技術(shù)干貨 | 氣體純度如何影響半導(dǎo)體制程良率？

半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)氣體等多個種類，數(shù)量達(dá)上百種。它們根據(jù)不同的硅片制程階段進(jìn)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(qū)分

• Epitaxy磊晶：SiH4/SiHCl3/SiH2Cl2/SiCl4/AsH3/AsCl3/PH3/B3H6/H2/N2
• Diffusion擴(kuò)散：AsH3/AsCl3/PH3/PCl3/POCl3/B2H6/BCl3/BBr3/SiCl4/SiH2Cl2/Ar/NH3/N2
• CVP化學(xué)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(dǎo)體制造過程中，對使用氣體的純度要求極高，通常要達(dá)到5N-6N的級別。同時許多金屬元素雜質(zhì)需要被限制在ppb（十億分之一）甚至ppt（萬億分之一）的范圍內(nèi)。此外，對微粒子顆粒數(shù)的控制也是至關(guān)重要的。

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

氣體質(zhì)量分析的挑戰(zhàn)
氣體質(zhì)量分析在半導(dǎo)體制造中占據(jù)著舉足輕重的地位，然而，實現(xiàn)精確且全面的氣體質(zhì)量分析卻面臨著一系列挑戰(zhàn)。盡管目前已有少數(shù)品牌的分析設(shè)備能夠針對O2、H2O等關(guān)鍵成分實現(xiàn)ppb等級以下的分析能力，但在其他不純物的雜質(zhì)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(jìn)樣管路的設(shè)計是一項專業(yè)且復(fù)雜的任務(wù)

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(yè)取樣技術(shù)

5. 分析后的尾氣無害化處理

6. 其他安全設(shè)施的建設(shè)

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