技術干貨 | 氣體純度如何影響半導體制程良率？

半導體制造過程中所使用的氣體主要分為兩大類：大宗氣體（Bulk Gas）和特種氣體（Special Gas）。大宗氣體（Bulk Gas）主要包括如氮（N2）、氫（H2）、氧（O2）、氬（Ar）和氦氣（He）等空分氣體，以及乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）等合成氣體。特種氣體則更加多樣化，涉及電子氣體、高純氣體和標準氣體等多個種類，數量達上百種。它們根據不同的硅片制程階段進行使用，以滿足特定的工藝需求。

這些氣體可以按照不同的制程階段來做如下區分

• Epitaxy磊晶：SiH4/SiHCl3/SiH2Cl2/SiCl4/AsH3/AsCl3/PH3/B3H6/H2/N2
• Diffusion擴散：AsH3/AsCl3/PH3/PCl3/POCl3/B2H6/BCl3/BBr3/SiCl4/SiH2Cl2/Ar/NH3/N2
• CVP化學氣相沉積：SiH4/SiHCl3/SiH2Cl2/NF3/CF4/CHF3/C2F6/PH3/B2H6/NH3/N2O/O2/SiF4/H2/N2
• Sputtering濺鍍：Ar/O2/NH3/SiH4/Si2H6/PH3/SiH2Cl2/WF6
• Implant離子植入：PH3/PF3/PF5/SiF4/AsH3/B2H6/BF3/BCl3
• CVD氣相沉積：Cl2/HCl/HBr/NH3/BF2/BCl3/SiCl4/AsCl3
• DRY ETCHING干蝕刻：Cl2/SF6
• Chamber Clean腔體清洗：CF4/C2F6/C3F8/NF3
• Thin Film薄膜制程：TEOS/TransLC/POCl3/SiH4/NH3

在半導體制造過程中，對使用氣體的純度要求極高，通常要達到5N-6N的級別。同時許多金屬元素雜質需要被限制在ppb（十億分之一）甚至ppt（萬億分之一）的范圍內。此外，對微粒子顆粒數的控制也是至關重要的。

以經過純化后的氣體為例，如氧氣（O2），其中的水分（H2O）和其他雜質同樣需要被嚴格控制在ppb級別。而金屬雜質含量的控制對于半導體制程而言尤為重要，因為即使是微量的金屬雜質也可能對產品的性能和穩定性產生嚴重影響。如果氣體的純度未能達到要求，不僅會導致制程良率的降低，甚至可能擴散污染整條產品線，造成巨大的經濟損失。

氣體質量分析的挑戰
氣體質量分析在半導體制造中占據著舉足輕重的地位，然而，實現精確且全面的氣體質量分析卻面臨著一系列挑戰。盡管目前已有少數品牌的分析設備能夠針對O2、H2O等關鍵成分實現ppb等級以下的分析能力，但在其他不純物的雜質分析方面仍面臨諸多難題。

1. 氣體分析通常需要多種氣象色譜偵測器的配合，GC-FID、GC-PDHIF、GC-DID、GC-MS、GC-TCD、GC-FPD、GC-PED等

2. 進樣管路的設計是一項專業且復雜的任務

3. 需要選用特殊的閥件和管件

4. 針對毒性、爆炸性氣體的專業取樣技術

5. 分析后的尾氣無害化處理

6. 其他安全設施的建設

SGS超痕量實驗室 
SGS在愛爾蘭和臺灣已經成功建立了專注于電子級氣體的分析實驗室，并且在上海也具備部分相關能力，致力于為半導體產業客戶提供更精準、更深入的氣體分析服務。歡迎咨詢我們的專業團隊，了解更多關于氣體分析的信息，我們將竭誠為您服務。