电子特气调研报告

产经报告电子特种气体1第一章背景介绍第一节电子特种气体带动国内高新技术发展电子工业是当今推动科技发展的高新技术产业,由于所用气体的品种多、质量要求高,为有别于其它领域应用的气体,人们把这类在电子工业中用的气体统称为电子特种气体,它是当今兴起的高技术含量、高投入、高附加值的高新技术产业。电子气体的应用领域主要在半导体集成电路生产制造、非晶硅太阳能电池、液晶显示器件、光导纤维生产四大领域,其中主要应用于半导体集成电路的生产制造。在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体,其中常用的有20～30种。由此可以看出电子特种气体的发展直接带动高新技术产业发展。第二节新兴产业带动电子特种气体市场快速发展新兴产业是指随着新的科研成果和新兴技术的发明,应用而出现的新的部门和行业。它们代表产业发展的未来方向，在一国的产业结构调整中承担着重要作用。新兴产业并不是永恒不变的,在不同的经济发展时期,新兴产业的产业构成会发生很大的变化。同时,在不同的国家、不同的区域,由于各产业生产率上升的速率不同,对先进科技的掌握情况也不一样,其新兴产业的构成也会存在一定程度的差异。现在世界上讲的新兴产业,主要是指电子、信息、生物、新材料、新能源、海洋、空间等新技术的发展而产生和发展起来的一系列新兴产业部门。产经报告电子特种气体2电子信息产业作为发展昀为迅速的高新技术产业，越来越受到重视，发展速度之快超出了人们的预料，与之相配套的电子信息化学品的世界年均增长率保持在8%以上，是化工行业中发展昀快的领域。近年来，我国电子信息化学品工业发展与世界同步，发展迅猛。近几年我国电子信息产品制造业的年均增长率超过了20%。相应的电子信息化学品的年均增长率也超过20%。我国的电子信息化学品必将成为化工行业中发展速度昀快、昀具活力的行业之一。电子信息的化学品是指为电子信息工业配套的精细化工产品。主要的配套领域是集成电路和分立器件、光电子器件、电子元器件、印刷线路板和液晶显示器以及电子产品、信息记录及储存产品生产行业。电子信息化学品品种较多，主要产品有集成电路配套的封装材料、光刻胶、超净高纯试剂、电子工业特种气体、硅片磨抛材料、液晶材料、发光材料、半导体掺杂剂、储存材料、磁性记录材料、电致发光材料、电致变色材料、感光材料、影像信息材料以及电子元器件用化学助剂、涂料、黏合剂、清洗剂等。电子信息化学品紧随着电子信息工业的发展而发展。电子信息化学品是电子工业重要的支撑材料之一，其质量的好坏，不但直接影响到电子信息产品的质量，而且对微电子制造技术的产业化有重大影响。电子信息化学品成为世界各国为发展电子信息工业而优先开发的关键材料之一。产经报告电子特种气体3第二章电子特种气体概述第一节电子特种气体概述电子气体是指用于半导体及其它电子产品生产的气体,与传统的工业气体相比,电子气体特殊在气体的纯净度要求极高,所以也称为电子特种气体。半导体工业用的气体统称电子气体。按其门类可分为纯气、高纯气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。电子气体是特种气体的一个重要分支。电子气体按纯度等级和使用场合,可分为电子级、LSI(大规模集成电路)级、VLSI(超大规模集成电路)级和ULSI(特大规模集成电路)级。电子气体广泛地应用于电子行业、太阳能电池、移动通讯、汽车导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域。第二节电子特种气体的纯净度要求（1）纯度电子气体的纯度对于半导体器件的质量与成品率影响很大。电子器件的生产和研究要求气体纯度很高，杂质含量一般要求控制在10-6至10-9数量级，对其中有害杂质有严格的规定。（2）有害杂质对器件质量的影响气体中微量的氧、水分、碳氢化合物和尘埃等杂质皆属于有害杂质，在半导体器件生产过程中都将直接与硅片接触，因此对器件的影响极大。常用高纯气体（如氩、氮、氢、氦等）中有害杂质给半导体产经报告电子特种气体4生产带来的危害是很大的，诸如使半导体器件质量变劣、成品率下降、产生各种各样的缺陷等。气体中微量氧和水分有害杂质，使半导体产品表面生成氧化膜，它是影响器件寿命的重要因数。气体中含碳化合物（如一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物等）的碳，是造成半导体漏电的原因之一。气体中尘埃粒子和金属微粒子，使半导体产生漏电、耐压不良、表面克密度不变、晶格缺陷和断线的主要原因。在砷化镓液相外延制取激光器件过程中，气体中有害杂质（如氧和水）是造成器件性能退化、影响寿命的重要因数。当氢中微量氧含量降低至3×10-8，露点小于-90℃时，器件寿命可达104小时；当水含量大于10×10-6时，就容易产生多晶的外延层，因为在高温下微量的氧和水分均产生不完全的点滴的二氧化硅（SiO2），在外延的过程中就将起到杂质聚集中心的作用，在外延层内就形成“暗礁”，从而造成晶格的不完整而形成多晶或缺陷。当氧含量大于75×10-6时，则易产生多坑外延层；当氢中氮含量大于1000×10-6时，就要产生针状结构；当氢中含有微量的一氧化碳和二氧化碳等烃类时，就将产生星形缺陷。从上所述，不难看出，氢中所含的有害杂质在外延的过程中将产生各种各样的缺陷，这些缺陷的形成机理，不仅与所含杂质的种类及数量有关，而且还与硅片的晶片的晶向和表面状态有关。硅外延沉积是高质量IC生产中一个十分重要的步骤。沉积层的杂质水平、厚度和微结构完整性取决于沉积过程所使用气体的质量。下表示出750℃低温选择性外延沉积中氢气杂质浓度对硅沉积膜性能产经报告电子特种气体5的影响。杂质对硅低温选择性外延沉积的影响（3）气体中水分、微粒与集成度的关系电子气体已日益成为发展微电子技术重要的、不可少的新型基础材料之一。电子器件的生产和研究要求气体纯度高，同时对有害杂质（如水分、微粒）有严格规定。下表分别示出了露点与集成关系和微粒直径与集成度的关系。露点与集成度的关系集成度4~16K32K64K256K1M4M16M露点℃-60-65-42-76-76-90-90微粒直径与集成度的关系第三节电子特种气体面临的挑战一、对电子特种气体杂质、纯度要求的问题随着电子消费品的升级换代，产品制造尺寸越来越大，产品成品率和缺陷控制越来越严格，整个电子工业界对电子气体气源纯度，以产经报告电子特种气体6及杜绝输送系统二次污染的要求越来越苛刻。基本上工业界对电子气体气相不纯物以及颗粒度污染提出的技术指标，直接与分析仪器技术进步带来的昀低检测极限（LDL）相关联。如传统的激光颗粒测试仪可测到0.1微米，而核凝结技术（CNC）可达到0.01微米。目前12英寸超大规模集成电路制造线宽已经发展到45纳米，对于大宗气体的纯度都要求在ppt级别,颗粒度控制直指CNC分析仪器的下限。实验室超高亮度发光二极管（LED）技术指标已达到200Lm/w（流明/瓦）以上，对于氢气和氨气的纯度控制要求也都小于1ppb（十亿分之一），氨气则采用多级精馏生产，技术指标到达7N（7个9）的“白氨”，5N的氢气需要采用先进的钯膜纯化器提纯至9N。大宗特气系统(BSGS)的及时应用有利于提高污染控制。首先大包装容器保证了气体品质的连续性，降低了多次充装污染风险。另外由于换瓶频率的减少，也减少了污染几率。BSGS多采用了深层吹扫，显著提高了吹扫效果。输送管路系统普遍采用了316L不锈钢电解抛光（EP）管道，高纯调压阀、隔膜阀、高精密过滤器（0.003μm）、VCR接头等，接触气体的管路部件表面粗糙度可控制在5uin，同时采用零死区设计。施工技术采用全自动轨道焊接，同时制定和实施严格的超高纯施工和QA/QC保证程序。气体输送系统建成后必须经过严格的保压、氦检漏、颗粒度和水分、氧分以及其它气相杂质的测试。产经报告电子特种气体7二、大流量、稳定性输送问题如何满足大规模量产工厂对电子气体大流量、不间断和稳定输送的要求是一个挑战。电子气体多以集中式供应为趋势，特种气体集中放置在气体房。输送系统的数量是根据机台对流量的需求进行合理配置。特气输送设备必须采用全自动切换供气，而且多设计了备用设备。对于低蒸汽压气体（WF6，DCS，BCl3，C5F8，ClF3等），需要考虑钢瓶加热，气体面板加热，管道伴热等。为了精确控制流量，在气源端一般会考虑配置高精度的压力变送器、电子秤、温控器等。在机台用气点也都配置了质量流量计。对于大流量的BSGS，不但要考虑管路压降和液化钢瓶蒸发吸热对流量的影响，还要考虑气体经过调压阀减压后的焦耳-汤普逊效应。一般而言，气体减压后，温度会降低，甚至液化。这会照成输送压力的不稳定以及管路系统的损坏。因此需要考虑在减压前对气体进行预热。气体监控系统（GMS）通过计算机网络，实现对气体输送系统的实时监控，以确保系统的稳定性。针对液化气体（如氨气）的BSGS，采用直接加热液体的气化输送系统(Evaporator)已经研发成型，很快会在BSGS的应用上推广。三、安全性问题电子气体可能存在窒息性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性等危险，其危害性被不同国家区域和不同的工业组织进行了详细的危险等级分类。对于一个大规模量产的电子工厂，其使用和存储的电子气体数产经报告电子特种气体8量之多可以毫不夸张地被视为拥有“大规模杀伤性”武器库。任何设计上、施工中、日常运行里存在的安全隐患都会对工厂、人员和环境带来巨大的灾难。如何保证电子气体的安全储存、使用操作，系统的工艺和产品本征安全设计，在众多的国际标准规范如SEMI，NFPA，CGA，FM等都有很详细的规定。通常而言，会根据气体性质和相容性，将气体房分成可燃气体房、腐蚀性气体房、惰性气体房、硅烷气体房、三氟化氯气体房等。气体房规划需要考虑建筑物的防火、泄爆、防火防爆间距、危险物总量控制等等。针对硅烷输送系统，特别是BSGS系统，因总量较大，应采用隔离式建筑。气体房和气柜应采用自动喷淋系统。而三氟化氯遇水反应，需要采用二氧化碳灭火系统。使用电子气体的工厂抽风系统也根据危险品性质分成了普通排风系统(GEX)，酸性排风系统(SEX)，溶剂排风系统(VEX)和氨气排风系统(AEX)。换钢瓶时的吹扫尾气，也建议排放至尾气处理器中。输送管道一般采用无缝SS316LEP管。施工采用自动轨道焊接，经保压、氦检漏和纯度测试。对于剧毒、高反应性和自燃气体，应使用双套管输送。一些剧毒气体如磷烷、砷烷等，安全输送系统（SDS）正在被广泛使用。其钢瓶内采用负压吸附的方式，用真空法输送，从根本上避免了气体的泄漏。气体侦测系统(GDS)是全厂生命安全系统（LSS）的重要组成部分。对于侦测器的要求，除了精度高，反应迅速外，还应具备自检功能。产经报告电子特种气体9四、成本性问题因为电子工业投资规模越来越大，缩短建设周期，降低建设成本也越来越重要。对电子气体输送系统而言，如何在不降低系统污染控制水平和不牺牲安全配置的前提下，努力减少建设和运行成本，同样是一个挑战。合理配置系统，合理选型材料，可显著降低初始投资费用。这就要求电子气体输送系统承包商具备较强的系统设计能力。性质相匹配的气体，采用同一吹扫氮气系统，可显著节约气瓶柜的投资。对于VMB，可采用移动式吹扫氮气盘。小管路(≤1/2”)的施工，直接采用弯管的方式，既节约了弯头的费用，也大大提高了施工效率。严格执行高纯管路施工规范，可大大降低测试气体和测试时间。这些都是行之有效的成本控制措施。采用大包装容器的气源，可大大降低物流和人力操作等运行费用。因而BSGS越来越受到更多客户的青睐。第四节电子特种气体配送及使用目前电子消费品的种类繁多以及升级换代日趋频繁，同类产品的不同制造规模、不同级别档次的生产工厂和科研机构共存。基于投资规模和产品档次的不同的实际要求，工业界对电子气体输送系统基本有以下三类需求：1大规模供气系统大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸（1英寸=25.4毫米）超大规模集成电路厂（气体种类包括SiH4、N2O、2、C2F6、NH3等），100MW以上的太阳能电池生产线（气体种类包括NH3），发产经报告电子特种气体10光二极管的磊晶工序线（气体种类包括NH3）、5代以上液晶显示器工厂（气体种类包括