В процессе производства полупроводниковых пластин на литографских предприятиях с относительно передовыми технологиями требуется около 50 различных типов газов. Газы, как правило, делятся на основные газы испециальные газы.

Применение газов в микроэлектронике и полупроводниковой промышленности. Использование газов всегда играло важную роль в полупроводниковых процессах, особенно широко применяемых в различных отраслях промышленности. От ULSI и TFT-LCD до современной микроэлектромеханической (MEMS) промышленности полупроводниковые процессы используются в качестве методов производства продукции, включая сухое травление, окисление, ионную имплантацию, осаждение тонких пленок и т. д.

Например, многим известно, что микросхемы изготавливаются из песка, но, рассматривая весь процесс производства микросхем, можно увидеть, что для этого требуется гораздо больше материалов, таких как фоторезист, полировальная жидкость, материал мишени, специальный газ и т.д. Для упаковки на этапе постобработки также необходимы подложки, межсоединители, выводные рамки, материалы для склеивания и т.д. из различных материалов. Электронные специальные газы занимают второе место по стоимости в производстве полупроводников после кремниевых пластин, за ними следуют маски и фоторезисты.

Чистота газа оказывает решающее влияние на характеристики компонентов и выход продукции, а безопасность газоснабжения связана со здоровьем персонала и безопасностью работы завода. Почему чистота газа оказывает такое 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 и большим объемом производства и продаж. Его можно разделить на газ, полученный методом разделения воздуха, и синтетический газ в зависимости от методов получения. Водород (H2), азот (N2), кислород (O2), аргон (A2) и др.;

Специальный газ

Специальные газы — это промышленные газы, используемые в определенных областях и предъявляющие особые требования к чистоте, разнообразию и свойствам. В основном этоSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… и так далее.

Виды особых газов

Виды специальных газов: коррозионные, токсичные, легковоспламеняющиеся, способствующие горению, инертные и т. д.
Обычно используемые полупроводниковые газы классифицируются следующим образом:
(i) Коррозионное/токсичное вещество:HCl、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Воспламеняющийся: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Горючие вещества: O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Инертные: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Он…

В процессе производства полупроводниковых чипов используется около 50 различных типов специальных газов (называемых специальными газами) на этапах окисления, диффузии, осаждения, травления, инжекции, фотолитографии и других процессах, а общее количество этапов процесса 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 галогенсодержащие газы Cl2, BCl3, HBr обычно используются в процессе травления, SiH4, NH3, N2O — в процессе осаждения пленок, F2/Kr/Ne, Kr/Ne — в процессе фотолитографии.

Из вышеизложенного следует, что многие полупроводниковые газы вредны для человеческого организма. В частности, некоторые газы, такие как SiH4, являются самовоспламеняющимися. При утечке они бурно реагируют с кислородом в воздухе и начинают гореть; а AsH3 является высокотоксичным. Даже незначительная утечка может нанести вред жизни людей, поэтому требования к безопасности систем управления при использовании специальных газов особенно высоки.

Для работы полупроводниковых устройств необходимы газы высокой чистоты, обладающие «тремя градусами».

чистота газа

Содержание примесей в газе обычно выражается в процентах от чистоты газа, например, 99,9999%. В целом, требования к чистоте специальных газов для электронной промышленности достигают 5N-6N и также выражаются в виде объемного соотношения содержания примесей в ppm (частях на миллион), ppb (частях на миллиард) и ppt (частях на триллион). В области электронной полупроводниковой промышленности предъявляются самые высокие требования к чистоте и стабильности качества специальных газов, и чистота специальных газов для электронной промышленности обычно превышает 6N.

Сухость

Содержание следовых количеств воды в газе, или влажность, обычно выражается в точке росы, например, в атмосферной точке росы -70℃.

Чистота

Количество загрязняющих частиц в газе, частиц размером в мкм, выражается в количестве частиц/м³. Для сжатого воздуха это обычно выражается в мг/м³ неизбежных твердых остатков, включая содержание масла.