气体种类繁多，按组分或用途分类，已经达到250～300种：有永久气体(氢、氧、氮、氩、氦……)、高压液化气体(硅烷、磷烷、砷烷……)、低压液化气体(硒化氢、锑化氢、丙烷……)、大宗液化气体(空气、液化石油气、煤气……),MO源气体(三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝、三乙基铝……)和特种气体(包括电子气、焊接气、标准气、医用气、激光气、杀菌、杀虫和混合气)。特种气体又泛指电子气、高纯气体，而高纯气体主要指应用于电子(光伏、光纤……)工业，这样统称电子气，常用电子气体达几十种(表1.3，表 1.4)。

最新的电子信息技术已经进入到纳米时代，超大规模集成电路芯片的最小平均线宽已经到10～32nm。而目前芯片薄膜、光伏电池、光纤等的制造原材料主要就是高纯气体。除了氢、氧、氮、氩、氦等吹扫或背景辅助气体以外，就是硅烷、磷烷、硼烷、砷烷、三甲基硼、气态氟化物、气态氯化物等反应成膜、刻蚀气体。所有这些气体都要求纯度为5个9(5N,99.999％)，甚至6个9 (6N, 99.9999％)或7个9(7N, 99.99999％)的超高纯度气体。为了满足生产6N, 7N纯度电子气体的要求，必须建立一系列测试各种有害杂质到0.0001～0.1 ppm (0.1～100ppb )灵敏度的分析方法，否则将影响信息技术和能源工业的发展。

表1.3  按成分电子气分类

表1.4  按用途电子气分类

* MO源包括三甲基镓、三乙基镓、三甲基砷、三甲基铟、三乙基铟、三乙基磷、三甲基铝、三乙基铝……

晶体生长用气主要是以薄膜形式进行制造。这是因为在硅基衬底上多次反复制备各种性质的薄膜。薄膜能产生表面散射效应，以及薄膜具有较高的杂质和缺陷浓度，因此要求原材料气体的纯度高之又高。不是一般所提到的4N, 5N，而是6N、7N……

半导体气相沉积有物理气相沉积(PVD), PVD包括蒸镀、溅镀和离子镀。此外有分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)等几种生长晶体方法。这几种研制半导体薄膜的方法中，化学气相沉积具有比前几种物理方法沉积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广和设备简单等一系列特点。这几种方法几乎可以沉积集成电路所需要的各种薄膜。例如掺杂或不掺杂的二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅和难熔金属硅化物。现代的高频等离子驱动的化学气相沉积(PECVD)和金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)又和上述物理方法互相渗透和影响。下面就主要与气体有关的三种工艺MBE, MOCVD和ALD介绍如下。

在比较理想的表面净化和超高真空条件下，分子束外延(MBE)是可以在比较低的温度下外延生长，如硅可以在200℃以下的低温生长。该装置包含外延真空室、分子束源、超高真空系统，以及俄歇谱仪、四极质谱仪、电子衍射能谱仪和微观、表面分析监控仪器等多种分析仪器，这些分析仪器能实时控制薄膜生长的情况，见图1.3。

MBE快速发展于20世纪90年代初，其最大应用是制造砷化镓异质结构，这种方法具有生长出半导体器件级质量膜的能力，生长厚度有原子层级精度。MBE系统要求超高真空(接近10^-10 Torr(1 Torr-1.33322×10²Pa)，因此MBE系统(包括垫圈)要求在150～250℃条件烘烤，就是为了降低痕量水的污染。当系统在空气中暴露时，系统必须经过近一周时间的烘烤。

图1.3  分子束外延生长装置原理图

MOCVD工艺发展几乎与MBE同一时间，它的关键是MO源镓、铟、铝(Ⅲ A族)的烷基化合物和砷烷(V A族)气体的纯度。其中砷烷是典型的V A族氢化物源，代替砷烷的是叔丁基砷烷(TrItiary Butyl Arsine, TBA)，其毒性与砷烷接近，不过它是以液态存储，相对比较安全(图1.4为MOCVD生长系统流程图)。

图1.4  MOCVD生长系统流程图

MOCVD的特点是使用蒸气压较高的ⅢA族元素的金属烷基化合物的蒸气来向基片上输送AI,Ga,In等金属原子；使用VA族元素As, P的氢化物，通过化学反应，生成ⅢA-VA化合物。图l.4中上端为ⅢA和ⅡB族元素；下端为Ⅳ A , V A和Ⅳ A族元素。