In Halbleiter-Wafer-Fertigungsanlagen mit relativ fortschrittlichen Produktionsprozessen werden fast 50 verschiedene Gase benötigt. Gase werden im Allgemeinen in Massengase undSpezialgase.

Anwendung von Gasen in der Mikroelektronik- und Halbleiterindustrie: Der Einsatz von Gasen spielt seit jeher eine wichtige Rolle in Halbleiterprozessen, die in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind. Von ULSI und TFT-LCD bis hin zur heutigen mikroelektromechanischen (MEMS-)Industrie werden Halbleiterprozesse als Fertigungsverfahren eingesetzt, darunter Trockenätzen, Oxidation, Ionenimplantation, Dünnschichtabscheidung usw.

Viele wissen beispielsweise, dass Chips aus Sand bestehen. Betrachtet man jedoch den gesamten Herstellungsprozess, werden zahlreiche weitere Materialien benötigt. Fotolack, Polierflüssigkeit, Targetmaterial, Spezialgase usw. sind unverzichtbar. Auch für die Backend-Gehäuse werden Substrate, Interposer, Leadframes, Bondmaterialien und andere Materialien benötigt. Elektronische Spezialgase sind nach Siliziumwafern der zweitgrößte Kostenfaktor in der Halbleiterfertigung, gefolgt von Masken und Fotolacken.

Die Reinheit des Gases hat entscheidenden Einfluss auf die Bauteilleistung und die Produktausbeute, und die Sicherheit der Gasversorgung ist eng mit der Gesundheit des Personals und der Betriebssicherheit verbunden. Warum hat die Gasreinheit einen so großen Einfluss auf die Produktionslinie und das Personal? Das ist keine Übertreibung, sondern liegt in den gefährlichen Eigenschaften des Gases selbst begründet.

Klassifizierung gängiger Gase in der Halbleiterindustrie

Normales Gas

Normales Gas wird auch als Massengas bezeichnet: Es handelt sich um Industriegase mit einer Reinheitsanforderung unter 5N und einem hohen Produktions- und Absatzvolumen. Je nach Herstellungsverfahren kann es in Luftzerlegungsgas und Synthesegas unterteilt werden. Beispiele hierfür sind Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (A2) usw.;

Spezialgas

Spezialgase sind Industriegase, die in bestimmten Bereichen eingesetzt werden und besondere Anforderungen an Reinheit, Vielfalt und Eigenschaften stellen. HauptsächlichSiH4, PH3, B2H6, A8H3,HCL, CF4,NH3, POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,NH3, BCL3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6… und so weiter.

Arten von Scharfgasen

Arten von Spezialgasen: korrosive, giftige, entzündliche, verbrennungsfördernde, inerte usw.
Gängige Halbleitergase werden wie folgt klassifiziert:
(i) Ätzend/giftig:HCl、BF3、WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、PH3、Cl2、BCl3…
(ii) Entzündbar: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) Brennbar: O2, Cl2, N2O, NF3…
(iv) Inert: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr,Er…

Bei der Herstellung von Halbleiterchips werden etwa 50 verschiedene Spezialgase für Oxidations-, Diffusions-, Abscheidungs-, Ätz-, Injektions-, Fotolithografie- und andere Prozesse eingesetzt, wobei die Gesamtzahl der Prozessschritte mehrere hundert beträgt. Beispielsweise dienen PH₃ und AsH₃ als Phosphor- bzw. Arsenquellen bei der Ionenimplantation, fluorhaltige Gase wie CF₄, CHF₃ und SF₆ sowie Halogengase wie Cl₂, BCl₃ und HBr werden häufig beim Ätzen verwendet, SiH₄, NH₃ und N₂O bei der Schichtabscheidung und F₂/Kr/Ne und Kr/Ne bei der Fotolithografie.

Aus den oben genannten Aspekten geht hervor, dass viele Halbleitergase gesundheitsschädlich sind. Insbesondere einige Gase, wie beispielsweise SiH₄, sind selbstentzündlich. Schon bei geringem Austritt reagieren sie heftig mit dem Sauerstoff der Luft und entzünden sich. Auch AsH₃ ist hochgiftig. Bereits kleinste Leckagen können lebensbedrohlich sein, weshalb die Anforderungen an die Sicherheit der Kontrollsysteme für die Verwendung dieser Spezialgase besonders hoch sind.

Für Halbleiter werden hochreine Gase mit „drei Reinheitsgraden“ benötigt.

Gasreinheit

Der Anteil an Verunreinigungen in der Gasatmosphäre wird üblicherweise als Prozentsatz der Gasreinheit angegeben, beispielsweise 99,9999 %. Im Allgemeinen liegt die Reinheitsanforderung für Spezialgase in der Elektronikindustrie bei 5N bis 6N und wird auch als Volumenanteil der Verunreinigungen in ppm (parts per million), ppb (parts per billion) und ppt (parts per trillion) ausgedrückt. Die Halbleiterindustrie stellt die höchsten Anforderungen an die Reinheit und Qualitätsstabilität von Spezialgasen; deren Reinheit liegt daher in der Regel über 6N.

Trockenheit

Der Gehalt an Spurenwasser im Gas, die sogenannte Feuchtigkeit, wird üblicherweise im Taupunkt ausgedrückt, zum Beispiel als atmosphärischer Taupunkt -70℃.

Sauberkeit

Die Anzahl der Schadstoffpartikel im Gas, Partikel mit einer Partikelgröße im µm-Bereich, wird in Partikel/m³ angegeben. Bei Druckluft wird sie üblicherweise in mg/m³ unvermeidbarer Feststoffrückstände, einschließlich des Ölgehalts, angegeben.