气体特性及系统简介

课程内容：大宗与特殊气体特性介绍

一、大宗气体种类：

半导体厂所使用的大宗气体，以台积厂常见有：CDA、GN2、PN2、PAr、PO2、PH2、PHe等七种。

二、大宗气体的制造：

CDA / ICA (Clean Dry Air / Instrument Air)：

CDA之来源取之于大气经压缩机压缩后除湿，再经过滤器或活性炭吸附去除粉尘及炭氢化合物以供给无尘室CDA/ICA (Clean Dry Air)。

GN2 (Nitrogen)：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经过触媒转化器，将CO反应成CO2，将H2反应成H2O，再由分子筛吸附CO2、H2O，再经分溜分离O2 & CnHm。

N2=-195.6℃，O2=-183℃。

PN2 (Nitrogen)：

将GN2经由纯化器(Purifier)纯化处理，产生高纯度的氮气。

一般液态氮气纯度约为99.9999﹪，总共是6个9。

经纯化器纯化过的氮气纯度约为99.9999999﹪，总共是9个9。

PO2 (Oxygen)：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氧，再除去N2、Ar、CnHm。另外可由水电解方式解离H2 ＆ O2，产品液化后易于运送储存。

PAr (Argon)：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氩气，因氩气在空气中含量仅0.93﹪，生产成本相对较高。

PH2 (Hydrogen)：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0﹪以上纯度之氢气。另外可由水电解方式解离H2 ＆ O2，制程廉价但危险性高易触发爆炸，液化后易于运送储存。

PHe (Helium)：

由稀有富含氦气之天然气中提炼，其主要产地为美国及俄罗斯。利用压缩机压缩

冷却气体成液态气体，易由分溜获得,Helium=-268.9℃。

三、大宗气体在半导体厂的用途：

CDA：

CDA主要供给FAB内气动设备动力气源及吹净(purge)，Local Scrubber助燃。ICA主要供给厂务系统气动设备动力气源及吹净。

N2：

主要供给部分气动设备气源或供给吹净、稀释、惰性气体环境及化学品输送压力来源。

O2：

供给ETCH制程氧化剂所需及CPCVD制程中供给氧化制程用，供给O3

Generator所需之氧气供应及其它制程所需。

Ar：

供给Sputter制程，离子溅镀热传导介质，Chamber稀释及惰性气体环境。

H2：

供给炉管设备燃烧造成湿氧环境，POLY制程中做H2 BAKE之用，W-PLUG制程中作为WF6之还原反应气体及其它制程所需。

He：

供给化学品输送压力介质及制程芯片冷却。

大宗气体(BULK GAS)虽然不像特殊气体(SPECIALITY GAS)，有的具有强烈的毒性、腐蚀性。但是我们使用大宗气体时，仍然要注意安全。GN2、PN2、PAr、PHe具有窒息性的危险，这些气体无臭、无色、无味，如大量泄出而相对致空气中含氧量（一般为21﹪）减少至16﹪以下时，即有头痛与恶心现象。当氧气含量少至10﹪时，将使人陷入意识不清状态，6﹪以下瞬间昏倒，无法呼吸，6分钟以内即死亡。PH2因泄漏或混入时，其本身之浓度只要在H2之爆炸范围(4%－75%)内（如对空气），只要一有火源，此气体乃会因相混而燃烧。PO2会使物质易于氧化产生燃烧，造成火灾的不幸事件。

二、特殊气体类别：

半导体厂所使用的特殊气体种类繁多，约有四五十种，依危险性可区分为以下数类：

（一）易燃性气体：

有些气体当因泄漏或混入时，其本身之浓度只要在某一范围内（如对空

气），只要一有火源，此气体乃会因相混而燃烧，此称为该气体之爆炸

范围。如：

SiH4 之爆炸范围为 1.35%－100%

SiH2Cl2 之爆炸范围为 4.1%－98.8%

PH3 之爆炸范围为 1.32%－100%

AsH3 之爆炸范围为 5.1%－78%

B2H6之爆炸范围为 0.84%－93.3%

NH3 之爆炸范围为 15.5%－27%

H2 之爆炸范围为 4%－75%

（二）自燃性气体：

有些气体，一与空气相混，即使没有火源也会自燃起火，此称为自燃性

气体，一般其起火点在常温以下。自燃性气体有：SiH4、PH3、B2H6、

等为主要气体。

（三）毒性气体：

一些气体由于其反应性很强，对动物（含人类）的呼吸、黏膜、皮肤等

功能有强烈影响。毒性气体特性如附表。

（四）腐蚀性气体：

有些气体与水份一作用，即水解后产生HCl或HF等酸化物，对人体（如

含水之眼睛、鼻子、皮肤、呼吸系统等）及设备（如管或阀）多少有腐

蚀作用，而腐蚀性气体有下列：

1.HCl、Cl2、SiH2Cl2、SiH2Cl3、SiCl4、BCl3

2.BF3、SiF4、WF6

3.NH3

（五）惰性气体：

如N2、Ar、He、CO2、CF4、C2F6等气体，无臭无味，如大量泄出而相

对致空气中含氧量（一般为21﹪）减少至16﹪以下时，即有头痛与恶

心现象。当氧气含量少至10﹪时，将使人陷入意识不清状态，6﹪以下

瞬间昏倒，无法呼吸，6分钟以内即死亡。