超高纯度气体在整个半导体供应链中必不可少。事实上,对于一个典型的晶圆厂来说,高纯度气体是仅次于硅本身的最大材料支出。在全球芯片短缺之后,该行业的扩张速度比以往任何时候都快——对高纯度气体的需求也在增加。

半导体制造中最常用的大宗气体是氮气、氦气、氢气和氩气。

氮

氮气占我们大气层的78%,含量极其丰富。它也恰好是化学惰性的和不导电的。因此,氮气作为一种具有成本效益的惰性气体已进入多个行业领域。

半导体行业是氮气的主要消费者。一个现代化的半导体制造厂预计每小时要使用多达50,000立方米的氮气。在半导体制造中,氮气起着通用惰性和吹扫气体的作用,保护敏感的硅晶片免受空气中的活性氧和水分的影响。

氦

氦气是一种惰性气体。这意味着,与氮气一样,氦气具有化学惰性——但它还具有高导热性的额外优势。这在半导体制造中特别有用,使其能够有效地将热量从高能过程中传导出去,并有助于保护它们免受热损伤和不需要的化学反应。

氢

氢在整个电子制造过程中被广泛使用,半导体生产也不例外。特别是,氢气用于：

退火：硅晶片通常被加热到高温并缓慢冷却,以修复（退火）晶体结构。氢气用于将热量均匀地传递到晶圆,并协助重建晶体结构。

外延：超高纯氢在硅、锗等半导体材料的外延沉积中用作还原剂。

沉积：氢可以掺入硅薄膜中,使其原子结构更加无序,有助于提高电阻率。

等离子清洗：氢等离子在去除UV光刻中使用的光源中的锡污染方面特别有效。

氩气

氩气是另一种惰性气体,因此它与氮气和氦气一样表现出低反应性。然而,氩的低电离能使其在半导体应用中得到使用。由于氩气相对容易电离,因此它通常用作半导体制造中蚀刻和沉积反应的主要等离子气体。除此之外,氩还用于紫外光刻的准分子激光器中。

为什么纯度很重要

通常,半导体技术的进步是通过尺寸缩放实现的,新一代半导体技术的特征是更小的特征尺寸。这会产生多种好处：在给定体积中装入更多晶体管、改善电流、降低功耗和加快开关速度。

然而,随着临界尺寸的下降,半导体器件变得越来越精密。在单个原子的位置很重要的世界中,容错阈值非常严格。因此,现代半导体工艺要求工艺气体具有尽可能高的纯度。

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