1.高纯超净特种气体

高纯超净特种气体主要用于制备半导体器件、化合物半导体、激光器、光导纤维、太阳能电池等。高纯超净特种气体包括纯气和二元、多元混合气。纯气己发展至100余种：混合气己有17类、330多个品种，大约1000多种规格。这类气体配套性很强，根据不同用途分别有电子级、载气级、发光二极管级、光导纤维级、VLSI级（超大规模集成电路级）等。最近为适应兆位集成电路的生产，又推出ULSI（特大规模集成电路）级或Megabit（兆位）级气体。

1.1品种及质量要求

在半导体器件生产中的晶体生长、热氧化、外延、扩散、CVD（化学气相淀积）、溅射、离子注入、蚀刻等主要工序都要用到各种气体。按具体用途又可分为外延气、CVD气（成膜气）、掺杂气（包括离子注入、扩散、掺杂）、蚀刻气、载气和保护气等。

光导纤维生产常用的气体有SiC1₄,GeC1₄,BF₃,BBr₃等和载气。太阳能电池生产常用的气体有SiH₄、PH₃,B₂H₆, GeH₄、CH₄等和稀释气。激光器用的气体都是混合气，如氮氛激光器用Ne,He混合气：二氧化碳激光器用C0₂, N₂, He混合气。

除以上提到的品种外，为适应4兆位DRAM芯片的生产，又开发并已实用化了3种SiH₄的代用品，即TEOS（四乙氧基硅烷）, TMCTS（四甲基环四硅氧烷）和DES（二乙基硅烷）。另外，PH₃和AsH₃剧毒，目前己开发出一些代用品并逐步实用化，如叔丁基肿、三乙基肿和叔丁基膦等。所用气体的纯度要求很高，不仅要控制颗粒杂质，有些气体还控制金属杂质的含量。以ULSI级或兆位级气体为例，N₂、H₂、0₂、Ar、He的纯度己达99.9999％～99.99999％；其他气体达99.999％左右。通常杂质控制项目近10个；单项杂质含量要求低于1 mg/kg。颗粒的控制一般按照图形线宽的1/10来要求所控制的粒径。

1.2生产工艺特点

高纯超净特种气体的生产有以下4个特点：

(1)根据气源和生产规模，选择适当的深度纯化技术和方法。例如量大、纯度要求较低的氢气采用低温吸附法；量小、纯度要求高的可采用金属氢化物分离法。气体纯化技术的发展趋势是，研制并应用更高性能的吸附剂、选择性能好和寿命长的催化剂、应用组合吸附剂、改进吸附工艺、开发并采用激光纯化等新的纯化方法。也在不断推出各种高效终端纯化装置以供使用点应用。

(2)生产车间设有封闭式质量监控室，采用计算机集中监控，并配有多点自动报警仪。发生故障时计算机可指出故障部位、性质及应急措施。

(3）采用综合供气系统。一般由气体生产厂家与半导体生产厂家合作，半导体厂建厂时由气体生产厂负责建立该系统。其中包括现场气体生产装置、纯化器、有毒气体洗涤器、自动吹洗装置、钢瓶柜和大批量气体用的经电化学抛光的贮存设备、超净气体的管理系统和计算机监测系统等。

(4）为了确保达到洁净度的要求，纯化设备、管路、阀门、减压器等均由316L不锈钢制成。管线内表面需经电化学抛光处理。生产、纯化、装瓶区应保持洁净以防空气中的尘埃颗粒进入产品中。例如洁净室为10级或100级。供气系统还应安置颗粒过滤器。为适应兆位级芯片生产用气，需用孔径为0.01 um的过滤器。

1.3生产工艺实例

以超纯气体氢化物的制备为例。气体氢化物包括硅、锗、砷、硼等的氢化合物。制备的方法一般是水解金属化合物，或者用锂合金属氢化物还原卤化物。例如硅烷就是由下面两种方法制得的：

在制备气体氢化物时，许多生产过程本身就是提纯过程。如在制备乙硼烷时，在液氮介质中，B₂H₆和NH₃形成一种稳定的不挥发的络合物，从而达到分离效果，因此较易获得超纯产品。气体氢化物的杂质来源为：①反应时的溶剂蒸气；②原料及副产物蒸气；③反应时使用的保护性气体如氢、氮、氩等；④原料中带有的杂质在反应后也形成挥发性的氢化物。所用的保护性气体对使用影响不大。对于溶剂蒸气，一般采用低温冷凝和分子筛吸附的方法除去。对原料蒸气可采用洗涤吸收的方法除去。比较困难的是一些挥发性氢化物的分离。通常根据这些氢化物的性质采用以下一种或几种方法结合进行分离。

(1)低温精馏为普遍采用的技术。

(2)吸附利用硅藻土、活性炭、沸石、分子筛等对气体氢化物吸附特性不同将其分离。

(3）热分解法总的来说，气体氢化物的热稳定性较差，但它们之间的相对差别很大，可利用这一性质提纯气体氢化物。如硅烷可通过一个加热到350℃充填了石英碎片的管子而除去许多氢化物杂质。

(4）水解法利用气体氢化物与水作用后的酸碱性不同，选择适当的酸性或碱性水溶液以除去一些氢化物。

2.金属有机化合物（MO源）

自1968年美国Rockwell公司采用金属有机化学气相淀积（MOCAD）工艺，首次在绝缘衬底上成功地制备出GaAs单晶薄膜以来，MOCAD技术的发展极为迅速，目前己成为生产超薄多层异质结构和大规模均匀材料、制备GaAs等化合物半导体器件、微波器件、光器件和光电器件等的重要方法。MOCVD工艺要使用金属有机化合物作为原材料（称MO源）。例如制备Ⅲ-V族化合物半导体时，可采用Ⅲ族的烷基化合物（三甲基镓、三甲基钼、三乙基铟等）和V族的氢化物（如磷烷、砷烷等）作为原材料。

目前MO源己发展成包括Al,Sb,Cd,Ga,In,Te,Zn,Be,Bi,B,Fe,Mg,P,Hg,Se,Si,Sn,Ta,Ti,W等20余种元素的60余个品种。其中Al,Ga,In和Zn的甲基或乙基化合物用量很大。

由于MO源的特殊性，在制备、纯化和分析方法以及设备方面都有特殊要求。

(1)系统应为无氧无水以防燃烧或爆炸，所以在合成、纯化前必须对系统进行除氧除水处理，并以惰性液体传热介质代替冷凝水。

(2）为了防止金属杂质玷污产品，合成纯化过程应在石英玻璃装置中进行，其他附属设备均采用不易引入金属杂质的材质。今后还可能在超净室中进行合成与纯化。

MO源的常用合成与纯化方法见表10-1和表10-2。

表10-1 MO源合成常用方法

表10-2 MO源纯化常用方法