Les gaz spéciaux pour l'électronique (GSE) sont utilisés dans tout le secteur de l'électronique, mais les plus grands utilisateurs, avec les besoins les plus divers, sont les fabricants de semi-conducteurs. Divers GSE sont utilisés dans la plupart des procédés de fabrication de semi-conducteurs, tels que le dépôt de films, la gravure de films, le dopage de substrats et le nettoyage de chambres.
Dans ce billet, nous donnons un aperçu des gaz spéciaux électroniques, puis nous examinons en détail trois exemples où des chromatographes en phase gazeuse et des accessoires ont été employés pour assurer la qualité des gaz spéciaux de haute pureté utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs.
Quels types de gaz sont utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs ?
Les gaz spéciaux pour l'électronique comprennent à la fois des gaz de haute pureté et des mélanges de gaz, qui sont spécialement configurés pour ces applications spécifiques.
La fabrication de semi-conducteurs peut utiliser jusqu'à 30 gaz différents dans l'ensemble des différents processus. Il s'agit notamment de gaz tels que l'hélium, l'azote et l'argon qui sont utilisés soit pour fournir une atmosphère inerte, soit pour rincer les chambres à la fin d'un processus ou avant le nettoyage.
D'autres gaz sont utilisés en quantités soigneusement contrôlées pour s'assurer que les réactions ont bien lieu. Ces gaz sont utilisés dans les processus de gravure et de dépôt pour créer les couches et les pistes des puces à semi-conducteurs. Ces gaz comprennent les éléments familiers (hydrogène, ammoniac et chlore) ainsi que des composés plus inhabituels comme l'hexafluoroéthane (C2F6), l'octafluorocyclobutane (C4F8) et le germane (GeH4).
En raison de la précision qu'implique la fabrication de semi-conducteurs, des gaz de très haute pureté sont nécessaires. Généralement, cette pureté est comprise entre 99,998 % et 99,99994 %, mais elle varie selon les gaz fournis et l'application.
Contaminants courants dans les gaz spéciaux pour l'électronique et comment les détecter
Les contaminants les plus courants dans les gaz pour l'électronique et les semi-conducteurs sont l'humidité et l'oxygène. Le contrôle de leurs niveaux est important pour les fabricants de gaz et les utilisateurs. Nous abordons ce sujet en détail dans notre précédent billet Oxygène et humidité : une combinaison coûteuse.
Parce que de nombreux GSE sont complexes, il existe un large éventail d'autres gaz à l'état de traces qui sont des contaminants potentiels, et en raison des exigences de pureté, des instruments avec une limite de détection très basse sont nécessaires.
Alors que les analyseurs d'humidité et d'oxygène dédiés sont très efficaces pour détecter les traces de ces impuretés, pour les traces d'autres gaz, des analyseurs capables de mesurer plusieurs gaz à l'état de traces à des niveaux très faibles sont nécessaires.
Les chromatographes en phase gazeuse sont une solution idéale. Ils peuvent être configurés pour détecter différents profils de gaz et il existe des modèles qui détectent plusieurs impuretés gazeuses simultanément. Cela permet d'économiser à la fois des dépenses d'investissement et de l'espace. Disposer d'un instrument à faible encombrement et conçu pour un environnement industriel est également important.
La manipulation des échantillons de gaz assure une grande précision
Lorsqu'on détecte des impuretés à des niveaux sub-ppb, il est essentiel d'obtenir un débit optimal de gaz d'échantillon à travers l'analyseur pour garantir la sensibilité de ce dernier. En même temps, les analyseurs dotés de capacités en ligne fournissent une alerte instantanée si la qualité du gaz diminue soudainement (peut-être avec la fixation d'une nouvelle bouteille) ou si une fuite se produit dans le système.
Les systèmes d'analyse en ligne doivent tenir compte de ces facteurs et utiliser la bonne combinaison d'extraction de l'échantillon, de purification du gaz porteur, de sélection du flux et de débit pour garantir la sensibilité.
Exemples d'application des mesures de traces d'impuretés dans les gaz de semi-conducteurs
Comme il s'agit d'un domaine très complexe, nous allons examiner quelques cas spécifiques. Des notes d'application détaillées, y compris des chromatographes, peuvent être trouvées sur notre page sur l'industrie des semi-conducteurs.
Détecter des impuretés en parties par trillion dans les gaz UHP
Mesurer les traces de gaz permanents jusqu'à des niveaux de parties par trillion dans les gaz ultra-haute pureté tels que l'hélium, l'argon, l'oxygène, l'azote et l'hydrogène est une exigence très courante dans la fabrication des semi-conducteurs.
Le succès de ces mesures dépend d'une combinaison de détecteur, de chromatographe en phase gazeuse adapté, de dilution de l'échantillon et de sélection du flux gazeux.
LDetek a développé un système qui mesure avec succès les impuretés à l'état de traces jusqu'à moins de 100 ppt avec la combinaison de :
- Détecteur d'émissions de plasma PlasmaDetek2
- Chromatographe en phase gazeuse MultiDetek3
- Système de dilution automatiqueLDGDSA
- LDGSS sélecteur de flux d'échantillon
- Purificateur de gaz LDP1000 pour produire de l'hélium de grade 10,0 à utiliser comme gaz porteur
Le tableau ci-dessous indique les limites de détection inférieures spécifiques pour chaque impureté dans les échantillons de He, Ar, O2, H2 et N2.
| Méthodes - échantillons de gaz | Gamme | Ar(ldl) | H2(ldl) | CO2(ldl) | NMHC(ldl) | N2 (ldl) | CO(ldl) | CH4(ldl) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hélium | 0-500 ppb | 80 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 100 ppt | 85 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Argon | 0-500 ppb | n/a | 100 ppt | 95 ppt | 100 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Oxygène | 0-500 ppb | 80 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt | 100 ppt |
| Hydrogène | 0-500 ppb | 95 ppt | n/a | 95 ppt | 100 ppt | 90 ppt | 95 ppt | 95 ppt |
| Azote | 0-500 ppb | 80 ppt | 95 ppt | 95 ppt | 100 ppt | n/a | 95 ppt | 100 ppt |
| Impuretés | Etendue | LDL du système | LQ du système |
|---|---|---|---|
| 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 % | - | - |
Le chromatographe en phase gazeuse LDetek MultiDetek3 avec le détecteur PlasmaDetek2 offre les conditions requises pour ce type d'application de gaz spéciaux. La configuration avec des vannes à diaphragme purgées combinées à un chemin d'écoulement et des colonnes de gaz inerte revêtus rend le système parfaitement adapté à ces gaz spéciaux et complexes. Le système est monté en rack et compact, offrant un contrôle à distance complet. Les protocoles de communication industrielle sont tous intégrés et doivent simplement être sélectionnés spécifiquement pour vos besoins.
Des exemples de chromatographes sont disponibles dans la note d'application complète de ProcessSensing.com : Chromatographe en phase gazeuse MultiDetek3 avec détecteur PlasmaDetek2 utilise pour l'analyse des gaz spéciaux pour semi-conducteurs comme l'octafluorocyclobutane UHP (C4F8)
Mesure des impuretés à l'état de traces dans le Germane (GeH4)
Le germane est un gaz hautement inflammable et toute manipulation d'échantillon nécessite un haut niveau de sécurité. Comme tous les gaz semi-conducteurs, il nécessite un haut niveau de pureté - au moins 99,999% - et présente une large gamme d'impuretés à détecter.
| Composants | Concentration | Hauteur de crête | Bruit | LDL (3x bruit) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Le PlasmaDetek2 et le MultiDetek3 combinés avec le système d'échantillonnage de surveillance continue hautement sécurisé permettent de mesurer la pureté du GeH4 avec un risque réduit. Le contrôle du N2 dans la boîte purgée est essentiel pour garantir l'absence de risque d'inflammation à l'intérieur du MultiDetek3. La mesure des impuretés à l'état de traces peut être réalisée avec un temps d'analyse relativement court et peut offrir une très faible limite de détection des impuretés mesurées ce qui est nécessaire pour l'analyse de la pureté de GeH4.
Téléchargez la note d'application complète ici.
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