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                      氣體知識

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                      半導體IC國產化急需電子氣體國產化的支持

                      2008-8-26 15:55:00

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                      目前世界半導體工業中心正在向中國轉移,然而發達國家將電子氣體,特別是一些關鍵氣體產品作為敏感電子化工材料,一直對我國實行技術封鎖。因此,大規模集成電路(IC)的國產化被列為我國“十一五”中長遠發展規劃,亟待電子氣體配套支持。
                            全國特種氣體信息中心常務理事長、大連光明化工研究設計院總工孫福楠教授在“2008中國工業氣體行業發展高峰論壇”上透露,中國最近進口硅烷(SiH4)、四氟化碳(CF4)、砷烷(AsH3)、氦(He)等氣體的價格一路上漲,論克出售的氣體產品成噸進口,市場出現了有價無貨甚至脫銷的局面。孫福楠教授指出,缺乏電子氣體原料的IC制造業正面臨無法正常運轉的危險。如果電子氣體全部依賴進口的話,將直接影響到我國的電子材料產業安全。大規模集成電路要實現國產化,首先要實現電子氣體的國產化。

                      電子氣體依賴進口
                      制約IC發展

                            電子氣體是IC產業最基本的材料,被稱為半導體的糧食、血液。電子氣體有上百種,目前國內最稀缺的主要有硅烷、砷烷等。最近幾年我國IC產業需要的電子氣體數量猛增,但一直依賴進口,導致電子氣體成為IC發展的瓶頸。
                            硅烷是電子氣體家族中用途十分廣泛的重要氣體,同其他硅源化合物相比,因獨具許多特性而被優先使用。但硅烷化學活性很強,易燃、有毒,制造難度大,價格昂貴。各國科學家一直試圖尋找硅烷替代品,但收效甚微。
                            我國的硅烷市場需求有幾百噸,但只有5噸的生產規模。目前國內市場硅烷價格論克賣,每克2.8元,而訂單都是以噸為計量單位。硅烷的制造技術被幾個發達國家掌握,其中最有代表性的UCC(美國聯合碳化物公司)工藝是目前普遍采用的方法。小松電子法也是一種制造工藝,同UCC法相比,技術相對簡單,投資較小,適合小規模的間歇生產,產品純度指標也不錯,完全可以滿足太陽能領域對硅烷質量的要求。小松電子法的致命弱點是產量不易提高。
                            由于砷烷具有劇毒性,造成進口不利,其市場價格已經達到每克10元人民幣以上。目前能制造砷烷的國家為數不多。我國有許多廠過去曾開展過砷烷的生產,相信新工藝會對烷類氣體技術的突破起到重大推動作用。

                      超純、超凈、超前是發展方向

                            氣體的質量對芯片制造可謂生死攸關。孫福楠教授透露,超純、超凈、超前是電子氣體發展的方向。
                            國外在提純方面的終極目標是將硅烷、砷烷的水、氧氣脫除到10-9的數量級。如日本、俄羅斯的專利技術是用高度活性的金屬同砷烷中的痕量水、氧氣反應,達到氣體凈化的目的。國產硅烷、砷烷所用的原料同國外差別很大,如國產無水液氨含有或積累大量的有機物,易導致電子氣體產生雜質。
                            我國近幾年在自動控制、設備加工制造領域的發展進步很快,尤其是低溫精餾技術的產業化,對硅烷、砷烷的提純十分有利。采用小松電子法生產的粗品硅烷,所含的雜質比較明確,若合成后再經過二次甚至多次凈化,其質量完全可以滿足太陽能技術的質量要求。
                            目前國際社會針對氣體安全及環境保護的呼聲很高,我國電子氣科研工作者對硅烷、砷烷等毒性氣體的安全環保必須給予超前的高度重視。對生產過程中的大量廢氣可以采用傳統的濕法技術,進行初步的無害處理。剩余痕量氣體可采用燃燒、裂解等工藝進行深度的解毒處理。目前國內在干法解毒方面已經解決了關鍵的技術問題。隨著技術不斷完善,該方法將日趨成熟。

                      電子氣體國產化完全可行

                            同工業氣體、標準氣體相比,我國電子氣體處于起步期。國內電子氣體制造和應用水平同國外相比盡管差距很大,但已完全具備了電子氣體產業化發展的先決條件。
                            我國擁有許多三氯硅烷(SiHCl3)生產廠,若將其中一部分SiHCl3進行歧化反應,制造硅烷、二氯硅烷(SiH2Cl2)產品是完全有可能的。我國早在20世紀70年代就已開展了SiHCl3合成、凈化、分析等領域的系列研究,并形成規?;纳a,最近兩年在四川、洛陽、宜昌等地先后投入巨資開工建設新廠。這為我國采用UCC法生產硅烷提供了極大的可能性。最近幾年,我國對低沸點氣體的精餾分離技術取得了長足的進步,為精餾分離提純硅烷提供了可能。
                            孫福楠教授呼吁,政府在產業布局上應兼顧IC產業鏈條的培育和形成,在專注IC發展的同時,通過政府支持、市場競爭相結合的方式,在短時間內徹底解決電子氣體依賴進口的問題。通過這些措施,真正實現我國電子氣體的產業化是完全可能的?!吨袊蟆?008.6.6 文/王亞麗

                       
                       
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