Оксид диазота для полупроводников: патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет об оксиде азоте, N2O, коммерческое и бытовое название закись азота, в электронике часто называют оксид диазота. Также это вещество известно как веселящий газ.

Где используется N2O?

Этот газ широко применяют в промышленности. Например, в пищевой — для производства пористого шоколада. Этот газ используют и при подготовке аквалангистов к погружению. Чистую закись азота используют в медицине; поскольку в малых концентрациях этот газ вызывает чувство опьянения и легкую сонливость, его иногда применяют в качестве наркоза. Закись азота широко применяется в стратегических отраслях: военной микроэлектронике, боевой медицине, космической и атомной промышленности.

Сверхчистая закись азота электронного класса известна как специальный электронный газ. Это высокоочищенная форма закиси азота, которая используется в электронной промышленности для различных применений, таких как производство полупроводников, плоских дисплеев и других электронных компонентов. Такой газ содержит менее 0,001% примесей, которые могут повлиять на электронные процессы. Он производится с помощью строго контролируемого производственного процесса, который включает дистилляцию, очистку и меры контроля качества, гарантирующие соответствие определенным стандартам электронной промышленности. 

Закись азота применяется в процессах получения слоев легированного и нелегированного диоксида кремния, которые получают химическим или плазмохимическим осаждением при пониженном давлении из парогазовых смесей оксида диазота с моносиланом, дисиланом, а также из плазмы моносилана, аммиака и оксида диазота. Использование N2O в качестве окислителя позволяет практически исключить гомогенное окисление, которое засоряет реакционную камеру и ухудшает качество образующейся пленки. Кроме того, слои окисла, осажденные с помощью реакции окисления гидридов кремния кислородом, при пониженном давлении имеют ряд недостатков: ненадлежащая конформность, неоднородность плотности слоев, покрывающих ступеньку топологического рельефа, что приводит к дефектам. От этих недостатков свободны процессы получения слоев окисла из моносилана, дисилана и дихлорсилана с использованием в качестве окислителя N2O, так как он является более мягким окислителем, чем кислород. 

Развитие мирового рынка электронной закиси азота можно объяснить увеличением спроса на электронные устройства. 

В маркетинговом исследовании ^[1] Electronic Grade Nitrous Oxide (N2O) Market Size, Share, Growth, and Industry Analysis, By Type (Above 99.9995% and Above 99.999%), By Application (Semiconductor and LCD/OLED), Regional Forecast By 2031 мировой рынок в 2022 году составил 188,5 млн долларов, и ожидается, что в 2031 году он достигнет 363,51 млн долларов.

Азиатско-Тихоокеанский регион, по оценкам, будет самым быстрорастущим в перспективе до 2031 г. из-за быстрой индустриализации, увеличения населения и повышения уровня жизни в странах с развивающейся экономикой, включая Китай, Индию, Индонезию и Вьетнам. Кроме того, ожидается, что растущий спрос на электромобили и возобновляемые источники энергии будет стимулировать рост рынка Азиатско-Тихоокеанского региона.

Северная Америка, вероятно, будет занимать вторую по величине долю на рынке. Ожидается, что там будут доминировать Соединенные Штаты с их долей рынка. Канада является вторым по величине рынком в Северной Америке. 

Закись азота в России

Согласно закону от 29 декабря 2020 г. № 472-ФЗ “Об ограничении оборота закиси азота в Российской Федерации” с 01.01.2021 продажа пищевой закиси азота с целью употребления запрещена, продажа осуществляется исключительно профильным организациям при заключении договора и после предоставления необходимого пакета документов.

В РФ несколько заводов производят рядовую закись азота, в частности для пищевой промышленности (пищевая добавка Е942) и гражданской медицины. Так, ООО «Торговый Дом “Медицинский Газовый Сервис”» (Вологодская обл.) с 1999 г. является единственным производителем азота закиси (средства ингаляционного наркоза) на территории России. Пищевой веселящий газ выпускает ООО «Хогаз» (Москва) и др. Новое производство построят на площадке технопарка АО «Пластик» (Тульская обл.): компании «ДББ» инвестирует в выпуск закиси азота 150 млн руб., запуск к концу 2024 года.

В базе ЕГИСУ НИОКТР только 2 документа:

«Разработка мембранного метода глубокой очистки закиси азота, разработка способов гидрирования тетрахлорида кремния и разработка лабораторной модели двухмассной вибрационной транспортно-технологической машины с параметрическим возбуждением» выполнено ООО «Омега» в 2010 г. 

«Разработка технологии получения высокочистого оксида диазота». НИР осуществлена в Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева в 2011-2012 гг. В аннотации сообщается: «Основным потребителями оксида диазота в Нижегородской области являются ФГУП ФНПЦ НИИИС им Ю.Е. Седакова и ФГУП «НПП «Салют», крупнейшие предприятие микроэлектронной промышленности Приволжского региона. Ввиду того, что к оксиду диазота применяемой в микроэлектронике предъявляются высокие требования по чистоте (>99,9998 %), существующие промышленные способы получения оксида диазота не обеспечивают требуемую чистоту. Поэтому целью является разработка технологии получения высокочистого оксида диазота. В основе технологии заложены энерго-эффективные мембранные и кристаллизационные методы очистки».

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано 64013 документов на октябрь 2024 года по запросу N2O + semiconductor. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

1. Semiconductor Energy Lab Co Ltd ^[2]. (株式会社半導体エネルギー研究所 ^[2]) — 20,1%;

2. SK hynix (주식회사 하이닉스반도체 ^[3]) — 6,3%;

3. Fujitsu Ltd ^[2] — 3,1%;

4. Lam Research Corporation ^[2] — 1,8%;

5. Applied Materials, Inc. ^[2] — 1,4%.

 На первом месте со значительным отрывом от конкурентов расположилась японская Semiconductor Energy Laboratory Co. Ее основателю и патентному королю Страны Восходящего Солнца Ямадзаки Сюмпэю мы уже посвятили отдельный материал ^[4] на Хабре. На втором месте — южнокорейская SK hynix. На третьем японская Fujitsu. Американские полупроводниковые гиганты замыкают наш небольшой рейтинг.  

Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:

• полупроводниковые приборы H01L ^[5] — ^[2]69,4%;

• покрытия C23C ^[6] — 14,2%;

• электронные запоминающие устройства H10B ^[2] — 11,7%;

• органические электрические твердотельные устройства H10K ^[2] — 5,7%;

• оптические устройства G02F ^[2] — 5,4%;

• газоразрядные и вакуумные электронные приборы и газоразрядные осветительные лампы H01J ^[2] — 5,3%.

Как видите, полупроводники значительно доминируют над остальными темами. 

А что же в России?

В базе ФИПС на «закись азота электроника» и «закись азота полупроводники» ноль (!) документов. На «закись азота кремний» 10 патентов РФ, из которых только 4 по электронике:

• Способ формирования пленок двуокиси кремния (1996) №1820782 ^[7] от «Научно-производственное объединение «Интеграл».

• Способ получения слоя диоксида кремния (2015) №2568334 ^[8] ООО «СибИС» (Новосибирск).

• Способ получения структур диэлектрик — ^[2] арсенид индия (2000) № 1604097 ^[9] и Способ получения слоев оксинитрида кремния (2000) № 1630570 ^[10] от Института физики полупроводников СО АН.

Патентов РФ на полезные модели по нашей тематике нет.

Программ для ЭВМ, Баз данных и Топологий интегральной схемы нет.

Заметим, что на закись азота 285 патентов на изобретения РФ, в основном это продукты питания, пестициды для зерна и табака, дыхательные смеси, катализаторы получения закиси азота, органический синтез, присадки к топливу для двигателей, в том числе внутреннего сгорания и реактивных. На оксид диазота 5 патентов, не имеющих никакого отношения к электронике.

Заключение

В России по крайней мере с 1990-х годов велись ограниченные научно-исследовательские работы по закиси азота в электронике. Было задействовано несколько Институтов РАН, вузов и профильных предприятий. Патентная ситуация в открытом поле крайне плачевная. 

Это резко контрастирует с мировым опытом, в частности с теми же японскими патентами.

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[11]

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале ^[12]