電子氣體是市場規(guī)模僅次于襯底材料的第二大半導(dǎo)體制造用材料,占芯片制造材料成本的20%左右,包括大宗電子氣體、離子注入氣體、薄膜沉積氣體[包括化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)、原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)氣體和前驅(qū)體]、刻蝕/清洗氣體、激光氣體等,產(chǎn)品品種繁多,在半導(dǎo)體制造中被廣泛應(yīng)用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等涉及晶圓制造的主要工藝環(huán)節(jié)。其產(chǎn)品品質(zhì)直接關(guān)系到器件的性能和產(chǎn)品成品率。通常,電子氣體的雜質(zhì)含量要求控制在10-6~10-9數(shù)量級,對其中的有害雜質(zhì)更是有嚴(yán)格的規(guī)定。電子氣體是影響芯片制造和器件性能的核心材料。
大宗電子氣體
大宗電子氣體包括氮氣(N2)、氫氣(H2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)等。其中,氮氣(N2)主要供給氣動設(shè)備作為氣源或供給吹凈、稀釋、惰性氣體環(huán)境及化學(xué)品輸送裝置作為壓力來源;氫氣(H2)供給爐管設(shè)備并燃燒造成濕氧環(huán)境及作為相關(guān)還原反應(yīng)的還原劑;氬氣(Ar)供給濺射工藝作為離子濺射熱傳導(dǎo)介質(zhì)、進行腔體稀釋及營造惰性氣體環(huán)境;氦氣(He)用作化學(xué)品輸送壓力介質(zhì)及晶圓冷卻,以及高真空、高密封設(shè)備的檢漏;氧氣(O2)供給刻蝕、CVD工藝和爐管設(shè)備作為氧化劑及用來產(chǎn)生O3等。
離子注入氣體
離子注入氣體顧名思義是離子注入工藝用氣體。通過離子注入形成摻雜是半導(dǎo)體器件制作的基礎(chǔ)。通常,摻雜工藝包括摻磷、摻硼、摻砷。采用的氣體主要是磷烷(PH3)、三氟化硼(BF3)和砷烷(AsH3)。該三類氣體均是劇毒氣體,必須采用安全的負(fù)壓包裝技術(shù),即離子注入安全氣體源(Safe Delivery Source,SDS),通過特殊工藝從根本上消除高危氣體泄漏的可能性。此外,四氟化硅(SiF4)、四氟化鍺(GeF4)用于摻雜工藝前的預(yù)非晶化處理,作為摻雜工藝的輔助氣體。
薄膜沉積氣體
薄膜沉積氣體主要包括CVD/ALD氣體和前驅(qū)體,借助CVD或ALD工藝在基體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)薄膜材料。依據(jù)成膜種類的不同使用不同的CVD氣體和前驅(qū)體。
點擊放大丨半導(dǎo)體制造常用CVD氣體
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刻蝕/清洗氣體
刻蝕就是把基片上無光刻膠掩蔽的表面,如二氧化硅膜、金屬膜等刻蝕掉,使有光刻膠掩蔽的區(qū)域保存下來,在基片表面上形成所需要的成像圖形。干法刻蝕由于刻蝕方向性強、工藝控制精確、方便、無脫膠現(xiàn)象、無基片損傷和玷污,在集成電路工藝中的應(yīng)用日益廣泛。干法刻蝕所用氣體稱刻蝕氣體??涛g氣體的另一種用途就是用來清洗CVD腔室,清除生長在腔壁上的沉積物。
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激光氣體
激光氣體用于光刻機激光光源,是以氟(F2)、氬(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)、氦(He)等為主的混合氣體。半導(dǎo)體制造行業(yè)除了對激光氣體的安全性有很高的要求外,對激光氣體的純度、濃度比例的精確度要求極高。激光氣體的使用量較小,但重要性很大。