半導(dǎo)體FAB的氣體

在目前生產(chǎn)工藝較為先進(jìn)的半導(dǎo)體晶圓代工廠的制造過(guò)程中，需要使用近 50 種不同種類(lèi)的氣體。一般把氣體分為大宗氣體（Bulk Gas）和特種氣體（Special Gas）兩種。

氣體在微電子、半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用氣體的使用在半導(dǎo)體制程中一直扮演著重要的角色，特別是半導(dǎo)體制程被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，ULSI、TFT-LCD到現(xiàn)在的微機(jī)電(MEMS)產(chǎn)業(yè)，均以半導(dǎo)體制程為產(chǎn)品的制造流程，其中的制程包括如干蝕刻、氧化、離子布植、薄膜沉積等。

例如，很多人都知道，芯片是由沙子制作的，但縱觀芯片制造的整個(gè)環(huán)節(jié)，所需要的材料不止于此，比如光刻膠、拋光液、靶材、特種氣體等不可或缺。后端封裝也需要各種材料的基板、中介層、引線框架、粘接材料等。電子特氣是半導(dǎo)體制造成本中僅次于硅片的第二大材料，之后是掩膜版和光刻膠等。

而氣體的純度對(duì)組件性能、產(chǎn)品良率有著決定性的影響，氣體供應(yīng)的安全性則關(guān)乎人員的健康與工廠運(yùn)作的安全。為什么說(shuō)氣體的純度會(huì)對(duì)工藝線及人員造成這么大的影響？這絕不是我們危言聳聽(tīng)，而是由于氣體本身的危險(xiǎn)特性決定。今天蓋斯帕克帶您走進(jìn)電子特氣的世界。

半導(dǎo)體行業(yè)中常見(jiàn)氣體分類(lèi)

普通氣體也稱(chēng)大宗氣體（Bulk gas ）：指純度要求低于5N，產(chǎn)銷(xiāo)量大的工業(yè)氣體，根據(jù)制備方式的不同可分為空分氣體和合成氣體。氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）、氬氣（A2）等；

特種氣體（Specialty gas ）指被應(yīng)用于特定領(lǐng)域，對(duì)純度、品種、性質(zhì)有特殊要求的工業(yè)氣體。主要有 SiH4 PH3 B2H6 A8H3 CL HCL CF4 NH3 POCL3 SIH2CL2 SIHCL3 NH3 BCL3 SIF4 CLF3 CO C2F6 N2O F2 HF HBR SF6……等等。

一特氣種類(lèi)：腐蝕性、毒性、可燃性、助燃性、惰性等

一般常用的半導(dǎo)體氣體分類(lèi)如下：

（一）腐蝕性 / 毒性：HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、 BCl3 …等

（二）可燃性：H2、 CH4、 SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…等

（三）助燃性：O2、Cl2、N2O、NF3…等

（四）惰性：N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr、He…

在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中，氧化、擴(kuò)散、淀積、刻蝕、注入、光刻等工藝中，大約要使用到 50種不同類(lèi)型的特種氣體（簡(jiǎn)稱(chēng)特氣），全部工藝步驟超過(guò)幾百道。例如離子注入工藝中作為磷源、砷源的PH3和AsH3，刻蝕工藝中常用的F基氣體CF4、CHF3、SF6等和鹵族氣體CI2、BCI3、HBr，沉積薄膜工藝中的SiH4、NH3、N2O，光刻工藝中的F2/Kr/Ne、Kr/Ne等。

從以上方面可以了解，半導(dǎo)體氣體很多是對(duì)人體有害。特別是其中有些氣體如SiH4的自燃性，只要一泄漏就會(huì)與空氣中的氧氣起劇烈反應(yīng)，開(kāi)始燃燒；還有AsH3的劇毒性，任何些微的泄漏都可能造成人員生命的危害，所以對(duì)于特氣使用上的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性的要求特別高。

半導(dǎo)體對(duì)高純氣體要求有“三度”

芯片線寬越小，對(duì)電子特氣所含雜質(zhì)容忍度越低

為了保證半導(dǎo)體器件的質(zhì)量與成品率，特種氣體產(chǎn)品要同時(shí)滿足“超純”和“超凈”的要求。

“超純”要求氣體純度達(dá)到 4.5N、5N 甚至 6N、7N（N 是 Nine 的簡(jiǎn)寫(xiě)，幾個(gè) N 就代表有幾個(gè) 9，例如 3N 的純度為 99.9%）。

“超凈”即要求嚴(yán)格控制粒子與金屬雜質(zhì)的含量。作為特種氣體的核心參數(shù)，純度每提升一個(gè) N，粒子、金屬雜質(zhì)含量濃度每降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，都將帶來(lái)工藝復(fù)雜度和難度的顯著提升。

一氣體純度

氣體中雜質(zhì)氣氛的含量，通常用氣體純度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，如99.9999%,一般而言，對(duì)電子特氣的純度要求達(dá)到了5N-6N，也用雜質(zhì)氣氛含量的體積比ppm （part per million，百萬(wàn)分之）、ppb（part perbillion，十億分之）、 ppt（part per trillion，萬(wàn)億分之一）表示。電子半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)μ胤N氣體的純度和質(zhì)量穩(wěn)定性要求最高，電子特氣純度一般大于6N。

二 干燥度

氣體中微量水分的含量，或稱(chēng)之為濕量，通常以露點(diǎn)表示，如常壓露點(diǎn)-70℃。

三 潔凈度

氣體中含有污染物粒子的數(shù)量，粒徑為µm的粒子，多少粒/M3 來(lái)表示，對(duì)于壓縮空氣，通常也用不可避免的固體殘留物的多少mg/m3來(lái)表示，其中涵蓋了含油量。

在生產(chǎn)車(chē)間使用這些氣體的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏的意外情況，當(dāng)某些氣體濃度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)或壓強(qiáng)超過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，往往會(huì)發(fā)生爆炸或?qū)е挛＜叭松戆踩膼毫雍蠊?/p>

一旦發(fā)生氣體泄漏，在無(wú)警示狀況下，可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的安全造成極大的威脅，因此氣體監(jiān)控系統(tǒng)(Gas Monitoring System) 在半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池板、液晶面板制造工廠中擔(dān)任極重要之角色，能實(shí)時(shí)顯示異常氣體泄漏警報(bào)，并提供監(jiān)控人員進(jìn)一步的處置，是生命安全系統(tǒng)重要的組成部分。因此對(duì)這些危險(xiǎn)性氣體必須建立一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到有效的控制和 具備良好的預(yù)警功能，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行以及人財(cái)物的安全。

 

 

來(lái)源：半導(dǎo)體設(shè)備資訊站