什么是乌海高纯特种气体？

在大规模集成电路制造业中，气体的使用非常广泛，约占全部生产材料的三分之一。其中，用于各种生产工艺的气体，特别是与硅片直接接触的气体，一般统称为高纯特种 气体或高纯电子级气体。这类气体的特点就是高纯度和高危险性。由于在化学气相沉积、刻蚀、离子注入、外延等前段制造工艺中，气体中的有害杂质浓度对芯片的成品率有着直接的影响。目前，大部分的乌海高纯特种气体公司的纯度应达到99.99% (4N) 以上。

随着集成电路制造技术节点的不断提升，对气体纯度的要求也越来越高，部分气体需要经过进一步纯化处理， 使其纯度达到9.999% (5N)以上。同时，大部分的特种气体还具有高压、易燃、高腐蚀性、剧毒等特点，因此对装载特种高纯气体的钢瓶和阀门有较高的安全要求。表9-17列出了常用的高纯特种气体的用途、纯度要求和包装规格。

常用的高纯特种气体有30多种，按其化学属性可分为如下三类气体。

1.烷类气体

大部分的烷类气体是由金属或非金属的氢化物组成的，如硅烷(SiH,)、 磷烷(PH,)、砷烷(AsH,)、 锗烷(GeH2) 等;其化学分子式可以用M.H,或M,H,X,表示，这里M表示金属或非金属，H表示氢，X表示其他功能团。这类气体在比较温和的温度和能量条件下，不仅可以分解或反应成薄膜和掺杂所需要的组分，而且产生的氢气和易挥发的副产物很容易从硅片表面移除，不会对硅片的物化和电学性能以及生产设备产生不良影响。因此，烷类气体特别适用于化学气相沉积、扩散和离子注入等工艺。在LED制造的MOCVD工艺中也大量使用此类气体，特别是AsH、PH,和NH被广泛地用于GaAs、GaP、GaN、GaAsP等红光、黄光、蓝光发光器件的生产。

烷类气体基本上都是易燃、易爆和剧毒的高压气体(见表9-18)， 其设备和操作的安全措施都比较烦琐。钢瓶必须安装在特制的气瓶柜内。气瓶柜由多个高压阀门、减压阀、压力计、置换单元等组成，除了具备减压输气、测漏、隔断等功能，气瓶柜通常还需要配备毒气探测器和尾气处理装置( Scnber),

并且要保证柜内一直具备足够的通风流量和负压。

对于安全防护要求等级更高的工艺(如离子注入)，目前基本上采用负压气源技术来储存和输运乌海高纯特种气体，以便将气体泄漏的可能性降低至可以忽略不计的水平。与传统的高压钢瓶相比，目前采用负压气体源技术的高纯特种气体的泄漏程度仅为其万分之一。图9-36所示的是负压气体源技术原理。图9-37所示的是高压气体与负压安全气体源泄漏实验比较。

2卤化物气体

含有氟(F)、氯(CI)、 溴(Br)、 碘(I)元素的气体称为卤化物气体。鉴于绝大多数用于集成电路的卤化物为含氟的气体，一般将这类气体统称为氟

化物气体或含氟气体。这类气体的特点在于卤元素具有极强的化学反应活性。

在高温或电场条件下，卤化物气体产生的等离子和自由基，与硅、二氧化硅、氮化硅、金属等材料发生化学反应，生成相应的气体，并将其从硅片和机台腔体表面去除。因此，这类气体特别适合干式清洗和刻蚀的工艺。目前，用于清洗工艺的气体主要包括NF3、SF6、CF4、C2F6、C3F8和 CIF3等;而用于刻蚀工艺的气体种类比较多，大部分为氟碳化合物，如CF4、CHF3、 CH3F、 CH2F、C2F6、C4F6、 C4F8和C5F8等。氟/碳比是这类刻蚀气体的一个重要参数，通过调节氟/碳比，可以使刻蚀速率、选择性、各向异性和均匀性都达到刻蚀工艺的要求。另外，有部分氟化物(如BF3、GeF4、SiF4)可以用于离子注入工艺。

虽然卤化物气体的毒性没有烷类气体的毒性那么大，但其具有的高压性质同样存在很大的安全风险( 见表9-19)，因此其设备和操作的安全措施与烷类气体的基本一致。氟化物气体的使用会产生很多的全氟碳化物(PFC)， PFC被认为是一种典型的大气温室气体。随着环境保护措施的加强，相对更加环保的C6F6、F2等刻蚀和清洗气体会得到越来越多的应用。

3.其他气体

除烷类和卤化物气体外，另外还有一些从化学属性上不能归入烷类和卤化物的气体(如N2O、NO等)，乌海高纯特种气体在外延工艺中使用的SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2 和pcl3等，以及用于集成电路光刻设备激光器的气体。后者主要是以氟(F)、氪(Kr)、氖(Ne) 为主体的各类混合气，如0.95%F2/1.25%KrNe、 3. 5% Ar/10ppmXe/Ne。这类气体的使用量较小，但是在集成电路生产中是必不可少的。这些气体的用途各异，但是它们的纯度要求、安全包装和操作要求与烷类气体和卤化物气体基本一致。