半导体溅射工艺中氢气浓度检测解决方案

半导体溅射工艺作为芯片薄膜制备的核心环节，常需使用氢气作为特殊工艺气体或设备清洗气体，而氢气极易燃，在真空溅射室等密闭环境中，微量泄漏就可能引发燃爆隐患，严重影响工艺稳定性与生产安全。工采网将系统解析溅射工艺的关键环节，分析氢气的安全风险，并提出基于双传感复合监测技术的专业解决方案。

半导体溅射工艺概述

半导体溅射工艺（Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，也称为物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）。该技术通过在真空环境下，将高能粒子射向靶材，使靶材表面的原子或分子得到解离和释放，然后在衬底表面形成一层物质膜，从而实现对衬底表面的改性和薄膜制备。这一过程需要精确控制多个参数以确保薄膜质量。

溅射制程包括以下关键步骤：首先是抽真空，将溅射腔室抽至高真空状态，压强一般在 10⁻⁶ - 10⁻⁹ Torr 范围。这一步骤可减少杂质气体对薄膜质量的影响，保证溅射原子或分子在衬底上均匀沉积。接着，在达到所需真空度后，向腔室内通入氩气等工作气体。氩气在电场作用下被电离，产生的氩离子在电场加速下轰击靶材。最后，靶材原子被溅射后在衬底表面沉积形成薄膜，在此过程中，溅射功率、气体流量、衬底温度等参数都需要严格控制。

半导体溅射工艺中氢气（H₂）的特性和安全风险

在半导体溅射工艺中，氢气（H₂）常用于某些特殊薄膜沉积（如金属、硅化物薄膜）或作为设备清洗气体。然而，氢气的物理化学特性带来了显著的安全挑战。

氢气（H₂）：氢气是一种常见的用于某些特殊溅射工艺或设备清洗的气体。它具有极易燃的特性，其燃烧范围很宽，在空气中的体积分数为4.0% - 75.6%时，遇到火源就会发生剧烈燃烧。在半导体制造环境中，即使是一个小的静电火花或者高温表面，都可能引发氢气燃烧，导致火灾甚至爆炸。例如，当氢气泄漏到一个封闭的、有潜在火源的空间（如电气设备附近）时，危险系数会急剧上升。

双传感复合监测技术解决方案

针对半导体溅射工艺 “低压环境数据漂移、多气体干扰误报、高温场景稳定性差” 三大痛点，工采网建议采用双传感复合监测技术：融合 “催化燃烧 + 热导式” 双传感器，覆盖爆炸极限监测 0-100% LEL与高纯氢气纯度检测99.999%-100%全量程。其中催化燃烧氢气传感器快速响应，可快速捕捉 PVD 腔体泄漏的微量氢气(低至 0.1% LEL);热导式氢气传感器高分辨率，可以精准监测作为载气的高纯氢气纯度，确保薄膜沉积质量。

催化燃烧型氢气传感器TGS6812：TGS6812-D00是催化燃烧式的气体传感器，可以检测100%LEL水平 的氢气，此传感器具有精度高，耐久性与稳定性好，快速响应、线性输出的特点，不仅可监测氢气，还可以用于检测甲烷与LP气体。这对于固定式燃料电池将氢气作为可燃气体时的泄漏检测是个非常优秀的方案。特点： 线性输出、使用寿命长 对酒精灵敏度低、对氢气、甲烷与LP等物质有较高灵敏度

热导式气体传感器XEN-5320-HP通过测量气体导热系数变化判断氢气浓度，适用于宽量程检测（从100ppm到100%的氢气浓度），响应速度快T90＜3s、稳定性高，且不受可燃气体中毒影响。该类传感器普遍用于工业环境、研发及医疗领域中氢气、氦气、二氧化碳等二元或多组分气体的比例监控与泄漏检测。