电子气体的管理

自从半导体问世以来，高纯度气体的可靠供应在电子工业中至关重要。首先，通过不同的气流将杂质原子引入半导体材料中，以产生单个半导体组件，然后混合，然后送入称为外延生长过程的反应容器。

在集成电路的制造中，超过30种不同的工艺气体用于蚀刻、沉积、氧化、掺杂和惰性保护应用。现代芯片电路的严格要求要求污染物的痕迹达到数百万甚至数万亿会导致大的缺陷，并由于高报废率而增加成本。

典型半导体工厂的中央辅助设备包括几种类型的散装气体：

♦ 氮气通常由分离的空气局部产生。它通常用于许多工艺中，以在工艺完成后创建惰性环境或除去反应气体。

♦ 氧气也可以在现场生产或在低温液体中输送。它用于硅的氧化，这是所有半导体制造中最关键的工艺之一。

♦ 氩气通常作为低温液体供应，用于为金属溅射分离提供惰性环境。由于氮的高反应性，形成金属氮化物。

♦ 氢气可以在现场生产，并根据消耗速度作为低温液体或压缩气体供应。它用于为退火金属膜提供还原环境。

半导体制造所需的工艺气体分为硅前体、掺杂剂、蚀刻剂、气氛和反应物。

在诸如多晶硅和外延硅、二氧化硅和氮化硅的沉积或化学气相沉积（CVD）中在硅衬底上沉积多层硅化合物的过程中，硅前体气体是硅原子的来源。最常见的是硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅。

掺杂气体提供了改变局部半导体材料特性所需的受控杂质源。掺杂气体提供了改变局部半导体材料特性所需的受控杂质源。掺杂剂导致分子的晶格结构缺乏电子或保持电子，从而改变材料的导电性。

反应气体包括氨、一氧化二氮、氯化氢和六氟化钨。蚀刻气体包括碳氟化合物和许多其他氟化材料，其中主要的卤化碳是14、卤化碳23、卤化炭116和三氟化氮。这些气体与硅、二氧化硅和氮化硅反应，其作用是在晶片形成过程中去除一些薄膜层。

腐蚀性气体如溴化氢、氯化氢和氯也被用于蚀刻，因为它们与金属反应形成易挥发的产物，可以很容易地提取。高纯度提高了加工性能，最大限度地减少了对燃气管网和控制系统的腐蚀。

氟和氟气体用于反应离子蚀刻和清洁工艺，以去除沉积在晶片上的材料。

自愿减少温室气体排放

半导体被认为是世界上选择最多的技术，其制造工艺在过去30年中一直基于全氟化碳（PFC）的使用。

这些化学物质被认为是非常强烈的温室气体，其全球变暖潜力至少比二氧化碳高17000倍。1998年，美国环境保护局承认世界半导体理事会是其首个气候保护奖的一部分，因为半导体行业努力大幅减少温室气体排放。

三氟甲烷、三氟化氮和六氟化硫的排放极为重要，部分原因是对大型平板显示器和硅薄膜光伏组件的需求不断增加，这大大增加了这些清洁气体的消耗。这一全球行业已经超过了其将全氟化碳排放量减少10%的初始目标，并报告称十年内将超过32%。一个新的十年目标是在所有WSC成员的新半导体制造设施中推广最先进的做法，目标是在2020年之前将温室气体排放量进一步减少30%。

提供安全的解决方案

在元素周期表中，氟是电负性最强的元素，也是制膜设备中最常用的有毒气相化学品之一。这种极端反应性是健康和设备风险的原因。

氟是一种黄绿色卤素气体，很容易与大多数其他元素形成化合物，包括惰性气体氪、氙和氡。它的反应性如此之高，以至于包括玻璃、金属甚至水在内的许多常见物质都能在氟束中燃烧出明亮的火焰。因此，大多数制造商过去都选择在干法蚀刻和反应腔清洁应用中使用NF3。尽管工业氟可以作为低温液体或压缩气体进行大容量运输，但安全和物流问题要求大多数氟在现场生产和消费，并根据需要在低压或大气压下生产和消费。氟的商业生产采用莫伊桑法。在设计用于高科技光伏生产的现场氟生产工厂时，应考虑安全性和可靠性。

现场特殊氟生产是清洁腔室最具成本效益的选择，与NF3价格相比，可节省高达50%的成本。

幸运的是，尽管氟的反应性很高，但用于制造设备的许多常见金属材料在工艺温度下与氟兼容。当对氟系统进行适当处理时，青铜、黄铜、镍和合金的化学成分会形成一层化学惰性和被动金属氟化物，保护基底金属。所有氟生产和压缩设备、清洗和缓冲容器、阀门分配箱和加工设备均由具有通风功能的外壳包围，或形成密封和分段环形管。

保持最低库存对于氟气的设计和安全使用至关重要，以便在现场和需要时生产氟气，从而避免在高压下压缩氟气，然后在容器中运输。

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