半导体制程气体介绍
半导体芯片制程工艺LOCAL SCRUBBER酸性碱性砷排有机废气处理技术及系统有哪些？
半导体行业在芯片制程工艺中，因其不间断使用有机溶剂和酸溶液直接产生了大量的有毒有害的废气，且需经过废气处理达标后才能高空排放。
那么，半导体芯片制程工艺Local Scrubber酸性碱性砷排及有机废气处理技术系统有哪些？（半导体制造业废气来源排放特征和废气处理技术系统），格林斯达环保公司为您详细讲解半导体行业废气处理如下：半导体制造工艺废气来源及排放特征半导体行业芯片制造主要有5个阶段：（1）材料准备；（2）晶体生长和晶圆准备；（3）晶圆制造和探针测试（初测）；（4）封装；（5）终测。
晶体生长和晶圆准备阶段是集成电路的制造过程，在半导体生产中产生废气大量源于集成电路的制造，其集成电路制造的工艺顺序包括：薄膜沉积工艺、光刻工艺、掺杂工艺、清洗工艺，详细分析每步工艺中废气的来源及特征。
1、薄膜沉积工艺薄膜淀积是芯片制备的重要过程，许多材料由沉积工艺形成，如：半导体薄膜（Si、GaAs）、介质薄膜（SiO2、Si3N4）、金属薄膜等。
常用的是热氧化工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）。
（1）热氧化工艺热氧化的加工工艺是将成批的硅圆片加热到800~1 200℃，通入氧化剂（O2、水蒸气、Cl2、HCl、C2H2Cl2等）在其表面生成SiO2薄膜层。
生成的硅膜可起到器件保护和隔离、表面钝化、栅氧电介质、掺杂阻挡层等作用。
此工艺产生的主要废气及来源：酸性废气主要来源未反应的含卤素氧化剂。
（2）CVD工艺CVD工艺是通过气态物质的化学反应在硅片表面生成一层固态薄膜材料的过程。
此工艺可制备不同类型的材料层。
其操作过程是将含具有构成薄膜元素的反应气体（SiH4、WF6、NH3、SiH2Cl2、TiCl4等）和一些携带气体（N2、H2、NH3、Ar等）通入反应室，依靠反应气体与晶片表面处的浓度差，在硅片上发生反应生成薄膜，随后反应气及生成的废气一起再排出。
此工艺合成不同固态薄膜材料产生的废气种类是不同的，来源于未反应的原料气和生成酸性气体，常见废气有：SiH4、SiCl4、SiH2Cl2、PH3、HF、HCl、NH3等。
半导体工业用高纯度气体与化学品的应用解析常宜龙
半导体工业用高纯度气体与化学品的应用解析常宜龙发布时间：2021-11-02T04:52:06.456Z 来源：《中国科技人才》2021年第20期作者：常宜龙[导读] 高纯度气体与化学品是高纯度材料的重要组成，在半导体工业发展中起着十分重要的作用。
北京中凯达自动化工程有限公司北京 102600摘要：高纯度气体与化学品是高纯度材料的重要组成，在半导体工业发展中起着十分重要的作用。
文章结合高纯度气体与化学品的基本属性，就其在半导体制程中的具体应用问题进行探究。
全面气体化学管理，TGCM。
关键词：半导体工业；高纯度气体；化学品；半导体制程；全面气体化学管理；TGCM（Total Gas and Chemical Management）；应用全面气体化学管理，TGCM气体、化学品和超纯水十分类似，是半导体制程中比较重要的高纯度流体材料。
其中，气体和化学药品占据三分之一比例的半导体材料。
气体和化学品除了在制作方式上存在密切的关联，二者的供应技术也十分类似，其和其他的材料相比，这两种材料是危险物质，因此，在将其应用到工业领域中的时候要额外关注材料的性能和使用表现。
全面气体化学管理，TGCM。
一、半导体制程全面气体化学管理，TGCM。
半导体制程大体上会被划分为多个密切关联的单元，诸如硅晶圆制造、氧化、参杂、微影、薄膜等。
在各个单元中还会细分出不同的操作步骤，包含清洗、曝光、离子布置、光阻去除、化学气体沉淀等。
半导体的加工组件由多个材质不同、厚度不等的薄膜制程组成，在实施应用的时候会根据需要来完成重复性的加工制作。
二、半导体气体材料的基本划分全面气体化学管理，TGCM。
第一，大宗气体。
半导体材料中的大宗气体可以根据需要制造出各个气体，借助相应的运输工具还能够完成对这些气体的运输加工处理。
第二，特殊气体。
特殊性的气体一般会选择使用比较小的钢瓶来供应，按照其制程用途的不同可以划分为以下五个类型：①硅族气体。
硅族气体中会包含硅基、硅烷之类的物质。
气体特性及系统简介
课程内容：大宗与特殊气体特性介绍一、大宗气体种类：半导体厂所使用的大宗气体，以台积厂常见有：CDA、GN2、PN2、PAr、PO2、PH2、PHe等七种。
二、大宗气体的制造：CDA / ICA (Clean Dry Air / Instrument Air)：CDA之来源取之于大气经压缩机压缩后除湿，再经过滤器或活性炭吸附去除粉尘及炭氢化合物以供给无尘室CDA/ICA (Clean Dry Air)。
GN2 (Nitrogen)：利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经过触媒转化器，将CO反应成CO2，将H2反应成H2O，再由分子筛吸附CO2、H2O，再经分溜分离O2 & CnHm。
N2=-195.6℃，O2=-183℃。
PN2 (Nitrogen)：将GN2经由纯化器(Purifier)纯化处理，产生高纯度的氮气。
一般液态氮气纯度约为99.9999﹪，总共是6个9。
经纯化器纯化过的氮气纯度约为99.9999999﹪，总共是9个9。
PO2 (Oxygen)：利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氧，再除去N2、Ar、CnHm。
另外可由水电解方式解离H2 ＆ O2，产品液化后易于运送储存。
PAr (Argon)：利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氩气，因氩气在空气中含量仅0.93﹪，生产成本相对较高。
PH2 (Hydrogen)：利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氢气。
另外可由水电解方式解离H2 ＆ O2，制程廉价但危险性高易触发爆炸，液化后易于运送储存。
PHe (Helium)：由稀有富含氦气之天然气中提炼，其主要产地为美国及俄罗斯。
利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，易由分溜获得,Helium=-268.9℃。
三、大宗气体在半导体厂的用途：CDA：CDA主要供给FAB内气动设备动力气源及吹净(purge)，Local Scrubber助燃。
半导体厂GAS系统基础知识
GAS系统基础知识概述HOOK-UP专业认知一、厂务系统HOOK UP定义HOOK UP 乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。
HOOK UP是将厂务提供的UTILITIES ( 如水,电,气,化学品等),经由预留之UTILITIES连接点( PORT OR STICK),藉由管路及电缆线连接至机台及其附属设备( SUBUNITS)。
机台使用这些UTILITIES,达成其所被付予的制程需求并将机台使用后,所产生之可回收水或废弃物( 如废水,废气等),经由管路连接至系统预留接点,再传送到厂务回收系统或废水废气处理系统。
HOOK UP 项目主要包括∶CAD，MOVE IN ，CORE DRILL，SEISMIC ，VACUU，GAS，CHEMICAL，D.I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN.二、GAS HOOK-UP专业知识的基本认识在半导体厂，所谓气体管路的Hook-up（配管衔接）以Buck Gas （一般性气体如CDA、GN2、PN2、PO2、PHE、PAR、H2等）而言，自供气源之气体存贮槽出口点经主管线（Main Piping）至次主管线（Sub-Main Piping）之Take Off点称为一次配（SP1Hook-up），自Take Off出口点至机台（Tool）或设备（Equipment）的入口点，谓之二次配（SP2 Hook-up）。
以Specialty Gas（特殊性气体如：腐蚀性、毒性、易燃性、加热气体等之气体）而言其供气源为气柜（Gas Cabinet）。
自G/C出口点至VMB（Valve Mainfold Box.多功能阀箱）或VMP（Valve Mainfold Panel多功能阀盘）之一次测（Primary）入口点，称为一次配（SP1 Hook-up），由VMB或VMP Stick之二次侧（Secondary）出口点至机台入口点谓之二次配（SP2 Hook-up）。
半导体制程中硅烷的应用
半导体制程中硅烷的应用硅烷是一种重要的半导体制程材料，在半导体工业中有广泛的应用。
本文将从硅烷的基本性质、制备方法以及在半导体制程中的应用等方面进行详细介绍。
我们来了解一下硅烷的基本性质。
硅烷是由硅原子和氢原子组成的化合物，化学式为SiH4。
它是一种无色、无臭的气体，在常温常压下呈现出高度的反应活性。
硅烷具有较高的热稳定性和化学稳定性，在空气中不易被氧化。
硅烷的制备方法有多种，其中最常用的是通过热解氯硅烷和氢气反应得到。
这种方法可以在工业规模下实现硅烷的高效制备。
此外，还有其他一些方法，如通过硅烷化学气相沉积（SiH4-CVD）和低压化学气相沉积（LPCVD）等。
硅烷在半导体制程中具有广泛的应用。
首先，硅烷可以用于单晶硅的制备。
单晶硅是制造集成电路和太阳能电池等器件的基础材料，硅烷通过热解反应可以得到高纯度的单晶硅材料。
这种方法制备的单晶硅具有高度的晶体质量和电学性能，能够满足半导体器件对于材料质量的要求。
硅烷还可以用于表面修饰。
在半导体制程中，为了改善材料的光学、电学和机械性能，常常需要对表面进行修饰。
硅烷可以通过化学反应与材料表面发生作用，形成一层薄膜。
这层薄膜可以改变材料表面的性质，如增加材料的亲水性、抗腐蚀性和耐磨性等。
硅烷还可以用于制备氧化硅薄膜。
氧化硅是半导体器件中常用的绝缘层材料，具有良好的电绝缘性和热稳定性。
硅烷可以通过化学气相沉积的方法制备出高质量的氧化硅薄膜，用于制备晶体管的栅氧化层、存储器的隔离层等。
硅烷还可以用于制备氮化硅薄膜。
氮化硅是一种重要的材料，具有高热稳定性、高硬度和优异的电学性能。
硅烷可以与氨气反应生成氮化硅薄膜，用于制备高温、高压和高频电子器件。
在半导体制程中，硅烷的应用还包括腐蚀抑制剂、光刻胶的辅助材料等。
腐蚀抑制剂可以在制备过程中保护材料表面不受腐蚀；光刻胶的辅助材料可以提高光刻胶的粘附性和稳定性。
硅烷在半导体制程中具有广泛的应用。
它可以用于单晶硅的制备、表面修饰、氧化硅和氮化硅薄膜的制备，以及腐蚀抑制剂和光刻胶的辅助材料等。
和远气体光刻气体
和远气体光刻气体
和远气体光刻气体指的是在半导体制造过程中，特别是在光刻工艺中所使用的特定气体。
光刻是半导体制造工艺中的一个关键步骤，它利用光学原理将电路图案从掩模（或称为光罩）转移到涂有光刻胶的硅片上。
在这个过程中，需要使用到一些特殊的气体，如光刻气体，来帮助完成图案的转移。
这些气体在光刻机中发挥着重要的作用，如提供必要的化学反应环境、帮助光刻胶更好地附着在硅片上、提高光刻的精度等。
需要注意的是，光刻气体是半导体制造中的专业术语，其具体成分和用途可能因不同的制造工艺和设备而有所不同。
因此，对于和远气体光刻气体的具体成分和性质，建议咨询相关领域的专业人士或参考相关的技术文档。
制程排气
通过调整酸性排气洗涤塔循环水的 pH值发现 ，淋 洗塔内的物理吸收是一个不稳定的可逆，吸收水中 的酸 ，并在淋洗过程中很容易再被脱附出来 。当 pH低于 7．6时 ，即使将循环水的电导度调至低于 5 mS／cm，系统的处理效率仍然不超过60％；而 当pH值高于 8时，系统处理效率通常高于90％；当 pH值达到 10时，系统处理效率甚至超过 99％。因 此控制 pH值是保证系统处理效率的关键参数 。虽 然酸性排气洗涤塔 ，pH值越高处理效率越好 ，但 实际运行中pH过高会增加运行成本，并会产生结晶 等问题，危及生产安全，因此pH值通常控制在 8～lO 。同样，对于碱性排气洗涤塔 ，pH值通常控制在 3～ 6。
一般排气两种： 一、面板厂 1.高温排（HGEX） 2.高湿排（WGEX） 二、芯片厂 1.一般排气（GEX）
三、排放方式 设备生产过程中会产生热量或产生一 些含尘无害气体（浓度很低），因此GEX 可以直接排放到大气环境当中，不需做任何 处理； 四、流程： 1 .一次配（主管路铺设及风机安装定位） 2. 二次配（支管连接各机台点）
7
8
CVD
STR
有害排气
高沸点有机排 气
SUS304+coati SUS304+coati ng ng SUS304+coati SUS304 ng SUS304+coati SUS304+coati ng ng
主系统
主系统
二次配
管阀件
曝光机设备排风
酸性、碱性废气处理系统（SEX、AEX）
一、处理方式： 1.洗涤式 1.1酸性洗涤塔 1.2碱性洗涤塔 二、洗涤塔介绍 分类：立式洗涤塔 卧式洗涤塔
对于含有 酸性／碱性物质的废气 ，半导体厂 大都采用大型洗涤式中央废气处理系统进行处 理 。由于半导体制造工作区域离中央废气处理 系统距离较远 ，因此部分酸性／碱性 废气在输 送至 中央废气处理系统前 ，常因气体特性导致 在管路中结晶或粉尘堆积 ，造成管路堵塞后导 致气体泄 ，严重者甚至引发爆炸 ，危害现场工 作人员的工作安全 。因此在工作区域需配置适 合制程气体特性的就地废气处理设备进行就地处 理 之后再排人 中央处理系统，
半导体工厂大宗气体工业纯化管道系统
GGas
PGas
由于液晶面板厂制程上的需要，工厂会使用许多种类的气体。一般我们以气体的特性来区分。 可分为特殊气体和一般气体，前者使用量较小，如SiH4，NF3等；后者使用量较大，如N2等。因而使用量较大的气体 我们称之为“大宗气体”，即Bulk Gas。
1.大宗气体及CDA概述
➢ CDA气体:
CDA ： Compressed/Clean dry air 干燥压缩空气
气体 过滤 系统
用来过滤气体 中的 Particle等 杂质
G-GAS在经过专业纯化器，纯化得到P-GAS.纯化间设置在4B栋东北角。 （除H2，H2纯化在大宗气站内完成）
G-GAS
2.大宗气体与CDA系统概述
相关的名词解释
➢ 桥架或地下沟渠:
气体管路的架装方式：生产厂房与气站之间均会设有安全区隔，管路输送系统从气站拉到生产厂房时，须经过 Tunnel (地下管沟) 或 Trench (地面 or 高架管桥) .
缩空气气管内部污染等)，当洁净车间内大量使用压缩空气时，对其洁净度将有所影响。
2、化学品输送压力介质
P-GAS
3、制造惰性环境
4、参与反应
5、去除杂质
6、其他制程功能
2.大宗气体与CDA系统概述
2.大宗气体与CDA系统概述
将大气经过滤、压缩、冷却(液化) 、过滤、分馏、过滤、压缩、冷 却(液化)后，可分别取得 N2， O2，Ar 等气体，此过程称之为空 气分离技术。
2.大宗气体与CDA系统概述
相关的名词解释
➢ CQC 房间和 CQC 系统（ Continuously Quality Control） 亦或称为气体监控系统 实时在线监测气体品质
GN2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、半導體製程氣體介紹:
A.Bulk gas:
---GN2 General Nitrogen : 只經過Filter -80℃
---PN2 Purifier Nitrogen
---PH2 Purifier Hydrgen (以紅色標示)
---PO2 Purifier Oxygen
---He Helium
---Ar Argon
※“P”表示與製程有關
※台灣三大氣體供應商: 三福化工(與美國Air Products)
亞東氣體(與法國Liquid合作)
聯華氣體(BOC)
中普Praxair
B.Process gas : Corrosive gas (腐蝕性氣體)
Inert gas (鈍化性氣體)
Flammable gas (燃燒性氣體)
Toxic gas (毒性氣體)
C.General gas : CDA : Compressor DryAir (與製程無關，只有Partical問題)。
ICA : Instrument Compressor Air (儀表用壓縮空氣)。
BCA: Breathinc Compressor Air (呼吸系統用壓縮空氣)。
二、氣體之物理特性:
A.氣體分類:
1.不活性氣體: N2、Ar、He、SF6、CO2、CF4 , ….. (惰性氣體)
2.助燃性氣體: O2、Cl2、NF3、N2O ,…..
3.可燃性氣體: H2、PH3、B2H6、SiH2Cl2、NH3、CH4 ,…..
4.自燃性氣體: SiH4、SC2H6 ,…..
5.毒性氣體: PH3、Cl2、AsH3、B2H6、HCl、SiH4、Si2H6、NH3 ,…..
三、氣體供應系統:
(一)Bulk gas --- 室外
氣體名供應方式
N2Cold EV A / N2 Plant
Ar Cold
O2Cold
He gardle / Manifold (Manifold)
H2Gas tank / gasdle ※氣瓶櫃之必要部份 1.電氣控制Array工業安全規定每一 2.配管
櫃只能放兩支瓶。
3.消防
4.灑水
5.警報
(二)Process gas ---gas room
Gardle / Manifold
(三)General gas
CDA Compressor / Air tank / Filter / Dryer
ICA Compressor / Air tank / Filter / Dryer
BCA Compressor / Air tank / Filter / Dryer
氣體供應系統:
A. 一般氣體主要供應系統、中繼單元及二次配管 N 2 gas
Valve stand VP
DP VMB –特殊氣體(Special gas)
VMB (無鋼瓶)
氣瓶櫃也必須具備Purge 之功能
(a).H2氫氣單元: 爆炸性氣體，需加防爆牆與通風---工業安全規定。
: 1.注意防爆，必須使用防爆性機具。
2.易產生滯流，尤其是建築死角。
(b). O 2與H 2大同小異(液態供應)。
(c). He 罐裝、大小鋼瓶120 or 130。
(d). Ar 同上
B.製程特殊氣體供應系統:
配管注意事項:
1. 必須了解物性，如有爆炸性。
2. 管材、配件，如Valve、Regulator、Filter ,…..等材質之選擇及判別。
3. 氣體輸送至製程或使用點的距離考量。
4. 使用點之需求量。
5. 預留擴充點之評估及安全性考量。
(15%之預留量)
Ex. a.二次測使用壓力為10 Psi時管件可選擇30 Psi。
※瞬間壓力(開閥時)
b.使用壓力為50 Psi，表面最好使用100 Psi表頭壓力≧2 x使用壓力。
※氣體管路設計理念:
一、管路設計:
*了解氣體的特性(物性級化性)。
*管材、管件及Valve、Regulator、Filter ,…..等材質、規格的正確選擇。
*氣體輸送距離的考量。
*氣體使用”點”之考量。
*未來擴充之評估及安全性之考量。
二、理想的流速設計基準:
*一般氣體< 20 M/Sec
*可燃性氣體< 10 M/Sec
*特殊氣體< 8 M/Sec
( Q = A V )
註: 流速大於15 M/Sec時屬於高壓系統，即大於10 Kg/cm2。
三、針對潔淨化之要求:
*滯留點之減少: 儘管採用環路配管、Bulk Valve、Purge機構等。
*彎曲點之減少: 儘管採用Block Valve，無縫管。
*焊接點之減少
*配管路徑之環境之選擇: 避免溼度大、溫度高、震動,…..等環境。
*接頭之減少
*安全性: 如二重配管之採用等。
*擴充性: 預留擴充點及管端處理.…等。
*操作性: 操作閥之位置、壓力計、流量計以及Purge之排列。
※管材之種類及選擇:
半導體以及光電工業製程中，氣體供應系統必須以安定、連續的供給製程才能穩定，因此氣體供應品質的優劣與供應設備及管材、管件的材質及品質，尤其是管內壁粗糙度以及配管、焊接技術有相當的關係。
管材處理等級(JIS –0601規範)
處理方式粗糙度µm
A. 把引管(素管)AP (未經處理) R max 20 ~ 50
B. 化學處理管CT (Chemical treatment) 10 ~ 20
C.光輝燒鈍BA (Bright Anneal Treatment) 3 ~ 8
D.化學研磨處理CP (Chemical Polish) 0.5 ~ 1
E.電解研磨處理EP (Electro Polish) 0.3 ~ 0.8
(材質有SUS304、SUS316、SUS316L)
※管路配置之品質要求:
1.管路不可產生Particle。
2.管材所含之不純物要少。
3.管路必須整齊、美觀。
4.焊道必須符合要求，尤其不可氧化。
5.管壁吸附之水分要求要容易清除。
6.管路不得洩漏。
7.Particle及水份排除。
8. 氣體滯留區之防止。
※ 配管人員的技術要求:
1. 尺寸之量測技術。
2. 焊接技術、以及焊道德判斷能力與知識。
3. 工具之使用、設備的操作技術。
4. 對潔淨室的認識。
5. 管架的架設技術。
※ 氣體管路的測試:
1. 耐壓測試:
以N 2 or Ar 加壓 測試時間
a. 瞬間壓力試驗以使用壓力之1.5倍，持壓30分鐘。
b. 24小時壓力測試，以使用壓力為準。
2. 氣密試驗:
使用He Leak Detector 真空試驗。
標準: ≦10-9 /sec 3. 水分測試:
使用He Leak Detector 真空測試。
標準: ≦-80℃ 4. 微粉塵測試:
使用Particle Counter 。
標準: ≦1 EA/ft 3 at 0.1µm 5 EA/ft 3 at 0.05µm 5. 微氧測試: O2 Meter 標準: ≦10 PPb
2. 流速基準:
a.一般氣體 < 20 M/Sec
b.可燃性氣體 < 10 M/Sec
c.特殊氣體 < 8 M/Sec
Max 流速15 M/S ~ 10 M/S
*15 M/S > 為高壓系統
以壓力表示10 kg/cm 2以上為高壓
10 kg/cm 2以下為低壓 , (如CPA) 計算式
:
Q = 60 x A x V
需求量= 60S x管斷面積(M2) x M/S = M3/Min(分)
管之分級:
Sch 5 10 20 40 80
DIN、ISO、JIS、ASTM (英制有Pipe也有Tube，一般使用Tube)
美規、歐規、日規、厚度不同。
Tube是指Sch 5在ASTM公稱為1” , 1/4” , …..
Pipe是指Sch 5在JIS公稱為10A , 15A , 20A , …..
*在半導體只用Sch 5 , 10。
氣體配管只用Sch 5。
※配管施工注意點:
●滯流點之減少，如Tee、Valve …..等。
●彎曲點之減少， EP管和BA管其彎度不同。
曲度為直徑之1.5，3，4.5，6，12，18，24倍
●焊接點之減少
※Valve之設計，允許15,000次之開關動作。
※二重管之配管:
1.真空二重管
2.普通二重管
管件之處理有化學處理(CT)、光輝燒鈍(拋光處理)、電解研磨(美、日、英、德、法、瑞典)。
管材處理等級(JIS-0601規範)
AP管未經處理
CT 化學處理(Chemical treament)
BA 不易焊接(美國無此級管材)
CP
EP 電解研磨(最高級)
自動焊接機ARC (高溫)
CAJON (低溫)
※表面粗糙度Rmax (美國使用Ra方式)
SUS無縫鋼管100A or 4” ---EP管。