超凈高純特種氣體為主要用于制備半導(dǎo)體器件、化合物半導(dǎo)體、激光器、光導(dǎo)纖維、太陽能電池等的高純度氣體,一般純度在99.999%(5N)以上。其中55%的市場份額是背景氣體(如氧、氮、氬、氫、CO2等);其他45%為特種氣體。
超凈高純特種氣體包括純氣以及二元、
多元混合氣。純氣己發(fā)展至100余種:混合氣己有17類、330多個品種,大約1000多種規(guī)格。超凈高純特種氣體配套性很強,根據(jù)不同用途分別有電子級、載氣級、發(fā)光二極管級、光導(dǎo)纖維級、VLSI級(超大規(guī)模集成電路級)等。最近為適應(yīng)兆位集成電路的生產(chǎn),又推出ULSI(特大規(guī)模集成電路)級或Megabit(兆位)級氣體。
按化學(xué)結(jié)構(gòu)分,超凈高純特種氣體主要有四大類:
(1)烷類:硅烷(SiH4)替代品四乙氧基硅烷、四甲基環(huán)四硅氧烷、二乙基硅烷;砷烷替代品特丁基砷和三乙基砷;磷烷替代品特丁基磷;硼烷;鍺烷;甲烷;硒化氫等。
(2)氯化物:三氯氫硅、二氯二氫硅、氯化氫、氯氣、三氯化硼、POCl3等。
(3)氟化物:三氟化氮、三氟化硼、
四氟化碳、
六氟化硫、六氟化鎢、三氟甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷、八氟丙烷、六氟乙烯等。
(4)其他:氧化亞氮、硫化氫、溴化氫、溴化硼、丙烯等。
在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈里,超凈高純特種氣體用于硅片的沉積、蝕刻、光刻、摻雜、退火或者腔室清洗等。按照在集成電路中的作用可分為摻雜氣體、外延氣體、離子注入氣體、發(fā)光二極管用氣體、刻蝕氣體、化學(xué)氣相沉積用氣體、載運稀釋氣體七類。同時,有的氣體有多種用途,例如在硅烷可用作外延氣體,同時在化學(xué)氣相沉積中也存在應(yīng)用等。
我國進行超凈高純特種氣體開發(fā)研究工作較早的有化工部光明化工研究所、化工部黎明化工研究院、北京特種氣體研究所等單位。國外大型氣體公司在20世紀(jì)80年代開始在華布局建設(shè)特種氣體廠或分裝廠,推動了我國超凈高純特種氣體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前我國生產(chǎn)超凈高純特種氣體的企業(yè)超過50家。可生產(chǎn)的產(chǎn)品包括高純硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)、鍺烷(GeH4)、甲烷、氨、氧化亞氮、氯化氫、氯氣、二氯二氫硅、三氯氫硅、三氯化硼、丙烯、三氟甲烷、乙硼烷、四氟甲烷、八氟丙烷、
六氟化硫、六氟化鎢等。
但某些產(chǎn)品國內(nèi)企業(yè)還不能生產(chǎn),如高純砷烷、叔丁基砷、三乙基砷、叔丁基磷、溴化氫、二乙基硅烷、六氟乙烯等。另外,國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品純度不高,很少能生產(chǎn)純度6N以上的產(chǎn)品,在包裝運輸、分析檢測等方面也存在問題。
中國是世界電子產(chǎn)品的制造中心,與之不對稱的是制造這些產(chǎn)品所需要的高檔芯片幾乎全部依賴進口。為此,中央及地方政府相繼出臺許多利好政策及資金支持,試圖扭轉(zhuǎn)這種局面。2017年全國各地興起了一股全球難以看到的“半導(dǎo)體熱”,通過努力半導(dǎo)體國產(chǎn)化也取得了階段性進展和效果,帶動了中國特種氣體尤其是用于半導(dǎo)體制造的各類高純氣體、電子混合氣體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。