電子行業(yè)的清洗氣體-含氟電子氣體

  半導(dǎo)體清洗工藝主要是去除硅片上的粒子和金屬污染物、有機(jī)物、在蝕刻、布線工序中抗蝕劑去膠、去除化合物，以及CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）后的清洗。
  半導(dǎo)體IC制程主要以離子注入、擴(kuò)散、外延生長(zhǎng)及光刻四項(xiàng)基礎(chǔ)工藝為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展起來(lái)。由于集成電路內(nèi)各元件及連線相當(dāng)微細(xì)，因此制造過(guò)程中，如果遭到塵粒、金屬的污染，很容易造成晶片內(nèi)電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導(dǎo)致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成。因此在制作過(guò)程中除了要排除外界污染源外，集成電路制作步驟如高溫?cái)U(kuò)散、離子注入前等均需要進(jìn)行清洗工作。
  含氟清洗劑在半導(dǎo)體和電子工業(yè)清洗尤其是干法清洗中表現(xiàn)出了非常好的性能。含氟清洗劑沸點(diǎn)較低，常溫下以氣相存在，因此非常容易進(jìn)行干法氣相清洗。
  含氟清洗劑主要包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8、SF6、NF3、CF2O、F2等，具體見(jiàn)表1.
  傳統(tǒng)含氟清洗氣體主要包括四氟化碳（CF4）、六氟乙烷（C2F6）、八氟丙烷（C3F8）、八氟環(huán)丁烷（c-C4F8）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）等品種，在半導(dǎo)體清洗中，主要以原位C2F6與CF4等全氟氮化合物（PFC）清洗為主。
  隨著環(huán)境要求的不斷提高，半導(dǎo)體工業(yè)中的PFCs排放越來(lái)越受到全球的重視?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）腔體清洗所用的氟碳化合物則是半導(dǎo)體工業(yè)中最大的PFCs排放源。尋找替代清洗劑被認(rèn)為是最有效的PFCs排放減量/消除方法之一。
  利用遠(yuǎn)程N(yùn)F3清洗代替原有的原位氟碳化合物（如C2F6、CF4）清洗。遠(yuǎn)程N(yùn)F3清洗是指先將NF3等離子化，解離成F離子或原子，然后再讓F離子或原子進(jìn)入CVD腔體清洗殘留物。遠(yuǎn)程N(yùn)F3清洗可高達(dá)95％-99％的利用率，可以減少>95％的PFCs排放量。遠(yuǎn)程N(yùn)F3清洗與氟碳化合物原位清洗效果及PFCs排放比較見(jiàn)表2。
  但該遠(yuǎn)程N(yùn)F3清洗過(guò)程將會(huì)產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物F2、HF與NOx,無(wú)疑會(huì)增加后續(xù)廢水/廢氣處理的負(fù)荷與難度，后處理系統(tǒng)價(jià)格昂貴。而且NF3具有爆炸性。
  傳統(tǒng)含氟清洗氣體如PFCs（包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8等）、SF6、NF3的GWP值很高，而且后處理系統(tǒng)復(fù)雜且價(jià)格昂貴。
  新一代含氟清洗氣體主要往GWP值低甚至為零、清洗效率高、后處理簡(jiǎn)單這三個(gè)方向發(fā)展。代表性的新一代含氟清洗氣體是CF2O，其它如F2、CIF3等。
  表3為各清洗劑的清洗效率比較。由表3結(jié)果可知，與傳統(tǒng)含氟清洗氣體相比，CF2O、F2這兩種清洗劑的清洗效率非常高，可大于99％。
  1998—2002，日本先端研究院（Research Institute of Innovation Technology for the Earth,RITE）一直致力于替代清洗劑的研究，并推薦CF2O作為新的替代清洗劑。CF2O的GWP值約為1，大氣壽命近似為零，環(huán)境非常友好。與傳統(tǒng)清洗劑C2F6、NF3相比，CF2O的環(huán)境友好優(yōu)勢(shì)非常明顯，具有低的GWP和MMTCE，GWP值CF2O/NF3=1/10970,CF2O/C2F6=1/9200;MMTCE值CF2O/NF3=1/10，CF2O/C2F6=1/100。另外，CF2O爆炸可能性為0，與SiH4混合的安全比例范圍非常寬。
  盡管CF2O屬有毒物質(zhì)，但廢氣可通過(guò)后續(xù)水洗滌輕易去除，后處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，后處理成本低。使用CF2O替代PFCs清洗劑，相當(dāng)于降低了96％的PFCs排放量。