電子行業的清洗氣體-含氟電子氣體

  半導體清洗工藝主要是去除矽片上的粒子和金屬汙染物、有機物、在蝕刻、布線工序中抗蝕劑去膠、去除化合物，以及CMP（化學機械拋光）後的清洗。
  半導體IC製程主要以離子注入、擴散、外延生長及光刻四項基礎工藝為基礎逐漸發展起來。由於集成電路內各元件及連線相當微細，因此製造過程中，如果遭到塵粒、金屬的汙染，很容易造成晶片內電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成。因此在製作過程中除了要排除外界汙染源外，集成電路製作步驟如高溫擴散、離子注入前等均需要進行清洗工作。
  含氟清洗劑在半導體和電子工業清洗尤其是幹法清洗中表現出了非常好的性能。含氟清洗劑沸點較低，常溫下以氣相存在，因此非常容易進行幹法氣相清洗。
  含氟清洗劑主要包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8、SF6、NF3、CF2O、F2等，具體見表1.
  傳統含氟清洗氣體主要包括四氟化碳（CF4）、六氟乙烷（C2F6）、八氟丙烷（C3F8）、八氟環丁烷（c-C4F8）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）等品種，在半導體清洗中，主要以原位C2F6與CF4等全氟氮化合物（PFC）清洗為主。
  隨著環境要求的不斷提高，半導體工業中的PFCs排放越來越受到全球的重視。化學氣相沉積（CVD）腔體清洗所用的氟碳化合物則是半導體工業中最大的PFCs排放源。尋找替代清洗劑被認為是最有效的PFCs排放減量/消除方法之一。
  利用遠程NF3清洗代替原有的原位氟碳化合物（如C2F6、CF4）清洗。遠程NF3清洗是指先將NF3等離子化，解離成F離子或原子，然後再讓F離子或原子進入CVD腔體清洗殘留物。遠程NF3清洗可高達95％-99％的利用率，可以減少>95％的PFCs排放量。遠程NF3清洗與氟碳化合物原位清洗效果及PFCs排放比較見表2。
  但該遠程NF3清洗過程將會產生更多的副產物F2、HF與NOx,無疑會增加後續廢水/廢氣處理的負荷與難度，後處理係統價格昂貴。而且NF3具有爆炸性。
  傳統含氟清洗氣體如PFCs（包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8等）、SF6、NF3的GWP值很高，而且後處理係統複雜且價格昂貴。
  新一代含氟清洗氣體主要往GWP值低甚至為零、清洗效率高、後處理簡單這三個方向發展。代表性的新一代含氟清洗氣體是CF2O，其它如F2、CIF3等。
  表3為各清洗劑的清洗效率比較。由表3結果可知，與傳統含氟清洗氣體相比，CF2O、F2這兩種清洗劑的清洗效率非常高，可大於99％。
  1998—2002，日本先端研究院（Research Institute of Innovation Technology for the Earth,RITE）一直致力於替代清洗劑的研究，並推薦CF2O作為新的替代清洗劑。CF2O的GWP值約為1，大氣壽命近似為零，環境非常友好。與傳統清洗劑C2F6、NF3相比，CF2O的環境友好優勢非常明顯，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爆炸可能性為0，與SiH4混合的安全比例範圍非常寬。
  盡管CF2O屬有毒物質，但廢氣可通過後續水洗滌輕易去除，後處理係統簡單，後處理成本低。使用CF2O替代PFCs清洗劑，相當於降低了96％的PFCs排放量。