电子气体指的是专门用于电子半导体领域的一类工业气体,可分为电子大宗气体、电子特种气体等。 电子大宗气体指运用于半导体制造中耗量较大的气体,如氧气、氮气、氩气、 氢气、氦气和二氧化碳等,主要用于环境气、保护气与载体,一般采用现场制气生产模式。 电子特种气体:是指应用于电子行业的气体,其质量直接影响电子器件的成品率 和性能。目前半导体行业各个环节使用的特种气体有 114 种,常用的有 44 种。主要包含有 三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯、氨气等,一般采用液态与瓶装气体生产模式。
半导体制造涉及上千道工序,工艺极其复杂,需使用上百种电子特种气体。作为集成 电路、显示面板等行业必需的支撑性材料,电子特气广泛应用于清洗、成膜、光刻、刻蚀、 掺杂等工艺环节。
清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂等半导体制造涉工序中所使用的主要电子特种气体:
1:清洗是指用化学或物理方法对芯片加工过程及 CVD 反应腔室中附着的杂质、残留物等 进行清理,是芯片制造中步骤最多的工艺,主要的清洗气体包括三氟化氮等。
2:成膜是指原料气或蒸汽通过气相反应沉积出一层金属或者氧化物亦或氮化物的过程, 主要的成膜气体包含有六氟化钨、硅烷、笑气、氨气等。
3:光刻是指通过涂胶、曝光、显影等工艺,利用化学反应进行微细加工图形转移的技术 工艺。在光刻过程中,需要充入混合气,在受到高压激发后,混合气会形成等离子体,在 其过程中产生的固定波长的光线在经过聚合、滤波等过程后形成光刻机光源。 主要的混合气有氩/氟/氖混合气、氪/氖混合气、氩/氖混合气、氩/氙/氖混合气等。目 前,乌克兰供应全球 70%的氖气,40%的氪气和 30%的氙气。ArF 准分子激光器所使用的 氩/氟/氖混合气体中氖气占比为 95%,其中氪气主要应用于光刻制程,氙气主要应用于半 导体刻蚀制程。
4:刻蚀气体用于有选择地从硅片表面去除不需要的光阻或者光刻胶,其基本目标是在涂 胶的硅片上正确地复制掩模图形。刻蚀气体主要为氟碳类气体,如一氟甲烷,二氟甲烷或 者三氟甲烷等。除此外,卤素类气体也用于刻蚀过程,如氯化氢、溴化氢与氯气等。
5:掺杂在半导体器件和集成电路制造中,通过将掺杂气体掺入半导体材料内以使其具有所需要的导电类型和一定的电阻率,主要掺杂气体包括砷烷、磷烷、硼烷、三氟化硼等。
依据 TECHCET 数据, 2023 年全球电子特气市场规模 51 亿美元,2023-2025 年复 合增速 8%。SEMI 数据显示,2023 年中国电子特气市场规模为 249 亿元,2023-2025 年将维持 13%左右的较快增长,三氟化氮、六氟化钨与六氟丁二烯为电子特气使用量最大的三种气体。