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1、,jorphine Jul 10th, 2017,Special Gas(特气),Outlines,半导体晶圆制造所使用的气体 CVD Tool Process Gas 特气传输与控制 ？,半导体晶圆制造所使用的气体概要,在目前工艺技术较为先进的半导体晶圆代工厂的制造过程中，全部工艺 步骤超过450 道，其中大约要使用50种不同种类的气体。 一般把气体分为大宗气体(Bulk Gas)和特种气体(Special Gas)两种。 大宗气体一般是指集中供应且用量较大的气体，涵盖制程用气如PO2,PAr,PH2,PHe ，以及非制程用气如CDA,IA,GN2等。 特种气体主要有各种掺杂用气体、外延用气
2、体、离子注入用气体、刻蚀用气体以及其他广为各种制程设备所使用的惰性气体等。如扩散工艺中作为工艺腔清洁所用的ClF3，干层刻蚀时常用的CF4,CHF3 与SF6 等，以及离子注入法作为n 型硅片离子注入磷源、砷源的PH3 和AsH3 等1。 从以上的应用可以看出，气体在半导体晶圆代工厂有着非常重要的作用。因为各种气体的特性不同，所以要设计出不同的气体输送系统来满足各种不同制程设备的需求。本文主要讨论特种气体的分类、供应和相关的关键管件等。,半导体晶圆制造所使用的气体种类与用途,大宗气体(Bulk Gases)： N2,O2,H2,He,Ar，压缩空气(Compressed Air) .,特殊气体
3、(Specialty Gases): 1.可燃性：B2H6，SiH2Cl2 ，NH3 ， TEOS，CO. 2.自燃性：SiH4，PH3，Si2H6. 3.助燃性：N2O，NF3，CL2. 4.腐蚀性：Cl2，HBr，BCl3，WF6，NH3. 5.毒性：SiH4，SiH2Cl2，PH3，Si2H6，WF6，TEOS. 6.惰性：C2F6，CF4，CHF3，C4F8，SF6 (同一物质，可能同时具备多种不同之特性),半导体制造业所使用的特种气体一般按其使用时的特性 ，可分为五大类：,（1 ） 易燃性气体（Flammable Gas） 把自燃、易燃、可燃气体等都定义为这类气体。如常温下的SiH4
4、 气体只要与空气接触就会燃烧，当环境温度达到一定时，PH3 与B2H6 等气体也会产生自燃。可燃易燃气体都有一定的着火燃烧爆炸范围，即上限、下限值。此范围越大的气体起爆炸燃烧危险性就越高，如B 2 H 6 的爆炸上限为98%，爆炸下限为0.9%。属于易燃气体有H2,NH3,PH3,DCS,ClF3 等等。,半导体晶圆制造所使用的气体特种气体分类,（2 ） 毒性气体（Toxic Gas） 半导体制造行业中使用的气体很多都是对人体有害、有毒的。其中又以AsH3, B 2H6,PH3 等气体的毒性最大，它们的阈限值TLV（Threshold Limited Valve）分别只有50 10-9,100
5、 10-9,300 10-9。这些气体在工作环境中的允许浓度极微，因此在贮存、输送以及使用的过程中都要求特别的小心。一般都应该采取特定的技术措施来控制使用这些气体。N O , C4F6,C5F8,NF3,CH 3F等都属于毒性气体。,（3） 腐蚀性气体（Corrosive Gas） 这些腐蚀性气体通常同时也兼有较强的毒性。腐蚀性气体在干燥状态下一般不易侵蚀金属，但在遇到水的 环境下就显示出很强的腐蚀性，如HCl, HF, PCl3,SiF4,ClF3，WF6 等。,（4） 惰性气体(Inert Gas)： 隋性气体本身一般不会直接对人体产生伤害，在气体传输过程中，相对于安全上的要求不如以上其他
6、气体严格。但惰 性气体具有窒息特性，在密闭空间若发生泄漏会使人窒息而造成工伤事故。属于这类的气体有C2F6,CF4,SF6,CHF3 等。,（5 ） 氧化性气体（Oxide Gas） 这类气体有较强的氧化性，一般同时具有其他特性，如毒性或腐蚀性等。属于这类的气体有ClF3 ,Cl2,NF3等。,半导体晶圆制造所使用的气体特种气体分类,Outlines,半导体晶圆制造所使用的气体 CVD Tool Process Gas 特气传输与控制 ？,N2PEOX2K,DARC320,SIN6K,DARC320,SRO1500,N2PEOX2K,CVD Tool Process GasApplied Ma
7、terial Producer,FHDP24-6500,Clean: e - + NF3 N + 3F + e - F + SiO2 SiF4 + O2,CVD Tool Process Gas Applied Material Centura Ultima,10,CVD Tool Process GasSTI/USG/FSG Configuration,11,CVD Tool Process GasPSG Configuration,Outlines,半导体晶圆制造所使用的气体 CVD Tool Process Gas 特气传输与控制 ？,特气传输与控制气罐,钢瓶硅烷,瓶装高纯氨气,特气传输
8、与控制气瓶,特气系统控制,气柜,VMB/VMP,易燃易爆：SIH4/H4/B2H6/ ASH3/PH3,无毒：AR/HE/CF4/N2O/ C2F6/SF6/O2,有毒：CL2/HBR/NH3/ NF3/SIH2CL2/BCL3,设备,特气传输与控制系统控制,Valve Manifold Box Valve Manifold Panel,特气传输与控制VMB/VMP,气体管件在安装时，施工原则是应尽可能地以连续式且无接口的方式进行，这样可以减少使用接头的数量，降低潜在的气体泄漏风险。 管件与管件间的连接最好以轨道式焊接法（Orbital Welding）来接合，对于不锈钢的焊接要采用氩弧焊，并
9、向施焊管内通入同等纯度的氩气，这样可以确保连接的品质，并防止管件内壁因不当的焊接而沉积碳，从而造成气体管件的污染。 管件与各种配件之间的连接必须以金属面对金属面密封（Metal to metal faceseal）的方式进行。 一般晶圆厂比较常用的气体管路连接的接头方式有VCR 和Swagelok 两种，具体选用形式应根据生产工艺对高纯度气体的用气要求和气体本身特性进行选择。 一般情况下，VCR 式的接头主要用在制程气体以及危险气体的传输上，管路连接后接头里面的垫圈（Gasket）将会适度变形以确保管路每秒低于1 0 - 9c c 的氦气泄漏率（Leakage Rate）4。不过在接合时要避免
10、因拴得太紧而导致不锈钢垫圈过度变形造成接合不良或气体外泄。 Swagelok 接头通常用在惰性气体、氮气以及CDA 等气体的传输上，因为这些气体可以容许一定的外泄率，所以不常用成本较高且须焊接的VCR 式接头。 总的来说，管件的安装原则是应尽可能减少管件的长度、接头和阀件的数量，因为大多数的危险气体的泄漏都发生在施工不当的接头和阀件接合处。,特气传输与控制气体管件在安装,18,特气传输与控制 TEOS injector system,特气传输与控制气体管路材质,特气传输与控制大宗气体管路配置,一般来讲，我们将有三重保障来防范万一有意外发生的危险气体外泄进入到工作环境中。 一个是特种气体的气瓶以
11、及全部经过正负压测漏的气体输送管路。 第二个是持续不断的排气抽风系统（E x h a u s t ），管路节点如气瓶柜、V M B 、工作台等均具有很强排气抽风系统，以确保每一管路节点外围都处于负压环境。若发生微量的有毒气体的泄漏，排气抽风系统将第一时间抽出。 另外一个很重要的是处于抽风口或环境点的毒性气体侦测器系统，若发生任何有毒气体的泄漏将会被气体侦测系统所侦测到，这个控制系统将根据气体外泄对人体危害的大小来确定整个气体输送系统的相关互锁动作，严重时紧急关闭上游所有气源，同时会驱动中央控制室和现场的相关报警系统LAU，甚至会驱动全厂的自动语音广播系统通知立即疏散，要求相关人员迅速撤离报警区
12、域。 因此只要工程技术人员严格按照所制定的标准作业程序操作，所有这些安全装置都将确保人员不会有安全上的顾虑。,特气传输与控制危险气体外泄防范,对于A s H 3、P H 3、B 2H 6、S i H 4 等剧毒气体的传输，需要采用同轴式管件。这种管件是由两根大小不同的管件组成，里面的一条是用来传输有毒或易爆气体的主要管路。外管则作为内管的保护管路，并且内外管之间抽成真空负压状态。假如内管因为某种因素破裂时，外泄的有毒气体会导致内外管的压力上升并触发相应的报警，从而确保气体管路外泄能得到及时有效的处理。,特气传输与控制危险气体外泄防范,1.送气前准备 钢瓶到VMB,以及VBM到设备final v
13、alve氦检（腔体和管道1.010E- 8mbar/ls,mfc 2.010E-9 mbar/ls）和保压(80PSI 24小时无漏)符合要求； SIH4,SIF4,PH3,NH3,N2O,NF4,C2F6等气体已用GN2 purge 5 times;并 且这7种气体管道已抽负压； Scrubber standby; Dry pump standby; 2.送气流程（特气吹扫管道一次） （1） 送气开始前确认gasbox和vmb所有阀处于关闭状态； （2） 开钢瓶气阀，持探测仪检漏； 开VMB手阀，持手持探测器检漏； 开机台gasbox气阀； 钢瓶气阀关，用pump开始抽气直到负压，purge
14、一次完成； （3） 重复（1）、（2）项动作，完成送气; 3.特气送完后，需粘贴警示牌，并对VMB上锁。,特气传输与控制特气送气流程,Outlines,半导体晶圆制造所使用的气体 CVD Tool Process Gas 特气传输与控制 ？,什么是电子气体？ 所谓电子气体，顾名思义就是电子产品制造上的气体，它主要是指半导体制造用气.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,由于SiH4 气体的自燃性，一旦外泄将对厂房和人员的生命财产安全造成极大的威胁。因此，SiH4 气柜应处于与主体厂房分开的地方，而且钢瓶阀要求使用气动阀，以确保钢瓶在紧急情况下能够自动关闭。,?气站，远距离传输,进气阀出现内漏现象，现场拆卸后发现垫片表面有氧化及灼烧现象；进气端的垫片安装不在中心位置；此垫片是镀银垫片，安装时表面镀层容易脱落，可能会造成阀芯隔膜片表面被污染，导致内漏的发生（更换新的隔膜阀时已改为镀镍垫片）。如下图：,？Gasket装中心位置且接头不能拧太紧,Thank You,
