專利名稱：用于半導(dǎo)體加工的超高純氫氟酸的現(xiàn)場制造技術(shù)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，具體涉及提供半導(dǎo)體制造用的超高純HF和氫氟酸的系統(tǒng)和方法。
污染一般是集成電路制造過程中的非常重要的問題?，F(xiàn)代集成電路制造中的大部分步驟是這種或那種的提純步驟；這樣的提純步驟可能需要除去有機(jī)污染物、金屬污染物、光刻膠(或其無機(jī)殘留物)、腐蝕的副產(chǎn)品、天然的氧化物等。
到1995年為止，一個新的前端(集成電路晶片制造設(shè)備)的成本一般超過十億美元($1,000,000,000)，該成本的大部分用于顆柱控制、提純和污染控制。
一個重要的污染源是工藝工程中的化學(xué)物質(zhì)中的雜質(zhì)。由于提純是如此頻繁和如此重要，所以由于提純化學(xué)過程產(chǎn)生的污染是非常不希望的。
半導(dǎo)體制造所需要的極高純度在工業(yè)過程中是稀少的或者是獨(dú)特的。在這樣的極高純度上，化學(xué)物質(zhì)的運(yùn)送本來是不希望的(當(dāng)然它是不能完全避免的)。必須使超純化學(xué)物質(zhì)在空氣中的暴露最少(尤其是在也有工人的環(huán)境中)。這樣的暴露有引入顆粒，從而導(dǎo)致污染的危險。超純化學(xué)物質(zhì)在密閉的容器中的包裝仍然不是理想的，因為在制造廠或使用場地本來就有較高的污染物的危險。此外，未檢測到的污染可能損壞大量的珍貴晶片。
由于在半導(dǎo)體加工中通常使用許多腐蝕性的和/或有毒的化學(xué)物質(zhì)，提供反應(yīng)物的地方通常與前端工人所在的地方分開。用管子輸送超高純氣體和液體的結(jié)構(gòu)和維護(hù)在半導(dǎo)體工業(yè)中是很清楚的，所以大多數(shù)氣體和液體可以從同一建筑物的任何地方(或同一工作場所)輸送到制造晶片的地方)。
在半導(dǎo)體加工過程中長期的工藝變化之一是干法和濕法加工之間的變化(和試圖進(jìn)行的變化)。在干法加工中，只有氣態(tài)的或等離子相的反應(yīng)物與晶片接觸。在濕法加工中，為了腐蝕二氧化硅或除去天然氧化物層、除去有機(jī)物或痕量有機(jī)污染物、除去金屬或痕量有機(jī)污染物、腐蝕氮化硅、腐蝕硅，使用各種液體反應(yīng)物。
等離子腐蝕具有許多吸引人的優(yōu)點(diǎn)，但是它不夠清潔。僅僅沒有可用的化學(xué)方法除去某些最不希望存在的雜質(zhì)，如金。因此，濕法凈化對于現(xiàn)代半導(dǎo)體加工是必要的。在可以預(yù)見的將來內(nèi)是可能保留的。
等離子腐蝕在現(xiàn)場用光刻膠進(jìn)行，隨后不直接進(jìn)行高溫工序。而是除去抗蝕層，然后必須進(jìn)行清洗。
清洗必須除去的物質(zhì)包括光刻膠殘留物(有機(jī)聚合物)；鈉；堿土金屬(例如，鈣和鎂)；和重金屬(如金)。這些物質(zhì)中有許多不能形成揮發(fā)性鹵化物，所以等離子腐蝕不能把它們帶走。需要用濕化學(xué)法清洗。
這樣的結(jié)果是等離子腐蝕中的化學(xué)物質(zhì)的純度并不重要，因為在這些工序后，在高溫工序之前總是接著進(jìn)行清洗工序。在高溫工序吸入危險的污染物之前，清洗工序能夠從表面除去這些污染物。但是，液體化學(xué)物質(zhì)的純度要重要得多，因為在半導(dǎo)體表面的侵入速度一般比等離子腐蝕高上百萬倍，而且因為液體清洗工序后緊接著進(jìn)行高溫工序。
但是，濕法處理有一個主要缺點(diǎn)，叫做離子污染。集成電路結(jié)構(gòu)僅使用少數(shù)幾種摻雜劑物質(zhì)(硼、砷、磷、有時還有銻)形成所需要的p型和n型摻雜區(qū)域。然而，許多其它物質(zhì)是電活性摻雜劑，是非常不希望存在的污染物。這些污染物中有許多可能具有有害的作用，例如在濃度遠(yuǎn)低于1013cm-1時增大結(jié)泄漏。而且，某些較不希望存在的污染物偏析在硅中，即在硅與水溶液接觸時，污染物在硅中的濃度高于其在溶液中的濃度。而且，某些較不希望存在的污染物具有非常高的擴(kuò)散系數(shù)，因此向硅晶片的任何部分引入這樣的摻雜劑都趨于使這些污染物全部擴(kuò)散，包括這些污染物會引起泄漏的結(jié)點(diǎn)區(qū)域。
因此用于半導(dǎo)體晶片的所有液體溶液優(yōu)選的是其中所有金屬離子的含量極低。優(yōu)選的是所有金屬的總濃度應(yīng)該低于300ppt(一萬億分之一)，對于任何一種金屬應(yīng)該低于10ppt，更少會更好。此外，必須控制由陰離子和陽離子同時產(chǎn)生的污染。(某些陰離子可能有反向效應(yīng)，例如絡(luò)合的金屬離子可能還原成為在硅晶格中可移動的金屬原子或離子。)前端設(shè)備通常包括制備高純水的現(xiàn)場提純系統(tǒng)(稱為“DI”水，即去離子水)。但是，獲得需要純度的工藝化學(xué)物質(zhì)是更困難的。
本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了一種在位于半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)現(xiàn)場的現(xiàn)場系統(tǒng)中制備超高純氨的方法，通過從液氨儲存器中抽取氨蒸氣，使氨蒸氣通過微 過濾器，用高pH值的純水(優(yōu)選的是已經(jīng)用氨氣平衡的超純?nèi)ルx子水)洗滌過濾的氨蒸氣。已發(fā)現(xiàn)使得有可能把工業(yè)純的氨轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诟呔戎圃斓淖銐蚋呒兌鹊陌倍恍枰s。從供給儲存器中抽取氨蒸氣本身作為一個單級精餾，除去非揮發(fā)性和高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，如堿金屬和堿土金屬氧化物，碳酸鹽和氫化物，過渡金屬鹵化物和氫化物，以及高沸點(diǎn)的碳?xì)浠衔锖望u代烴。工業(yè)純氨中可以發(fā)現(xiàn)的活性揮發(fā)性雜質(zhì)，如某些過渡金屬鹵化物，第III族金屬鹵化物和氫化物，某些第IV族金屬氫化物和鹵化物，以及鹵代烴，以前認(rèn)為需要精餾才能除去，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)通過洗滌能夠除去到足以用于高精度操作中所用的超高純度。這是非常驚人的發(fā)現(xiàn)，因為洗滌技術(shù)通常用于常量雜質(zhì)的去除而不是微量雜質(zhì)的去除。
本申請?zhí)岢隽擞糜谠诎雽?dǎo)體制造設(shè)備現(xiàn)場制備超純化學(xué)物質(zhì)的系統(tǒng)和方法，使得它們可以直接用管道送到使用現(xiàn)場。所提出的系統(tǒng)是非常簡單的單元，可以與前端位于相同的建筑物中(或相鄰的建筑物中)，從而避免運(yùn)送。
氫氟酸是半導(dǎo)體制造中的一種重要的合成化學(xué)物質(zhì)。它對于脫釉(即，除去薄的天然氧化物)和除去一般的氧化物是非常重要的。它也是硅的均勻腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)濕腐蝕劑的組分(例如，“CP4A，”，其中有3份HF、5份HNO3和3份醋酸)。
如上所述，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)了用于制備超高純氨的方法和系統(tǒng)?，F(xiàn)在又發(fā)現(xiàn)改進(jìn)這些方法和系統(tǒng)可以用于副備超高純氫氟酸。
無水HF一般通過向螢石，CaF2中加入硫酸來制得。不幸的是，許多螢石中含有砷，導(dǎo)致所得的HF的污染。因此砷污染是HF提純的主要問題。一個來源(來自中國)含有最少量的As，是生產(chǎn)超高純HF的最佳原料。用這種原料制造的HF可以從美國的Allied Chemical得到。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，其它雜質(zhì)由HF產(chǎn)生和操作系統(tǒng)產(chǎn)生。這些雜質(zhì)導(dǎo)致這些系統(tǒng)的破壞；這些系統(tǒng)設(shè)計用于比半導(dǎo)體工業(yè)的要求小得多的應(yīng)用。為了得到良好的半導(dǎo)體性能，必須除去這些雜質(zhì)。
HF的處理流程包括一個間歇的除去砷和蒸發(fā)階段，一個除去大多數(shù)其它雜質(zhì)的精餾塔、一個排除不能通過精餾塔除去的污染物的離子提純器塔，最后是HF的供給器(HFS)。
砷將會被轉(zhuǎn)變?yōu)?5價的狀態(tài)，通過加入氧化劑(KMnO4或(NH4)2S2O8)和陽離子源(如KHF2)形成鹽K2AsF7，在精餾過程中保留在蒸發(fā)器中。這將是一個間歇過程，因為該反應(yīng)是緩慢的，為使反應(yīng)完成，在進(jìn)行精餾之前必須有足夠的反應(yīng)時間。在標(biāo)定的溫度下，該過程需要大約1hr的接觸時間。在連續(xù)過程中達(dá)到完全反應(yīng)將需要高溫和高壓(在安全方面是不希望的)或者用非常大的容器和管道。在這種方法中，把所說的HF引入到間歇蒸發(fā)器容器中，在攪拌的條件下用氧化劑處理合適的反應(yīng)時間。
然后在精餾塔內(nèi)以回流的方式精餾所說的HF，從而除去大部分金屬雜質(zhì)。在這個步驟中表現(xiàn)出顯著減少的元素包括第1族(I)Na，第2族(II) Ca、Sr、Ba，第3-12族(IIIA-IIA) Cr、W、Mo、Mn、Fe、Cu、Zn，第13族(III) Ga，第14族(IV) Sn、Pb，第15族(VII) Sb。
該精餾塔用作許多簡單精餾的一個系列；通過用高表面積材料填充所說的塔，用逆流的液流來達(dá)到這一點(diǎn)，從而保證下降液體和上升蒸氣之間的完全平衡。僅在該塔中安裝一部分冷凝器來提供回流，然后把所提純的氣態(tài)HF送入HF離子提純器(HF IP)中。在該階段HF按通常的標(biāo)準(zhǔn)是純的，可能帶有的砷處理劑或者除去這些化學(xué)物質(zhì)需要的淬冷。
在把所說的HF引入到供給系統(tǒng)之前，所說的HF IP用于作為附加的純度保證。這些元素可能存在于處理液中或者引入所說的IP中，以吸收在HF蒸氣中攜帶的硫酸鹽。IP試驗已表明下列元素在所說的HF氣流污染物中的顯著減少第2族(II)Sr和Ba，第6-12族(VIA-IIA)Cr、W和Cu，第13族(III) B，第14族(IV) Pb、Sn，第15族(V)Sb。
這些元素中有許多在進(jìn)行As污染物的去除中是有用的。在所說的As處理中由于它們的過量在精餾塔中產(chǎn)生的任何帶出都可以在這個步驟中除去。
所提出的發(fā)明將通過參考附圖描述，它表明了本發(fā)明的重要的試驗?zāi)Ｐ蛯嵤┓桨福鳛槠湔f明書的參考，其中

圖1表示根據(jù)所提出的創(chuàng)新的模型實施方案的現(xiàn)場HF提純器。
圖1A表示根據(jù)所提出的另一個實施方案的現(xiàn)場HF提純器，其中高純度的減少了砷的氫氟酸用作大部分原料。
圖2是圖1的提純單元可以直接相連的半導(dǎo)體制備生產(chǎn)線的框圖。
本申請的許多創(chuàng)新性說明將具體參考目前優(yōu)選的實施方案進(jìn)行描述(只是例舉，而不是限制性的)，其中圖1表示根據(jù)所提出的創(chuàng)新的模型實施方案的現(xiàn)場HF提純器。
通過先把砷氧化成+5價氧化態(tài)，然后精餾除去As+5和金屬雜質(zhì)。見作為本文參考的美國專利4,929,435。為此已經(jīng)使用了許多種氧化劑，如所說的文獻(xiàn)所述。
已經(jīng)證明氟(F2)可以起作用(通過其它人公開的資料表明)，并被認(rèn)為是目前優(yōu)選的實施方案。F2需要昂貴的管道系統(tǒng)和安全保護(hù)，但是已經(jīng)證明是可以起作用的。
一個替換的第二優(yōu)選的實施方案使用可以容易地得到高純度的過硫酸銨。
一般來說，優(yōu)選的是不引入金屬原子的氧化劑。因此其它候選的氧化劑包括H2O2和O3。
較不優(yōu)選的候選的氧化劑是Caro’s酸(過硫酸，其在溶液中產(chǎn)生H2O2)。另一個任選的氧化劑是ClO2，但是這種氧化劑具有易爆物質(zhì)的嚴(yán)重缺點(diǎn)。其它任選的氧化劑包括HNO3和Cl2，但是這兩種物質(zhì)引入必須隨后分離出的陰離子。(非金屬陰離子的減少不象金屬陽離子的減少那樣重要，但是仍然希望得到1ppb或更少的陰離子含量。因此陰離子的起始引入增加了離子提純階段的負(fù)荷。)Allied Signal與本發(fā)明者合作，在他們在Geismar La的工廠中，已經(jīng)證明了用起始的As氧化步驟成功地制備了超純HF。并不是這個過程的所有步驟對本發(fā)明者都是已知的，但是Allied在這方面的成功進(jìn)一步證實了所提出的發(fā)明的可行性。
KMnO4是最常規(guī)的氧化劑，如果緊跟著所提出的離子提純器和HF汽提過程，預(yù)測KMnO4是可以用于超純化的。但是這種反應(yīng)物對提純器施加了大量的陽離子負(fù)荷，所以優(yōu)選的是不含金屬的氧化劑。
在另一個實施方案中，可以使用基本不含砷的高純49％的HF。到1995年的第三季度為止，這樣的低砷物料可以期望從Allied得到，并且可以與不包括砷氧化反應(yīng)試劑的現(xiàn)場離子提純過程一起用來現(xiàn)場生產(chǎn)超純HF。
所說的HF工藝流程包括砷的間歇排除和蒸發(fā)階段，除去大多數(shù)其它雜質(zhì)的精餾塔、一個除去不能通過精餾塔除去的污染物的離子提純塔、最后是HF供給裝置(HFS)。
在精餾過程中，通過添加氧化劑(KMnO4或(NH4)2S2O8)和陽離子源(如KHF2)形成K2AsF7把砷轉(zhuǎn)變?yōu)?5價態(tài)并保留在蒸發(fā)器中。這將是一個間歇過程，因為該反應(yīng)是緩慢的，在進(jìn)行精餾過程之前為了使反應(yīng)完成需要足夠的時間。該過程在標(biāo)定的溫度下需要大約1hr的接觸時間。在連續(xù)過程中為了達(dá)到完全反應(yīng)需要高溫和高壓(對于安全性來說是不期望的)或非常大的容器和管道。在該過程中，把所說的HF引入到間歇的蒸發(fā)器容器中并在攪拌的條件下用氧化劑處理合適的反應(yīng)時間。
然后在一個精餾塔中用回流精餾所說的HF除去大多數(shù)金屬雜質(zhì)。在該步驟中表現(xiàn)出顯著減少的元素包括第1族(I) Na，第2族(II) Ca，Sr，Ba，第3-12族(IIIA-IIA) Cr，W，Mo，Mn，F(xiàn)e，Cu，Zn，第13族(III)Ga，第14族(IV) Sn，Pb，第15族(VII)Sb。
該精餾塔用作許多簡單精餾的一個系列；通過用高表面積材料填充所說的塔，用逆流的液流來達(dá)到這一點(diǎn)，從而保證下降液體和上升蒸氣之間的完全平衡。僅在該塔中安裝一部分冷凝器來提供回流，然后將所提純的氣態(tài)HF送入HF離子提純器(HF IP)中。在該階段HF按通常的標(biāo)準(zhǔn)是純的，除了可能帶有的砷處理劑或者除去這些化學(xué)物質(zhì)需要的淬冷。
在把所說的HF氣體引入到供給系統(tǒng)之前，所說的HF IP用于作為附加的純度的保證。這些元素可能存在于處理液中或者在所說的IP中引入，以吸收在HF蒸氣中攜帶的硫酸鹽。IP試驗以及表明下列元素在所說的HF氣流污染物中的顯著減少
第2族(II) Sr和Ba，第6-12族(VIA-IIA) Cr、W和Cu，第13族(III)O，第14族(IV) Pb、Sn，第15族(V) Sb。
這些元素中有許多在進(jìn)行As污染物的去除中是有用的。在所說的As處理中由于它們的過量在精餾塔中產(chǎn)生的任何帶出都可以在這個步驟中除去。
圖1A表示根據(jù)所提出的另一個實施方案的現(xiàn)場HF提純器，其中高純度的減少了砷的氫氟酸用作大部分原料。
用于半導(dǎo)體制造的傳統(tǒng)生產(chǎn)線中的一些凈化站表示于圖2。在凈化線上的第一個單元是把過氧化氫42水溶液和硫酸43混合在一起并應(yīng)用到所說的半導(dǎo)體表面除去保護(hù)層的去除保護(hù)層的站41。接著是用去離子水漂洗除去去除保護(hù)層溶液的漂洗站44。漂洗站44后面是清洗站45，這里使用氨和過氧化氫水溶液。這種溶液以兩種方式之一提供。第一種方式中，把氨水溶液31和過氧化氫水溶液46混合，把得到的混合物47送入清洗站45。在第二種方式中，把純的氣態(tài)氨32鼓泡通過過氧化氫水溶液48產(chǎn)生類似的混合物49，同樣把它送入所說的清洗站45中。一旦用氨/過氧化氫混合物清洗后，使半導(dǎo)體通過第二個漂洗站50，其中用去離子水除去清洗液。下一站是另一個清洗站54，在這里把鹽酸溶液55和過氧化氫溶液56混合，應(yīng)用于半導(dǎo)體表面的進(jìn)一步清洗。然后接著的是最后的漂洗站57，在這里用去離子水除去HCl和H2O2。在脫釉站59，對晶片使用稀的HF緩沖溶液(用于除去天然氧化物或其它氧化物薄膜)。直接通過密閉的管道從發(fā)生器70提供所說的稀的氫氟酸緩沖溶液。如上所述，儲存器72保存無水HF，從該儲存器把HF氣流通過離子提純器71喂入發(fā)生器70。優(yōu)選的是使氣態(tài)氨也鼓泡進(jìn)入發(fā)生器70提供一種緩沖溶液，加入超純?nèi)ルx子水得到要求的稀溶液。接著用超純?nèi)ルx子水漂洗(在站60中)，在站58干燥。所說的晶片或晶片批料61將保持在支架52上，通過機(jī)器人63或某些其它傳統(tǒng)的進(jìn)行系列處理的裝置從一個工作站送到下一個工作站。所說的傳送裝置可以全部自動化，部分自動化或完全不是自動化的。
圖2所示的系統(tǒng)只是用于半導(dǎo)體制造的凈化生產(chǎn)線的一個實施例。一般來說，用于高精度制連的凈化生產(chǎn)線可以從圖2所示的凈化生產(chǎn)線進(jìn)行廣泛的變化，去掉所示的單元中的一個或多個，或者添加或取代未表示出的單元。然而，根據(jù)本發(fā)明的高純度氨水溶液的現(xiàn)場制備的概念應(yīng)用于所有這樣的系統(tǒng)。
在圖2表示的清洗站45等工作站中使用氨和過氧化氫作為半導(dǎo)體凈化介質(zhì)是該工業(yè)中眾所周知的。在比例變化過程中，標(biāo)出的系統(tǒng)由去離子水、29％的氫氧化銨(以重量為基準(zhǔn))和30％的過氧化氫(以重量為基堆)，以6∶1∶1的體積比混合。用這種清洗劑除去有機(jī)殘留物，與頻率約為1MHz的超聲攪拌結(jié)合，把顆粒除去到亞微米級的尺寸范圍。
在一類實施方案中，提純系統(tǒng)緊密靠近所說的生產(chǎn)線中的超純化學(xué)物質(zhì)的使用地點(diǎn)，在提純單元和生產(chǎn)線之間只留下很短的距離。此外，對于多地點(diǎn)使用的工廠，從提純(或提純和產(chǎn)生)單元出來的超純化學(xué)物質(zhì)在到達(dá)使用地點(diǎn)可以通過中間的儲存罐。然后通過從儲存罐出來的單個的輸出管道喂入到每個使用地點(diǎn)。在這兩種情況下，所說的超純化學(xué)物質(zhì)可以直接用于半導(dǎo)體基體，而沒有經(jīng)過包裝或運(yùn)輸，也沒有出來小的在線儲存器以外的儲存，所以沒有與在使用地點(diǎn)以外的制造廠制造的化學(xué)物質(zhì)通常遇到的潛在的污染源接觸。在這類實施方案中，在超純化學(xué)物質(zhì)離開提純系統(tǒng)的地點(diǎn)和其在生產(chǎn)線上的使用地點(diǎn)之間的距離只有幾米或更小。在所說的提純系統(tǒng)是中型的工廠系統(tǒng)用管道送到兩個或兩個以上的使用地點(diǎn)時，該距離將會更大，在這種情況下，所說的距離可以是兩千英尺或更大?？梢酝ㄟ^不引入污染物的材料的超凈管線進(jìn)行輸送。在大多數(shù)應(yīng)用中，可以成功地使用不銹鋼或聚合物，如高密度聚乙烯或氟化的聚合物。
由于提純單元接近所說的生產(chǎn)線，在該單元中使用的水可以根據(jù)半導(dǎo)體制造標(biāo)準(zhǔn)提純。這些標(biāo)準(zhǔn)通常用于半導(dǎo)體工業(yè)中，在熟悉該技術(shù)和在該工業(yè)實踐和標(biāo)準(zhǔn)中有經(jīng)驗的那些人是眾所周知的。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)提純水的方法包括離子交換和反滲透。離子交換法一般包括大多數(shù)或所有的下列操作單元化學(xué)處理，如氯化反應(yīng)殺死有機(jī)物；砂過濾除去顆粒；活性炭過濾除去氯和痕量的有機(jī)物；硅藻土過濾；陰離子交換除去強(qiáng)離子化的酸；混合床拋光，含有陽離子和陰離子交換樹脂進(jìn)一步除去離子；殺菌，包括氯化或紫外線光照；通過一個0.45微米或更小的過濾器過濾。代替所說的離子交換法中的一個或多個操作單元，反滲透法包括使水在壓力作用下通過選擇性滲透膜，這種滲透膜不能通過許多溶解的或懸浮的物質(zhì)。來自這些過程的水的純度的典型標(biāo)準(zhǔn)是在25℃時有至少約15兆歐姆·厘米的電阻率(一般為在25℃時為18兆歐姆·厘米)，小于約25ppb的電解質(zhì)，小于約150/cm3的顆粒含量，小于0.5微米的顆粒尺寸，小于約10/cm3的微生物含量，總有機(jī)碳含量小于100ppb。
在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中，通過用已知的設(shè)備和儀表進(jìn)行的精確監(jiān)測和檢測達(dá)到高度控制產(chǎn)品濃度以及流速。達(dá)到這一目的的常見方法是通過聲速測量。其它方法對于熟悉該技術(shù)的那些人是容易清楚的。如果需要可以對濃度控制電路進(jìn)行各種改進(jìn)(用電導(dǎo)率等取代聲速)。
根據(jù)所提出的一類創(chuàng)新的實施方案，提供了一個半導(dǎo)體元件制造設(shè)備的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向半導(dǎo)體制造操作提供包括HF的超高純試劑，包括一個與HF源相連的蒸發(fā)源，從中提供HF蒸氣流；使所說的HF蒸氣流通過一個提供高純度水循環(huán)的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度HF與所說的HF蒸氣流接觸，其中所說的提純器排出少量HF氣體；和一個發(fā)生器單元，接收來自所說的提純器的HF蒸氣流，并把所說的HF蒸氣與水混合產(chǎn)生包括氫氟酸的超純的水溶液；和將所述水溶液導(dǎo)向半導(dǎo)體元件副造設(shè)備的使用場所的連接管道。
根據(jù)所提出的一類創(chuàng)新的實施方案，提供了一個半導(dǎo)體元件制造設(shè)備的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向半導(dǎo)體制造操作提供包括HF的超高純試劑，包括一個與HF源相連的蒸發(fā)源，從中提供HF蒸氣流；使所說的HF蒸氣流通過一個提供高純度水循環(huán)的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度HF與所說的HF蒸氣流接觸，其中所說的提純器排出少量HF氣體；和一個發(fā)生器單元，接收來自所說的提純器的HF蒸氣流，并把所說的HF蒸氣與水混合產(chǎn)生包括氫氟酸的超純的水溶液；從而使所說的超純水溶液可以用作所說的半導(dǎo)體元件制造設(shè)備中而沒有整體輸送或把液體表面暴露于任何未控制的大氣中。
根據(jù)提出的另一類創(chuàng)新的實施方案，提供了在半導(dǎo)體元件制造設(shè)備中的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向所說的設(shè)備中進(jìn)行半導(dǎo)體制造操作提供超高純HF，包括一個連接成接收液體HF源的蒸發(fā)源，從中提供一個HF蒸氣流；連接所說的HF蒸氣流使其通過一個提供高純水的回流的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度的HF與所說的HF蒸氣流接觸，其中所說的提純器排出少量HF氣體；和一個干燥器單元，使其接收來自所說的提純器的所說的HF蒸氣流，并干燥所說的HF蒸氣；和一個管道連接，把所說的蒸氣從所說的干燥器送到在半導(dǎo)體元件制造設(shè)備中的使用地點(diǎn)。
根據(jù)提出的另一類創(chuàng)新的實施方案，提供了一種向制造高精度電子元件的生產(chǎn)線上的工作地點(diǎn)提供高純HF試劑的方法，所說的方法包括(a)從裝有HF的儲存器中的氫氟酸上面的空間抽出HF氣體；(b)使所說的HF氣體通過過濾膜從中除去大于0.005微米的顆粒；(c)使這樣過濾的所說的HF氣體通過一個滌氣器，其中使所說的HF氣體與去離子水中的HF溶液接觸，其中所說的滌氣器排出少量HF氣體；(d)回收從所說的滌氣器排出的HF氣體并把所說的HF氣體送到所說的工作地點(diǎn)。
正如熟悉該技術(shù)的那些人將認(rèn)識到的那樣，本申請中描述的創(chuàng)新性概念可以在本申請的很大范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)和變化，因此本專利的主題范圍不受任何給出的具有示例性說明所限制。
例如用于提純的氣態(tài)HF源可以是無水HF，或者是一個加熱蒸發(fā)器，從49％的HF水溶液中釋放出的HF。
例如，所提出的創(chuàng)新技術(shù)不嚴(yán)格局限于集成電路的制造，但是也可以用于制造單個的半導(dǎo)體元件，如光電子和功率器件。
對于另一個實例，所提出的創(chuàng)新技術(shù)也可以用于制造其它采用集成電路制造方法的技術(shù)，如用于薄膜磁頭和有源矩陣液晶顯示器；但是基本的應(yīng)用是用于集成電路制造，所提出的技術(shù)在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用是次要的。
對于另一個實例，使用滌氣器進(jìn)行液體-蒸氣的接觸不是嚴(yán)格必須的；也可以使用鼓泡器，雖然這是不希望的，因為氣體/液體接觸的效率較小。
任選的其它過濾或過濾工序可以結(jié)合到所提出的提純設(shè)備中。
應(yīng)該注意的是如果需要可以向提純的水中引入添加劑，雖然在目前優(yōu)選的實施方案中沒有這樣做。
如上所述，基本的實施方案是現(xiàn)場提純系統(tǒng)。此外，在一類較不優(yōu)選的實施方案中，所提出的提純系統(tǒng)也可以用于作為生產(chǎn)裝運(yùn)的超高純化學(xué)物質(zhì)的制造單元的一部分；但是這個替補(bǔ)的實施方案不提供上面討論的現(xiàn)場提純的優(yōu)點(diǎn)。如上所討論的，這樣的應(yīng)用遇到了運(yùn)送超高純化學(xué)物質(zhì)固有的危險，但是對于需要包裝的化學(xué)物質(zhì)(帶有附加的處理)的用戶，所提出的創(chuàng)新至少給出了得到比其它技術(shù)得到的更高的初始純度。而且，在這樣的應(yīng)用中，干燥器階段也可以在離子提純器之后使用。
如上所述，基本的實施方案是提供超純的化學(xué)物質(zhì)水溶液，這對于半導(dǎo)體制造是最重要的。但是所提出的系統(tǒng)和方法實施方案也可以用于提供提純的氣流。(在許多情況下，在提純器的下游使用干燥器對于這點(diǎn)是有用的。)應(yīng)該注意的是用在半導(dǎo)體前端管道輸送超純化學(xué)物制質(zhì)可能包括在線的或壓力儲存器。因此參看權(quán)利要求書中的“直接”管道輸送不排除這樣的儲存器的使用，但是排除暴露于未控制的空氣中。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向半導(dǎo)體制造操作提供包括HF的超高純試劑，包括一個連接成接收HF源的蒸發(fā)源，從中提供一個HF蒸氣流；使所說的HF蒸氣流通過一個提供高純度水循環(huán)的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度HF與所說的HF蒸氣流接觸，其中所說的提純器排除少量HF氣體；一個發(fā)生器單元，從所說的提純器接收所說的HF蒸氣流，并把所說的HF蒸氣與水溶液混合產(chǎn)生包括氫氟酸的超純水溶液；一個管道連接，把所說的水溶液輸送到半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的使用地點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括在所說的蒸發(fā)源和所說的提純器之間插入一個顆粒過濾器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的HF源由無水HF組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的高純度水循環(huán)不含有任何添加劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的HF源基本是不含砷的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的HF源僅具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)純度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器是一個整體的儲存罐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器在控制的溫度下進(jìn)行操作，并連接成接收來自整體儲存罐的氫氟酸。
9.一種在半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向半導(dǎo)體制造操作提供包括HF的超高純試劑，包括一個連接成接收HF源的蒸發(fā)源，從中提供一個HF蒸氣流；使所說的HF蒸氣流通過一個提供高純度水循環(huán)的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度HF與所說的HF蒸氣流接觸，其中所說的提純器排除少量HF氣體；一個發(fā)生器單元，從所說的提純器接收所說的HF蒸氣流，并把所說的HF蒸氣與水溶液混合產(chǎn)生包括氫氟酸的超純水溶液；從而使所說的超純水溶液可以用作半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中，而沒有整體輸送或使液體表面暴露于任何未控制的大氣中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，還包括在所說的蒸發(fā)源和所說的提純器之間插入一個顆粒過濾器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所說的HF源由無水HF組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所說的高純度水循環(huán)不含有任何添加劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所說的HF源僅具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)純度。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器是一個整體的儲存罐。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器在控制的溫度下進(jìn)行操作，并連接成接收來自整體儲存罐的氫氟酸。
16.一種在半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的現(xiàn)場子系統(tǒng)，用于向半導(dǎo)體制造操作提供超高純HF試劑，包括一個連接成接收液體HF源的蒸發(fā)源，從中提供一個HF蒸氣流；使所說的HF蒸氣流通過一個提供高純度水循環(huán)的離子提純器單元，所述高純度水中含有高濃度HF與所說的HF蒸氣流接觸；一個于燥單元，從所說的提純器接收所說的HF蒸氣流，并干燥所說的HF蒸氣；一個管道連接，把所說的蒸氣輸送到半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的使用地點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括在所說的蒸發(fā)源和所說的提純器之間插入一個顆粒過濾器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所說的HF源由無水HF組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所說的高純度水循環(huán)不含有任何添加劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所說的HF源僅具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)純度。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器是一個整體的儲存罐。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所說的蒸發(fā)器在控制的溫度下進(jìn)行操作，并連接接收來自整體儲存罐的氫氟酸。
23.一種向制造高精度電子元件的生產(chǎn)線上的工作地點(diǎn)提供高純HF試劑的方法，所說的方法包括(a)從裝有HF的儲存器中的氫氟酸上面的蒸氣空間抽出HF氣體；(b)使所說的HF氣體通過過濾膜從中除去大于0.005微米的顆粒；(c)使這樣過濾的所說的HF氣體通過一個滌氣器，從而使所說的HF氣體與去離子水中的HF水溶液接觸；(d)回收從所說的滌氣器排出的HF氣體并把所說的HF氣體送到所說的工作地點(diǎn)。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括在把所說的HF氣體送到所說的工作地點(diǎn)之前，把從所說的滌氣器中排出的HF氣體溶解在提純的水中。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括在把所說的HF氣體送到所說的工作地點(diǎn)之前，使所說的HF氣體通過一個精餾塔進(jìn)一步提純。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括一個附加步驟(b’)在把所說的HF氣體送到所說的工作地點(diǎn)之前，使所說的來自所說的滌氣器的HF氣體通過一個精餾塔進(jìn)一步提純，然后把從所說的精餾塔排出的HF氣體溶解在提純的水中。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，進(jìn)行步驟(b)的溫度范圍約為10℃～50℃。
28.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，進(jìn)行步驟(b)的溫度范圍約為15℃～35℃。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，進(jìn)行步驟(b)和(b’)的溫度范圍約為15℃～35℃。
30.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，進(jìn)行步驟(b)的溫度范圍約為15℃～35℃，壓力約為大氣壓到高于大氣壓約30psi。
31.一種根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，進(jìn)行步驟(b)和(b’)的溫度范圍約為15℃～35℃，壓力約為大氣壓到高于大氣壓約30psi。
全文摘要
一個在半導(dǎo)體器件制造設(shè)備現(xiàn)場提純和產(chǎn)生氫氟酸的系統(tǒng)。一個蒸發(fā)階段(任選的是帶有砷氧化過程)接著通過一個精餾塔除去大多數(shù)其它雜質(zhì),一個離子提純器除去通過精餾塔不能除去的污染物,最后是HF供給器(HFS)。
文檔編號C01C1/02GK1190913SQ96194483
公開日1998年8月19日 申請日期1996年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月5日
發(fā)明者J·G·霍夫曼, R·S·克拉克 申請人:斯塔泰克文切斯公司