特种气体分类及生产工序

2021-03-24 11:12:19 永利鑫气体

特种气体的分类方式很多种,例如按照气体本身化学成分可分为:硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按照在集成电路中的作用可分为掺杂气体、外延气体、离子注入气体、发光二极管用气体、刻蚀气体、化学气相沉积(CVD)用气体、载运稀释气体七类。同时,以上分类存在交叉,例如四氯化硅(SiCl4)既属于硅系气体,又属于外延气体,同时在化学气相沉积(CVD)中也存在应用。


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特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下,通过化学反应得到气体粗产品。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。


气体混配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合,得到多组分均匀分布的混合气体


气瓶处理是根据载气性质及需求的不同,对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程,以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器;气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。

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在上图所示工序中,特种气体提纯是制备工艺的核心技术壁垒。特种气体纯度的提高,能够有效提高电子器件生产的良率和性能。


电子特气中水汽、氧等杂质组易使半导体表面生成氧化膜,影响电子器件的使用寿命,含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏


而伴随半导体工业的不断发展,产品的生产精度越来越高。以集成电路制造为例,其电路线宽已经从最初的毫米级,到微米级甚至纳米级,对应用于半导体生产的电子特气纯度亦提出了更高的要求。

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电子特气纯度提升的影响因素较多,难度较大。电子特气纯度提升的影响因素较多,主要包括三个方面:


1)气体的分离和提纯。


电子特气的分离和提纯方法原理上可分为精馏分离、分子筛吸附分离以及膜分离三大类,在实际提纯分离过程中,为了达到更好的分离效率,往往会利用多种分离方法进行组合,工艺更为复杂。


2)气体杂质检测和监控。


随着电子特气的纯度越来越高,对分析检测方法和仪器提出了更高的要求,检测限从最早的ppm级已经发展到ppt级。目前国外电子气体的分析己经经历了离线分析、在线分析(on-line),原位分析(insitu)等几个阶段。对于高纯度电子气体的分析,国外已开发出系统完整的分析测试方法和现场分析仪器。而由于我国电子特气行业一直重生产而轻检测,因此分析方法和分析仪器同国外厂商相比都比较落后。


3)气体的运输和储存。


高纯电子特气得来不易,在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口,确保避免二次污染。而我国加工工艺整体落后以及不符合国际规范,市场主要被国外公司占据。国内电子特气纯度仍有待提升。目前国外电子特气的纯度一般在6个“9”(即99.9999%),而国内多在4—5个“9”之间,少数能达到6个“9”。


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