[发明专利]为半导体制造提供超高纯氨的体系和方法

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氨体系和方法。

在IC制造中的污染

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。

氨的纯化

氨(NH₃)在半导体制造中是一种重要的工艺化学品。它最常用于使氮化硅沉积，它也可用来氮化或使其它氮化物沉积。氨(以氢氧化铵的形式)也广泛用于标准的RCA清洗中的碱清洗部分(RCA清洗包括：1)溶剂洗涤除去全部有机物-用四氯乙烯或类似的溶剂；2)碱清洗-NH₄OH+H₂O₂+H₂O，其比例为1∶1∶5或1∶2∶7；以及3)酸清洗-HCl+H₂O₂+H₂O，其比例为1∶1∶6或1∶2∶8)。参见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得。但是，这就意味着必需在制造商的生产工厂和使用地对这些包装物中的溶液进行某些处理。超高纯化学器的这种处理总是不希望的。

氨存在特殊的困难性，因为液氨含有固体杂质和挥发性杂质，其中许多，如果在制造过程中存在的话，对电子元件是有害的。这些杂质的含量可能会有很大的变化，这与氨的来源以及处理方法有关；在氨用于电子元件生产线以前，所有这些杂质都必需除去。

为了满足这一标准，生产厂必需以相当高的费用从能提供合格品级氨的有限供货来源得到高质量的氨。只能使用考察合格的供应商，而新的供应商在其产品可接受以前必需经过考核。这一费用以及供货灵活性差大大增加了元件的成本。

另一限制是运输部提出的一些条例，在此条例下含水氨必需以不大于30％的氨浓度运输。

显然需要一种可靠的方法来供应这样一种纯度的氨：它使得能得到高产率的合格超高精密元件产品，并可满足先进的电子工艺的要求。

氨的纯化

现已发现，可使用现场体系将氨以超高纯度的形式提供给高精密电子设备的生产线，该现场体系从液氨储蓄器中抽出氨蒸气，使氨蒸气通过微滤器，并用高pH值的纯水洗涤经过滤的氨蒸气。这一发现的独特性在于，它可将商业级的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。氨蒸气从供气储蓄器抽出本身可作为单级蒸馏，从而除去不挥发性的和高沸点的杂质，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洗气除去，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，因为洗气工艺传统用于除去常量杂质，而不是用于除去微量杂质。在本发明中，涤气器可使对半导体晶片制造有害的杂质含量降到1ppb以下(对一种元素)或30ppb以下(对全部元素)。对于甚至有更高纯度要求的操作来说，也可在洗涤以后进行蒸馏。但是，本发明的一个优点是，如果包括蒸馏，那么涤气器大大降低了对蒸馏塔的负荷和设计要求，进一步提高了产品的纯度。其沸点相当接近氨沸点的杂质如反应性氢化物、氟化物和氯化物被除去使蒸馏塔的设计大大简化。

超纯混合清洗溶液的现场制备

本申请书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。