В процессе производства полупроводниковых пластин на заводах с относительно передовыми производственными процессами требуется около 50 различных типов газов. Газы обычно подразделяются на газы для массового производства испециальные газы.

Применение газов в микроэлектронике и полупроводниковой промышленности. Использование газов всегда играло важную роль в полупроводниковых процессах, особенно широко используемых в различных отраслях. От сверхбольших интегральных схем (ULSI) и тонкоплёночных дисплеев (TFT-LCD) до современной микроэлектромеханической (MEMS) промышленности, полупроводниковые процессы используются в качестве технологических процессов производства продукции, включая сухое травление, окисление, ионную имплантацию, осаждение тонких плёнок и т. д.

Например, многие знают, что чипы изготавливаются из песка, но, рассматривая весь процесс их производства, становится очевидным, что необходимы и другие материалы, такие как фоторезист, полировальная жидкость, мишень, специальный газ и т. д. Для внутренней упаковки также требуются подложки, интерпозеры, рамки выводов, связующие материалы и т. д. из различных материалов. Специальные газы для электроники занимают второе место по стоимости в производстве полупроводников после кремниевых пластин, за ними следуют маски и фоторезисты.

Чистота газа оказывает решающее влияние на производительность компонентов и выход продукции, а безопасность газоснабжения связана со здоровьем персонала и безопасностью работы предприятия. Почему чистота газа оказывает столь большое влияние на технологическую линию и персонал? Это не преувеличение, а обусловлено опасными свойствами самого газа.

Классификация распространенных газов в полупроводниковой промышленности

Обычный газ

Обычный газ также называют газом массового производства: это промышленный газ с требованиями к чистоте ниже 5N, производимый и реализуемый в больших объёмах. В зависимости от способа получения его можно разделить на газ разделения воздуха и синтетический газ. Водород (H₂), азот (N₂), кислород (O₂), аргон (A₂) и т. д.

Специальный газ

Специальный газ – это промышленный газ, используемый в определенных областях и предъявляющий особые требования к чистоте, ассортименту и свойствам. В основномSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… и так далее.

Типы специальных газов

Виды специальных газов: едкие, токсичные, горючие, поддерживающие горение, инертные и т. д.
Обычно используемые полупроводниковые газы классифицируются следующим образом:
(i) Коррозионные/токсичные:HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Огнеопасно: H2、СН4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Горючие: O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Инертный: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Он…

В процессе производства полупроводниковых кристаллов используется около 50 различных типов специальных газов (называемых специальными газами) для окисления, диффузии, осаждения, травления, инжекции, фотолитографии и других процессов, а общее количество технологических этапов превышает сотни. Например, PH3 и AsH3 используются в качестве источников фосфора и мышьяка в процессе ионной имплантации, газы на основе фтора CF4, CHF3, SF6 и галогенные газы CI2, BCI3, HBr обычно используются в процессе травления, SiH4, NH3, N2O – в процессе осаждения плёнок, F2/Kr/Ne, Kr/Ne – в процессе фотолитографии.

Из вышеизложенного следует, что многие полупроводниковые газы вредны для организма человека. В частности, некоторые из них, например, SiH4, самовоспламеняемы. При утечке они бурно реагируют с кислородом воздуха и начинают гореть; а AsH3 чрезвычайно токсичен. Любая незначительная утечка может представлять опасность для жизни людей, поэтому требования к безопасности систем управления при использовании специальных газов особенно высоки.

Для полупроводников необходимы газы высокой чистоты, имеющие «три степени»

Чистота газа

Содержание примесей в газовой среде обычно выражается в процентах от чистоты газа, например, 99,9999%. Как правило, требования к чистоте газов для электронных приборов достигают 5N-6N и выражаются объёмным соотношением содержания примесей в газовой среде в ppm (частях на миллион), ppb (частях на миллиард) и ppt (частях на триллион). В области электронных полупроводников предъявляются самые высокие требования к чистоте и стабильности качества специальных газов, и чистота таких газов обычно превышает 6N.

Сухость

Содержание следов воды в газе, или влажность, обычно выражается в точке росы, например, в точке росы атмосферы -70 ℃.

Чистота

Количество загрязняющих частиц в газе (частиц размером мкм) выражается в количестве частиц/м³. Для сжатого воздуха оно обычно выражается в мг/м³ неизбежных твёрдых остатков, включая содержание масла.