Водород для полупроводников: краткий патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о высокочистом водороде.

Где используется водород?

В мире полупроводниковой промышленности водород играет ключевую роль. Он применяется в различных процессах, начиная от очистки и травления кремниевых пластин до пассивации поверхности и восстановления оксидных слоев.

Добавление водорода также может продлить срок хранения важных электронных химических веществ, таких как диборан (B2H6) и дигерман (Ge2H6). Это особенно важно, так как эти вещества медленно разлагаются при хранении. Водород, благодаря своей способности предотвращать разложение этих веществ, играет роль консерванта.

В маркетинговом исследовании ^[1] Global Electronic Grade High Purity Hydrogen Market Professional Survey by Types, Applications, and Players, with Regional Growth Rate Analysis and Development Situation, from 2023 to 2028 указаны основные игроки:

• Hunan Kaimeite Gases;

• Sumitomo Seika Chemicals Company;

• Nippon Sanso Holdings Corporation;

• Air Products and Chemicals;

• The Linde Group;

• Heyuan Gas;

• Jinhong Gas;

• Guangdong Huate Gas;

• Sinopec Maoming Petrochemical.

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано более 67000 документов на март 2025 по hydrogen H01L. Больше всего патентов у Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. ^[2] (13,9%) и Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd ^[3] 株式会社半導体エネルギー研究所 ^[4] (10,3%). Последняя принадлежит патентному королю Японии Ямадзаки Сюмпэю. Ему мы уже посвятили отдельный материал ^[5] на Хабре.

Но все-таки безусловное лидерство за мировым лидером по производству чипов Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Примеры их патентов:

• Bonded semiconductor devices and methods of forming the same US11996383B2;

• Method for cleaning via of interconnect structure of semiconductor device structure US9761488B2;

• Method for fabricating metal gate devices and resulting structures ^[6] US10714587B2.

А что же в России?

В базе ФИПС поиск по запросу «водород H01L» выявил 251 патентов РФ на изобретение, из которых 68 действующих. Примеры:

• №2323503 ^[7] Способ обработки поверхности монокристаллической пластины кремния, ООО «Кристалл» (Санкт-Петербург);

• №2458429 ^[8] Способ получения тонкопленочного медно-германиевого соединения, ЗАО «НПФ «Микран» (Томск);

• №2545295 ^[9] Способ химико-механического полирования пластин арсенида галлия, ОАО «НПО “Орион”» (Москва).

Содержательный анализ показывает, что высокочистый водород применяется разными формами, например, как поток газа; в форме компонента газовой смеси, в том числе активизированных плазмой (как вариант на смеси водорода с аргоном); в жидкостных растворах в виде простых химических соединений, например аммиака или пероксида, довольно часто в водных растворах. При этом плазменно-водородные технологии применены в 3 патентах РФ на изобретения: 

• №2633894 ^[10] Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов, АО «Научно-производственное предприятие “Пульсар”» (Москва).

• №2457574 ^[11] Способ полирования полупроводниковых материалов, Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН (Санкт-Петербург)

• №2819702 ^[12] Способ изготовления тонкопленочного транзистора, Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова (Грозный).

В патенте №2 650 785 ^[13] ПАО «Сатурн» (Краснодар) сопоставляется травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды как предпочтительное: изобретение обеспечивает повышение параметров фотопреобразователя за счет улучшения оптических свойств просветляющего покрытия и минимизации шунтирующего воздействия плазмы на р/n-переходы, выходящие на поверхность мезы.

Срез патентообладателей представлен в основном предприятиями. Помимо указанных выше, ещё следующие: 

• ПАО «Сатурн» (Краснодар), ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург), АО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов» (Томск), АО «Центральный научно-исследовательский институт «Электрон» и т.д.;

• структуры РАН: Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова, Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника», Институт проблем химической физики, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Красноярский научный центр;

• вузы, например Московский институт электронной техники, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники и т.д.;

• а также независимые организации, такие как Курчатовский институт, Сколковский институт науки и технологий.

Заявок на изобретения нет.

Патентов РФ на полезные модели по нашей тематике 4 ед., из которых ни один не действует. 

Программ для ЭВМ по терминам высокочистый водород и водород электроника нет, баз данных и топологий интегральной схемы также нет.

Домен «Наука и инновации» по «водород полупроводник» указывает ^[14] 122 документа – отчёты по НИР, диссертации, результаты интеллектуальной деятельности. По термину «высокочистый водород» 113 документов. Можно ожидать, что часть из них приведёт к серии патентов РФ на изобретения и полезные модели.

На портале госзакупок по термину «водород электроника» числится за 2014-2024 гг. 42 объявления. Так, в октябре 2024 г. Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН закупил у ООО «Энергетик» (Санкт-Петербург) 712 баллонов с чистым водородом 99,999% за 2,9 млн руб., всего 4058,4 метра кубических. Аналогичные закупки осуществлялись и ранее. 

Заключение

Основное применение водорода в производстве прецизионных электронных компонентов заключается в процессах очистки и травления. Перед сборкой полупроводниковых устройств поверхности компонентов должны быть очищены от загрязнений и оксидов. 

В РФ порядка 30 организаций и учреждений имеют ^[15] компетенции в области применения высокочистого водорода в микроэлектронике. Имеются коммерческие трейдеры, например ООО «Гермес-газ» поставляет баллоны с водородом электронной чистоты по всей России, Казахстану, Узбекистану, Грузии и Армении. На рынке востребованы марки 7.0 (99,99999%), 6.0 (99,9999%), 5.0 (99,999%), 4.5 (99,995%) 

Патентная ситуация в РФ относительно удовлетворительная. Изобретательская активность сравнительно высокая, патентованием занимаются и предприятия микроэлектроники, и научные структуры РАН, и вузы, и независимые исследовательские организации.

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[16]

Поиск по программам для ЭВМ ^[17]

Регистрация программы для ЭВМ ^[18]