本文审查了半导体扇区的氢气供应基础，并引入了用于生产在全球50多个半导体设施中使用的半导体器件的氢载气供应的现场方法。现场氢气可以提供：
- 对所有反应堆入口净化技术有足够的压力
- 采用超纯气体，达到最佳工艺效果
- 真正的零库存设计-氢是产生的，因为它是使用的过程
- 与储存的氢技术相比，压力较低，去除自燃危险
- 能够通过降低进口气体净化成本来节省资金
- 消除在存储系统变化期间将氧气引入管道的风险
半导体生产中的氢气
半导体工艺，包括外延，使用活性气体和含有高纯氢的载气流来生产半导体器件。载气流中含有氢气，可以清除和减少残余氧气，保护设备免受氧气损害。
增长的复合半导体和太阳能电池市场不仅在当前光子制造设施中推动了更高的运营率，而且还为新的和扩展设施创造了机会。
这些设施必须与所需的载体和活性气体构成的复杂安全问题竞争。由于它们具有高度危险的特性，用于外延的过程气体具有独特的挑战。这些气体中的许多都是有毒的，而有些气体是一种清醒的。
这些物质受严格的使用和储存限制。易燃氢气的结合储存和设施中的毒物过程气体使延迟允许，也是一个很好的关注问题。
设施运营商，无论是初创公司，学术设施还是建立的光子专业制造商，都在寻找减少危险的方法，但最终每次危险都意味着到经营许可证的速度更快，昂贵的路线。
洗涤器、煤气库和煤气柜是典型的解决方案，是一种昂贵但有效的减少泄漏危害的方法。对于外延过程中对腐蚀性工艺气体的要求，我们无能为力;工艺气体是该技术的关键组成部分。
然而，可以防止的一件事是需要储存大量的易燃氢载气。通过减少储存的氢气的库存，可以减少可燃性危险以及整体危害程度。
供应外延氢的常规方法是使用储存的氢气，通常是圆柱形或管拖车，偶尔液体氢气。所有储存的氢技术都使用在其他地方生产的氢气，并交付给客户的位置。
根据交付的氢气供应方法，必须在现场储存足够的氢气，以满足两到四周交付之间的工艺要求。储存的氢气，范围从3,000到1,000,000标准立方英尺，并保持在压缩到2400 psig，本身会产生重大危害。
为什么氢优选半导体加工中的替代气体
许多半导体工艺使用氢气，从载气中用于将活性掺杂气体传送到覆盖气体以进行炉子处理。半导体应用使用几种独特的氢性质：
- 非常高的传热能力
- 减少气体 - 氧气去除
- 适度的成本
- 低压下降的低密度
氢的能力对于晶圆退火、烧结、半导体制造、半导体封装和许多其他半导体操作都很重要。与氮、氩、氦或其他惰性气体相比，氢具有更好的除氧性能、极低的密度、优越的传热性能，与稀有气体或氦相比，价格相对较低。
储存氢的问题
与所有其他易燃气体一样，氢气受到一系列可接受的做法和规定。在美国，氢气安全的大多数指南都是基于国家消防协会，发表了在使用氢的地点的工业实践指导方针。
NFPA标准55，储存，使用和处理压缩气体和低温流体的便携式和固定容器，钢瓶和储罐的标准是NFPA氢储存的主要参考。
这篇文章概述了储存氢系统的选址和操作要求，无论是液态氢，钢瓶，或气体储存管。保险公司和政府许可机构通常会根据NFPA的指导方针做出决定和指导。
在设施中的变更或运营可能受到管辖权（AHJ），通常是当地政府机构的地方管理局的监管。最高政府设施或学术机构的运作可能是由内部AHJ进一步监管的，如州立大学的消防法警办公室。定期安全检查通常由AHJ进行，以确保操作符合本地代码，并授予许可证。
对于许多新的或增加的半导体氢气用户来说，很难获得和遵守有关使用和储存气体的指导。半导体制造设施使用掺杂气体的形式与其他发酵液易燃物和毒物一起使用的氢气。
额外的危险进一步复杂化并练习安全运营程序。本地AHJ将无法为设施设计合规实践。如果已经开发的是可以接受的，他们会建议他们的建议，但合规性程序的设计是设施问题。
氢储存的一个挑战，尤其是对于新建的、不断增长的或学术性的设施来说，是有几套适用的、偶尔相互矛盾的规则。最终，当地的AHJ是“决策者”。您不能操作，除非您的操作符合当地AHJ的意见。
通过消除大量储氢，现场氢气产生可以使符合适用规则的风险和成本最大限度地减少并减少混乱。
氢纯度水平
一些半导体处理操作需要高气体纯度;其他人那么那么。必须理解每个操作的确切纯度和杂质要求，以防止险苦的纯度（以制造不良产品的风险），或过度盈纯度（在额外支付原材料和影响盈利的罚款处）。亚博网站下载
应指定分析（％纯度），并应确定关注的污染物。在美国工业工业中，商业纯净水平由压缩气体联合定义;日本由日本工业和医疗气体协会;并在欧洲由ISO和欧洲工业天然气协会。
美国标准定义了氢质量的7个行业标准规范——液化氢的3个纯度级别，气态氢的4个标准质量级别。由于特殊的生产过程，液化氢往往比气态氢纯度高得多。这是因为在液氢液化过程中，气态氢中的氢杂质被冷凝并消除。
与cga定义的标准工业生产等级相反，气体供应商对气体纯度等级有自己的营销术语，如超高压、超精密、半级和预净化。由于每个供应商都有自己的术语，销售等级之间无法直接进行比较。
必须从您的供应商中选择一级气体，以满足用户对特定污染物的测定的要求。例如，燃料电池应用对氮含量免疫，但最小的CO可能会破坏。
相反，在一些化合物半导体应用中需要接近零氮含量。必须理解的是，污染物的物种和类型可以是或更重要的，而不是％测定。完全理解需要陈述％测定要求，也是不允许存在的杂质类型。
由于现有供应系统物流，提供给美国客户的大多数氢气作为液态氢从氢气源分布到工业气体储物，然后作为高压气体蒸发成圆柱体和管拖车，用于局部递送。因此，大多数氢气用户通常接受几乎液体质量的气态氢。
基本上，大多数用户经常得到高度纯净的氢气，无论他们订购了什么成绩。这自然而然地建议为什么如果可以获得良好的东西，没有保费成本？
然而，如果供应源移位或从气态氢源产生的物流变化和气态氢气输送到客户，则气态氢气使用者的液态氢纯度可以成为问题。虽然产品将符合购买规范，但它可能会扰乱生产程序。客户获得了他们所支付的费用。
氢气主要用于工业应用，但半导体施加了所有主要氢应用的最严格的纯度要求。半导体氢的用户应考虑其纯度要求，并购买满足其要求的氢等级。如果购买了较低等级的氢气，则用户可能会发现一天提供“正确”等级的天然气，并且其过程受到影响。
纯洁成本
大多数半导体工艺是由在实验室工作的科学家开发的。在工艺开发过程中，技术人员使用的气体服务于他们的实验室，通常是高纯度的气体，以满足实验室的最高纯度要求。
开发过程后，考虑到过程产量以及天然气成本考虑，值得注意地分析实际过程要求，以指定符合该过程需求的最经济的气体。但是，提供超过过程要求的纯度不适用于任何目的。
在美国，供应商业销售的氢气从工业级（99.95％的测定，-65C露点，没有其他污染物鉴定）到Ulsi或半等级产物99.99999 +％纯度，具有严格的定义和限制所有存在的污染物。应选择满足流程要求并适合预算的等级。
虽然价格将基于每月使用率和地理位置的价格差异，但有一个有用的经验法则是，每次采购纯净的额外“九”的价格都是双倍的。因此，如果99.95％的纯度费用〜12/100美元，那么99.99％的费用为25/100美元，99.999％的费用50美元/ 100个SCF，99.9999％的费用100/100 SCF，99.99999％的费用〜200美元/ 100美元。
在氢使用工艺商业化后，使用者应该对氢质量的定义采取积极的态度，不要因工艺的需要而支付超过必要的费用。
氢气纯度认证
当客户购买更高的纯度氢气时，差异可能并不完全清楚
- 气体分析如何确定？
- 这是否意味着氢气以某种方式被特别“清洗”以适应这一过程?
- 分析证书应用于氢气钢瓶是什么意思?
- 分析证书提供了哪些保证？
在氢源终端的充氢过程中，管拖车或钢瓶被装入散装的高纯氢(通常是汽化的液氢)。
虽然使用高纯度氢气来填充大多数汽缸，但它不是电子等级。通常，电子级圆柱体填充在使用电抛光液体氢气罐和气瓶，以及高纯度泵，气体和液体线和配件的专用设施中，并进行进一步填充仔细检查。
美国只有少数各种设施可以在美国和电子级氢气瓶中发货，长距离供货。因此，电子级氢气缸通常为每个气缸花费300美元以上。
钢瓶氢气可能有几种类型的质量验证，客户应该知道他们购买的是什么。目前，许多氢供应商以托盘方式填充氢钢瓶，他们假设所有钢瓶都被填充相同的氢。
如果气缸已经准备或清洁，并且所有填充线和配件保持清洁，则每个气缸中填充的氢气应与所有其他气缸相同。用于填充汽缸的进入气体可以通过氢供应商进行采样和分析，然后将使用该分析作为输送的气体质量的量度来使用。
或者，更昂贵的是，供应商可以分析每组的一个气瓶，他们将使用该分析作为该批的典型分析。
一个圆柱分析，表示所提供的每个气缸的内容是最昂贵的选择。由于每个分析可能会使供应商向上的数小时成本，以执行电子标准（检测水平越低，分析运行越长），每个气缸的成本也可以基于客户所需的分析保证类型增加。
虽然可以通过管拖车递送减少要清洁，填充和检查质量的容器的数量，但它也介绍了妥协。通常，管拖车和管芯不适用于电力研磨内部，这意味着污染可能存在于多孔磨机中的管组件的内部。
为了防止湿气或空气进入，在将气体从运输车辆供应到客户的存储管时，需要仔细执行。
与交付氢气相比，现场氢气消除了对氢气压缩/液化、储存和输送的要求。它还防止了固定和疏散氢气管道的需要，提供了通过现场氢气供应发电机向工艺提供稳定的氢气的信心，在相同纯度的氢气在发电机中制造。
买它更纯洁或清理它？
极高纯度的氢可由最高纯度的半导体应用程序指定。净化器也可以包括在设施的氢气系统作为保护床，以使产品不受不纯氢气的污染。
对于设备操作人员来说，这些净化器是作为保护床而不是净化器，因为净化器的作用是清除气体中的杂质，而保护床则是保险政策的最后选择，以防止不良气体进入工艺过程。一旦质量合适的气体被输送到工艺中，就会使用一个保护床，以防止“百万分之一”的情况对系统造成损害。
如果进入的氢气中杂质的水平或类型是未知的，那么行业对气体保护床的态度是合理的。对于交付的氢气，用户必须相信这是事实，因为在包装、转移保管、运输和室内管道程序的各个区域都可能发生污染。然而，用户要做最坏的打算，使用防护床来保护产品和工艺免受氢气污染。
但是，如果半导体用户对进入的氢气质量及其精确的组成相信，以及用户不必担心包装，管道或运输相关污染问题，那么怎么办？在这种情况下，用户可能希望使用净化器作为清洁方法 - 用于将送氢的抛光剂抛光到所需的氢纯度，就像用于净化已知组合物水的水净化系统，以更高的纯度规格通过消除已知的污染。
在这两种情况下，进入的气流应该是相对均匀和一致的，这样就可以对净化系统进行配置，以满足特定的任务要求。
化学盒气体净化系统与钯纯化
半导体使用有两种主要的气体净化方法 - 钯合金净化器和化学污染物清除筒。这些方法以不同的方式工作。
钯合金净化器是优异的氢过滤器。当加热到300至400℃，所述钯金属膨胀的晶格结构，但是刚好够通过该结构，以使氢分子行进，同时保持所有后面的更大分子。
钯合金净化器能够去除所有的氢污染物，无论是已知的或未知的成分，几乎与污染水平无关(如果存在某些污染物，可以从钯合金净化器的上游去除，以防止过热)。
就工艺保险和通用性而言，钯合金净化器可能是优选的，但购买，安装和操作它们是昂贵的。此外，它们受到过程扰乱的损坏，并且还在它们所服务的氢气供应管线中引入50+ Psig压降。
化学药剂盒的工作原理是与气流中的某些污染物发生反应并使其固定。物理或化学反应都可能发生。为了去除气流中的每一种污染物，需要在化学药剂盒中加入适当的化学“拮抗剂”。
为了使用化学滤芯方法，用户应该知道气体中将发生什么。如果化学盒含有没有设计的杂质，则它将允许杂质通过而不会移除，或者污染物本身可以剥夺盒的所需能力去除另外的杂质。
通常，化学盒在氢气系统中引入小的压降，并且最初是低价格，但如果在清洁纯净气流后，如果选择不良的盒式耗尽，则成本可以快速增加。
如果将气体系统提供已知组合物的氢气，并且用户知道其过程所需的精确氢纯度，那么最具成本效益的方法是提供一种化学氢清理模块的工程化系统，以使污染物低于关注的污染物等级。该系统设计提供了一种坚固，低成本的系统，可预测的寿命，提供优选纯度的氢气。
储存的氢气系统与现场生产
通常情况下，小型氢用户和初创企业使用钢瓶提供的氢，因为这是他们在开发各自的工艺时首选的方法。钢瓶氢气每月的利用率可达30000 scf。从高纯度用户的角度来看，气瓶有利有弊:
- 可以专门处理气缸的气体等级，例如，电子级气瓶被清空，经受真空，并在用气体重新填充之前烘烤。这样，没有来自客户的气体会影响随后的客户来获得气缸。通常，较低的等级填充在现有气体的顶部。
- 汽缸本身可以开发以改善保持内部的气体的纯度 - 用于最高纯度气体等级，采用电抛光汽缸。
- 汽缸提供了几乎可变的氢气供应方法。虽然气缸用作低成本的储存机制，但它们提供相对高的成本氢气。
尽管用于制造氢的特定技术，但在现场氢气产量消除了许多可能意外地污染清洁氢的可能性。现场氢气通过去除填充，容器化和交付步骤来克服常见的污染来源。
在用户位置，现场氢通过生产设备，通过纯化/保护床系统或适当的分析设备直接从生产设备发送到所用过程中。app亚博体育在现场氢气中消除了污染的关键风险点，从而消除了制造和破坏连接。
为什么选择现场？
现场氢气生产是可行的，因为它可以实现成本效益，并产生的原材料质量适合使用。由于运输成本的上升、储存容量的限制、天然气价格的波动，以及许多生产商需要独立于外部影响，现场越来越受青睐。
由于其压力能力和高纯度，将氢气与半导体加工提供给半导体加工的一个关键益处是PEM电解供应。现场供应消除了可能导致空气进入和泄漏连接的人类因素，除去储存大量易燃氢的需要，可用的最高纯度氢，防止需要订购Manhandle，管理，移动和连接或断开易燃氢气瓶。
结论
- 了解过程要求，并根据过程临界测定和污染物进行氢
- 如果纯度和成本符合工艺要求，考虑现场氢气
- 减少氢库存以最大限度地减少工艺危害
该信息已采购，从NEL氢气提供的材料进行审查和调整。亚博网站下载
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