理研计器|半导体制造行业的气体安全管理！

在半导体工业利用中，特种气体称之为电气，在一定程度上讲，电气是半导体生产工业中最为常见的原材料。相较于用来刻制集成电路的大硅片，大众对于特种气体在半导体中的应用相对陌生，它被称为半导体、平面显示材料的“粮食”和“源头”，是半导体制造不可或缺的战略物资。

简单而言，芯片制造涉及硅片制备、硅片制造、硅片测试/拣选、装配与封测、最终测试五大生产阶段，彼此独立，而特种气体则或多或少参与到各个环节当中。图片● 比如，为向反应系统提供所需能量，需要通过气体混合，在硅片表面沉积一层固体膜，这种工艺称为“化学气相沉淀（CVD）”，当中常用的特种气体就有高纯氮、硅烷等；

● 又如高纯四氟化碳、高纯六氟乙烷等氟基气体，是刻蚀工艺中所采用的主要介质；

作为不可或缺的关键材料，国内半导体行业快速发展，拉动了特气需求的大幅上升。因此，作为半导体生产的刚需，电子特种气体是具有重要作用。

半导体行业气体分类与应用

半导体行业气体划分成常用气体和特殊气体两类

常用气体指集中供给而且使用非常多的气体，比如N2、H2、O2、Ar、He等。

特种气体指半导体生产环节中，比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、 遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体，也就是气体类别中的电子气体，比如高纯度的SiH4、PH3、AsH3、B2H6、 N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等。

半导体制造各工艺所用特气品种

半导体制造工艺中电子特气应用举例：

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刻蚀：
刻蚀是采用化学和物理方法，有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。

刻蚀的目的是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形，刻蚀方法有湿法化学刻蚀和干法化学刻蚀。干法化学刻蚀利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应，通过轰击等物理作用达到刻蚀的目的。其主要的介质是气体。

硅片刻蚀气体主要是的氟基气体，包括CF4、SF6、C2F6、NF3 ，以及氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）气体等。

常见的刻蚀气体如下：
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掺杂：
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。

常用的掺杂混合气如下：

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外延沉积：
外延沉积是为了在衬底晶圆上镀上一层薄膜作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底。常用的方法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD），化学气相沉积法用到大量电子气体，是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

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SiH2Cl2、SiCl4和SiCl4等。外延主要有外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积，非晶硅膜淀积等，是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。

常用半导体外延混合气组成如下：

半导体行业涉及易燃、有毒有害气体

半导体行业在生产、制造、工艺等方面会涉及产生易燃易爆、有毒有害性的气体。

易燃性气体

● 硅烷SiH4是一种易燃、有毒的危害性气体，硅烷主要用于半导体工业生产高纯多晶硅。
● 乙硼烷B2H6，极易燃且剧毒，常温下为无色气体，用作火箭和导弹的高能燃料，同时用作高纯度硼单晶及十硼氢的原料，也用作半导体工业的掺杂源。

有毒有害气体

如砷化氢AsH3、磷化氢PH3、硅烷SiH4、溴Br2、氟F2、氰化氢HCN、氟化氢HF等，这些气体一旦发生泄漏，会对身体产生极大的伤害。

● 砷化氢AsH3，有剧毒，用于半导体工业中，如外延硅的N型掺杂、硅中N型扩散、离子注入、生长砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)以及与某些元素形成化合物半导体。

● 磷化氢PH3，是一种无色、剧毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体。半导体行业中，主要用于硅烷外延的掺杂剂，磷扩散的杂质源。

腐蚀性气体

这些腐蚀性气体通常同时也兼有较强的毒性，腐蚀性气体在干燥状态下一般不易侵蚀金属，但在遇到水的环境下就显示很强的腐蚀性，如HCI、HF、CIF3等。

惰性气体

这些气体本身一般不会直接对人体产生伤害，在气体传输过程中，相对于安全上的要求不如以上其他气体严格。

但惰性气体具有室息特性，在密闭空间若发生泄漏会使人室息而造成工伤事故。属于这类的气体有C2F6、CF4等。

氧化性气体

这类气体有较强的氧化性，一般同时具有其他特性，如毒性或腐蚀性等，属于这类的气体有CIF3、NF3等。

半导体行业危险气体检测方案
作为半导体制造工厂气体的使用者，每一位工作人员都应该在使用前对各种危险气体的安全数据加以了解，并且应该知道如何应对这些气体外泄时的紧急处理程序。

在半导体行业生产、制造及储存等过程中，为了避免这些危险气体的泄露导致的生命财产损失，需要安装气体检测仪器，来对目标气体进行检测。

气体检测仪在现今半导体工业已成为必备的环境监控仪器，也是最为直接的监测工具。

理研计器一直关注半导体制造行业的安全发展，以为人们营造安全的工作环境为使命，潜心开发适用于半导体行业的气体传感器，针对用户遇到的各种问题，提供合理的解决方案，不断升级产品功能，优化系统。

6月29日-7月01日，上海新国际博览中心举办的“SEMICON China 2023上海国际半导体展览会”，理研计器将在E7423展位为大家带来新产品新方案，届时将更好地为半导体工厂气体安全作出贡献。

上海新国际博览中心E7423展位，

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结语

半导体制造业被美国Factory Mutual System(FMS)列为”极高风险”的行业。主要是因为它在制程中要使用到极高毒性，腐蚀性及易燃性气体，气体检测系统一直是半导体芯片厂厂务各系统中最重要环节之一，设计上的优劣会直接影响到整个厂的安全，同时作为使用仪器的工厂安全人员也应该具备气体检测的安全意识。

安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个可靠、准确、安全的气体检测方案。

理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。