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半导体工业中的超高纯特种气体

超净高纯特种气体为主要用于制备半导体器件、化合物半导体、激光器、光导纤维、太阳能电池等的高纯度气体,一般纯度在99.999%(5N)以上。其中55%的市场份额是背景气体(如氧、氮、氩、氢、CO2等);其他45%为特种气体。

  超净高纯特种气体包括纯气以及二元、多元混合气。纯气己发展至100余种:混合气己有17类、330多个品种,大约1000多种规格。超净高纯特种气体配套性很,根据不同用途分别有电子级、载气级、发光二极管级、光导纤维级、VLSI级(超大规模集成电路级)等。为适应兆位集成电路的生产,又推出ULSI(特大规模集成电路)级或Megabit(兆位)级气体。按化学结构分,超净高纯特种气体主要有四大类:(1)烷类:硅烷(SiH4)替代品四乙氧基硅烷、四甲基环四硅氧烷、二乙基硅烷;替代品特丁基砷和三乙基砷;磷烷替代品特丁基磷;硼烷;锗烷;甲烷;硒化氢等。(2)氯化物:三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢、氯气、三氯化硼、POCl3等。(3)氟化物:三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫、六氟化钨、三氟甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷、八氟丙烷、六氟乙烯等。(4)其他:氧化亚氮、硫化氢、溴化氢、溴化硼、丙烯等。在集成电路产业链里,超净高纯特种气体用于硅片的沉积、蚀刻、光刻、掺杂、退火或者腔室清洗等。按照在集成电路中的作用可分为掺杂气体、外延气体、离子注入气体、发光二极管用气体、刻蚀气体、化学气相沉积用气体、载运稀释气体七类。同时,有的气体有多种用途,例如在硅烷可用作外延气体,同时在化学气相沉积中也存在应用等。我国进行超净高纯特种气体开发研究工作较早的有化工部光明化工研究所、化工部黎明化工研究院、北京特种气体研究所等单位。国外大型气体公司在20世纪80年始在华布局建设特种气体厂或分装厂,推动了我国超净高纯特种气体产业的发展。目前我国生产超净高纯特种气体的企业超过50家。可生产的产品包括高纯硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)、锗烷(GeH4)、甲烷、氨、氧化亚氮、氯化氢、氯气、二氯二氢硅、三氯氢硅、三氯化硼、丙烯、三氟甲烷、四氟甲烷、八氟丙烷、六氟化硫、六氟化钨等。但某些产品国内企业还不能生产,如高叔丁基砷、三乙基砷、叔丁基磷、溴化氢、二乙基硅烷、六氟乙烯等。另外,国内企业产品纯度不高,很少能生产纯度6N以上的产品,在包装运输、分析检测等方面也存在问题。中国是世界电子产品的制造中心,与之不对称的是制造这些产品所需要的高档芯片几乎全部依赖进口。为此,中央及地方相继出台许多利好政策及资金支持,试图扭转这种局面。2017年全国各地兴起了一股全球难以看到的“半导体热”,通过努力半导体国产化也取得了阶段性进展和效果,带动了中国特种气体尤其是用于半导体制造的各类高纯气体、电子混合气体产业快速发展。