半导体各工序制程中所用“气体”的详解；

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半导体行业是一个全球性的巨大行业，每年都在持续增长，这意味着对高纯度气体的需求将随之增长。拥有可靠的高纯度气体供应对于半导体制造至关重要，尤其是在智能手机和自动驾驶汽车等先进技术方面。生产集成电路的过程很复杂，在所有阶段都需要 30 多种不同的气体，这使得使用的气体范围成为任何行业中最广泛的气体之一。

半导体加工是制造集成电路和微电子器件的过程，而气体则是半导体加工所必需的化学物质。在整个半导体制造流程中，气体的种类和作用都是不同的。同时，气体也是半导体制造的重要组成部分，因为气体可以产生塑造半导体电气特性所需的化学反应。由于其复杂性，在制造过程的每个阶段使用的气体都需要精确和准确，以正确配置半导体。随着半导体行业的不断发展和发展，工艺中使用的气体也在不断发展。使用的一些核心气体包括氮气、氧气、氩气和氢气，我们将深入探讨它们在制造过程中的作用。

一、半导体制程中用到的大宗气体

1、氮气 （N2）

由于其可用性和惰性，氮气是半导体制造过程中各个步骤中使用的核心气体，但它的主要用途是在吹扫阶段。在此阶段，氮气用于冲洗每个通道和管网，以去除机器和工具中的任何氧气，从而使它们免受可能污染过程的其他气体的影响。

此外，由于在整个过程中大量使用氮气，大多数半导体工厂都在现场配备了氮气发生器。更重要的是，随着高科技智能手机和其他技术的生产，在努力满足高需求的同时保持低成本变得势在必行。我门还可以说氮气使工具、空间和管道远离任何潜在的水分、化学污染物和颗粒。它是一种必不可少的气体，从开始到结束的整个过程都在使用，这也难怪他们为什么要在现场安装发电机。

2、氧气 （O2）

如我们所知，氧气是一种氧化剂，因此它对于产生沉积反应至关重要。它用于生长用于工艺中各种元素的氧化硅层，例如扩散掩模。当使用氧气进行半导体制造时，气体必须是超高纯度的，以防止任何杂质影响器件的生产和性能。

在蚀刻过程中，氧气也用于去除产生的任何额外材料废料。它也可以用来使任何蚀刻图案永久化。最后，氧气还有助于通过可能改变产品质量的氧化反应中和反应性气体。因此，与氮气类似，氧气也有助于确保不会发生任何污染。

3、氢气 （H2）

由于更高的需求，氢在半导体制造中的使用可能会增加。特别是在光刻阶段，氢气用于与化学锡反应，产生氢化锡。需要氢化锡，以免它积聚在昂贵的光学元件上。它在沉积过程中用于硅和硅锗的外延沉积，也用于通过退火工艺制备表面。氢气用于创建新的氧化层以修改已经存在的薄膜。这个过程发生在高压和高温环境中，这意味着对流速、温度和压力的控制非常重要。

此外，氢也用于掺杂阶段以帮助控制分解，因为用于该过程的气体具有剧毒。如此之多，以至于需要将它们存储在可防止泄漏的设备中。乙硼烷也是掺杂过程中使用的一种化学物质，但由于热不稳定，它会慢慢分解，因此需要氢来帮助稳定它。

4、氩气 （Ar）

氩气主要用于紫外光刻激光器内的沉积和蚀刻过程，用于在半导体芯片上制作最小的图案。在制造所需的硅晶片期间，氩气用于保护在晶片上形成的硅晶体在高温生长过程中不会与氧和氮发生任何潜在的反应。

因为氩气也是一种非常惰性的气体，它用于为金属溅射沉积提供非反应性环境。有时氮的反应性太强，会导致金属氮化物的形成。此外，液态氩与工具一起用于清洁最小、最易碎的芯片。

5、二氧化碳 （CO2）

二氧化碳主要用于氢气和氮气的承载和传输。在半导体加工过程中，二氧化碳也可以被用来改变反应的酸碱度和温度等。

二、半导体制程中常见的单一气体

1、硅烷(SiH4)

有毒。硅烷在半导体工业中主要用于制作高纯多品硅、通过气相淀积制作二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、多晶硅隔离层、多品硅欧姆接触层和异质或同质硅外延生长原料、以及离子注入源和激光介质等，还可用于制作太阳能电池、光导纤维和光电传感器等。

2、锗烷(GeH4)

剧毒。金属锗是一种良好的半导体材料，锗烷在电子工业中主要用于化学气相淀积，形成各种不同的硅锗合金用于电子元器件的制造。

3、磷烷(PH3)

剧毒。主要用于硅烷外延的掺杂剂，磷扩散的杂质源。同时也用于多品硅化学气相淀积、外延 GaP 材料、离子注入工艺、化合物半导体的 MOCVD工艺、磷硅玻璃(PSG)钝化膜制备等工艺中。

4、砷烷(AsH3)

剧毒。主要用于外延和离子注入工艺中的n型掺杂剂。

5、氢化锑(SbH3)

剧毒。用作制造n型硅半导体时的气相掺杂剂。

6、乙硼烷(B2H6)

窒息臭味的剧毒气体。硼烷是气态杂质源、离子注入和硼掺杂氧化扩散的掺杂剂，它也曾作为高能燃料用于火箭和导弹的燃料。

7、三氟化硼(BF3)

有毒，极强刺激性。主要用作P型掺杂剂、离子注入源和等离子刻蚀气体。

8、三氟化氮(NF3)

毒性较强。主要用于化学气相淀积(CVD)装置的清洗。三氟化氮可以单独或与其它气体组合,用作等离子体工艺的蚀刻气体，例如,NF3、NF3/Ar、NF3/He用于硅化合物 MoSi2的蚀刻;NF3/CC14、NF3/HC1既用于MoSi2的蚀刻，也用于NbSi2的蚀刻。

9、三氟化磷(PF3)

毒性极强。作为气态磷离子注入源。

10、四氟化硅(SiF4)

遇水生成腐蚀性极强的氟硅酸。主要用于氮化硅(Si3N4)和硅化钽(TaSi2)的等离子蚀刻、发光二极管P型掺杂、离子注入工艺、外延沉积扩散的硅源和光导纤维用高纯石英玻璃的原料。

11、五氟化磷(PF5)

在潮湿的空气中产生有毒的氟化氢烟雾。用作气态磷离子注入源。

12、四氟化碳(CF4)

作为等离子蚀刻工艺中常用的工作气体，是二氧化硅、氮化硅的等离子蚀刻剂。

13、六氟乙烷(C2H6)

在等离子工艺中作为二氧化硅和磷硅玻璃的干蚀气体。

14、全氟丙烷(C3F8)

在等离子蚀刻工艺中，作为二氧化硅膜、磷硅玻璃膜的蚀刻气体。

三、半导体制程中常见的混合气体

1、外延(生长)混合气

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二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷等。主要用于外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积，太阳能电池和其它光感受器的非晶硅膜淀积等。外延是一种单品材料淀积并生长在衬底表面上的过程。常用外延混合气组成如下表:

2、化学气相淀积(CVD)用混合气

CVD是利用挥发性化合物，通过气相化学反应淀积某种单质和化合物的一种方法，即应用气相化学反应的一种成膜方法。依据成膜种类，使用的化学气相淀积(CVD)气体也不同，以下表是几类化学气相淀积混合气的组成:

四、半导体制程中刻蚀气体

蚀刻就是将基片上无光刻胶掩蔽的加工表面（如金属膜、氧化硅膜等）蚀刻掉，而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来，以便在基片表面上获得所需要的成像图形。其用途是刻蚀气体在半导体制造中用于创造微细的图案和结构，以便在芯片上制造电路元件。刻蚀是一种物理或化学过程，通过将材料从表面移除来实现。蚀刻方法有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法化学蚀刻所用气体称为蚀刻气体。蚀刻气体通常多为氟化物气体（卤化物类），例如四氟化碳、三氟化氮、三氟甲烷、六氟乙烷、全氟丙烷等。常用蚀刻气体如下表：

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常见气体：氟化氢（HF）、氯气（Cl2）、氮气（N2）等。这些气体在刻蚀过程中可以用于去除特定材料的不需要部分。

五、半导体制程中CVD气体（化学气相沉积）

用途：CVD气体用于在半导体晶圆上沉积薄膜材料，如多晶硅、氮化硅、氧化硅等。这些薄膜在半导体器件中充当绝缘层、导电层或其他功能性层。

常见气体：二硅烷（SiH2Cl2）、三硅烷（SiH3Cl）、氨气（NH3）、二氧化硅（SiO2）前体气体等。

六、半导体制程中掺杂气体

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。用途是掺杂气体用于改变半导体材料的电子特性，通常用于调节材料的导电性或半导体器件的性能。例如，硼气体可用于掺杂硅，形成P型半导体。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：

常见气体：磷化氢（PH3）、硼烷（B2H6）、砷化氢（AsH3）等。

七、半导体制程中扩散气体

用途：扩散气体在半导体工业中用于控制材料中杂质的浓度分布，以调节半导体器件的性能。扩散过程涉及将材料与气体中的杂质相互扩散。

常见气体：二硅烷（SiH2Cl2）、磷化氢（PH3）、氮气（N2）等。

八、半导体制程中离子注入气体

用途：离子注入是一种将离子注入半导体材料的过程，以改变其电子特性。这是制造器件时控制材料中杂质浓度的方法之一。

常见气体：砷化氢（AsH3）、磷化氢（PH3）、硼烷（B2H6）等。这些气体通常用于制造源、漂移和汇注入器件。

九、半导体制程中光刻胶印刷气体

用途：光刻胶印刷气体用于制备光刻胶，它是制造半导体芯片中光刻工艺的一部分。光刻胶印刷气体帮助形成微细的图案，以进行刻蚀或沉积步骤。

常见气体：甲醛（CH2O）、甲酸（HCOOH）、二氧化硫（SO2）等。这些气体通常用于光刻胶的制备。

十、半导体制程中其它电子混合气体

总结一下

大宗气体在半导体制造过程中有着重要的应用价值，其不仅能够保障半导体器件的性能和质量，还可以有效避免半导体器件在制造的各个环节中遇到的困难和问题，同时也是半导体制造业不可或缺的重要原材料。

而其它的那些气体在半导体制造过程中也都扮演着关键的角色，确保半导体器件的制造具有高度的可控性、纯净性和一致性。不同的半导体工艺需要不同种类的气体来满足特定的要求，以确保最终的半导体产品具有高质量和性能。电子特气的纯度通常非常高，通常在ppm（百万分之一）或更低的级别。这意味着其中几乎不包含任何杂质或掺杂物质，以确保在半导体制造过程中不引入不必要的污染或杂质，从而维持材料和器件的高度纯净性和一致性。高纯度气体的制备和供应需要严格的控制和分析，以满足半导体工业对材料质量的严格要求。

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