电子行业的清洗气体-含氟电子气体

  半导体清洗工艺主要是去除硅片上的粒子和金属污染物、有机物、在蚀刻、布线工序中抗蚀剂去胶、去除化合物，以及CMP（化学机械抛光）后的清洗。
  半导体IC制程主要以离子注入、扩散、外延生长及光刻四项基础工艺为基础逐渐发展起来。由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界污染源外，集成电路制作步骤如高温扩散、离子注入前等均需要进行清洗工作。
  含氟清洗剂在半导体和电子工业清洗尤其是干法清洗中表现出了非常好的性能。含氟清洗剂沸点较低，常温下以气相存在，因此非常容易进行干法气相清洗。
  含氟清洗剂主要包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8、SF6、NF3、CF2O、F2等，具体见表1.
  传统含氟清洗气体主要包括四氟化碳（CF4）、六氟乙烷（C2F6）、八氟丙烷（C3F8）、八氟环丁烷（c-C4F8）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）等品种，在半导体清洗中，主要以原位C2F6与CF4等全氟氮化合物（PFC）清洗为主。
  随着环境要求的不断提高，半导体工业中的PFCs排放越来越受到全球的重视。化学气相沉积（CVD）腔体清洗所用的氟碳化合物则是半导体工业中最大的PFCs排放源。寻找替代清洗剂被认为是最有效的PFCs排放减量/消除方法之一。
  利用远程NF3清洗代替原有的原位氟碳化合物（如C2F6、CF4）清洗。远程NF3清洗是指先将NF3等离子化，解离成F离子或原子，然后再让F离子或原子进入CVD腔体清洗残留物。远程NF3清洗可高达95％-99％的利用率，可以减少>95％的PFCs排放量。远程NF3清洗与氟碳化合物原位清洗效果及PFCs排放比较见表2。
  但该远程NF3清洗过程将会产生更多的副产物F2、HF与NOx,无疑会增加后续废水/废气处理的负荷与难度，后处理系统价格昂贵。而且NF3具有爆炸性。
  传统含氟清洗气体如PFCs（包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8等）、SF6、NF3的GWP值很高，而且后处理系统复杂且价格昂贵。
  新一代含氟清洗气体主要往GWP值低甚至为零、清洗效率高、后处理简单这三个方向发展。代表性的新一代含氟清洗气体是CF2O，其它如F2、CIF3等。
  表3为各清洗剂的清洗效率比较。由表3结果可知，与传统含氟清洗气体相比，CF2O、F2这两种清洗剂的清洗效率非常高，可大于99％。
  1998—2002，日本先端研究院（Research Institute of Innovation Technology for the Earth,RITE）一直致力于替代清洗剂的研究，并推荐CF2O作为新的替代清洗剂。CF2O的GWP值约为1，大气寿命近似为零，环境非常友好。与传统清洗剂C2F6、NF3相比，CF2O的环境友好优势非常明显，具有低的GWP和MMTCE，GWP值CF2O/NF3=1/10970,CF2O/C2F6=1/9200;MMTCE值CF2O/NF3=1/10，CF2O/C2F6=1/100。另外，CF2O爆炸可能性为0，与SiH4混合的安全比例范围非常宽。
  尽管CF2O属有毒物质，但废气可通过后续水洗涤轻易去除，后处理系统简单，后处理成本低。使用CF2O替代PFCs清洗剂，相当于降低了96％的PFCs排放量。