硅片外延工艺危险有害气体有哪些

作为LED产业中的核心技术之一，硅片外延指的是在衬底上生长出的半导体薄膜，主要作用是增加碳化硅片某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所产生的表明缺陷。在进行碳化硅片外延工艺时，需要使用到含硅气体源和刻蚀气体，而这些所使用的气体都属于对人体有毒有害的气体。那么 硅片外延工艺危险有害气体有哪些呢？一般而言，主要包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氢、氢气、锗烷、甲基硅烷等，而在现场安装使用 碳化硅外延生产区有害气体报警器就是为了对这些气体进行监测，以免发生危险。

外延工艺是指在衬底上生长完全排列有序的单晶体层的工艺。一般来讲，外延工艺是在单晶衬底上生长一层与原衬底相同晶格取向的晶体层。外延工艺厂泛用于半导体制造，如集成电路工业的外延硅片，MOS 晶体管的嵌入式源漏外延生长，LED衬底上的外延生长等。外延为器件设计者在优化器件性能方面提供了很大的灵活性，例如可以控制外延层掺杂厚度、浓度、轮廊，外延层还可以减少CMOS器件中的闩锁效应，IC制造中最普通的外延反应是高温CVD系统。

碳化硅外延工艺在集成电路制造中的主要应用如下：
1、硅衬底外延
硅片制造中为了提高硅片的品质通常在硅片上外延一层纯净度更高的本征硅:或者在高搀杂硅衬底上生长外延层以防止器件的门锁效应。
2、异质结双极晶体管异质结外延
其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度，从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率，因而，很大程度上提高了电流放大系数。
3、CMOS源漏区选择性Si/SiGe外延
随着集成电路器件尺寸的大幅度减小，源漏极的结深越来越浅，需要采用选择性外延技术(SEG)以增厚源漏极来作为后续硅化反应的牺牲层，从而降低串联电阻。
4、应变硅外延
在松驰的SiGe层上面外延一层单晶Si，由于Si跟SiGe晶格常数失配而导致Si单晶层受到下面SiGe层的拉伸应力而使得电子的迁移率得到提升，这就使得NMOS在保持器件尺寸不变的情况下饱和电流得到增大，意味着器件响应速度的提高。

碳化硅外延工艺危险有害气体主要有以下几种：

1、含硅气源（硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷）
碳化硅外延工艺气体中常用三种含硅气体源：硅烷SiH4，二氯硅烷SiH2C12，简称DCS和三氯硅烷SiHC13，简称TCS。硅烷是硅与氢的化合物，化学式为SiH4，又被称作甲硅烷或四氢化硅，通常状况下处于晶体状态，具有挥发性，其挥发蒸气属于可燃易爆气体。二氯硅烷易燃，有毒，对上下呼吸道、皮肤和眼睛有腐蚀性和刺激性，可引起肺炎或肺水肿，眼接触可致灼伤，导致失明。三氯硅烷易燃，对眼和呼吸道粘膜有强烈刺激作用，高浓度下，引起角膜混浊、呼吸道炎症，甚至肺水肿，并可伴有头昏、头痛、乏力、恶心、呕吐、心慌等症状。
2、刻蚀气（氯化氢）
碳化硅外延工艺还需要用到刻蚀性气体氯化氢HCl。氯化氢是无色有刺激性气味的气体，分子式为HCL，一般为盐酸挥发的蒸气，属于对人体有毒有害的气体，长期吸入或短期吸入较高浓度时，会损害人体呼吸系统，引发肺炎、肺水肿等病症，情况严重时甚至会危及生命。
3、载气（氢气H2）
碳化硅外延工艺反应中的载气一般选用氢气H2。氢气，是一种可燃易爆气体，化学式为H2，爆炸极限为4.0%~75.6%VOL，和氟气、氯气、氧气、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险。由于氢气比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火源即会引起爆炸。
4、其他气体（锗烷、甲基硅烷）
碳化硅外延工艺某些特殊外延工艺中还要用到含Ge和C的气体锗烷GeH4和甲基硅烷SiH3CH3。锗烷在常温常压状态下是一种无色气体，又称作甲锗烷、四氢化锗，化学式为GeH4，属于对人体有毒有害的气体，职业接触限值PC-TWA为0.6mg/m3，临界不良健康效应为溶血和肾损害。甲基硅烷为极端易燃气体，爆炸下限为1.3%VOL，爆炸下限为88.9%VOL，泄漏到空气中的浓度处于此范围内时遇明火、电弧、高温、火花等就会发生爆炸。

以采用进口高精度气体传感器的ERUN-PG51S6固定在线式有毒有害气体检测报警仪为例，可以同时检测并显示硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氢、氢气、锗烷、甲基硅烷等有害气体的浓度值，超标声光报警，并联锁自动控制排气风机的启停，测量数据结果可通过分线制4-20 mA模拟信号量或总线制RS 485（Modbus RTU）数字量信号以及无线模式传输，通过ERUN-PG36E气体报警控制器在值班室实时显示有害气体的浓度值，并相应的触发报警动作。

碳化硅外延工艺有害气体检测报警仪技术参数：
产品型号：ERUN-PG51S6
检测气体：硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氢、氢气、锗烷、甲基硅烷等
量程范围：0～1、10、100、1000、5000、50000ppm、100%LEL、20%、50%、100%Vol可选，其他量程可订制
分 辨 率：0.001ppm（0-10ppm高精度）/0.01ppm（0～10 ppm）；0.01ppm（0～100 ppm），0.1ppm（0～1000 ppm），1ppm（0～5000 ppm以上）； 0.1%LEL；0.01%、0.001%Vol
方法原理：电化学、催化燃烧、红外、半导体、PID光离子等可选
精度误差：≤±2%F.S.（更高精度可订制）
显示方式：报警器2.5寸彩屏现场显示浓度值；控制器主机9寸彩屏值班室显示浓度值
报警方式：现场声光报警，值班室声光报警
数据传输：4-20mA、RS485，可选无线传输
防护功能：IP66级防水防尘
防爆功能：隔爆型，Ex d ⅡC T6 Gb级防爆

以上就是关于硅片外延工艺危险有害气体有哪些的相关介绍，外延工艺是一种薄膜单晶生长技术，特指在通入反应气体的高温炉子中，沿着原有硅基片的晶轴方向，生长一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构完整性都符合要求的新硅单晶层的过程。但是在整个碳化硅芯片外延工艺过程中却存在着包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氢、氢气、锗烷、甲基硅烷等在内的危险有害气体，为了防止这些碳化硅芯片外延工艺气体泄漏造成危险事故，需要在现场安装使用碳化硅外延生产区有害气体报警器来实现24小时不间断连续实时在线监测这些碳化硅芯片外延工艺气体的浓度值并超标报警自动联锁风机电磁阀启停等功能。