什么是标准气体？什么是特种气体？

气体工业名词术语（标准气体、高纯气体、特种气体）1. 特种气体　(Specialty gases) ：指那些在特定领域中应用的, 对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。特种气体门类繁多, 通常可区分为电子气体、标准气、环保气、医用气、焊接气、杀菌气等, 广泛用于电子、电力、石油化工、采矿、钢铁、有色金属冶炼、热力工程、生化、环境监测、医学研究及诊断、食品保鲜等领域。2. 标准气体　(Standard gases) ：标准气体属于标准物质。标准物质是高度均匀的、良好稳定和量值)准确的测定标准, 它们具有复现、保存和传递量值的基本作用, 在物理、化学、生物与工程测量领域中用于校准测量仪器和测量过程, 评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力, 确定材料或产品的特性量值, 进行量 值仲裁等。大型乙烯厂、合成氨厂及其它石化企业, 在装置开车、停车和正常生产过程中需要几十种纯气和几百种多组分标准混合气, 用来校准、定标生产过程中使用的在线分析仪器和分析原料及产品质量的仪器。标准气还可用于环境监测, 有毒的有机物测量, 汽车排放气测试, 天然气BTU 测量, 液化石油气校正标准, 超临界流体工艺等。标准气视气体组分数区分为二元、三元和多元标准气体配气准度要求以配气允差和分析允差来表征比较通用的有SE2M I 配气允差标准, 但各公司均有企业标准。组分的最低浓度为10- 6级, 组分数可多达20余种。配制方法可采用重量法, 然后用色谱分析校核, 也可按标准传递程序进行传递。3、电子气体　(Elect ron ic gases) ：半导体工业用的气体统称电子气体。按其门类可分为纯气、高纯4 _6 m+ p- _4气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。电子气体是特种气体的一个重要分支。电子气体按纯度等级和使用场合，可分为电子级、L S I (大规模集成电路) 级、VL S I (超大规模集成电路) 级和UL S I (特大规模集成电路)级。 4. 外延气体　(Cp itax ial gases) ：在仔细选择的衬底上采用化学气相淀积(CVD) 的方法生长一层或多层材料所用气体称为外延气体。硅外延气体有4 种, 即硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅, 主要用于外延硅淀积, 多晶硅淀积, 淀积氧化硅膜, 淀积氮化硅膜, 太阳电池和其他光感受器的非晶硅膜淀积。外延生长是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。此外延层的电阻率往往与衬底不同。5. 蚀刻气体　(Etch ing gases) ：蚀刻就是把基片上无光刻胶掩蔽的加工表面如氧化硅膜、金属膜等蚀刻掉, 而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来, 这样便在基片表面得到所需要的成像图形。蚀刻的基本要求是, 图形边缘整齐, 线条清晰, 图形变换差小, 且对光刻胶膜及其掩蔽保护的表面无损伤和钻蚀。蚀刻方式有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法蚀刻所用气体称蚀刻气体, 通常多为氟化物气体, 例如四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷、三氟甲烷等。干法蚀刻由于蚀刻方向性强、工艺控制精确、方便、无脱胶现象、无基片损伤和沾污, 所以其应用范围日益广泛。 1. 特种气体　(Specialty gases) ：指那些在特定领域中应用的, 对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。特种气体门类繁多, 通常可区分为电子气体、标准气、环保气、医用气、焊接气、杀菌气等, 广泛用于电子、电力、石油化工、采矿、钢铁、有色金属冶炼、热力工程、生化、环境监测、医学研究及诊断、食品保鲜等领域。2、 标准气体　(Standard gases) ：标准气体属于标准物质。标准物质是高度均匀的、良好稳定和量值准确的测定标准, 它们具有复现、保存和传递量值的基本作用, 在物理、化学、生物与工程测量领域中用于校. d( [准测量仪器和测量过程, 评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力, 确定材料或产品的特性量值, 进行量值仲裁等。大型乙烯厂、合成氨厂及其它石化企业, 在装置开车、停车和正常生产过程中需要几十种纯气和几+百种多组分标准混合气, 用来校准、定标生产过程中使用的在线分析仪器和分析原料及产品质量的仪器。标准气还可用于环境监测, 有毒的有机物测量, 汽车排放气测试, 天然气BTU 测量, 液化石油气校正标准, 超临界流体工艺等。标准气视气体组分数区分为二元、三元和多元标准气体配气准度要求以配气允差和分析允差来表征比较通用的有SE2M I 配气允差标准, 但各公司均有企业标准。组分的最低浓度为10- 6级, 组分数可多达20余种配制方法可采用重量法, 然后用色谱分析校核, 也可按标准传递程序进行传递。3、 电子气体　(Elect ron ic gases) ：半导体工业用的气体统称电子气体。按其门类可分为纯气、高纯气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。电子气体是特种气体的一个重要分支。电子气体按纯度等级和使用场合，可分为电子级、L S I (大规模集成电路) 级、VL S I (超大规模集成电路) 级和UL S I (特大规模集成电路)级。 4. 外延气体　(Cp itax ial gases) ：在仔细选择的衬底上采用化学气相淀积(CVD) 的方法生长一层或多层材料所用气体称为外延气体。硅外延气体有4 种, 即硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅, 主要用于外延硅淀积, 多晶硅淀积, 淀积氧化硅膜, 淀积氮化硅膜, 太阳电池和其他光感受器的非晶硅膜淀积。外延生长是一种单 晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。此外延层的电阻率往往与衬底不同。5. 蚀刻气体　(Etch ing gases) ：蚀刻就是把基片上无光刻胶掩蔽的加工表面如氧化硅膜、金属膜等蚀刻掉, 而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来, 这样便在基片表面得到所需要的成像图形。蚀刻的基本要求是, 图形边缘整齐, 线条清晰, 图形变换差小, 且对光刻胶膜及其掩蔽保护的表面无损伤和钻蚀。蚀刻方式有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法蚀刻所用气体称蚀刻气体, 通常多为氟化物气体, 例如四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷、三氟甲烷等。干法蚀刻由于蚀刻方向性强、工艺控制精确、方便、无脱胶现象、无基片损伤和沾污, 所以其应用范围日益广泛。6. 掺杂气体(Dopant Gases)：在半导体器件和集成电路制造中, 将某种或某些杂质掺入半导体材料内, 以使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率, 用来制造PN结、电阻、埋层等。掺杂工艺所用的气体掺杂源被称为掺杂气体。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氯化硼和乙硼烷等。通常将掺杂源与运载气体(如氩气和氮气) 在源柜中混合, 混合后气流连续流入扩散炉内环绕晶片四周, 在晶片表面沉积上化合物掺杂剂, 进而与硅反应生成掺杂金属而徙动进入硅。7. 熏蒸气体(Sterilizing Gases) ：具有杀菌作用的气体称熏蒸气体。常用的气体品种有环氧乙烷、磷烷、溴甲烷、溴甲醛、环氧丙烷等。其灭菌原理是利用烷化作用, 使微生物组织内维持生命不可缺少的物质惰化。最经常使用的是以不同比例配制的环氧乙烷和二氧化碳的混合气, 根据用途不同, 环氧乙烷的含量可以是10 %、20 %和30 %等。也可采用环氧乙烷和氟利昂12 的混合气,环氧乙烷与氟利昂11 和氟利昂12 的混合气等。杀菌效果与各组分浓度、温度、湿度、时间和压力等因素有关。熏蒸气体可以用于卫生材料、医疗器具、化妆品原料、动物饲料、粮食、纸钞、香辣8. 焊接保护气体(Welding Gases)：气体保护焊由于具有焊接质量好, 效率高, 易实现自动化等优点而得以迅速发展。焊接保护气体可以是单元气体, 也有二元、三元混合气。采用焊接保护气的目的在于提高焊缝质量, 减少焊缝加热作用带宽度, 避免材质氧化。单元气体有氩气、二氧化碳, 二元混合气有氩和氧, 氩和二氧化碳, 氩和氦, 氩和氢混合气。三元混合气有氦、氩、二氧化碳混合气。应用中视焊材不同选择不同配比的焊接混合气。9. 离子注入气( Gases for Ion Implantation)：离子注入是把离子化的杂质, 例如P + 、B + 、As+加速到高能量状态,然后注入到预定的衬底上。离子注入技术在控制V th(阈值电压) 方面应用得最为广泛。注入的杂质量可通过测量离子束电流而求得。离子注入工艺所用气体称离子注入气, 有磷系、硼系和砷系气体。10. 非液化气体(Nonliquefied Gases)：压缩气体依据于一定压力和温度下在气瓶中的物理状态和沸点范围可以区分为两大类, 即液化气体和非液化气体。非液化气体系指除溶解在溶液中的气体之外, 在2111 ℃和罐装压力下完全是气态的气体。也可定义为在正常地面温度和13789～17237kPa 压力下不液化的气体。11. 液化气体( Liquefied Gases )：在2111 ℃和罐装压力下部分液化的气体。或定义为在正常温度和172142～17237kPa 压力下在气瓶中液化的气体。压缩气体(Compressed Gases) 　压缩气体是指在2111 ℃下, 在气瓶中绝对压力超过27518kPa 的任何气体或混合物或与2111 ℃下的压力无关, 于5414 ℃下绝对压力超过717kPa 的任何气体或混合物或于3718 ℃下气体绝对压力超27518kPa 的任何液体。12. 稀有气体(Rare Gases)：元素周期表最后一族的六种惰性气体中的任何一种气体, 即氦、氖、氩、氪、氙、氡。前五种气体均可以空气分离方法从空气中提取。 13. 低压液化气体(Low P ressu re L iquef ied Gases) ：临界温度大于70℃的气体。区分为不燃无毒和不燃有毒、酸性腐蚀性气体可燃无毒和可燃有毒、酸性腐蚀性气体易分解或聚合的可燃气体。此类气体在充装时以及在允许的工作温度下贮运和使用过程中均为液态。包括的气体品种有一氟二氯甲烷、二氟氯甲烷、二氟二氯甲烷、二氟溴氯甲烷、三氟氯乙烷、四氟二氯乙烷、五氟氯乙烷、八氟环丁烷、六氟丙烯、氯、三氯化硼、光气、氟化氢、溴化氢、二氧化硫、硫酰氟、二氧化氮、液压石油气、丙烷、环丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、1- 丁烯、异丁烯、顺- 2-丁烯、反- 2- 丁烯、R142b、R 143a、R152a、氯乙烷、二甲醚、氨、乙胺、一甲胺、二甲胺、三甲胺、甲硫醇、硫化氢、氯甲烷、溴甲烷、砷烷、1, 3—丁二烯、氯乙烯、环氧乙烷、乙烯基甲醚、溴乙烯。14. 高压液化气体(H igh P ressu re L iquef iedGases) ：临界温度大于或等于- 10℃且小于或等于70℃的气体。区分为不燃无毒和不燃有毒气体可燃无毒和自燃有毒气体易分解或聚合的可燃气体。此类气体充装时为液态,但在允许的工作温度下贮运和使用过程中其蒸汽压随温度的升高而升高, 超过临界温度时蒸发为气体。所包括的气体品种有一氧化二氮、二氧化碳、三氟甲烷、三氟氯甲烷、三氟溴甲烷、六氟乙烷、六氟化硫、氙、氯化氢、乙烷、乙烯、1, 1- 二氟乙烯、硅烷、磷烷、氟乙烯、乙硼烷。

特种的气体，用于半导体的高纯度气体（或者叫电子气体）是一种生产半导体、液晶、太阳能电池等各种电子产品时使用的特殊的高纯度气体。从大的方面来说，有用于制作半导体配线的气体材料、用于蚀刻（进行半导体细微加工工程）、用于生产设备清洁工艺的气体。

比方说，三氟化氮是被广泛应用于生产设备的清洁气体（Cleaning Gas），六氟化钨是作为半导体的钨配线材料，其需求正急剧上升。

作为NAND（非挥发性存储半导体）、DRAM（挥发性存储半导体）等存储半导体的蚀刻气体（Etching Gas），氯气、溴化银、氟甲烷、四氟化碳、八氟环丁烷、六氟丁二烯等的需求正在增长。

扩展资料

电子特气是集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产中不可缺少的基础和支撑性材料，被广泛应用于薄膜、掺杂、腔室清洗、光刻、刻蚀、清洗、载气、保护气等工艺。2018年电子特气在半导体前道制造所需材料中占比高达18%。

中国电子特气的发展对我国半导体芯片产业的发展起着至关重要的作用，也直接关系到国民经济发展和国家战略安全。

日韩贸易摩擦把半导体材料对一个国家的重要性体现得淋漓尽致，仅仅高纯度氟化氢，光刻胶和氟化聚酰亚胺三种产品就能对整个韩国国民经济构成严重影响。日韩半导体材料事件也为国内半导体产业敲响了警钟，未来半导体材料的国产化进程将会加速。

参考资料来源：百度百科-电子特气

半导体工厂Fab使用到的Gas主要分为2类： 大宗气体系统和特种气体系统

大宗气体系统（Bulk Gas）： 使用量较大的几种气体，有氮气（N2）、氧气（O2）、氢气（H2）、氩气（AR）、氦气（He）、压缩空气（CDA）。

一、大宗气体系统概述

Bulk Gas System主要由供气系统和管道系统组成，其中的供气系统包含气源、纯化、品质监测等几部分，一般气源设置在独立于生产厂房之外的气站（Gas Yard），而气体的纯化一般设置在生产厂房内专门的纯化间（Purifier Room），这样的目的是可以保证高纯度的气体输送距离减少，既可以保证气体品质，而且可以节约成本。一般高纯度输送气体的管道采用SUS 316L EP级管道。经过纯化的高纯气体从纯化间输送到辅道生产层（Sub Fab）或生产车间的架空地板下，形成配管网络，最后由二次配管系统（Hook up）送至各生产装备。

其中氮气在整个Fab生产制造中使用量最大，根据使用点品质要求不同，又区分为普通氮气（GN2）和工艺纯化氮气（PN2）

N2供应系统示意图

二、大宗气体供气系统

2.1 气体站

2.1.1 首先必须根据工厂所需用气量的情况，选择最合理和经济的供气方式。

概述中已说明使用量最大的是氮气，根据其用量的不同，可考虑采用以下几种方式供气：

1）液氮储罐，用槽车定期进行充灌，高压的液态气体经蒸发器（Vaporizer）蒸发为气态后，供工厂使用。一般的半导体工厂用气量适中时这种方式较为合适，这也是目前采用最多的一种方式。

汽化器Vaporizer

2）采用空分装置现场制氮。这适用于N2用量很大的场合。集成电路芯片制造厂多采用此方式供气，而且还同时设置液氮储罐作备用。

3）氧气和氩气往往采用超低温液氧储罐配以蒸发器的方式供应。

氧气和氩气供应示意图

4）氢气则以气态方式供应，一般采用钢瓶组（Bundle）即可满足生产要求。如用气量较大，则可采用Tube Trailer供气，只是由于道路消防安全审批等因素，目前在国内还很少采用此方式。相信随着我国微电子工业的飞速发展，相关的安全法规会更完善，Tube Trailer供气方式会被更多地采用。如果氢气用量相当大，则需要现场制氢，如采用水电解装置。

氢气和氦气供应示意图

5）氦气以气态方式供应，一般采用钢瓶组（Bundle）即可满足生产要求。如用气量较大，则可采用Tube Trailer/ISO槽车供气。

6）压缩空气主要通过Gas Yard内压缩机产气，干燥机吸附后得到干燥洁净的压缩空气，简称CDA。CDA一般在所有的行业均有使用，半导体Fab使用的压力相对一般行业稍高，常见在8.5bar以上。

在整个气体站，需要特别注意几个问题：

首先,供氢系统和供氧系统的安全性问题是必须予以高度重视的,如气体站的平面布置必须符合国家和行业相关安全规范。

其次，在设计供气压力时不仅要参照最终用户点的压力需求，而且必须考虑纯化器、过滤器以及配管系统的压力降。

2.2气体纯化与过滤

2.2.1气体的品质要求

目前对大宗气体的纯度要求往往达到ppb级，生产工艺线对大宗气体的品质要求较高。

因此，必须用不锈钢管道将大宗气体从气体站送至生产厂房的纯化室（purifier Room）进行纯化，气体经纯化器除去其中的杂质，再经过滤器除去其中的颗粒（Particle）。出于安全考虑，一般将氢气纯化室设计为单独一室，并有防爆、泄爆要求。

2.2.2 纯化器

目前国内采用的气体纯化器都是进口的，主要的生产厂家有SAES、Taiyo、Toyo、JPC、ATTO等。纯化器根据其作用原理的不同可以对不同的气体进行纯化。

一般说来，N2、O2纯化器较多采用触媒吸附式，Ar、H2、He纯化器则以Getter效果最佳，H2纯化器也多采用触媒吸附结合Getter式。

CDA常用加热吸附式干燥机来干燥压缩空气。吸附式干燥机是利用吸附剂（活性氧化铝、硅胶、分子筛）吸附水分的特性来降低压缩空气中水分的含量，一般来说可以使出口气的露点达到-40度以上。

在设计中要注意的是，不同气体纯化器需要不同的公用工程与之相配套。例如，触媒吸附式N2纯化器需要高纯氢气供再生之用；触媒吸附式纯化器需要冷却水。因此，相关的公用工程管线必须在气体纯化间内留有接口。

CDA干燥机后端室内管道需要注意结露问题，很多在设计时未能完全考虑，后期运营时部分管道结露严重，特别是靠近墙面处的管道，对墙面造成一定的影响。

2.3 气体的品质监测

大宗气体在经纯化及过滤后应对其进行品质监测，观察其纯度与颗粒度的指标是否已高于实际的工艺要求。目前着重对气体中的氧含量、水含量和颗粒度进行在线连续监测，而对CO、CO2及THC杂质采用间歇监测，有条件的Fab也会连续监测。测试结果连同其他测试参数（诸如压力、流量等）都会被送往控制室中的SCADA（Supervisory Control and Date Acquisition）系统。同时也可以将数据共享给必要的单位或组织。

2.4 供气系统的可靠性问题

由于微电子行业的投入与产出都是非常的大，任何供气中断都会带来巨大的经济损失。因此在设计中必须充分考虑气体供应系统运行的安全可靠性。若采用现场制气方式，往往还需要设置该种气体的储蓄供气系统作备用。

每一种气体的纯化器都需要有一台作备用。防止在一台纯化器异常时及时切换到备用纯化器。保证气体供应的稳定性。

---