電子氣體主要應用于半導體、平面顯示、太陽能電池等領域。根據中國工業氣體工業協會統計,2016年國內電子特種氣體需求達60億元,其中集成電路用特種氣體需求為25億元,平面顯示用特種氣體需求為22億元,太陽能電池用需求為8億元。
集成電路芯片的制造需要使用多種電子氣體,包括硅烷等硅族氣體、PH3等摻雜氣體、CF4等蝕刻氣體、WF6等金屬氣相沉積氣體及其他反應氣體和清洗氣體等。在電子級硅的制備工藝中,涉及到的電子氣體包括SiHCl3、SiCl4等。在硅片表面通過化學氣相沉積成膜(CVD)工藝中,主要涉及SiH4、SiCl4、WF6等。在晶圓制程中部分工藝涉及氣體刻蝕工藝的應用,也稱干法刻蝕,涉及到的電子氣體包括CF4、NF3、HBr等,此類刻蝕氣體用量相對較少,刻蝕過程中需與相關惰性氣體Ar、N2 等共同作用實現刻蝕程度的均勻。摻雜工藝是將需要的雜質摻入特定的半導體區域中,以改變半導體電學性質,涉及到的電子氣體包括B2H6、BF3等三價氣體和PH3、AsH3等五價氣體。
平面顯示行業用電子氣體主要品種有硅烷等硅族氣體、PH3等摻雜氣體和SF6等蝕刻氣體。在薄膜工序中, 通過化學氣相沉積在玻璃基板上沉積SiO2、SiNx等薄膜,使用的特種氣體有SiH4、PH3、NH3、NF3等。在干法刻蝕工藝中, 在等離子氣態氛圍中選擇性腐蝕基材。通常采用SF6、HCl、Cl2等氣體。
深度提純難度大,而純度是電子氣體質量最重要的指標。在芯片加工過程中,微小的氣體純凈度差異將導致整個產品性能的降低甚至報廢。電子氣體純度往往要求5N-6N級別,還要將金屬元素凈化到10-9級至10-12級。氣體純度每提高一個層次對純化技術就提出了更高的要求,技術難度也將顯著上升。以硅烷為例,將其純度由4N提純到6N中間有漫長的道路。對于混合氣體而言,混合配比的精度也是下游生產廠商關心的指標。氣體純化技術主要有吸附法、精餾法、膜分離法等。
高純氣體輸送及儲運也是影響電子氣體質量的關鍵因素。超高純氣體的生產和應用要求使用高質量的氣體包裝儲運容器、相應的氣體輸送管線、閥門和接口,要求相應器件耐高壓、耐高真空,對于腐蝕性氣體要求耐腐蝕,以避免二次污染的發生。隨著氣體純度的提高、產品種類的增多,對包裝容器的要求也越來越高,對于氣瓶內壁處理技術以及氣密性好無污染的閥門、減壓器、過濾器等的研制提出了較高要求。