[发明专利]半导体加工用超高纯盐酸的现场制备

说明书

发明背景和概述

本发明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。