我国半导体产业和面板产业维持较高的景气度，三氟化氮作为面板、半导体生产加工过程中必不可少、且用量最大的特种电子气体，具有广阔的市场空间。

从市场竞争格局来看，长期以来，三氟化氮的生产和销售厂家集中在国外几家气体公司。其优势为产能大、品种齐全，劣势在于原材料均由中国国内采购，生产成本和运输成本比较高。

由于生产NF3气体的主要原料大部由国内供给，且半导体产业生产和消费中心向中国大陆转移，决定了NF3未来生产向中国大陆转移的趋势。

常用的含氟特种电子气体有六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)、四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、三氟化氮(NF3)、六氟乙烷(C2F6)和八氟丙烷(C3F8)等。三氟化氮（NF3）主要用途是用作氟化氢－氟化气高能化学激光器的氟源，在H2-O2 与F2之间反应能的有效部分（约25%）可以以激光辐射释放出，所 HF-OF激光器是化学激光器中最有希望的激光器。

三氟化氮是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，对硅和氮化硅蚀刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳与氧气的混合气体有更高的蚀刻速率和选择性，而且对表面无污染，尤其是在厚度小于1.5um的集成电路材料的蚀刻中，三氟化氮具有非常优异的蚀刻速率和选择性，在被蚀刻物表面不留任何残留物，同时也是非常良好的清洗剂。随着纳米技术的发展和电子工业大规模的发展技术，它的需求量将日益增加。

三氟化氮（NF3）作为含氟特种气体的一类，是市场容量最大的电子特种气体产品，其常温下具有化学惰性，高温下则比氧气更活泼、比氟更稳定，且易于处理。

三氟化氮主要用作等离子蚀刻气体和反应腔清洗剂，适用于半导体芯片、平板显示器、光纤、光伏电池等制造领域。

和其他含氟电子气体相比，三氟化氮具有反应快、效率高的优点，尤其在对氮化硅等含硅材质的蚀刻中，具有较高的蚀刻速率和选择性，在被蚀刻物表面不留任何残留物，同时也是非常良好的清洗剂，而且对表面无污染，能够满足加工过程需求。

随着半导体、显示面板行业生产及消费重心逐渐向中国大陆转移，加上主要原料均由国内供给，两头在内的产业链格局决定了三氟化氮生产应用向国内转移是大势所趋。

三氟化氮（NF3)主要生产方法

目前三氟化氮工业化生产主要有两条路线,一是合成法:将氟化氢铵在镍制反应器中加热,氟气、氮气和氨通过分布器进入反应器直接氟化反应。二是电解法:在一定温度下,电解熔融的氟化氢铵,电解过程中阳极产生三氟化氮,阴极产生氢气。我国三氟化氮生产厂家的生产方法为上述两种方法。其中化学合成法安全性高，但具有设备复杂、杂质含量多的缺点；电解法更容易得到高纯度产品，但存在一定的浪费和污染。

目前，日本与国内生产高纯三氟化氮的厂家大多采用NH4H氟气熔融盐电解法，而欧美国家则一般采用直接化合法。

直接化合法

直接化合法生产NF3的反应分为三种方式:气-气反应、气-液反应、气-固反应。但是气-气反应即氟与氨气直接化合反应生成NF3的收率低,并且工艺过程不易控制,所以工业上主要采用后两种方式(气-液反应与气-固反应)生产三氟化氮。国内外企业在中国申请或授权的关于三氟化氮制备方法的专利有14项。

电解法

工业上电解法生产NF3主要是电解熔融的NH4F·xHF。NF3的电解工艺已经比较成熟,一些国外公司均使用电解法生产NF3。

在电解过程中,阳极生成F2。为了降低电解中生成的F2量及电解液挥发的HF量,电解液中NH4F电解反应比例需过量,NH4F和HF的物质的量比为1.1～ 1.5。电解温度大约为100～ 120℃,此温度不仅保证电解液中离子能够快速向电极移动,又保证气体能迅速脱离电极表面,快速溢出电解液。

电解电压为6.7～ 7.2 V,电流密度大约为0.01～ 0.32 A/mm2。电解槽的生产能力与电解有效面积和电流密度密切相关,电流密度的大小直接影响NF3的产率,当电流密度小于0.01 A/mm2,Ni的沉积速率小,但NF3气体的产率也很小;电流密度大于0.32 A/mm2,虽然会提高NF3气体的产率,但电解温度不易控制,且容易发生爆炸,使电解过程不稳定、不安全。

为了提高电解槽的电流效率,在电解过程中向阳极底部鼓入惰性气体,促使电解液的流动,这样可使电流效率提高10%左右。

三氟化氮（NF3）的主要应用

IC方面：由于作为半导体工业中气体清洗剂的全氟烃(PFC)对环境有害,近年来有逐渐被三氟化氮(NF3)取代之势。使用NF3作为化学蒸气沉积(CVD)箱清洗剂,与全氟烃相比,可减少污染物排放量约90%,且可显著提高清洗速度,从而可提高清洗设备能力约30%。

LCD方面：NF3还可用作蚀刻剂,也用于液晶显示器(LCD)的加工。为此,近年来NF3需求量急剧增长,90年代中期全球年用量不到46t, 2013年为5100吨。为满足日益增长的需求,世界各生产商均在积极扩大生产能力,预计每年将继续增长约15%。但是三氟化氮(NF3)的GWP值高达10800,今后的发展可能会为此受到一定的限制。

太阳能电池：NF3作为蚀刻和清洗气体也在太阳能电池制造行业广泛应用。

NF3是一种低毒物质，对人体有严重危害。它具有强氧化性，可与还原剂发生剧烈反应，引起燃烧和爆炸。高温能导致其分解甚至爆炸。同时，NF3也对眼睛、皮肤和呼吸道粘膜具有强烈刺激作用，并能腐蚀组织。长期接触高浓度的NF3会导致头痛、呕吐和腹泻，而长期接触低浓度的NF3会损伤牙齿和骨骼，引发牙齿黄斑变性和骨骼畸形等问题。微电子工业硅片刻蚀气体三氟化氮NF3的作用：NF3在硅片刻蚀中具有重要的作用，它能够高效而精确地刻蚀硅片，满足微电子工业的需求。NF3是优良的等离子体刻蚀气体，通过与硅片表面的氧化层反应，生成氟化硅，从而实现硅片的刻蚀。其刻蚀速率和刻蚀精度都比较稳定和可控。微电子工业硅片刻蚀气体三氟化氮NF3刻蚀工艺流程：1、气体充填将NF3引入刻蚀室中，确保刻蚀室内的NF3浓度达到所需水平。2、预处理在刻蚀之前，通常需要对硅片进行预处理，如清洗和去除表面杂质。3、等离子体激活通过电离等离子体激活硅片表面，增加刻蚀反应的速率和效果。4、刻蚀将预处理后的硅片置于刻蚀室中，与NF3进行等离子体刻蚀，实现硅片的精确刻蚀。5、清洗刻蚀完成后，需要对硅片进行清洗，去除残留的刻蚀物质和杂质。6、检测和质量控制通过检测硅片的表面质量和刻蚀精度，确保刻蚀工艺的稳定性和可靠性。微电子工业硅片刻蚀气体三氟化氮NF3对人体的危害：1、刺激作用接触NF3可引起眼睛、皮肤和呼吸道粘膜的严重刺激，造成不适和疼痛感。2、腐蚀作用NF3具有腐蚀组织的能力，长时间接触会对人体的眼睛、皮肤和呼吸道造成伤害。3、毒性作用长期吸入高浓度的NF3会引发头痛、呕吐和腹泻等症状，对人体健康造成严重威胁。长期吸入低浓度的NF3则会对牙齿和骨骼产生损害，导致牙齿黄斑变性和骨骼畸形等问题。4、强氧化性NF3具有强氧化性，能与还原剂发生剧烈反应，引起燃烧和爆炸。同时，接触易燃物质和有机物也会引发剧烈反应，甚至导致火灾和爆炸。

NF3最初是通过电解氟化氢和氟化铵的熔融混合物制成的，现在也可以通过氨与氟的反应来制造NF3；即使在理想条件下，2%～3%的NF3也可能在生产阶段泄漏或逸出到大气中。NF3是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，对硅和氮化硅蚀刻，采用NF3比四氟化碳（PFC-14）和PFC-14与氧气的混合气体有更高的蚀刻速率和选择性，而且对表面无污染，尤其是在厚度小于1.5um的集成电路材料的蚀刻中，NF3具有非常优异的蚀刻速率和选择性，在被蚀刻物表面不留任何残留物，同时也是非常良好的清洗剂。随着纳米技术的发展和电子工业大规模的发展技术，它的需求量将日益增加。

过去10年大气中NF3浓度变化

NF3和CF4、C2F6等气体都属于超级温室气体。使用这些气体的企业为了降低排气对气候变化的影响，在排放含氟废气前，可以高温将气体分解，达到废气无害化的目的。

据悉，SK Specialty公司已经开发完成了三氟化氮的替代产品F3NO，旨在减少温室气体排放，加强行业竞争力。F3NO在大气中比NF3更容易分解，因为其分子中的N=O键削弱了N-F键。实验结果证明，在相同条件下，F3NO/Ar等离子刻蚀过程中氧化硅的刻蚀率约为NF3/Ar等离子刻蚀的94%，氮化硅的刻蚀率约为NF3/Ar等离子刻蚀的76%。

文章转载于《AIOT大数据》，非商业用途，仅作为科普传播素材。