special gas 特氣(jorphine)

1、jorphine Jul 10th, 2017Special Gas(特氣特氣) Outlines半導(dǎo)體半導(dǎo)體晶圓制造晶圓制造所所使用使用的氣體的氣體CVD Tool Process Gas特特氣傳輸與控制氣傳輸與控制？半導(dǎo)體晶圓制造所半導(dǎo)體晶圓制造所使用使用的氣體的氣體概要概要 在在目前工藝技術(shù)較為先進(jìn)的半導(dǎo)體晶圓代目前工藝技術(shù)較為先進(jìn)的半導(dǎo)體晶圓代工廠的工廠的制造過(guò)程中，制造過(guò)程中，全部工藝全部工藝步驟超過(guò)步驟超過(guò)450 道，其中大約要使用道，其中大約要使用50種不同種類的氣體。種不同種類的氣體。 一般一般把氣體分為把氣體分為大宗大宗氣體氣體(Bulk Gas)和特種氣體和特種氣體(Spe

2、cial Gas)兩種。兩種。 大宗大宗氣體一般是指集中供應(yīng)且用量較大的氣體，氣體一般是指集中供應(yīng)且用量較大的氣體，涵蓋制涵蓋制程用氣如程用氣如PO2,PAr,PH2,PHe ，以及非制程用氣，以及非制程用氣如如CDA,IA,GN2等。等。 特種特種氣體主要有各種摻雜用氣體氣體主要有各種摻雜用氣體、外延、外延用氣體、離子注入用氣體、刻蝕用氣體、離子注入用氣體、刻蝕用氣體以及用氣體以及其他其他廣為各種制程設(shè)備所使用的惰性氣體等。如廣為各種制程設(shè)備所使用的惰性氣體等。如擴(kuò)散工藝擴(kuò)散工藝中作為中作為工藝腔清潔所用的工藝腔清潔所用的ClF3，干層刻蝕時(shí)，干層刻蝕時(shí)常用常用的的CF4,CHF3 與與SF

3、6 等，以及離子等，以及離子注入法作為注入法作為n 型硅片型硅片離子注入磷源、砷源的離子注入磷源、砷源的PH3 和和AsH3 等等1。 從以上從以上的應(yīng)用可以看出，氣體在半導(dǎo)體晶圓代工廠的應(yīng)用可以看出，氣體在半導(dǎo)體晶圓代工廠有著有著非常重要的作用非常重要的作用。因?yàn)楦鞣N氣體的特性不同，。因?yàn)楦鞣N氣體的特性不同，所以所以要設(shè)計(jì)出不同的氣體輸送系統(tǒng)來(lái)滿足各種要設(shè)計(jì)出不同的氣體輸送系統(tǒng)來(lái)滿足各種不同不同制程制程設(shè)備的需求。本文主要討論特種氣體的分類、供應(yīng)和相關(guān)的關(guān)鍵管設(shè)備的需求。本文主要討論特種氣體的分類、供應(yīng)和相關(guān)的關(guān)鍵管件等件等。半導(dǎo)體半導(dǎo)體晶圓晶圓制造所制造所使用使用的氣體的氣體種類與用途種類

4、與用途 大宗大宗氣體氣體(Bulk Gases)： ： N2,O2,H2,He,Ar，壓縮空氣(Compressed Air) .特殊特殊氣體氣體(Specialty Gases):1.可燃性：B2H6，SiH2Cl2 ，NH3 ， TEOS，CO.2.自燃性：SiH4，PH3，Si2H6.3.助燃性：N2O，NF3，CL2.4.腐蝕性：Cl2，HBr，BCl3，WF6，NH3.5.毒性：SiH4，SiH2Cl2，PH3，Si2H6，WF6，TEOS.6.惰性：C2F6，CF4，CHF3，C4F8，SF6(同一物質(zhì)，可能同時(shí)具備多種不同之特性) 半導(dǎo)體制造業(yè)所使用的特種氣體一般按其使用時(shí)的特性

5、 ，可分為五大類：（1 ） 易燃性氣體（Flammable Gas） 把自燃、易燃、可燃?xì)怏w等都定義為這類氣體。如常溫下的SiH4 氣體只要與空氣接觸就會(huì)燃燒，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到一定時(shí)，PH3 與B2H6 等氣體也會(huì)產(chǎn)生自燃?？扇家兹?xì)怏w都有一定的著火燃燒爆炸范圍，即上限、下限值。此范圍越大的氣體起爆炸燃燒危險(xiǎn)性就越高，如B 2 H 6 的爆炸上限為98%，爆炸下限為0.9%。屬于易燃?xì)怏w有H2,NH3,PH3,DCS,ClF3 等等。半導(dǎo)體半導(dǎo)體晶圓晶圓制造所制造所使用使用的氣體的氣體特種特種氣體分類氣體分類（2 ） 毒性氣體（Toxic Gas） 半導(dǎo)體制造行業(yè)中使用的氣體很多都是對(duì)人體有害、

6、有毒的。其中又以AsH3, B 2H6,PH3 等氣體的毒性最大，它們的閾限值TLV（Threshold Limited Valve）分別只有50 10-9,100 10-9,300 10-9。這些氣體在工作環(huán)境中的允許濃度極微，因此在貯存、輸送以及使用的過(guò)程中都要求特別的小心。一般都應(yīng)該采取特定的技術(shù)措施來(lái)控制使用這些氣體。N O ,C4F6,C5F8,NF3,CH 3F等都屬于毒性氣體。（3） 腐蝕性氣體（Corrosive Gas） 這些腐蝕性氣體通常同時(shí)也兼有較強(qiáng)的毒性。腐蝕性氣體在干燥狀態(tài)下一般不易侵蝕金屬，但在遇到水的環(huán)境下就顯示出很強(qiáng)的腐蝕性，如HCl, HF, PCl3,SiF

7、4,ClF3，WF6 等。（4） 惰性氣體(Inert Gas)： 隋性氣體本身一般不會(huì)直接對(duì)人體產(chǎn)生傷害，在氣體傳輸過(guò)程中，相對(duì)于安全上的要求不如以上其他氣體嚴(yán)格。但惰性氣體具有窒息特性，在密閉空間若發(fā)生泄漏會(huì)使人窒息而造成工傷事故。屬于這類的氣體有C2F6,CF4,SF6,CHF3 等。（5 ） 氧化性氣體（Oxide Gas） 這類氣體有較強(qiáng)的氧化性，一般同時(shí)具有其他特性，如毒性或腐蝕性等。屬于這類的氣體有ClF3 ,Cl2,NF3等。半導(dǎo)體半導(dǎo)體晶圓晶圓制造所制造所使用使用的氣體的氣體特種特種氣體分類氣體分類Outlines半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體CVD T

8、ool Process Gas特特氣傳輸與控制氣傳輸與控制？N2PEOX2KDARC320SIN6KDARC320SRO1500N2PEOX2KCVD Tool Process GasApplied Material ProducerFHDP24-6500USGHDP2860-10KSTISTI56-5800Clean: e - + NF3 N + 3F + e - F + SiO2 SiF4 + O2CVD Tool Process Gas Applied Material Centura Ultima10CVD Tool Process GasSTI/USG/FSG Configurati

9、on11CVD Tool Process GasPSG ConfigurationOutlines半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體CVD Tool Process Gas特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制？特氣傳輸與特氣傳輸與控制控制氣罐氣罐鋼瓶硅烷 瓶裝高純氨氣 特氣傳輸與特氣傳輸與控制控制氣瓶氣瓶特氣系統(tǒng)控制特氣系統(tǒng)控制 氣柜氣柜VMB/VMP易燃易爆：易燃易爆：SIH4/H4/B2H6/ ASH3/PH3無(wú)毒：無(wú)毒：AR/HE/CF4/N2O/ C2F6/SF6/O2有毒：有毒：CL2/HBR/NH3/ NF3/SIH2CL2/BCL3設(shè)備設(shè)備特氣傳輸與特氣傳輸與控制控制系

10、統(tǒng)控制系統(tǒng)控制 Valve Manifold Box Valve Manifold Panel特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制VMB/VMP 氣體管件在安裝時(shí)，施工原則是應(yīng)盡可能地以連續(xù)式且無(wú)接口的方式進(jìn)行，這樣可以減少使用接頭的數(shù)量，降低潛在的氣體泄漏風(fēng)險(xiǎn)。 管件與管件間的連接最好以軌道式焊接法（Orbital Welding）來(lái)接合，對(duì)于不銹鋼的焊接要采用氬弧焊，并向施焊管內(nèi)通入同等純度的氬氣，這樣可以確保連接的品質(zhì)，并防止管件內(nèi)壁因不當(dāng)?shù)暮附佣练e碳，從而造成氣體管件的污染。 管件與各種配件之間的連接必須以金屬面對(duì)金屬面密封（Metal to metal faceseal）的方式進(jìn)行。 一般

11、晶圓廠比較常用的氣體管路連接的接頭方式有VCR 和Swagelok 兩種，具體選用形式應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)高純度氣體的用氣要求和氣體本身特性進(jìn)行選擇。 一般情況下，VCR 式的接頭主要用在制程氣體以及危險(xiǎn)氣體的傳輸上，管路連接后接頭里面的墊圈（Gasket）將會(huì)適度變形以確保管路每秒低于1 0 - 9c c 的氦氣泄漏率（Leakage Rate）4。不過(guò)在接合時(shí)要避免因拴得太緊而導(dǎo)致不銹鋼墊圈過(guò)度變形造成接合不良或氣體外泄。 Swagelok 接頭通常用在惰性氣體、氮?dú)庖约癈DA 等氣體的傳輸上，因?yàn)檫@些氣體可以容許一定的外泄率，所以不常用成本較高且須焊接的VCR 式接頭。 總的來(lái)說(shuō)，管件的安裝

12、原則是應(yīng)盡可能減少管件的長(zhǎng)度、接頭和閥件的數(shù)量，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的危險(xiǎn)氣體的泄漏都發(fā)生在施工不當(dāng)?shù)慕宇^和閥件接合處。特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制氣體氣體管件在安裝管件在安裝18特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制 TEOS injector system特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制氣體氣體管路材質(zhì)管路材質(zhì)特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制大宗大宗氣體管路配置氣體管路配置 一般來(lái)講，我們將有三重保障來(lái)防范萬(wàn)一有意外發(fā)生的危險(xiǎn)氣體外泄進(jìn)入到工作環(huán)境中。 一個(gè)是特種氣體的氣瓶以及全部經(jīng)過(guò)正負(fù)壓測(cè)漏的氣體輸送管路。 第二個(gè)是持續(xù)不斷的排氣抽風(fēng)系統(tǒng)（E x h a u s t ），管路節(jié)點(diǎn)如氣瓶柜、V M B 、工作臺(tái)等均

13、具有很強(qiáng)排氣抽風(fēng)系統(tǒng)，以確保每一管路節(jié)點(diǎn)外圍都處于負(fù)壓環(huán)境。若發(fā)生微量的有毒氣體的泄漏，排氣抽風(fēng)系統(tǒng)將第一時(shí)間抽出。 另外一個(gè)很重要的是處于抽風(fēng)口或環(huán)境點(diǎn)的毒性氣體偵測(cè)器系統(tǒng)，若發(fā)生任何有毒氣體的泄漏將會(huì)被氣體偵測(cè)系統(tǒng)所偵測(cè)到，這個(gè)控制系統(tǒng)將根據(jù)氣體外泄對(duì)人體危害的大小來(lái)確定整個(gè)氣體輸送系統(tǒng)的相關(guān)互鎖動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)緊急關(guān)閉上游所有氣源，同時(shí)會(huì)驅(qū)動(dòng)中央控制室和現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)報(bào)警系統(tǒng)LAU，甚至?xí)?qū)動(dòng)全廠的自動(dòng)語(yǔ)音廣播系統(tǒng)通知立即疏散，要求相關(guān)人員迅速撤離報(bào)警區(qū)域。 因此只要工程技術(shù)人員嚴(yán)格按照所制定的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序操作，所有這些安全裝置都將確保人員不會(huì)有安全上的顧慮。特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制危險(xiǎn)危險(xiǎn)

14、氣體外氣體外泄防范泄防范 對(duì)于A s H 3、P H 3、B 2H 6、S i H 4 等劇毒氣體的傳輸，需要采用同軸式管件。這種管件是由兩根大小不同的管件組成，里面的一條是用來(lái)傳輸有毒或易爆氣體的主要管路。外管則作為內(nèi)管的保護(hù)管路，并且內(nèi)外管之間抽成真空負(fù)壓狀態(tài)。假如內(nèi)管因?yàn)槟撤N因素破裂時(shí)，外泄的有毒氣體會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外管的壓力上升并觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，從而確保氣體管路外泄能得到及時(shí)有效的處理。特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制危險(xiǎn)危險(xiǎn)氣體外氣體外泄防范泄防范 1.送氣前準(zhǔn)備 鋼瓶到VMB,以及VBM到設(shè)備final valve氦檢（腔體和管道1.010E- 8mbar/ls,mfc 2.010E-9 mb

15、ar/ls）和保壓(80PSI 24小時(shí)無(wú)漏)符合要求； SIH4,SIF4,PH3,NH3,N2O,NF4,C2F6等氣體已用GN2 purge 5 times;并 且這7種氣體管道已抽負(fù)壓； Scrubber standby; Dry pump standby;2.送氣流程（特氣吹掃管道一次）（1） 送氣開(kāi)始前確認(rèn)gasbox和vmb所有閥處于關(guān)閉狀態(tài)；（2） 開(kāi)鋼瓶氣閥，持探測(cè)儀檢漏； 開(kāi)VMB手閥，持手持探測(cè)器檢漏； 開(kāi)機(jī)臺(tái)gasbox氣閥； 鋼瓶氣閥關(guān)，用pump開(kāi)始抽氣直到負(fù)壓，purge一次完成；（3） 重復(fù)（1）、（2）項(xiàng)動(dòng)作，完成送氣;3.特氣送完后，需粘貼警示牌，并對(duì)VMB

16、上鎖。特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制特特氣氣送氣流程送氣流程Outlines半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體半導(dǎo)體晶圓制造所使用的氣體CVD Tool Process Gas特氣傳輸與控制特氣傳輸與控制？ 什么是電子氣體？ 所謂電子氣體，顧名思義就是電子產(chǎn)品制造上的氣體，它主要是指半導(dǎo)體制造用氣.按其門類可分為純氣，高純氣和半導(dǎo)體特殊材料氣體三大類。特殊材料氣體主要 用于外延，摻雜和蝕刻工藝；高純氣體主要用作稀釋氣和運(yùn)載氣。電子氣體是特種氣體的一個(gè)重要分支。電子氣體按純度等級(jí)和使用場(chǎng)合，可分為電子級(jí)，LSI（大規(guī)模集成電路）級(jí)，VLSI（超大規(guī)模集成電路)級(jí)和ULSI(特大規(guī)模集成電路）級(jí)。 ？電子氣體電子氣體名稱分子式純度規(guī)格雜質(zhì)含量六氟化硫SF699.9%3N級(jí) CF40.025%,H2O3ug/g甲烷 CH499.99%4N級(jí) THC5 ,N250,H2O15,O2 30 磷烷 PH3H2 20 ,N2 10,CO2 10,THC 3, H2O 2,O2 3 硅烷 SiH4H24000,N25,CO21.5,O20.2,CO0.5CH420, Ar2 由于Si