特种气体是晶圆制造的"调味料"——刻蚀、沉积、掺杂、清洗都离不开它们。国内特种气体长期被Air Liquide、Linde、Air Products等海外巨头垄断，国产替代正在加速。
半导体特种气体分类
刻蚀气体：
- CF₄：最常用的氟碳刻蚀气，刻蚀SiO₂/SiN
- C₄F₈/CHF₃：高选择比刻蚀，用于介质刻蚀
- Cl₂/BCl₃：铝/金属刻蚀
- SF₆：深硅刻蚀（Bosch工艺用）
- NF₃：清洗腔体用
沉积气体/前驱体：
- TEOS：PECVD沉积SiO₂的前驱体
- HCDS：LPCVD沉积SiN的前驱体
- TDMAT：ALD沉积TiN的前驱体
- 3DMS：沉积低k介质的前驱体
掺杂气体：
- B₂H₆：硼掺杂（P型）
- PH₃：磷掺杂（N型）
- AsH₃：砷掺杂（N型）
清洗气体：
- N₂O、NH₃：表面处理
- O₂：干法清洗
- H₂：还原气氛
特种气体的质量要求
半导体级特种气体的纯度要求极高：
- - 主纯度：99.999%（5N）以上，先进工艺要求6N-7N
- 杂质控制：水分<1ppm，氧气<1ppm，金属离子
- 颗粒控制：>0.1μm颗粒<10个/m³
纯度不达标直接影响芯片良率——杂质会引入缺陷，金属离子会污染器件。
国产替代进展
已实现国产替代的品类：
- CF₄：北京绿菱、广东华特已量产
- SF₆：绿菱、华特
- NF₃：绿菱、黎明化工研究院
- 部分TEOS：绿菱
仍在追赶的品类：
- 高纯C₄F₈/CHF₃：纯度达5N以上的国产产品刚起步
- HCDS等有机硅前驱体：国内有合成能力但纯度控制待提升
- TDMAT等金属有机前驱体：进口依赖度高
特种气体与封装
封装环节用到的气体种类比前道少，但也有关键应用：
- - 真空共晶焊：用N₂+5%H₂做保护气（还原气氛）
- 银烧结：用N₂保护，防止银氧化
- 甲酸回流焊：用N₂+HCOOH蒸气做还原气氛
- 等离子清洗：用Ar或O₂做等离子源
中科芯火中试线的各种焊接工艺都需要高纯气体保护。气体纯度不够会导致焊接氧化、空洞率升高。
常见问题
Q：国产特种气体能用吗？
A：成熟品类（CF₄、SF₆、NF₃）国产产品已通过头部晶圆厂验证。高纯前驱体和高纯蚀刻气仍在追赶，建议关键工艺用进口气体。
Q：特种气体为什么贵？
A：提纯难度大（5N-7N纯度要求），包装运输特殊（不锈钢瓶+内壁处理），且验证周期长（晶圆厂验证需6-12个月）。