电子气体的管理

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      自从半导体问世以来，高纯度气体的可靠供应在电子行业是至关重要的。首先，通过不同的气体流把杂质原子引入到半导体材料来生产个别半导体元件，然后加以混合，再送进名为外延生长的过程的反应容器中。


      在制造集成电路的过程中，超过30种不同的工艺气体被用于蚀刻\沉积\氧化\掺杂，和惰性保护的应用。现代晶片电路的严格要求规定，百万份\数十亿份甚至万亿份的水平的微量杂质将导致重大的缺陷，并由于高废品率导致成本增加。


      一个典型的半导体生产厂的中央辅助设施提供包括几类大宗气体：


      ♦氮气通常利用分离空气在现场生产。它被广泛使用在许多过程中作为提供惰性环境或清除一个过程完成后的反应气体。


      ♦氧气也可以在现场生产或以低温液体交付。它使用于把硅氧化-是所有半导体制造中最关键的过程之一。


      ♦氩通常以低温液体交付，并用于为金属的溅射沉积提供惰性环境，因为氮气的反应性高而导致形成金属氮化物。


      ♦氢气可以在现场生产、以低温液体或压缩气体交付-这取决于消耗速率。它是用于为金属膜进行退火时提供一种还原环境。


      用于半导体制造所需要的工艺气体被归类为硅前驱体、掺杂剂、蚀刻剂、气氛和反应物。


      在沉积多晶和外延硅、二氧化硅和硅的氮化物，或在化学气相沉积法（CVD）中沉积多层的硅化合物到硅衬底上等工艺中，硅前驱体气体提供的硅原子来源。其中最常见的是硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅。


      掺杂气体提供所要求的杂质的一个受控源，用来更改局部半导体材较的属性。掺杂气体提供所要求的杂质的一个受控源，用来更改局部半导体材料的属性。掺杂剂令分子的晶格结构成为缺乏电子或剩余电子，从而改变材料的导电性。


      反应气体包括氨、氧化二氮、氯化氢和六氟化钨。蚀刻剂气体包括碳氟化合物和许多其他的氟化材料，最生要的是卤化碳14、卤化碳23、卤化碳116和三氟化氮。这些气体与硅、二氧化硅和硅的氮化物反应，其功能是在形成晶片的过程中除去一些薄膜层。


      如溴化氢、氯化氢和氯等腐蚀性气体也用于蚀刻，因为它们与金属反应以形成挥发性产物，可方便地抽取。高纯度提高了加工性能，并尽量减少对气体管网和控制系统的腐蚀。


      氟和氟系气体是用于反应离子蚀刻和清洗工艺，以去除沉积在晶片上的材料。


自愿性温室气体减排


      半导体被认为是在世界上最选进的技术而其制造工艺在过去的30年依赖使用全氟化碳（PFCs）。


      这些化学物质被确认为非常强力的温室气体，其全球变暖潜能值至少比二氧化碳高17000倍。1998年，美国环境保护局表彰了世界半导体理事会作为其首个气候保护奖的一部分，因为半导体产业作出努力，至力于显着减少温室气体的排放量。


      例如，半导体工业协会其中一个成员公司，英特尔公司，被挑选获得其温室气体管理目标的旧卓越成就奖。


      三氟甲烷、三氟化氮和六氟化硫的排放量是首要关注的问题，部分原因是由于大型号平板显示器和硅薄膜光伏组件的需求上升，令这些清洁气体的消耗显著上升。这个全球性的工业已经超过了其初始的10%PFC的减排目标和报告10年内将过32%。一个新的10年目标是要所有WSC的成员的新的半导体制造设施推行最先进的实务，目的是到2020年将温室气体排放进一步减少30%。


提供一个安全的解决方案


      在元素周期表中，氟是电负性最强的元素，并且是制造薄膜装置中众多常用的有毒气体相化学品之一，而这种极端的反应性是对健康及设备构成风险的原因。


      氟是淡黄绿色的卤素气体，容易与大多数其他元素，包括惰性气体氪、氙和氡，形成化合物。它的反应性是如此的高，许多常见的物质，包括玻璃、金属、甚至是水，可以在一个氟气的射流中燃烧出一个明亮的火焰。出于这个原因，大多数制造商在过去在干法刻蚀和反应腔调清洗耳恭听应用中选择采用NF3，虽然工业氟可作为一个低温液体或作为一种压缩气体以大容量的运输，但安全和后勤问题要求大多数氟是在现场和按需求，在低压力或大气压产生和消耗。氟是利用莫瓦桑方法来进行商业化生产。供高新技术光伏制造所使用的现场制氟设备的设计都考虑到安全和可靠性。


      专用的现场制氟是成本最低的清洗腔体选项，相比NF3价格，可以节省高达50%。


      幸运的是，尽管氟拥有高的反应性，在工艺温度，许多用来制造设备的常见金属材料与氟是相容的。当经过适当的处理来用于氟的系统，青铜、黄铜、镍和合金的化学都形成一层化学惰性、钝化的金属氟化物层，保护了基体金属。所有氟的制造和压缩设备、净化和缓冲容器、阀组箱和加工设备都被带通风功能的外壳所包围或造成密封和分段环形管道。


      维持最低库存是设计和安全使用氟气所不可或缺的，所以它在现场并按需求产生的-从而避免了需要压缩到高的压力然后在容中运输它。