(ldl) | CO2(ldl) | NMHC(ldl) | N2 (ldl) | CO(ldl) | CH4(ldl) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Helio | 0-500 ppb | 80 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 100 ppt | 85 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Argón | 0-500 ppb | n/a | 100 ppt | 95 ppt | 100 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Oxígeno | 0-500 ppb | 80 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt |
| Hidrógeno | 0-500 ppb | 95 ppt | n/a | 95 ppt | 100 ppt | 90 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Nitrógeno | 0-500 ppb | 80 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 100 ppt | n/a | 95 ppt | 100 ppt |
Descargue la nota de aplicación completa que contiene información detallada sobre la aplicación e incluye cromatografías.
Análisis del gas especial para semiconductores Octaflurociclobutano (C4F8) UHP
El octafluorociclobutano, o perfluorociclobutano, C4F8, es un compuesto de carbono y flúor que se utiliza en la producción y el procesamiento de materiales y dispositivos semiconductores, por ejemplo como gas de deposición y grabador.
Su producción es compleja y en ella están presentes varios contaminantes cloroflurocarbonados, así como dióxido de carbono.
Este gas suele requerir un grado ULSI 5N (pureza del 99,999%) y para ello se necesita un analizador de control de calidad muy sensible, capaz de detectar todas estas impurezas del gas hasta niveles de partes por billón.
La siguiente table muestra la composición de la muestra de C4F8:
| Impurezas | Rango | LDL del sistema | Sistema LOQ |
|---|---|---|---|
| C5F8 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| C2F6 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| C3F8 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| CF4 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| CO2 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| C4F6 | 0-100 ppm | 25 ppb | 75 ppb |
| C4F8 | 100 % | - | - |
El Cromatógrafo de gases LDetek MultiDetek3 con el detector PlasmaDetek2 ofrece los requisitos para este tipo de aplicaciones de gases especiales. La configuración con válvulas de diafragma purgadas combinada con columnas y vías de flujo de gas inerte recubiertas hace que el sistema se adapte perfectamente a este tipo de gases especiales y complejos. El sistema está montado en bastidor y es compacto, ofreciendo un control remoto completo. Todos los protocolos de comunicación industrial están incorporados y sólo hay que seleccionarlos específicamente para sus requisitos.
En la nota de aplicación completa de ProcessSensing.com encontrará ejemplos de cromatógrafos: Cromatógrafo de gases MultiDetek3 con detector PlasmaDetek2 utilizado para el análisis de gases especiales de Semiconductores como Octafluorociclobutano UHP (C4F8)
Cromatógrafo de gases MultiDetek3 con detector PlasmaDetek2 utilizado para el análisis de gases especiales de Semiconductores como Octafluorociclobutano UHP (C4F8).
Medición de trazas de impurezas en Germane (GeH4)
El Germane es un gas altamente inflamable y cualquier manipulación de muestras requiere un alto nivel de seguridad. Como todos los gases Semiconductores, requiere un alto nivel de pureza - al menos del 99,999% - y presenta un amplio Rango de impurezas a detectar.
| Componentes | Concentración | Altura pico | Ruido | LDL (3x ruido) |
|---|---|---|---|---|
| C2h2 | 5,2 ppm | 2720 mV | 2,8 mV | 0,016 ppm |
| C2H | 4,9 ppm | 2495 mV | 2,8 mV | 0,016 ppm |
| C2H6 | 4,9 ppm | 2433 mV | 2,8 mV | 0,017 ppm |
| Ar | 3,1 ppm | 1544 mV | 1,1 mV | 0,006 ppm |
| CO2 | 4,7 ppm | 2802 mV | 2,1 mV | 0,010 ppm |
| CO | 4,6 ppm | 2705 mV | 2,1 mV | 0,010 ppm |
| h2 | 3,9 ppm | 1701 mV | 2,6 mV | 0,018 ppm |
| O2 | 4,1 ppm | 2065 mV | 2,6 mV | 0,015 ppm |
| CH4 | 3,6 ppm | 1789 mV | 2,6 mV | 0,016 ppm |
| N2 | 3,7 ppm | 2505 mV | 0,7 mV | 0,003 ppm |
El PlasmaDetek2 y el MultiDetek3 combinados con el sistema de muestreo de monitorización continua altamente seguro permiten medir la pureza del GeH4 con un riesgo reducido. La monitorización con N2 de la caja purgada es esencial para garantizar que no existe riesgo de ignición en el interior del MultiDetek3. La medición de impurezas traza puede realizarse con un tiempo de análisis relativamente corto y puede ofrecer un límite de detección muy bajo de las impurezas medidas, lo que es necesario para el análisis de la pureza del GeH4.
Descargue la nota de aplicación completa aquí.
Descubra el Rango completo de Aplicaciones de Detección de Procesos para la Industria Electrónica y de Semiconductores
Nuestra página de la industria de semiconductores contiene notas de aplicación e información de productos específicamente para las industrias electrónica y de semiconductores.
Puede contactar con nosotros para hablar de su aplicación específica o para obtener más información sobre nuestra gama de Cromatógrafos de gases industriales y detectores de emisiones de plasma.
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