为半导体制造提供超高纯盐酸的体系和方法技术

一种在半导体设备制造工厂中为半导体制造操作提供含ＨＣｌ的超高纯试剂的现场辅助体系，该体系包括：一个连接到液体ＨＣｌ源并由它提供ＨＣｌ蒸气流的汽化源；所述的ＨＣｌ蒸气流被连接以通过离子纯化装置，它使含有高浓度盐酸的高纯水循环流与所述的ＨＣｌ蒸气流接触；以及一个连接的制备装置，它接收来自所述的纯化装置的所述ＨＣｌ蒸气流，并使所述的ＨＣｌ蒸气与含水液体合并，制得含有ＨＣｌ的超纯含水溶液；以及一个管系，它将所述的含水溶液送到半导体设备制造工厂的各使用点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
和概述本专利技术涉及为半导体制造提供超高纯盐酸的体系和方法。污染通常是在集成电路制造中所关心的头等重要的事情。在现代集成电路制造中的大部分步骤是这类或那类清洗步骤；这些清洗步骤可能需要除去有机污染物、金属污染物、光刻蚀剂(或其无机残留物)、刻蚀的副产物、原生氧化物等。根据1995年的资料，一套前期制作设备(集成电路晶片制造工厂)的费用通常大于10亿美元，其中大部分用于颗粒控制、清洗和污染控制的措施。造成污染的一个重要来源是工艺化学品中的杂质。因为清洗是如此频繁和重要，由于清洗化学造成的污染是十分不希望的。在半导体加工中长期发生的工艺变更之一是在干加工和湿加工之间的变化(以及试图进行的变化)。在干加工中，只有气态反应物或等离子体相反应物与晶片接触。在湿加工中，各种液体试剂用于不同的用途，如刻蚀二氧化硅或除去天然的氧化物层、除去有机物质或微量的有机污染物、除去金属或微量有机污染物、刻蚀氮化硅、刻蚀硅。等离子体刻蚀虽然有许多吸引人的能力，但它不适合用于清洗。还没有简便可得的化学方法用来除去某些最不希望有的杂质，如金。因此，对于现代半导体加工来说，湿法清洗是很重要的；而且在可预见的未来，可能仍然如此。等离子体刻蚀通过在适当位置使用光刻蚀剂来进行，它后面不能直接采用高温步骤。否则刻蚀剂剥离，则必需清洗。清洗必需除去的物质可包括光刻蚀剂残留物(有机聚合物)；钠；碱土金属(如钙或镁)；以及重金属(如金)。其中许多物质不能形成挥发性卤代物，因此等离子体刻蚀不能将它们带走。用湿化学法清洗是需要的。其结果是，在等离子体刻蚀时工艺化学品的纯度不那么重要，因为在高温步骤进行以前等离子体刻蚀步骤以后总是有清洗步骤，清洗步骤可在高温步骤作用这些污染物以前从表面上除去这些有害的污染物。但是，液体化学品的纯度要重要得多，因为在半导体表面上的碰撞速率通常比在等离子体刻蚀中高百万倍，以及因为液体清洗步骤后直接接着高温步骤。但是，湿加工有一个主要的缺点，即离子污染。集成电路结构物只使用很少几种掺杂物物种(硼、砷、磷和有时还有锑)，以形成所需的P型和N型掺杂区。但是，许多其它的物质种在电子上也是活性掺杂物，它们是十分不希望有的污染物。其中许多污染物可能有有害的影响，例如在浓度低于1013个/cm3时就产生高的结漏电流，而且，一些较不希望有的污染物会熔析入硅中；即在硅与水溶液接触的场合下，污染物在硅中的平衡浓度比在溶液中的高。而且，一些较不希望有的污染物有很高的扩散系数，以致这样的掺杂物引入硅晶片的任何部分都倾向于使这些污染物扩散到整个晶片，包括这些污染物将引起漏电的半导体结。因此，用于半导体晶片上的所有液体溶液中所有金属离子优选有极低的含量。优选的是，所有金属合起来的浓度应小于300ppt(亿万(trillion)分之一)；而对于任何一种金属，浓度应小于10ppt，而且越小越好。而且，因阴离子和阳离子造成的污染也都必需控制。(一些阴离子可能有坏的影响，例如络合金属离子可使金属原子或离子在硅晶格中的移动性下降。)前期制造设备通常包括制备高纯水(称为“DI”水，即去离子水)的现场纯化体系。但是，要得到所需纯度的工艺化学品更加困难。母案申请公开了一种在半导体晶片生产地的现场体系中制备超高纯氨的方法从液体氨储蓄器中抽出氨蒸气；使氨蒸气通过微滤器；以及用高pH值纯化水(优选去离子水，它已与氨流平衡过)洗涤经过滤的蒸气。这一发现可使商业级氨转变成适用于高精密制造的有足够高纯度的氨，而不需要传统的蒸馏塔。氨蒸气从供料储蓄器抽出本身被用作为单级蒸馏，除去了非挥发性的杂质和高沸点的杂质，如碱金属和碱土金属的氧化物、碳酸盐和氢化物，过渡金属的卤化物和氢化物，以及高沸点烃类和卤化碳。以前认为可在商业级氨中找到的反应性挥发性杂质，如某些过渡金属卤化物、第III族金属的氢化物和卤化物、某些第IV族金属的氢化物和卤化物以及卤素需要蒸馏除去，而现在发现，它们可通过涤气除去，达到适合用于高精密操作的程度。这是一个十分不平常的发现，因为涤气工艺传统用于除去常量杂质，而不是用于除去微量杂质。半导体制造所需的极纯含量是各种工业工艺中极少见的或独特的。在这样的极纯含量下，化学品的处理本来是不希望的(当然，虽然这一点是不能完全避免的)。必需尽量减少超纯化学品暴露到空气中(特别是还有工人存在的环境中)。这样的暴露有引入颗粒物的风险，从而产生污染。超纯化学品在封闭的容器中的货运也是不希望的，因为在制造商或在用户处都固有很高的污染物风险。而且，未检测出的污染物可能损坏大量昂贵的晶片。因为通常有许多有腐蚀性的和/或有毒性的化学品用于半导体加工，试剂的供应地通常都与前期制作工人所在地分开。用于超高纯气体和液体的管线体系的建设和维护在半导体工业是很好被理解的，这样大多数气体和液体才可从相同建筑的任何地方(或者甚至相同地点)输送到晶片制造点。本申请公开了在半导体制造工厂现场制备超纯化学品的体系和方法，以致它们可直接用管线送到使用点。所公开的体系是很紧凑的装置，它们可在与前期制作相同的建筑物中(或在相邻的建筑物中)，以致可避免处理。盐酸一类重要的半导体加工用化学品是气态形式和含水形式的HCl。液体盐酸也广泛用于标准RCA清洗中的酸清洗部分。如上所述，母案申请公开了制备超高纯氨的方法和体系。现已发现，这些方法和体系的改进可用于制备超高纯HCl。原料为商业级无水HCl。通过简单的汽化提供第一纯化步骤。(在70°F下HCl的蒸气压为613磅/英寸2，而在124.5°F下为1185磅/英寸2，因此这一蒸气压始终为从大贮罐抽出提供了充分输送压力。)优选HCl蒸气直接从贮罐抽出。(在另一实施方案中，液体HCl分批从大贮罐中转移，并在受控的温度和压力下在汽化室中汽化。)盐酸的制备现可将经纯化的气态HCl溶于水中，制得浓盐酸。超纯混合清洗溶液的现场制备本申请公开了在晶片制造工厂现场，由本身已在相同地点被超纯化的各成分制备混合清洗溶液，如RCA酸清洗溶液和RCA碱清洗溶液的方法。RCA清洗包括1)溶剂洗涤除去全部有机物-用四氯乙烯或类似溶剂；2)碱清洗-NH4OH+H2O2+H2O；以及3)酸清洗-HCl+H2O2+H2O。参看W.Runyan和K.Bean，半导体集成电路加工工艺(1990)，在这里引入作为参考。对于半导体制造来说，这样的清洗试剂通常作为包装物购买。但是，这就意味着在制造商的工厂和使用地需要对这些包装物中的溶液进行某些处理。如上所述，对超高纯化学品这样的处理总是不希望的。已提出其它各种清洗化学方法。例如，Shiraki清洗是一种腐蚀性预外延(pre-epitaxy)清洗，它在清洗序列中增加了硝酸步骤，使用稍高的温度和浓度。参见Ishizaki和Shiraki，“硅的低温表面清洗及其在硅MBE中的应用”，133，电子化学学会杂志(J.ELECTROCHEM.Soc.)666(1986)，在这里引入作为参考。RCA酸清洗溶液通常为HCl+H2O2+H2O，其比例为1∶1∶6或1∶2∶8。根据在这里所公开的创新内容之一，RCA酸清洗溶液(或类似的清洗溶液)在晶片制造工厂通过将已现场纯化的超纯HCl与已现场纯化的超纯过氧化氢混合来现场制备。从而纯度提高，而未检测出的偶然污染的风险下降。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：