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半导体行业

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气体检测仪在半导体行业的应用

作者:国瑞仪器   来源:   阅读:1128   更新:2015年06月04日   字体:

半导体工业常用的纯气

1、硅烷(SiH4):有毒。硅烷在半导体工业中主要用于制作高纯多晶硅、通过气相淀积制作二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、多晶硅隔离层、多晶硅欧姆接触层和异质或同质硅外延生长原料、以及离子注入源和激光介质等,还可用于制作太阳能电池、光导纤维和光电传感器等。

2、锗烷(GeH4):剧毒。金属锗是一种良好的半导体材料,锗烷在电子工业中主要用于化学气相淀积,形成各种不同的硅锗合金用于电子元器件的制造。

3、磷烷(PH3):剧毒。主要用于硅烷外延的掺杂剂,磷扩散的杂质源。同时也用于多晶硅化学气相淀积、外延GaP材料、离子注入工艺、化合物半导体的MOCVD工艺、磷硅玻璃(PSG)钝化膜制备等工艺中。

4、砷烷(AsH3):剧毒。主要用于外延和离子注入工艺中的n型掺杂剂。

5、氢化锑(SbH3):剧毒。用作制造n型硅半导体时的气相掺杂剂。

6、乙硼烷(B2H6):窒息臭味的剧毒气体。硼烷是气态杂质源、离子注入和硼掺杂氧化扩散的掺杂剂,它也曾作为高能燃料用于火箭和导弹的燃料。

7、三氟化硼(BF3):有毒,极强刺激性。主要用作P型掺杂剂、离子注入源和等离子刻蚀气体。

8、三氟化氮(NF3):毒性较强。主要用于化学气相淀积(CVD)装置的清洗。三氟化氮可以单独或与其它气体组合,用作等离子体工艺的蚀刻气体,例如,NF3NF3/ArNF3/He用于硅化合物MoSi2的蚀刻;NF3/CCl4NF3/HCl既用于MoSi2的蚀刻,也用于NbSi2的蚀刻。

9、三氟化磷(PF3):毒性极强。作为气态磷离子注入源。

10、四氟化硅(SiF4):遇水生成腐蚀性极强的氟硅酸。主要用于氮化硅(Si3N4)和硅化钽(TaSi2)的等离子蚀刻、发光二极管P型掺杂、离子注入工艺、外延沉积扩散的硅源和光导纤维用高纯石英玻璃的原料。

11、五氟化磷(PF5):在潮湿的空气中产生有毒的氟化氢烟雾。用作气态磷离子注入源。

12、四氟化碳(CF4):作为等离子蚀刻工艺中常用的工作气体,是二氧化硅、氮化硅的等离子蚀刻剂。

13、六氟乙烷(C2F6):在等离子工艺中作为二氧化硅和磷硅玻璃的干蚀气体。

14、全氟丙烷(C3F8):在等离子蚀刻工艺中,作为二氧化硅膜、磷硅玻璃膜的蚀刻气体。

 

半导体工业常用的混合气体

1、外延(生长)混合气:在半导体工业中,在仔细选择的衬底上选用化学气相淀积的方法,生长一层或多层材料所用的气体叫作外延气体。常用的硅外延气体有二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷等。主要用于外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积,太阳能电池和其它光感受器的非晶硅膜淀积等。外延是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。常用外延混合气组成如下表:

 

序号

组份气体

稀释气体

1

2

3

4

硅烷(SiH4

氯硅烷(SiCl4

二氯二氢硅(SiH2Cl2

乙硅烷(Si2H6

氦、氩、氢、氮

氦、氩、氢、氮

氦、氩、氢、氮

氦、氩、氢、氮

 

2、化学气相淀积(CVD)用混合气:CVD是利用挥发性化合物,通过气相化学反应淀积某种单质和化合物的一种方法,即应用气相化学反应的一种成膜方法。依据成膜种类,使用的化学气相淀积(CVD)气体也不同,以下表是几类化学气相淀积混合气的组成:

 

膜的种类

混合气组成

生成方法

半导体膜

 

 

 

绝缘膜

 

 

 

导体膜

 

硅烷(SiH4+

二氯二氢硅(SiH2Cl2+

氯硅烷(SiCl4+

硅烷(SiH4+甲烷(CH4

硅烷(SiH4+

硅烷(SiH4++磷烷(PH3

硅烷(SiH4++乙硼烷(B2H6

硅烷(SiH4+氧化亚氮(N2O+磷烷

六氟化钨(WF6+

六氯化钼(MoCl6+

CVD

CVD

CVD

离子注入CVD

CVD

CVD

CVD

离子注入CVD

CVD

CVD

 

3、掺杂混合气:在半导体器件和集成电路制造中,将某些杂质掺入半导体材料内,使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率,以制造电阻、PN结、埋层等。掺杂工艺所用的气体称为掺杂气体。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼、乙硼烷等。通常将掺杂源与运载气体(如氩气和氮气)在源柜中混合,混合后气流连续注入扩散炉内并环绕晶片四周,在晶片表面沉积上掺杂剂,进而与硅反应生成掺杂金属而徙动进入硅。常用掺杂混合气:

 

类型

组份气

稀释气

备注

硼化合物

磷化合物

砷化合物

乙硼烷(B2H6)、三氯化硼(BCl3)、溴化硼(BBr3

磷烷(PH3)、氯化磷(PCl3)、溴化磷(PBr3

砷烷(AsH3)、三氯化砷(AsCl3

氦、氩、氢

氦、氩、氢

氦、氩、氢

 

 

4、蚀刻混合气:蚀刻就是将基片上无光刻胶掩蔽的加工表面(如金属膜、氧化硅膜等)蚀刻掉,而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来,以便在基片表面上获得所需要的成像图形。蚀刻方法有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法化学蚀刻所用气体称为蚀刻气体。蚀刻气体通常多为氟化物气体(卤化物类),例如四氟化碳、三氟化氮、三氟甲烷、六氟乙烷、全氟丙烷等。常用蚀刻气体如下表:

 

材质

蚀刻气体

铝(Al

铬(Cr

钼(Mo

铂(Pt

聚硅

硅(Si

钨(W

氯硅烷(SiCl4+氩、四氯化碳(CCl4+(氩、氦)

四氯化碳(CCl4+氧、四氯化碳(CCl4+空气

二氟二氯化碳(CCl2F2+氧、四氟化碳(CF4+

三氟三氯乙烷(C2Cl3F3+氧、四氟化碳(CF4+

四氟化碳(CF4+氧、乙烷(C2H6+

四氟化碳(CF4+

四氟化碳(CF4+

 

5、其它电子混合气:

 

序号

组份气

稀释气

组份气含量范围

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

氯化氢(HCl

硒化氢(H2Se

锗烷(GeH4

磷烷(PH3

砷烷(As2H3

乙硼烷(B2H6

硅烷(SiH4

二乙基碲(C2H52Te

Cl2

一氧化碳(CO

氧、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

氩、氦、氢、氮

六氟化硫

110%

55000×10-6

15%

55000×10-60.515%

55000×10-60.515%

55000×10-61%

0.515%

5150×10-6

28%

22%

 

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