在大規模集成電路制造業中，氣體的使用非常廣泛，約占全部生產材料的三分之一。其中，用于各種生產工藝的氣體，特別是與硅片直接接觸的氣體，一般統稱為高純特種 氣體或高純電子級氣體。這類氣體的特點就是高純度和高危險性。由于在化學氣相沉積、刻蝕、離子注入、外延等前段制造工藝中，氣體中的有害雜質濃度對芯片的成品率有著直接的影響。目前，大部分的烏海高純特種氣體公司的純度應達到99.99% (4N) 以上。

隨著集成電路制造技術節點的不斷提升，對氣體純度的要求也越來越高，部分氣體需要經過進一步純化處理， 使其純度達到9.999% (5N)以上。同時，大部分的特種氣體還具有高壓、易燃、高腐蝕性、劇毒等特點，因此對裝載特種高純氣體的鋼瓶和閥門有較高的安全要求。表9-17列出了常用的高純特種氣體的用途、純度要求和包裝規格。

常用的高純特種氣體有30多種，按其化學屬性可分為如下三類氣體。

1.烷類氣體

大部分的烷類氣體是由金屬或非金屬的氫化物組成的，如硅烷(SiH,)、 磷烷(PH,)、砷烷(AsH,)、 鍺烷(GeH2) 等;其化學分子式可以用M.H,或M,H,X,表示，這里M表示金屬或非金屬，H表示氫，X表示其他功能團。這類氣體在比較溫和的溫度和能量條件下，不僅可以分解或反應成薄膜和摻雜所需要的組分，而且產生的氫氣和易揮發的副產物很容易從硅片表面移除，不會對硅片的物化和電學性能以及生產設備產生不良影響。因此，烷類氣體特別適用于化學氣相沉積、擴散和離子注入等工藝。在LED制造的MOCVD工藝中也大量使用此類氣體，特別是AsH、PH,和NH被廣泛地用于GaAs、GaP、GaN、GaAsP等紅光、黃光、藍光發光器件的生產。

烷類氣體基本上都是易燃、易爆和劇毒的高壓氣體(見表9-18)， 其設備和操作的安全措施都比較煩瑣。鋼瓶必須安裝在特制的氣瓶柜內。氣瓶柜由多個高壓閥門、減壓閥、壓力計、置換單元等組成，除了具備減壓輸氣、測漏、隔斷等功能，氣瓶柜通常還需要配備毒氣探測器和尾氣處理裝置( Scnber),

并且要保證柜內一直具備足夠的通風流量和負壓。

對于安全防護要求等級更高的工藝(如離子注入)，目前基本上采用負壓氣源技術來儲存和輸運烏海高純特種氣體，以便將氣體泄漏的可能性降低至可以忽略不計的水平。與傳統的高壓鋼瓶相比，目前采用負壓氣體源技術的高純特種氣體的泄漏程度僅為其萬分之一。圖9-36所示的是負壓氣體源技術原理。圖9-37所示的是高壓氣體與負壓安全氣體源泄漏實驗比較。

2鹵化物氣體

含有氟(F)、氯(CI)、 溴(Br)、 碘(I)元素的氣體稱為鹵化物氣體。鑒于絕大多數用于集成電路的鹵化物為含氟的氣體，一般將這類氣體統稱為氟

化物氣體或含氟氣體。這類氣體的特點在于鹵元素具有極強的化學反應活性。

在高溫或電場條件下，鹵化物氣體產生的等離子和自由基，與硅、二氧化硅、氮化硅、金屬等材料發生化學反應，生成相應的氣體，并將其從硅片和機臺腔體表面去除。因此，這類氣體特別適合干式清洗和刻蝕的工藝。目前，用于清洗工藝的氣體主要包括NF3、SF6、CF4、C2F6、C3F8和 CIF3等;而用于刻蝕工藝的氣體種類比較多，大部分為氟碳化合物，如CF4、CHF3、 CH3F、 CH2F、C2F6、C4F6、 C4F8和C5F8等。氟/碳比是這類刻蝕氣體的一個重要參數，通過調節氟/碳比，可以使刻蝕速率、選擇性、各向異性和均勻性都達到刻蝕工藝的要求。另外，有部分氟化物(如BF3、GeF4、SiF4)可以用于離子注入工藝。

雖然鹵化物氣體的毒性沒有烷類氣體的毒性那么大，但其具有的高壓性質同樣存在很大的安全風險( 見表9-19)，因此其設備和操作的安全措施與烷類氣體的基本一致。氟化物氣體的使用會產生很多的全氟碳化物(PFC)， PFC被認為是一種典型的大氣溫室氣體。隨著環境保護措施的加強，相對更加環保的C6F6、F2等刻蝕和清洗氣體會得到越來越多的應用。

3.其他氣體

除烷類和鹵化物氣體外，另外還有一些從化學屬性上不能歸入烷類和鹵化物的氣體(如N2O、NO等)，烏海高純特種氣體在外延工藝中使用的SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2 和pcl3等，以及用于集成電路光刻設備激光器的氣體。后者主要是以氟(F)、氪(Kr)、氖(Ne) 為主體的各類混合氣，如0.95%F2/1.25%KrNe、 3. 5% Ar/10ppmXe/Ne。這類氣體的使用量較小，但是在集成電路生產中是必不可少的。這些氣體的用途各異，但是它們的純度要求、安全包裝和操作要求與烷類氣體和鹵化物氣體基本一致。