技术干货 | 气体纯度如何影响半导体制程良率？

半导体制造过程中所使用的气体主要分为两大类：大宗气体（Bulk Gas）和特种气体（Special Gas）。大宗气体（Bulk Gas）主要包括如氮（N2）、氢（H2）、氧（O2）、氩（Ar）和氦气（He）等空分气体，以及乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）等合成气体。特种气体则更加多样化，涉及电子气体、高纯气体和标准气体等多个种类，数量达上百种。它们根据不同的硅片制程阶段进行使用，以满足特定的工艺需求。

这些气体可以按照不同的制程阶段来做如下区分

• Epitaxy磊晶：SiH4/SiHCl3/SiH2Cl2/SiCl4/AsH3/AsCl3/PH3/B3H6/H2/N2
• Diffusion扩散：AsH3/AsCl3/PH3/PCl3/POCl3/B2H6/BCl3/BBr3/SiCl4/SiH2Cl2/Ar/NH3/N2
• CVP化学气相沉积：SiH4/SiHCl3/SiH2Cl2/NF3/CF4/CHF3/C2F6/PH3/B2H6/NH3/N2O/O2/SiF4/H2/N2
• Sputtering溅镀：Ar/O2/NH3/SiH4/Si2H6/PH3/SiH2Cl2/WF6
• Implant离子植入：PH3/PF3/PF5/SiF4/AsH3/B2H6/BF3/BCl3
• CVD气相沉积：Cl2/HCl/HBr/NH3/BF2/BCl3/SiCl4/AsCl3
• DRY ETCHING干蚀刻：Cl2/SF6
• Chamber Clean腔体清洗：CF4/C2F6/C3F8/NF3
• Thin Film薄膜制程：TEOS/TransLC/POCl3/SiH4/NH3

在半导体制造过程中，对使用气体的纯度要求极高，通常要达到5N-6N的级别。同时许多金属元素杂质需要被限制在ppb（十亿分之一）甚至ppt（万亿分之一）的范围内。此外，对微粒子颗粒数的控制也是至关重要的。

以经过纯化后的气体为例，如氧气（O2），其中的水分（H2O）和其他杂质同样需要被严格控制在ppb级别。而金属杂质含量的控制对于半导体制程而言尤为重要，因为即使是微量的金属杂质也可能对产品的性能和稳定性产生严重影响。如果气体的纯度未能达到要求，不仅会导致制程良率的降低，甚至可能扩散污染整条产品线，造成巨大的经济损失。

气体质量分析的挑战
气体质量分析在半导体制造中占据着举足轻重的地位，然而，实现精确且全面的气体质量分析却面临着一系列挑战。尽管目前已有少数品牌的分析设备能够针对O2、H2O等关键成分实现ppb等级以下的分析能力，但在其他不纯物的杂质分析方面仍面临诸多难题。

1. 气体分析通常需要多种气象色谱侦测器的配合，GC-FID、GC-PDHIF、GC-DID、GC-MS、GC-TCD、GC-FPD、GC-PED等

2. 进样管路的设计是一项专业且复杂的任务

3. 需要选用特殊的阀件和管件

4. 针对毒性、爆炸性气体的专业取样技术

5. 分析后的尾气无害化处理

6. 其他安全设施的建设

SGS超痕量实验室 
SGS在爱尔兰和台湾已经成功建立了专注于电子级气体的分析实验室，并且在上海也具备部分相关能力，致力于为半导体产业客户提供更精准、更深入的气体分析服务。欢迎咨询我们的专业团队，了解更多关于气体分析的信息，我们将竭诚为您服务。