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【关注】电子特气的应用及重要性

新鼎资本

2023-03-14

作为集成电路、显示面板、光伏能源等国家战略产业的关键基础原料，进口依赖度较高的电子特气成为了我国发展科技、新能源道路上的“卡脖子”环节，电子特气的供应安全问题亟待解决。

自2009年起，国家发改委、科技部及工信部等多部门相继出台多项产业相关政策，明确了特种气体的新材料产业属性，有力推动了行业的快速发展，电子特气国产化趋势加速。

电子特气的重要性

电子特种气体是电子气体的一个重要分支，是集成电路、显示面板等电子工业生产中不可或缺的原材料。在整个半导体行业的生产过程中从芯片生产到最后器件的封装几乎每一个环节都离不开电子特气，像光刻、刻蚀、离子注入等，而且所用气体的品种多质量要求高，所以电子特气所以被誉为半导体的“血液”。

芯片制造流程中电子气体的应用示意

电子特气应用举例

从电子气体下游的应用领域来看，主要应用在集成电路制造、显示面板行业（LCD制造）、LED照明和太阳能电池领域，其中半导体领域占了6成左右，还有液晶显示面板占3成，光伏占0.5成。

那么，常见应用电子特气有哪些？我们以半导体制造工艺中实际应用举例：

（1）刻蚀

刻蚀是采用化学和物理方法，有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的目的是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。分为刻蚀方法有湿法化学刻蚀和干法化学刻蚀。干法化学刻蚀利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应，通过轰击等物理作用达到刻蚀的目的。其主要的介质是气体。

硅片刻蚀气体主要是的氟基气体，包括CF4、SF6、C2F6、NF3 ，以及氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）气体等。常用的刻蚀气体如下表：

（2）掺杂

在半导体器件和集成电路制造中，将某些杂质掺入半导体材料内，使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率，以制造电阻、PN 结、埋层等，掺杂工艺所用的气体称为掺杂气体。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼、乙硼烷等。通常将掺杂源与运载气体（如氩气和氮气）在源柜中混合，混合后气流连续注入扩散炉内并环绕晶片四周，在晶片表面沉积上掺杂剂，进而与硅反应生成掺杂金属而徙动进入硅。常用掺杂混合气如下：

（3）外延沉积

外延沉积是为了在衬底晶圆上镀上一层薄膜作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底。常用的方法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD），化学气相沉积法用到大量电子气体。化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

在半导体工业中，在仔细选择的衬底上选用化学气相淀积的方法，生长一层或多层材料所用的气体叫作外延气体。常用的硅外延气体有SiH2Cl2、SiCl4 和SiCl4 等。外延主要有外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积，非晶硅膜淀积等。外延是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。常用半导体外延混合气组成如下表：

电子特气的品质主要取决于其纯度和净度

由于半导体和微电子技术向更高性能、更高集成度发展，对电子特气的纯度提出了越来越高的要求，电子特气的净化愈加关键和重要。而特种气体大都具有有毒、易燃易爆、高腐蚀性、高氧化性等性质，如H2Se、SIH4、CL2、NF3等。因此如何安全、稳定、可靠的贮存和输送特种气体越来越受到企业重视。

气体纯度分类

气体等级	纯度要求	杂质含量	应用领域
大宗气体	3N	≤1000×10-6	一般器件
纯气体	4N	≤100×10-6	晶体管等
高纯气体	5N	≤10×10-6	大规模集成电路
电子气体	6N	≤1×10-7	超大规模集成电路

电子特气的品质主要取决于其纯度和净度。一般而言，对电子特气的纯度要求达到了5N-6N（N 指纯度百分比中9的个数，例如5.7N表示99.9997%，6N 表示99.9999%），同时还要求将金属元素净化到10-9级至10-12级。纯度每提升一个N，以及粒子、金属杂质含量浓度每降低一个数量级，都将带来工艺复杂度和难度的显著提升。

一旦电子特气的纯度或是净度不达标，轻则使得下游产品质量不过关，重则扩散污染整条产品线，造成产品全部报废。所以在半导体的制造过程中，气体设备至关重要，作为在整个制造过程中严格控制输送气体的方式，气体输送系统确实是这些工艺的命脉。

气体系统流程图

随着半导体集成电路、光伏等行业的国内外市场需求扩大，特气的用量会进一步扩大，对特气的品质要求也会越来越高。

特气输送系统安全稳定运行是企业今后发展不能忽视的环节。在特气输送系统进行设计时，要全面考虑安全问题，尽量实现设备自动化，减少人工操作。

在特气输送系统构建时，做到严格按照安装要求进行施工管理，特气设备运行后，进行有效的运行管理，特气泄漏风险将能极大的降低。

来源：网络

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新鼎资本简介

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