用于半导体加工的超高纯氢氟酸的现场制造子系统和方法技术方案

一种在半导体器件制造设备中的现场子系统，用于向半导体制造操作提供包括ＨＦ的超高纯试剂，包括： 一个连接成接收ＨＦ源的蒸发源，从中提供一个ＨＦ蒸气流； 使所说的ＨＦ蒸气流通过一个提供高纯度水循环的离子提纯器单元，所述高纯度水中含有高浓度ＨＦ与所说的ＨＦ蒸气流接触，其中所说的提纯器排除少量ＨＦ气体； 一个发生器单元，从所说的提纯器接收所说的ＨＦ蒸气流，并把所说的ＨＦ蒸气与水溶液混合产生包括氢氟酸的超纯水溶液； 一个管道连接，把所说的水溶液输送到半导体器件制造设备中的使用地点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造，具体涉及提供半导体制造用的超高纯HF和氢氟酸的系统和方法。污染一般是集成电路制造过程中的非常重要的问题。现代集成电路制造中的大部分步骤是这种或那种的提纯步骤；这样的提纯步骤可能需要除去有机污染物、金属污染物、光刻胶(或其无机残留物)、腐蚀的副产品、天然的氧化物等。到1995年为止，一个新的前端(集成电路晶片制造设备)的成本一般超过十亿美元($1,000,000,000)，该成本的大部分用于颗柱控制、提纯和污染控制。一个重要的污染源是工艺工程中的化学物质中的杂质。由于提纯是如此频繁和如此重要，所以由于提纯化学过程产生的污染是非常不希望的。半导体制造所需要的极高纯度在工业过程中是稀少的或者是独特的。在这样的极高纯度上，化学物质的运送本来是不希望的(当然它是不能完全避免的)。必须使超纯化学物质在空气中的暴露最少(尤其是在也有工人的环境中)。这样的暴露有引入颗粒，从而导致污染的危险。超纯化学物质在密闭的容器中的包装仍然不是理想的，因为在制造厂或使用场地本来就有较高的污染物的危险。此外，未检测到的污染可能损坏大量的珍贵晶片。由于在半导体加工中通常使用许多腐蚀性的和/或有毒的化学物质，提供反应物的地方通常与前端工人所在的地方分开。用管子输送超高纯气体和液体的结构和维护在半导体工业中是很清楚的，所以大多数气体和液体可以从同一建筑物的任何地方(或同一工作场所)输送到制造晶片的地方)。在半导体加工过程中长期的工艺变化之一是干法和湿法加工之间的变化(和试图进行的变化)。在干法加工中，只有气态的或等离子相的反应物与晶片接触。在湿法加工中，为了腐蚀二氧化硅或除去天然氧化物层、除去有机物或痕量有机污染物、除去金属或痕量有机污染物、腐蚀氮化硅、腐蚀硅，使用各种液体反应物。等离子腐蚀具有许多吸引人的优点，但是它不够清洁。仅仅没有可用的化学方法除去某些最不希望存在的杂质，如金。因此，湿法净化对于现代半导体加工是必要的。在可以预见的将来内是可能保留的。等离子腐蚀在现场用光刻胶进行，随后不直接进行高温工序。而是除去抗蚀层，然后必须进行清洗。清洗必须除去的物质包括光刻胶残留物(有机聚合物)；钠；碱土金属(例如，钙和镁)；和重金属(如金)。这些物质中有许多不能形成挥发性卤化物，所以等离子腐蚀不能把它们带走。需要用湿化学法清洗。这样的结果是等离子腐蚀中的化学物质的纯度并不重要，因为在这些工序后，在高温工序之前总是接着进行清洗工序。在高温工序吸入危险的污染物之前，清洗工序能够从表面除去这些污染物。但是，液体化学物质的纯度要重要得多，因为在半导体表面的侵入速度一般比等离子腐蚀高上百万倍，而且因为液体清洗工序后紧接着进行高温工序。但是，湿法处理有一个主要缺点，叫做离子污染。集成电路结构仅使用少数几种掺杂剂物质(硼、砷、磷、有时还有锑)形成所需要的p型和n型掺杂区域。然而，许多其它物质是电活性掺杂剂，是非常不希望存在的污染物。这些污染物中有许多可能具有有害的作用，例如在浓度远低于1013cm-1时增大结泄漏。而且，某些较不希望存在的污染物偏析在硅中，即在硅与水溶液接触时，污染物在硅中的浓度高于其在溶液中的浓度。而且，某些较不希望存在的污染物具有非常高的扩散系数，因此向硅晶片的任何部分引入这样的掺杂剂都趋于使这些污染物全部扩散，包括这些污染物会引起泄漏的结点区域。因此用于半导体晶片的所有液体溶液优选的是其中所有金属离子的含量极低。优选的是所有金属的总浓度应该低于300ppt(一万亿分之一)，对于任何一种金属应该低于10ppt，更少会更好。此外，必须控制由阴离子和阳离子同时产生的污染。(某些阴离子可能有反向效应，例如络合的金属离子可能还原成为在硅晶格中可移动的金属原子或离子。)前端设备通常包括制备高纯水的现场提纯系统(称为“DI”水，即去离子水)。但是，获得需要纯度的工艺化学物质是更困难的。本专利技术人已经开发了一种在位于半导体晶片生产现场的现场系统中制备超高纯氨的方法，通过从液氨储存器中抽取氨蒸气，使氨蒸气通过微 过滤器，用高pH值的纯水(优选的是已经用氨气平衡的超纯去离子水)洗涤过滤的氨蒸气。已发现使得有可能把工业纯的氨转变为用于高精度制造的足够高纯度的氨而不需要塔精馏。从供给储存器中抽取氨蒸气本身作为一个单级精馏，除去非挥发性和高沸点的杂质，如碱金属和碱土金属氧化物，碳酸盐和氢化物，过渡金属卤化物和氢化物，以及高沸点的碳氢化合物和卤代烃。工业纯氨中可以发现的活性挥发性杂质，如某些过渡金属卤化物，第III族金属卤化物和氢化物，某些第IV族金属氢化物和卤化物，以及卤代烃，以前认为需要精馏才能除去，现在发现通过洗涤能够除去到足以用于高精度操作中所用的超高纯度。这是非常惊人的发现，因为洗涤技术通常用于常量杂质的去除而不是微量杂质的去除。本申请提出了用于在半导体制造设备现场制备超纯化学物质的系统和方法，使得它们可以直接用管道送到使用现场。所提出的系统是非常简单的单元，可以与前端位于相同的建筑物中(或相邻的建筑物中)，从而避免运送。氢氟酸是半导体制造中的一种重要的合成化学物质。它对于脱釉(即，除去薄的天然氧化物)和除去一般的氧化物是非常重要的。它也是硅的均匀腐蚀的标准湿腐蚀剂的组分(例如，“CP4A，”，其中有3份HF、5份HNO3和3份醋酸)。如上所述，本专利技术人已发现了用于制备超高纯氨的方法和系统。现在又发现改进这些方法和系统可以用于副备超高纯氢氟酸。无水HF一般通过向萤石，CaF2中加入硫酸来制得。不幸的是，许多萤石中含有砷，导致所得的HF的污染。因此砷污染是HF提纯的主要问题。一个来源(来自中国)含有最少量的As，是生产超高纯HF的最佳原料。用这种原料制造的HF可以从美国的Allied Chemical得到。在传统的系统中，其它杂质由HF产生和操作系统产生。这些杂质导致这些系统的破坏；这些系统设计用于比半导体工业的要求小得多的应用。为了得到良好的半导体性能，必须除去这些杂质。HF的处理流程包括一个间歇的除去砷和蒸发阶段，一个除去大多数其它杂质的精馏塔、一个排除不能通过精馏塔除去的污染物的离子提纯器塔，最后是HF的供给器(HFS)。砷将会被转变为+5价的状态，通过加入氧化剂(KMnO4或(NH4)2S2O8)和阳离子源(如KHF2)形成盐K2AsF7，在精馏过程中保留在蒸发器中。这将是一个间歇过程，因为该反应是缓慢的，为使反应完成，在进行精馏之前必须有足够的反应时间。在标定的温度下，该过程需要大约1hr的接触时间。在连续过程中达到完全反应将需要高温和高压(在安全方面是不希望的)或者用非常大的容器和管道。在这种方法中，把所说的HF引入到间歇蒸发器容器中，在搅拌的条件下用氧化剂处理合适的反应时间。然后在精馏塔内以回流的方式精馏所说的HF，从而除去大部分金属杂质。在这个步骤中表现出显著减少的元素包括第1族(I)Na，第2族(II) Ca、Sr、Ba，第3-12族(IIIA-IIA) Cr、W、Mo、Mn、Fe、Cu、Zn，第13族(III) Ga，第14族(IV) Sn、Pb，第15族(VII) Sb。该精馏塔用作许多简单精馏的一个系列；通过用高表面积材料填充所说的塔，用逆流的液流来达到这一点，从而保证下降液体和上升蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·霍夫曼，R·S·克拉克，
申请(专利权)人：斯塔泰克文切斯公司，
类型：发明
国别省市：