一文看懂集成电路材料——电子气体
发布时间:2024-07-02 来源:未知     分享到:

电子气体是市场规模仅次于衬底材料的第二大半导体制造用材料,占芯片制造材料成本的20%左右,包括大宗电子气体离子注入气体薄膜沉积气体[包括化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)、原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)气体和前驱体]、刻蚀/清洗气体激光气体等,产品品种繁多,在半导体制造中被广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等涉及晶圆制造的主要工艺环节。其产品品质直接关系到器件的性能和产品成品率。通常,电子气体的杂质含量要求控制在10-6~10-9数量级,对其中的有害杂质更是有严格的规定。电子气体是影响芯片制造和器件性能的核心材料




大宗电子气体


大宗电子气体包括氮气(N2)、氢气(H2)、氩气(Ar)、氦气(He)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)等。其中,氮气(N2)主要供给气动设备作为气源或供给吹净、稀释、惰性气体环境及化学品输送装置作为压力来源;氢气(H2)供给炉管设备并燃烧造成湿氧环境及作为相关还原反应的还原剂;氩气(Ar)供给溅射工艺作为离子溅射热传导介质、进行腔体稀释及营造惰性气体环境;氦气(He)用作化学品输送压力介质及晶圆冷却,以及高真空、高密封设备的检漏;氧气(O2)供给刻蚀、CVD工艺和炉管设备作为氧化剂及用来产生O3等。




离子注入气体


离子注入气体顾名思义是离子注入工艺用气体。通过离子注入形成掺杂是半导体器件制作的基础。通常,掺杂工艺包括掺磷、掺硼、掺砷。采用的气体主要是磷烷(PH3)、三氟化硼(BF3)和砷烷(AsH3)。该三类气体均是剧毒气体,必须采用安全的负压包装技术,即离子注入安全气体源(Safe Delivery Source,SDS),通过特殊工艺从根本上消除高危气体泄漏的可能性。此外,四氟化硅(SiF4)、四氟化锗(GeF4)用于掺杂工艺前的预非晶化处理,作为掺杂工艺的辅助气体。




薄膜沉积气体


薄膜沉积气体主要包括CVD/ALD气体和前驱体,借助CVD或ALD工艺在基体表面上发生化学反应,生成固态薄膜材料。依据成膜种类的不同使用不同的CVD气体和前驱体。

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点击放大丨半导体制造常用CVD气体


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点击放大丨先进半导体制造常用前驱体




刻蚀/清洗气体


刻蚀就是把基片上无光刻胶掩蔽的表面,如二氧化硅膜、金属膜等刻蚀掉,使有光刻胶掩蔽的区域保存下来,在基片表面上形成所需要的成像图形。干法刻蚀由于刻蚀方向性强、工艺控制精确、方便、无脱胶现象、无基片损伤和玷污,在集成电路工艺中的应用日益广泛。干法刻蚀所用气体称刻蚀气体。刻蚀气体的另一种用途就是用来清洗CVD腔室,清除生长在腔壁上的沉积物。

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点击放大丨半导体制造常用刻蚀/清洗气体




激光气体


激光气体用于光刻机激光光源,是以氟(F2)、氩(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)、氦(He)等为主的混合气体。半导体制造行业除了对激光气体的安全性有很高的要求外,对激光气体的纯度、浓度比例的精确度要求极高。激光气体的使用量较小,但重要性很大。

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