半導(dǎo)體特種氣體指在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中使用量少，但不可或缺的特殊氣體。例如“化學(xué)氣相沉淀(CVD)” 工藝，通過氣體混合，在硅片表面沉積一層固體膜，為向反應(yīng)系統(tǒng)提供所需能量，當(dāng)中常用的特種氣體就有高純氮、硅烷等；又如，高純四氟化碳、高純六氟乙烷等氟基氣體，是刻蝕工藝中所采用的主要介質(zhì)；四氟化碳用于等離子刻蝕氣體。
半導(dǎo)體特氣概述
目前，應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的特種氣體有110余種，常用的有20-30種，在原材料需求占比中高達14%，僅次于大硅片。
特種氣體被稱為半導(dǎo)體材料的“糧食”，芯片制造中的硅片制備、硅片制造、硅片測試/揀選、裝配與封測、最終測試五個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，彼此獨立，但都缺不了特種氣體的參與。在任意環(huán)節(jié)中，特種氣體的污染都會導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片的缺陷。
圖1 半導(dǎo)體特氣主要污染物
半導(dǎo)體特氣純化
事實上，特種氣體在純度、組成、有害雜質(zhì)最高含量、產(chǎn)品包裝貯存等方面均有極其嚴格的要求，屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品。無論在特氣制備、包裝運輸還是在IC制程使用中，都要始終保持其潔凈度。國標(biāo)文件中對出廠的半導(dǎo)體氣體的顆粒純凈度要求是99.99%，而實際上IC制程制程工藝中對氣體純度的要求遠高于這個數(shù)字，最先進的工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)要求到99.999999%。
圖2.各類半導(dǎo)體特氣主要特點
因此，保持半導(dǎo)體特氣的純凈，是半導(dǎo)體上下游廠家都非常關(guān)注的課題。特氣供應(yīng)商在制備特氣裝瓶前，下游企業(yè)在氣體接收和儲存時的過程中，以及半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)工序中特氣應(yīng)用點，這三個關(guān)鍵位置的純化工藝需要嚴格按照工藝要求把控。以高純度硅烷的制備工藝舉例，罐裝前要經(jīng)過多次精餾及過濾，純度高達99.99%以上，才能達到客戶驗收要求。
圖3.高純度硅烷的制備工藝
半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)工序中特氣應(yīng)用點是最后也是最重要的環(huán)節(jié)，投入到應(yīng)用點的特氣純凈度，直接影響到芯片的完整性。事實上，該環(huán)節(jié)的過濾工藝目標(biāo)是達到純度基線，并在預(yù)防性維護周期中得以保持。
圖4.純化工藝與特氣污染物級別對比圖
由于半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)設(shè)備更小，單位面積內(nèi)晶體管數(shù)量不斷增加，對污染物更加敏感。匹配的純化工藝也在向更高效、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
圖5.半導(dǎo)體特氣應(yīng)用點純化工藝示意圖
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