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半导体气体是什么?半导体气体是什么物质

  答:半导体气体是指半导体工业用的气体统称电子气体。

  按其门类可分为纯气,高纯气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延,掺杂和蚀刻工艺;高纯气体主要用作稀释气和运载气。

  1.常用半导体气体的分类

  a.腐蚀性/毒性:HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、 BCl3等。b.可燃性:H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO等。c.助燃性:O2、Cl2、N2O、NF3等。4.惰性:N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr、He等。

  2.半导体常见气体的用途

  a.硅烷(SiH4):有毒。硅烷在半导体工业中主要用于制作高纯多晶硅、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、多晶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。

  b.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。

  c.磷烷(PH3):剧毒。主要用于硅烷外延的掺杂剂,磷扩散的杂质源。同时也用于多晶硅化学气相淀积、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。

  d.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。

  e.氢化锑(SbH3):剧毒。用作制造n型硅半导体时的气相掺杂剂。

  f.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。

  g.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。

  h.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。

  3.半导体工业常用的混合气体

  a.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。外延是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。

  b.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。

  c.掺杂混合气: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。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。

  d.蚀刻混合气: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。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。

  

半导体气体是什么?半导体气体是什么物质

  4.半导体气体管道控制系统

  半导体气体很多是对人体有害。特别是其中有些气体如SiH4的自燃性,只要一泄漏就会与空气中的氧气起剧烈反应,开始燃烧;还有AsH3的剧毒性,任何些微的泄漏都可能造成人员生命的危害,也就是因为这些显而易见的危险,所以对于系统设计安全性的要求就特别高。

  a.大规模供气系统

  大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸(1英寸=25.4毫米) 超大规模集成电路厂,100MW以上的太阳能电池生产线,发光二极管的磊晶工序线、5代以上液晶显示器工厂、光纤、硅材料外延生产线等行业。它们的投资规模巨大,采用最先进的工艺制程设备,用气需求量大,对稳定和不间断供应、纯度控制和安全生产提出最严格的要求。

  b.常规供气系统

  常规供气系统主要应用于4-6英寸 大规模集成电路厂,50MW以下的太阳能电池生产线,发光二极管的芯片工序线以及其它用气量中等规模的电子行业。它们的投资规模中等,生产线可能是二手设备,对气体纯度控制的要求不苛刻,系统配备在满足安全的前提下尽量简单,节省投资。

  c.简单供气系统

  简单供气系统主要针对4英寸及以下半导体芯片厂、半导体材料的科研机构等。它们的制程简单,通常不需要连续性供气,对气体供应系统的投资预算低,生产和管理人员欠缺安全意识。

  5.半导体气体传感器

  半导体气体传感器是利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器,是最常见的气体传感器,广泛应用于家庭和工厂的可燃气体泄露检测装置,适用于甲烷、液化气、氢气等的检测。在一定的温度条件下,被测气体到达半导体敏感材料表面时将与其表面吸附的氧发生化学反应,并导致半导体敏感材料电阻发生变化,其电阻变化率与被测气体浓度呈指数关系,通过测量电阻的变化即可测得气体浓度。单支半导体气体传感器通过选择性催化、物理或化学分离等方式在已知环境中可以实现对气体的有限识别。大规模半导体气体传感器阵列可以实现对未知环境中气体种类的精确识别。

  

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  6.半导体工业中特种气体的应用

  特种气体是光电子、微电子等领域,特别是超大规模集成电路、液晶显示器件、非晶硅薄膜太阳能电池、半导体发光器件和半导体材料制造过程不可缺少的基硅性支撑源材料。它的纯度和洁净度直接影响到光电子、微电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率,并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性。

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