半导体工业用含氟清洗气体研究进展.pdf

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1、半导体工业用含氟清洗气体研究进展李盛姬柳彩波刘武灿张建君浙江省化工研究院有限公司0前言半导体清洗工艺主要是去除硅片上的粒子和金属污染、有机物，在刻蚀、布线工序中的抗蚀剂去胶、去除化合物，以及CMP(化学机械抛光)后的清洗。半导体IC制程主要以离子注入、扩散、外延生长及光刻四项基础工艺为基础逐渐发展起来。由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步

2、骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行清洗工作。视。化学气相沉积(CVD)腔体清洗所用的氟碳化合物则是半导体工业中最大的PFCs排放源。目前减少半导体工业中PFCs排放量的方法主要有：(1)过程优化或开发新过程；(2)使用排放量小的替代清洗剂：(3)回收废气中PFCs：(4)在过程中对PFCs进行破坏与分解。其中开发新过程与替代清洗剂是最有效的两种PFCs排放减量／消除方法。利用远程NF3清洗代替原有的原位氟碳化合物(如C2F6、CF4)清洗。远程NF3清洗是指先将NF3等离子化，解离成F离子或原子，然后再让F离子或原子进入C

3、VD腔体清洗残留物。远程NF3清洗可高达95％．99％的利用率，可以减少>95％的PFCs排放量。远程NF3清洗与氟碳化合物原位清洗效果及PFC排放比较见表2。表2远程NF3清洗与氟碳化合物原位清洗效果及PFC排放比较Tab．2EfficiencyandPFCemissioncomparisonbetweenremoteNF3andin—situPFC排放清洗剂利用率(％)副产率(％)减少率(％)C2F633-557·30rCF4)20．50NF3(原位)60．700-4(CF4)20．40NF3(远程)>980-4(CF4

4、)>95．99C3Fs30．6012—30(CF4)12．70c-C4F870—904-11(CF4)50．85三氟化氮州itrogenTrifluoride，NF3)是一种有毒、无色、无嗅、不可燃的氧化性压缩气体。1960年，NF3作为一种实验火箭燃料首次被应用。随后它被用于美国导弹防御系统的化学激光。20世纪中期，科学家通过研制和开发，利用化学气相沉积法，将三氟化氮替代了过去对大气层有破坏作用的清洗材料。NF3是功用十分独特的一种电子气体。作为微电子工业中优良的等离子蚀刻气体和清洗剂，由于它具有快速、高效等优点，广泛应用

5、于半导体芯片、平板显示器、激光技术、光导纤维、太阳能电池等领域，还可用作高能化学激光器的氟源。电子信息产业的快速发展，为电子气体等材料带来了广阔的市场空间，台式电脑、随身笔记本、手机、MP3体积正变得越来越小，液晶显示屏(TFT-LCD)、液晶电视厚度正在变得越来越薄，在此过程中，被誉为气体“刻刀”的电子气体高纯度三氟化氮立下了汗马功劳。但该远程NF3清洗过程将会产生更多的副产F2、HF与NO。，无疑会增加后续废水／废气处理的负荷与难度，后处理系统价格昂贵。而且NF3具有爆炸性。2新一代含氟清洗气体传统含氟清洗气体如PFCs

6、(包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4Fs等)、SF6、NF3的GWP值很高，而且后处理系统负责且价格昂贵。传统含氟清洗气体的大气寿命周期与GWP值见表3。表3传统含氟清洗气体的大气寿命周期与GWP值Tab．3AtmosphericlifetimeandGWPoftraditionalfluorinatedcleaninggases气体大气寿命(年)GWP(100)备注CF450000<16500PFCs在京都议C2F6100009200定书被认定为温C3Fs26007000室气体c-C4Fs32008700CHF326

7、411700SF6320022800NF374010970这三个方向发展。代表性的新一代含氟清洗气体是COF2，其他如F2、CIF3等。表4为各清洗剂的清洗效率比较。由表4结果可知，与传统含氟清洗气体相比，COF2、F2这两种清洗剂的清洗效率非常高，可大于99％。表4含氟清洗气体清洗效率比较气体CF4C2F6c-C4F8CHF3SF6NF3COF2F2清洗使用15．2025，3570．9030—6020．3095．99>99效率(％)1998"'2002年，日本先端研究院(ResearchInstituteofInnovat

8、ionTechnologyfortheEarth，RITE)一直致力于替代清洗剂的研究，并推荐COF2作为新的替代清洗剂。COF2的GWP值约为l，大气寿命近似为零，环境非常友好。与传统清洗剂C2F6、NF3相比，COF2的环境友好优势非常明显，具有低的GWP和MMTCE,GWP值COF2