理研計器|半導體制造行業的氣體安全管理！
發布時間：2023-06-14
在半導體工業利用中，特種氣體稱之為電氣，在一定程度上講，電氣是半導體生產工業中最為常見的原材料。相較于用來刻制集成電路的大硅片，大眾對于特種氣體在半導體中的應用相對陌生，它被稱為半導體、平面顯示材料的“糧食”和“源頭”，是半導體制造不可或缺的戰略物資。
簡單而言，芯片制造涉及硅片制備、硅片制造、硅片測試/揀選、裝配與封測、最終測試五大生產階段，彼此獨立，而特種氣體則或多或少參與到各個環節當中。圖片● 比如，為向反應系統提供所需能量，需要通過氣體混合，在硅片表面沉積一層固體膜，這種工藝稱為“化學氣相沉淀（CVD）”，當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；
作為不可或缺的關鍵材料，國內半導體行業快速發展，拉動了特氣需求的大幅上升。因此，作為半導體生產的剛需，電子特種氣體是具有重要作用。
半導體行業氣體分類與應用
半導體行業氣體劃分成常用氣體和特殊氣體兩類
常用氣體指集中供給而且使用非常多的氣體，比如N2、H2、O2、Ar、He等。
特種氣體指半導體生產環節中，比如延伸、離子注進、摻和、洗滌、 遮掩膜形成過程中使用到一些化學氣體，也就是氣體類別中的電子氣體，比如高純度的SiH4、PH3、AsH3、B2H6、 N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等。
半導體制造各工藝所用特氣品種
半導體制造工藝中電子特氣應用舉例：
01
刻蝕：
刻蝕是采用化學和物理方法，有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程。
刻蝕的目的是在涂膠的硅片上正確地復制掩膜圖形，刻蝕方法有濕法化學刻蝕和干法化學刻蝕。干法化學刻蝕利用低壓放電產生的等離子體中的離子或游離基與材料發生化學反應，通過轟擊等物理作用達到刻蝕的目的。其主要的介質是氣體。
硅片刻蝕氣體主要是的氟基氣體，包括CF4、SF6、C2F6、NF3 ，以及氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）氣體等。
常見的刻蝕氣體如下：
02
摻雜：
在半導體器件和集成電路制造中，將某些雜質摻入半導體材料內，使材料具有所需要的導電類型和一定的電阻率，以制造電阻、PN 結、埋層等，摻雜工藝所用的氣體稱為摻雜氣體。
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。通常將摻雜源與運載氣體（如氬氣和氮氣）在源柜中混合，混合后氣流連續注入擴散爐內并環繞晶片四周，在晶片表面沉積上摻雜劑，進而與硅反應生成摻雜金屬而徙動進入硅。
常用的摻雜混合氣如下：
03
外延沉積：
外延沉積是為了在襯底晶圓上鍍上一層薄膜作為緩沖層阻止有害雜質進入硅襯底。常用的方法有化學氣相沉積法（CVD）和物理氣相沉積法（PVD），化學氣相沉積法用到大量電子氣體，是反應物質在氣態條件下發生化學反應，生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面，進而制得固體材料的工藝技術。
在半導體工業中，在仔細選擇的襯底上選用化學氣相淀積的方法，生長一層或多層材料所用的氣體叫作外延氣體。常用的硅外延氣體有SiH2Cl2、SiCl4和SiCl4等。外延主要有外延硅淀積、氧化硅膜淀積、氮化硅膜淀積，非晶硅膜淀積等，是一種單晶材料淀積并生長在襯底表面上的過程。
常用半導體外延混合氣組成如下：
半導體行業涉及易燃、有毒有害氣體
半導體行業在生產、制造、工藝等方面會涉及產生易燃易爆、有毒有害性的氣體。
易燃性氣體
● 硅烷SiH4是一種易燃、有毒的危害性氣體，硅烷主要用于半導體工業生產高純多晶硅。
● 乙硼烷B2H6，極易燃且劇毒，常溫下為無色氣體，用作火箭和導彈的高能燃料，同時用作高純度硼單晶及十硼氫的原料，也用作半導體工業的摻雜源。
有毒有害氣體
如砷化氫AsH3、磷化氫PH3、硅烷SiH4、溴Br2、氟F2、氰化氫HCN、氟化氫HF等，這些氣體一旦發生泄漏，會對身體產生極大的傷害。
● 砷化氫AsH3，有劇毒，用于半導體工業中，如外延硅的N型摻雜、硅中N型擴散、離子注入、生長砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)以及與某些元素形成化合物半導體。
● 磷化氫PH3，是一種無色、劇毒、易燃的儲存于鋼瓶內的液化壓縮氣體。半導體行業中，主要用于硅烷外延的摻雜劑，磷擴散的雜質源。
腐蝕性氣體
這些腐蝕性氣體通常同時也兼有較強的毒性，腐蝕性氣體在干燥狀態下一般不易侵蝕金屬，但在遇到水的環境下就顯示很強的腐蝕性，如HCI、HF、CIF3等。
惰性氣體
這些氣體本身一般不會直接對人體產生傷害，在氣體傳輸過程中，相對于安全上的要求不如以上其他氣體嚴格。
但惰性氣體具有室息特性，在密閉空間若發生泄漏會使人室息而造成工傷事故。屬于這類的氣體有C2F6、CF4等。
氧化性氣體
這類氣體有較強的氧化性，一般同時具有其他特性，如毒性或腐蝕性等，屬于這類的氣體有CIF3、NF3等。
半導體行業危險氣體檢測方案
作為半導體制造工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應該在使用前對各種危險氣體的安全數據加以了解，并且應該知道如何應對這些氣體外泄時的緊急處理程序。
在半導體行業生產、制造及儲存等過程中，為了避免這些危險氣體的泄露導致的生命財產損失，需要安裝氣體檢測儀器，來對目標氣體進行檢測。
氣體檢測儀在現今半導體工業已成為必備的環境監控儀器，也是最為直接的監測工具。
理研計器一直關注半導體制造行業的安全發展，以為人們營造安全的工作環境為使命，潛心開發適用于半導體行業的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產品功能，優化系統。
6月29日-7月01日，上海新國際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國際半導體展覽會”，理研計器將在E7423展位為大家帶來新產品新方案，屆時將更好地為半導體工廠氣體安全作出貢獻。
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結語
半導體制造業被美國Factory Mutual System(FMS)列為”極高風險”的行業。主要是因為它在制程中要使用到極高毒性，腐蝕性及易燃性氣體，氣體檢測系統一直是半導體芯片廠廠務各系統中最重要環節之一，設計上的優劣會直接影響到整個廠的安全，同時作為使用儀器的工廠安全人員也應該具備氣體檢測的安全意識。
安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事，是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中，通過安裝氣體檢測報警裝置，時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度，將風險隱患控制在源頭。
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來，我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能，使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境，致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。
理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護人們的幸福生活，為生產和生活不斷創造新價值！為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統。