工业中,把常温常压下呈气态的产品统称为工业气体产品。根据制备方式和应用领域的不同,工业气体可分为大宗气体和特种气体,大宗气体主要包括氧、氮、氩等空分气体及乙炔、氢气、二氧化碳等合成气体;特种气体主要包括电子特种气体、高纯气体和标准气体等。特种气体用量虽小,但对纯度、杂质含量等指标有较高要求,经济价值较高。电子特种气体(即电子特气)又主要包括惰性气体,硅族气体,卤化物或卤化物气体,含硼、磷、砷等原子的气体,以及氟碳气体,种类繁多。
中国电子特气应用市场结构
电子气体的应用领域通常包括,集成电路、显示面板、光伏等,不同种类的 气体在各个应用领域发挥不同的作用。在集成电路制造中,电子气体根据不同工 艺,可分为掺杂用气体、离子注入气、清洗用气、刻蚀用气体和光刻气。在显示 面板生产中,电子气体的主要工艺分为清洗、刻蚀和薄膜沉积。
电子特气在集成电路、显示面板、化合物半导体器件等电子工业生产中是不可或缺的原材料。根据产业研究院的统计2020年中国电子特气应用市场结构,集成电路制造占比最高,约占总体电子特气市场的44%。显示面板领域占比约35%,太阳能电池领域占比约13%,LED及其他领域占比约8%。随着半导体行业的快速发展,电子特气的种类、数量仍在不断增加。
电子气体广泛应用于半导体制程工艺,电子大宗气体通常用于气体稀释、腔体清洁、腔体排气等环节。不同类型的电子特气根据不同的物理化学性质应用于不同的工艺环节,包括沉积、光刻、刻蚀、扩散、退火等关键工序。可以说,电子气体几乎用于集成电路制造的每一个环节,是集成电路制造的血液。
电子气体的生产过程包括分析检测、合成、提纯、充装、混合配比等多个工艺流程。为了满足下游半导体制造的纯度和杂质含量要求,提纯工艺非常重要,根据上游合成气或原料气组成,进行低温精馏或多级纯化。
在气体制备过程中,需要同时满足高洁净度、高密封性、高稳定可靠性的要求。洁净度方面,上游合成制备属于化工生产过程,无特殊洁净度要求,气体经过提纯后,进行气体冲入和混合制备需要满足下游集成电路制造工艺的标准规范。密封性方面,由于具有化学活性,电子气体,尤其是电子特气在生产过程中对系统材料与半导体制造要求保持一致,防止引入杂质或气体腐蚀引起泄漏、污染等危害。稳定可靠性方面,电子特气的品质指标包括纯度、杂质颗粒含量等,指标的任何变化都会影响下游半导体制造的结果。因此,为保证电子特气产品的一致性,对气体制备工艺系统的控制指标稳定性要求也非常重要。