氟气─清洗化学气相沉积反应器腔室的创新方式
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:448
陈佳明 | |||||
（boc爱德华先进科技 (股份) 公司） | |||||
| 摘要：对于将氟气应用在化学气相沉积器清洗的应用而言，其安全性、稳定性、纯度和价格，在应用上是一个新的挑战。对一般气相沉积反应器清洗而言，一体化氟气供应策略，对寻求低价取代方案的使用者而言，是最安全和稳定的供应方式。 关键词：氟气；清洗；化学气相沉积 中图分类号：tn305.97 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2004)01-0030-05 1 前言 过去多年以来，在减少氟化物的排放方面，半导体业行业一直处于领先地位[1,2] 。在气相沉积反应器清洗上，人们研究了许多替代性的的气体和工艺方法[3~5]，但是，由于这些原料供应短缺，或者需要用高压钢瓶运输，或者有造成显著的温室效应的可能，所以这些方法都不是很理想。例如，三氟化氮已经被业界广泛采用，远程三氟化氮清除法就是在此基础上发展出来的 [6]。使用三氟化氮的工艺方式，对于减少氟化物的排放，确实有一些优点。但是由于市场价格高和缺乏供应不稳定，业界不得不寻求成本更低的替代方案。 因为氟气不会造成温室效应，所以用现场生产氟气的方法替代氟化物来清洗反应腔室，在半导体领域极具市场潜力。以氟气为主的清除方式，不会造成在清除化学沉积器腔体时排放出的氟化合物，同时产生氟气也很方便，这就使得氟气在新一代清除物质的选用上，引起广泛注意。虽然已经说明了使用氟气的优点，但是氟气经由高压钢瓶的运送过程中，仍有成本、处理和安全的问题。现场氟气发生器以低压方式产生氟气，可以解决安全和稳定供应问题，为半导体业界提供了一种可行的替代方案。 2 现场产生氟气在化学气相沉积反应器清除上的应用 氟气的制造技术已经成熟，在文献上有许多以电解方式产生气体的技术记载[7~10} 。然而，1990年代以前，几乎没有以等离子体方式产生氟气的方法。此方法是由法国奥尔良大学的雷森（ranson）和艾拉克比（elyaakoubi）在研究以氟粒子和氦气、氩气产生的等离子体进行硅蚀刻时发明的[11,12] 。从此，使用氟粒子在化学气相沉积上的应用开始发展。在1966年时，日本专利文献上已经记载，以非等离子体方式的氟气为主的腔体清除方式[13] 。此外，1997年时，液晶显示器设备商unaxis (其前身为balzers工艺系统) ，将氟气为主的化学气相沉积腔体清除法推荐给终端客户使用 [14]。因此现场产生氟气来作为清除腔体的方式，并不是一种全新概念。但对于安全性、稳定性、纯度和成本上，该种技术发展遇到了诸多困难。氟气现场产生方式可能解决这些困难，从而改变现有的化学气相沉积器腔体清洗气体的供应和运输方式。 2.1 安全性 半导体业界对于有毒气体的安全处理有着特别的要求标准和规范（如表1所示）。这些标准综合了已经广泛被采用的消防、电子、建筑法规和工业的最佳操作规范而来，（如ifc/ufc,ibc,semi,cga等）。因为氟气毒性很强，有着高氧化力、具腐蚀力、不稳定等特征。所以安全性是所有现场产生氟气系统的设计上最重要的一环。 谈到氟气的安全性，必须注意到加压下的氟气比常压下的氟气更易于反应。因此，设计上，希望能将所生成的氟气在低压下进行储存。在气相沉积工艺设备上的压力需求，一般为表压12-15磅/吋。因此氟气储存压力在低压20磅/吋，技术上是可行的。正因如此，在设计现场产生氟气储存系统时，须考虑低压和以低库存的方式。 2.2 稳定性 设备故障会导致计划外的机台故障和工厂停工和成本增加。因此设备稳定性对半导体和液晶显示器制造非常重要。随着工艺设备的复杂度和成本增加，增加备用机台会使得成本大幅上升。因此工厂会针对重要的工艺设备采取备用的方式引入了一系列的工艺指标。这些指标包括平均无故障时间(mtbf) ，平均修机时间(mttr)，和平日定期机台保养的频率等。设备供货商须提供可长时间稳定操作、故障修复时间短、和不必经常定期保养的机台。现场氟气产生设备也须符合上述的要求。经访谈客户调查结束后，发现平均无故障时间要长于5000小时，且修机时间小于5小时，和定期保养频率应在3~4月一次的系统,才可以被接受。 2.3 纯度 不同的客户对于不同的电子特用气体有不同的纯度要求。现场氟气产生系统对于纯度和成本的要求，应该与市场要求的多样性取得平衡。然而，我们可以理解终瑞客户对于氟气要求至少要与电子级三氟化氮相当 (表2所示)。另在表2中所提到气体中所含的杂质，应该在现场氟
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