集成电路芯片制造特种气体供应系统设计与施工工艺研究

 王坤

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摘要：集成电路芯片制造业是目前世界上技术先进、竞争激烈的行业之一。在芯片制造过程中，高纯度、高洁净度的特殊气体是必不可少的原料，如何将这些特种气体安全、洁净地输送到生产所需的机台中供其使用是当前研究的重点。文章对集成电路制造工厂内特种气体供应系统深化设计、施工工艺和验收前的质量检测进行了研究，对特种气体管道供应系统中应重点关注的内容进行了论述，希望为相关研究人员提供参考。

关键词：集成电路芯片；制造特种气体供应系统设计；施工工艺

引言

近年来，随着国家对高校以及研究院所等科研经费的持续投入，集成电路、生物医药以及人工智能等产业迎来了快速发展。 气路系统作为电子芯片及半导体材料制造过程不可缺少的基础性支撑源材料，它的纯度和洁净度直接影响到各类元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率，并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性。

1特种气体供应系统深化设计意义

工程得标后，首先应进行特种气体供应系统的深化设计工作。深化设计是所有工程的施工单位进场后都必不可少的工作，是对招标设计的补充和完善，但对特种气体供应系统工程而言，其意义更重大，有时甚至决定了项目建设的成败。由于集成电路生产中需要用到的特种气体种类多，且每种特种气体的使用特征又不尽相同，比如有些气体的瞬时流量需求很小，但需要（7×24）h 连续不断地供应，而有些特种气体却恰恰相反，总需求量不大但是每次使用时的瞬时流量要求又十分巨大，加上各种特种气体本身的化学物理性质又不相同，有的在常温下呈液态，就需要对其进行加热使其气态化后再进行传输供应等。

2特气的分类

2.1易燃易爆气体

把自燃、可燃气体等都归为这类气体。如硅烷、乙硅烷、乙硼烷等这类气体一般只要与空气接触就会燃烧属于自燃气体。可燃气体都有一定的着火点和爆炸范围（包括爆炸上限、爆炸下限），一般着火点温度越低、爆炸范围越大危险性越高，如H2,CH4,NH3都属于可燃气体。

2.2毒性腐蚀性气体

半导体制造行业中使用的特殊气体很多都是对人体的危害主要体现在它的强腐蚀性和有毒性质，比如CL2,BCL3，NF3等气体，其中PH3,B2H6等气体也属于有毒气体，但由于其同时具有易燃易爆性质，因此供应系统一般归为易燃易爆气体进行集中供应。像CL2,SIF4,NF3等有毒不可燃的气体归为有毒气体进行集中供应管理。

2.3惰性气体(Inert Gas)

隋性气体一般指一些没有毒性且不可燃的气体，这类气体的危害性一般是指窒息性和高压,比如AR,HE,NE,N2这种气体。

3气路系统管线施工关键技术

3.1标识及密封情况检查

气体供应设备进场时，不仅要详细检查设备的外包装是否完整无损、设备表面是否无磕碰、各种出厂检验检测报告证明资料是否完整，还应该特别关注以下两个方面：一是设备外壳显眼处及设备内供气盘面上是否张贴气体标识，对所供应的特种气体的名称、化学式、浓度、化学性质及危险标志的标识是否正确、一致，目的在于防止后期使用时特种气体的供应错误及人员的操作失误；二是应检查设备内供气盘面的密封情况，确认运输过程中盘面内保有压力不低于 0.1 MPa的高纯氮气，目的在于防止盘面的密封失效而造成外界空气进入盘面内部形成污染。

3.2外包装检查及产品性能抽查

管道、管配件和阀门进场时，不仅要详细检查各产品的规格型号、合格证、材质证明、检测报告，还应特别关注以下三个方面的内容：一是外包装。目前市场上常用的管道单支长度多为 4 m 或 6 m，为防止管道在运输和搬运过程中造成弯曲损伤，通常采用加固的木箱包装。同时为防止管道受到外部空气污染，每支管道均应使用塑料防尘管帽进行两端密封，并用双层密封的塑料袋包装。二是金属光谱分析。为了保证材料的材质符合规范要求，应在洁净室内对每批进场的材料进行金属光谱分析，每批每种材料随机抽查 5% 以上，其化学成分应与材质证明书中所列明的数据相符。三是内表面粗糙度检查。为了保证材料的内表面粗糙度符合要求，应对材料进行每批每种随机抽查 5%以上的数量，采用样品比较法在管道、管配件和阀门的两端进行目视检查。检查应由供应商、业主负责工程师、第三方品质人员和施工单位技术人员共同进行。

3.3管道焊接

高洁净电子气体的焊接安装工作有其独特的工艺流程要求，必须严格地遵守，否则极易造成焊接完成的管道系统无法通过洁净度测试。焊接工艺应注意以下两个方面：一是所使用的焊机应为全自动轨道氩弧焊机，这样可以保证焊道质量的稳定性，解决手工焊接品质不一致的问题；二是在焊接时，应在焊接管道的内外充入高纯度的氩气保护，规定的氩气纯度应高于 99.999%。如果保护氩气的纯度达不到要求，将可能导致焊缝位置的表面发黄甚至发黑，焊口报废。管道预制焊接的场所应在业主提供的洁净厂房内部。如果新建厂房或者业主的洁净区域暂时无法施工，应由施工单位自行搭建临时洁净棚来进行焊接。临时洁净棚应严格控制内部的温湿度和洁净度，必要时应安装 FFU、空调等设备以保证环境的可靠性。在洁净棚预制区焊接时，管道总长度不得超过 12 m，否则可能造成移动、架设时的变形和损伤。

3.4管道预制要求

管道预制加工必须全部安排在洁净预制房内进行，预制过程中严格执行作业指导书的要求，加强工序质量的控制。 管道预制以加工单线图为基础、按材料表进行配料，下料时单线图所标注的尺寸与实测的数据须进行校验，不得任意放线，并在管段上用标贴注明管线号。 在满足驳运、吊装的前提下，尽量提高预制的深度，减少现场焊接的工作量。 加工好的预制件应认真做好外观与内在质量检验，合格后利用高纯氮气进行吹洗，两头封口。 预制件的堆放，按系统、管段号进行分类，统一堆放至专用仓库，同时做好预制管道的产品保护。进行切管作业前确认管道表面无有害痕迹、破损，操作人员需使用擦拭布稀释 ＩＰＡ（异丙醇） 沾湿后，擦拭欲切割位置两侧约 ２. ５ｃｍ 范围，以签字笔标示切割位置。 切割管道横放水平固定，以防止切屑进入管内，管径≤ϕ１２. ７ｍｍ 的管道切割可使用不锈钢管道切管器；管径＞ϕ１２. ７ｍｍ 的管道切割应采用不锈钢管道洁净专用切割机，切割时，夹具要受力均匀，进刀应缓慢，防止管口变形，减少粉末的飞扬。切割时需要在管道的一端注入高纯氮气进行吹扫，另一端敞开通气，切割面位于下流方向，开启机器徐徐切入管道内部直到切透内凸 ２～ ３ｍｍ，然后顺时针转动马达 １ 周，切割即告完成。

结语

综上所述，伴随着半导体产业更新换代的发展，特殊气体的供应的难度不断增加，但是特气系统的安全性如何提升，如何在不降低系统安全性的前提下，更高效、经济的进行系统设计和规划将特气从业人员的一个挑战。

参考文献

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