近年隨著國家在半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)人力財力投入,國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由原來封測主導(dǎo)向芯片設(shè)計、芯片制造以及材料、設(shè)備開始全,面發(fā)展。目前我國對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)出臺相應(yīng)政策支持文件《中國制造2025》強調(diào),要求在市場終端打造集IC設(shè)計、IC制造、半導(dǎo)體材料與設(shè)備、IP 與設(shè)計工具四者為一體的國際綜合品牌的目標(biāo)。伴隨國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)蓬勃發(fā)展,半導(dǎo)體元件在生產(chǎn)制程中,會使用多種酸堿溶液、有機溶劑及特殊的有毒氣體,其產(chǎn)生的廢氣及有毒物質(zhì)污染強度大,若做不好污染防治工作,將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,因此半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展過程相應(yīng)的環(huán)保措施也要引起重視。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,特別是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和LCD液晶面板產(chǎn)業(yè)中,CF4、C2F5、CHF3等全氟化合物(PFC PRE FLUORO CARBON)由于具有價格相對較低、無毒使用方便、效果好等優(yōu)勢,被廣,泛用于干法刻蝕工藝氣體和化學(xué)氣相沉積(chemical vapor de-position CVD)裝置洗凈氣體等工程中。因PFC地球溫室效應(yīng)系數(shù)(global warming potential GWP)比CO2要高數(shù)千甚至數(shù)萬倍(如CF4壽命50000年);因此即使相對少量PFC排入大氣,也會產(chǎn)生很大累計效果,對地球溫室效應(yīng)具有長期深遠(yuǎn)影響,所以PFC在排入大氣前需要進行無害化分解處理。
半導(dǎo)體行業(yè)PFC氣體產(chǎn)生的工藝過程:
1. 干法刻蝕工序
刻蝕工藝是根據(jù)設(shè)計圖形來處理金屬氧化膜、絕緣膜及半導(dǎo)體和引線框的工藝。干法刻蝕一般采用等離子刻蝕技術(shù),利用含氟或氯的化合物產(chǎn)生等離子氣體。因氟或氯自由基是化學(xué)性質(zhì)非常活潑的物質(zhì),可促進刻蝕工藝中化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,如采用CF4作為等離子體氣體來刻蝕電子材料硅時,CF4形成等離子體中的氟原子和半導(dǎo)體中的硅反應(yīng)生成易揮化的產(chǎn)物SiF4,其反應(yīng)式所示:Si(s)+4F(g)——SiF4(g)
2. CVD工序
PFC除了應(yīng)用刻蝕工藝外,還應(yīng)用于化學(xué)蒸發(fā)沉積反應(yīng)器的清洗。(即CVD工藝),使用化學(xué)氣相沉積法是一種通過化學(xué)反應(yīng)使多晶硅以氣相狀態(tài)沉積的工藝,利用外延工藝、蒸發(fā)工藝和沉積工藝重復(fù)操作后,將會在氣相沉積室產(chǎn)生一層反應(yīng)物。如果不將這層反應(yīng)物請除,就會變成污染物,影響下次沉積工藝的操作,因此必須請除這些污染物,在面板工業(yè)采用C2F6、C3F8等PFC作為清洗氣體。
PFC氣體大多性質(zhì)穩(wěn)定,很難分解。現(xiàn)在國際上半導(dǎo)體行業(yè)廣,泛采用的分解處理方法有化學(xué)吸附、觸媒分解、燃燒分解、熱等離子炬分解等,他們各有優(yōu)缺點,前三類普遍具有成本高、效率低、體積大等弊端。熱等離子炬分解法對PFC氣體高溫分解轉(zhuǎn)換成低分子量和親水性極性化合物,如CO2、HF、COF2,接著進行水霧吸收中和工藝進一步清除有害氣體。整個工藝過程不需要特別燃料,燃燒效率高,沒有多余副產(chǎn)物氣體生成,體積小,利于增設(shè)在現(xiàn)有設(shè)備上,價格相對低廉是現(xiàn)階段PFC氣體無害化處理ZUI理想的方法。
CF4分解反應(yīng)生產(chǎn)水溶性HF:
CF4 à C4+ + 4F-
2H2O à 4H+ + 2O2-
C4+ + 2O2- à CO2
4H+ + 4F- à 4HF