[发明专利]从含氢材料中除去杂质

说明书

相关文献的交叉引用

本申请要求2008年5月16日提交的名为“REMOVAL OF IMPURITIES FROM METAL HYDRIDES”的美国临时申请第61/053,990号，和2009年5月14日提交的名为“REMOVAL OF IMPURITIES FROM HYDROGEN-CONTAINING MATERIALS”的美国非临时申请第12/466,272号的优先权，其全部内容为各种目的通过引用并入本文。

背景技术

大量氢化物气体被用于制造用于半导体器件的材料。由于这些器件的复杂性和精确性持续升高，用于制造这些器件的起始材料的纯度需求也随之升高。

金属氢化物如硅烷(即硅的氢化物气体)被用于多种半导体制造工艺，包括硅金属薄膜的外延生长以制造硅晶片基体。在气相外延(VPE)中，硅卤化物和/或硅氢化物(硅烷)气体在基体表面上化学分解以沉积硅金属和气相废产物(exhaust product)如氢气(H₂)和卤化氢(例如当硅前体为氯化硅时为HCl(g))。

在用VPE生长硅层的过程中，仔细监测并控制水分含量。与硅介电膜(如氧化硅)的化学气相沉积不同，即使相当低的水分污染物含量对于硅VPE也是成问题的，因为硅金属膜的氧化对于膜的电性能具有很大的负面影响。水蒸气是最常见也是最难以从工艺气体(如硅烷)中除去的杂质。大部分干燥方法试图将硅烷中的水分含量降低至份/百万份(ppm)范围。然而，制造用于现代半导体和电子元件的硅膜的硅VPE方法通常更需要几十至几百份/十亿份(ppb)范围内的降低的水分含量。

遗憾的是，具有低水分污染物含量的超高纯度的硅烷气体的供应面临着许多挑战。硅烷中的水分和其他污染物可来自源气本身的制备，以及来自随后的包装、装运、贮藏和气体处理过程。当气体离开生产设施时，硅烷气体生产商通常提供污染物分析，这些纯度水平通常随着从用容器(例如气瓶)脱气引入的其他污染物以及下游输送设备中存在的漏气和剩余污染物而改变。

环境气氛中水分的存在为水分提供了许多污染高纯硅烷和其他金属氢化物(在其达到最终应用点之前)的机会。因此，需要一种净化金属氢化物如硅烷的方法和材料，该净化使金属氢化物如硅烷达到适用于现代电子和半导体制备工艺的水平。该问题和其他问题通过本发明的实施方案得以解决。

发明内容

阐述了净化方法、材料和系统用于从含氢气体如例如硅烷气体中除去水分和其他杂质。本发明的实施方案中所使用的硅烷气体的一个实例为丙硅烷(Si₃H₈)。丙硅烷可在比甲硅烷(SiH₄)更低温度下用于生长纯硅(Si)和硅-锗(Si-Ge)合金的薄膜，所述甲硅烷在本文中有时被称作“甲硅烷(monosilane)”从而避免与指代硅烷化合物Si_xH_y类别(其中x＝1或更高，y＝2x+2)的术语“硅烷”混淆。

由于丙硅烷可提供超越甲硅烷的一些优势，特别是为了满足低热预算需求，其在净化方面更具挑战性。许多主要用于除去水分的传统甲硅烷净化材料也可将丙硅烷显著分解为较小的硅烷，如甲硅烷和乙硅烷。因此，必须仔细选择净化剂材料和活化方法以达到除去水分的目的，而不会显著将多金属氢化物(例如M_xH_y其中x＝2或更高)分解为较小的氢化物和/或其他分解产物。

此外，多金属氢化物制备方法还通常产生一部分的更高级金属氢化物。例如，丙烷的制备通常产生丁硅烷(例如正丁硅烷和异丁硅烷)杂质。实施方案包括可以以比多金属氢化物更快的速度除去(例如分解)这些更高级金属氢化物并增加净化产物中的多金属氢化物的相对浓度的方法和材料。

本发明的实施方案包括净化含氢材料的方法。该方法可包括提供包含二氧化硅的净化剂材料的步骤。二氧化硅可在干燥气氛下被加热至约100℃或更高的温度以形成活化的二氧化硅。活化的二氧化硅可与起始含氢材料接触，其中活化的二氧化硅降低来自起始含氢材料的一种或多种杂质的浓度以形成净化的含氢材料，其中活化的二氧化硅不分解净化的含氢材料。