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來源：Greg Shuttleworth，Linde Electronics, Hillhouse International, Thornton Cleveleys, Lancs., UK
在薄膜制備過程中，微粒和分子清潔度對高工藝產(chǎn)出起著至關(guān)重要的作用。對于化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝腔室而言，由對氟氣或含氟氣體進(jìn)行加熱或等離子體活化產(chǎn)生的氟自由基是首選的原位清洗劑。它們與CVD薄膜――Si、 SiO2、Si3N4、SiON、W、WSix、TiN、Al等――以及有機(jī)污染物有很高的反應(yīng)性，加上反應(yīng)產(chǎn)物具有揮發(fā)性，這確保了腔室表面的微粒和 分子污染物能夠清洗干凈。可持續(xù)性是我們衡量工藝進(jìn)步的一個(gè)新指標(biāo)，為了證明新工藝完全成功，該新制造工藝應(yīng)該在下列所有三個(gè)方面能夠有所改進(jìn) 。而現(xiàn)場制氟能夠應(yīng)對CVD工藝腔室清洗未來將面臨的所有挑戰(zhàn)。
更少的對環(huán)境的影響：
2008年1月，國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖號召自愿減少高全球變暖潛能值氣體的使用和排放。[1] 在這些氣體中用量最大的是三氟化氮，其用量在過去15年內(nèi)伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展溫和增長，但是隨著液晶顯示器面板的大量生產(chǎn)，三氟化氮的用量陡升。對薄膜光伏生產(chǎn)的預(yù)測，揭示了三氟化氮的第三個(gè)使用周期，其用量將在未來幾年內(nèi)迅速超過半導(dǎo)體和液晶面板。三氟化氮的這一使用規(guī)模促使了Michael Prather （諾貝爾和平獎(jiǎng)獲得者-政府間氣候變化專門小組的主要作者）將三氟化氮列為“京都議定書遺漏掉的溫室氣體”。[2] 最近一輪的聯(lián)合國氣候會談已經(jīng)著手準(zhǔn)備把三氟化氮列入到將在2012年及之后替代京都議定書的新協(xié)議的限制排放氣體名單內(nèi)，而近期的測量也顯示了大氣中的三氟化氮含量正呈準(zhǔn)指數(shù)級增長。[3]
與之形成鮮明對比的是，氟氣的全球變暖潛能值為0，考慮到非現(xiàn)場生產(chǎn)的三氟化氮還需要額外的合成、處理和配送的能源需求，現(xiàn)場制氟的總碳足跡會比三氟化氮少很多倍。[4]
更高的生產(chǎn)率：
相比三氟化氮和其他含氟氣體，氟氣較弱的鍵離解能使工藝能夠在較低溫度下進(jìn)行更快更節(jié)約成本的清洗。對于300毫米晶圓的LPCVD工藝，在TELFORMULA 和HKE QUIXACE等機(jī)臺上進(jìn)行腔室清洗時(shí)，相比三氟化氮或三氟化氯，氟氣因?yàn)榧饶軌驕p少清洗時(shí)間又僅需較低溫度從而延長了腔室石英元件的壽命，因此已經(jīng)在全世界被廣泛使用。在單一基本平臺上進(jìn)行的獨(dú)立研究表明只需用原位射頻等離子體源就能夠有效激活氟氣。[5, 6] 在可比的大規(guī)模流量情況下，相比三氟化氮，氟氣對SiN4、SIO2和 a:Si 的清洗時(shí)間減少了50%以上。
因?yàn)樵赥FT-LCD和薄膜光伏制造中會用到更大尺寸的腔室和更高的氣體流量，遠(yuǎn)程激活是激活方法的選擇之一。使用同樣的遠(yuǎn)程等離子體源，氟氣產(chǎn)生的氟自由基數(shù)量是三氟化氮產(chǎn)生數(shù)的3.3倍，而且由于清洗蝕刻率與反應(yīng)產(chǎn)物有關(guān)，所以會直接減少一定比例的清洗時(shí)間。氟氣相比三氟化氮更大的工藝優(yōu)勢是由幾個(gè)參數(shù)顯示出的“費(fèi)用”節(jié)約。清洗時(shí)間能夠顯著縮減66%以上，或者設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)可以使用較小的RPS，或者完全放棄使用它而重新使用原位清洗氣體活化。除了上述選擇之外，其它的成本節(jié)約還來自氣體消耗量的減少以及由于減少RPS或RF動力消耗而獲得的能源節(jié)約。
改進(jìn)的安全性：
林德電子的現(xiàn)場制氟系統(tǒng)已經(jīng)能夠符合半導(dǎo)體、液晶面板和光伏行業(yè)的嚴(yán)苛的安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。從十年前引入半導(dǎo)體LPCVD腔室清洗開始，已有超過25個(gè)商業(yè)化現(xiàn)場氟發(fā)生器在為工廠無故障服務(wù)，每年生產(chǎn)氟氣1~120噸。這些設(shè)備已經(jīng)通過了該行業(yè)所有主要的安全標(biāo)準(zhǔn)：Semi S2、CE、ASME、UL，并已在安裝時(shí)通過了所有其它的當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。由于現(xiàn)場氟氣使用低壓輸送并消除了頻繁更換高壓鋼瓶的需要，客戶反饋其運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)得以顯著降低。
結(jié)論
現(xiàn)場制氟對現(xiàn)有的清洗氣體進(jìn)行了一個(gè)可觀的、可持續(xù)的改進(jìn)。對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格遵守以及長達(dá)十年的商業(yè)應(yīng)用表明其有著微電子制造所要求的高度運(yùn)營安全性。氟氣還消除了三氟化氮巨大而且日益增長的全球變暖危險(xiǎn)，同時(shí)減少了清洗工藝過程的碳足跡。而產(chǎn)能的增加和設(shè)備成本的降低也為客戶提供了價(jià)值改進(jìn)激勵(lì)，使這種轉(zhuǎn)換在商業(yè)上變得更加有吸引力。很多最終用戶已經(jīng)認(rèn)識到了這些優(yōu)點(diǎn) [7] ，目前的趨勢是會在CVD和薄膜行業(yè)的廣泛領(lǐng)域內(nèi)采用現(xiàn)場制氟。
i) 各種典型的清洗氣體的全球變暖潛能值對比
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