[发明专利]用于半导体加工的超高纯化学品的现场混合系统及方法

说明书

发明背景及概要

本发明一般涉及半导体加工，具体与超纯液体试剂的精细混合有关。

现场超纯纯化

本发明人业已提出一种制备超高纯液体试剂(包括HF，HCl，NH₄OH，NH₄F及HNO₃水溶液)的方法，该法在一个位于半导体晶片生产现场的现场系统内实施。以氨气为例，具体实施方法是：自液体氨储存容器采出氨蒸汽，随后以高pH纯化水(优选与氨蒸汽平衡后的超纯除离子水)洗涤滤后蒸汽。该发现可将工业级氨转变为适合高精密制造的高纯氨，而省却常规的塔精馏。由储存容器采出氨蒸汽本身起到单段精馏作用，即去除非挥发物或高沸杂质，如碱金属及碱土金属的氧化物、碳酸盐及氢化物，过渡金属的卤化物及氢化物，以及高沸烃及卤化碳。工业级氨中常可见可反应挥发性杂质，诸如某些过渡金属卤化物，第Ⅲ族金属的卤化物及氢化物，某些第Ⅳ族元素的卤化物及氢化物，以及卤素，先前认为，这些杂质须经精馏除去，现已发现，通过洗气可将其去除至适合高精密生产的程度。这个发现异乎寻常，这是由于，洗气器技术传统上只用作宏观尺度杂质的去除，而非微尺度杂质。有关这类系统的细节见共同未决美国专利申请第08／179001号(1994年1月7日申请)以及共同未决临时申请第08／499452、08／499414和08／499413号(该三者均于1995年7月7日申请)所述，前述所有专利申请此处一并引用作为参考。

本发明人还提出一种过氧化氢的现场纯化系统，改系统的细节见述于共同未决美国临时申请第08／4994427号(于1995年7月7日申请)，此处也一并引用作为参考。

背景：干法与湿法

在半导体加工中，干法与湿法间的技术变革及变革的尝试由来已久。在干法加工中，仅气体相或等离子体相与晶片接触。在湿法加工中，采用多种液体试剂，用以刻蚀二氧化硅或除却固有的氧化物层，除却有机材料或痕量有机污物，除却金属或痕量有机污物，刻蚀氮化硅，刻蚀硅。

等离子体刻蚀有许多引人的优点，但不利于清洁。无简便的化学方法除却某些最有害的杂质(如金)。故此，湿法净化对现代半导体加工是基本手段，并在可预见的将来依然如此。

进行等离子体刻蚀便于采用光致抗蚀剂，随后并不经高温步骤。虽无抗蚀剂去除步骤，然接续的清洁处理是必要的。

必须经清洁处理去除的材料包括：光致抗蚀剂残余物(有机聚合物)；钠；碱金属(如钙和镁)；以及重金属(如金)。这其中许多并不形成挥发性卤化物，故等离子体刻蚀不能令其去除，需要采用化学法进行清洁。

如此看来，等离子体刻蚀所产生化学品的纯度并不重要，原因是，在刻蚀步骤后、高温步骤前，通常伴随清洁步骤，从而在高温步骤压入这些有害污物前将其去除。但是，液体化学品的纯度至关重要，这是由于，半导体表面受冲击的速率一般为等离子体刻蚀中的一百万倍，且液体清洁步骤紧接高温步骤之前。

虽则如此，湿法仍有一个主要缺点，即离子污染。集成电路构件仅使用少数掺杂组分(硼，砷，磷，有时包括锑)，以形成所需的p型及n型掺杂区。然而，许多其它组分也为具电子活性的掺杂剂且为非常不利的污物。许多这类污物具有有害作用，如在浓度低于10¹³ cm^-3时就会加大集电结泄漏。再有，某些不利污物向硅中聚积，也即，若硅与水溶液接触，就会产生硅内污物平衡浓度高于溶液中的情形。再有，某些较轻度不利污物具有很高的扩散系数，以致这类掺杂物导入硅晶片的任何部分均造成污物的四处扩散，包括集电结区域并因而产生泄漏。

故此，对于用在半导体晶片上的所有液态溶液，若其中各种金属离子的含量极低将是有益的。作为优选，所有混入的金属离子浓度应低于300 ppt(百亿分之一份)，任一金属离子含量应低于10ppt，越少越佳。而且，阴、阳离子污染也应加以控制。(举例而言，某些阴离子具有负作用，如络合金属离子在硅点阵中可还原为游离的金属原子或离子。)

前端设备一般包括用于高纯水(除离子水，简作“DI”水)制备的现场纯化系统。但是，欲获得满足纯度要求的过程化学品较为困难。

背景：超纯混合

在半导体制造工业，化学品的精细混合事关紧要。试剂浓度的波动可导致蚀刻误差(有时包括选择性)，因而构成过程误差的一个来源。由于多种误差源会产生积累，故每一误差均需避免。