电子特气贯穿半导体制造的几乎每一道工序,素有“半导体的血液”之称,因此其下游需求结构并非集中在单一环节,而是由晶圆厂各工序的用气种类与用量共同决定。在半导体制造使用的超过100种气体中,特种气体(电子特气)与大宗气体的用量大致各占一半;其中六氟乙烷属于化学气相沉积(CVD)环节使用的电子特气,同一环节还会用到氨气、硅烷、六氟化钨等。制程越先进,对气体纯度的要求越高,需求结构也随之向高纯度、高附加值品类倾斜。

六氟乙烷在电子特气中的位置

电子特气以化合物气体为主,主要作用是参与芯片制造过程,通过化学反应生成特定物质,例如利用硅烷反应生成二氧化硅介质。按工艺环节划分,CVD用气包括氨气、氩气、氧化亚氮、TEOS、TEB、TEPO、磷化氢、三氟化氯、二氟硅烷、氟化氮、硅烷、六氟化钨、六氟乙烷、四氯化钛、甲烷等,六氟乙烷正是这一环节的代表性品类之一。

从产品端看,高纯六氟乙烷也是国内企业切入电子特气的重要突破口。华特气体即从高纯六氟乙烷入手,目前能够规模化供应的产品达20多种,其中部分产品的纯度和品质已达到国际先进水平;绿菱公司同样将高纯六氟乙烷列入主要产品。

下游需求的结构性分布

电子特气的下游需求按工序可作如下划分:

工艺环节代表性气体
化学气相沉积(CVD)氨气、氩气、氧化亚氮、TEOS、硅烷、六氟化钨、六氟乙烷等
离子注入氟化砷、三氟化磷、磷化氢、三氟化硼、三氯化硼、四氟化硅、六氟化硫、氢气等
光刻胶印刷氟气、氢气、氖气等
扩散氢气、三氟氧磷等
刻蚀四氟化碳、八氟环丁烷、八氟环戊烯、三氟甲烷、二氟甲烷、氯气、溴化氢、三氯化硼、六氟化硫、一氧化碳等
掺杂含硼、磷、砷等三族及五族原子的气体,如乙硼烷、三氟化硼、磷化氢、砷化氢等

可以看到,刻蚀与CVD是电子特气品类最集中的两个环节,而离子注入、光刻、扩散、掺杂等环节则各自对应专用气体。此外,电子大宗气体(氮气、氧气、氢气、二氧化碳等)主要承担环境气、保护气与载体的功能,与参与化学反应的电子特气形成互补。

制程升级带来的需求变化

气体纯度会直接影响芯片的技术指标和良率。进入纳米时代后,气体纯度至少要达到5N;先进制程更是要求纯度达到6N以上。 纯度等级越高,对应的器件工艺越先进——5N主要用于大规模集成电路和特殊器件,6N面向超大规模和特大规模集成电路,超过6N的超高纯气体杂质含量要求更为严苛。

这意味着随着制程演进,下游需求结构会持续向更高纯度等级迁移,同时也对电子特气的两大技术瓶颈提出更高要求:一是气体提纯,涉及精馏分离、分子筛吸附分离、膜分离等多种方法的组合;二是混合气体的精确配比,配比精度是最核心的参数,以光刻气为例,若混合气精度与要求偏差偏大,会造成光线波长偏差,进而影响光刻机分辨率。

常见问题

六氟乙烷主要用于哪些半导体工艺?

六氟乙烷属于CVD用电子特气,被列入化学气相沉积环节的代表性气体清单。该环节还包括氨气、硅烷、六氟化钨、四氯化钛、甲烷等品类。

电子特气和大宗气体在半导体制造中如何分工?

半导体制造使用的气体超过100种,特种气体与大宗气体用量大致各占一半。电子特气以化合物气体为主,通过化学反应参与芯片制造;大宗气体一般是纯净气体,既可作为反应气体参与化学反应,也可在高温烘烤或清洗中作为保护气体使用。

为什么制程越先进,对电子特气的要求越高?

气体纯度直接影响芯片的技术指标和良率。进入纳米时代后气体纯度至少要达到5N,先进制程要求6N以上,因此制程升级会推动下游对高纯度电子特气及高精度混合气的需求上升。