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、外延生長及光刻四項基礎(chǔ)工藝為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展起來。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。因此在制作過程中除了要排除外界污染源外,集成電路制作步驟如高溫擴(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NF3清洗代替原有的原位氟碳化合物(如C2F6、CF4)清洗。遠(yuǎn)程NF3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NF3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NF3清洗與氟碳化合物原位清洗效果及PFCs排放比較見表2。 但該遠(yuǎn)程NF3清洗過程將會產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物F2、HF與NOx,無疑會增加后續(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、后處理簡單這三個方向發(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),但廢氣可通過后續(xù)水洗滌輕易去除,后處理系統(tǒng)簡單,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。