[发明专利]一种含HF/HCl蚀刻尾气FTrPSA分离与回收循环再利用方法

说明书

本发明公开了一种含HF/HCl蚀刻尾气FTrPSA分离与回收循环再利用方法，涉及半导体制程中蚀刻尾气的有效组分回收与循环再利用环保领域，其主要步骤为，含有HF/HCl干法蚀刻尾气先后经过预处理、氯硅烷/HCl喷淋吸收、中温变压吸附、HF精馏、多级蒸发/压缩/冷凝、HCl精制、氯硅烷中浅冷精馏与尾气吸收工序，从中获得纯度大于等于99.99％的HF与HCl产品气，并返回干法蚀刻制程中循环使用，其中，中温变压吸附为二段PSA、HF精馏为上下两段、HCl精制为两塔精馏。本发明实现了从含HF/HCl干法蚀刻尾气中分离回收HF与HCl，并返回蚀刻制程中循环使用，大幅度降低了蚀刻气体原料成本与尾气环保处理成本，解决了现有技术仅是达标排放而无法实现尾气综合利用，填补了该技术领域的空白。

技术领域

本发明涉及半导体制程中蚀刻尾气的有效组分回收与循环再利用环保领域，更具体的说是涉及一种含HF/HCl蚀刻尾气FTrPSA(全温程变压吸附)分离与回收循环再利用方法。

背景技术

在以硅基(Si)或碳化硅(SiC)基的晶圆或外延薄膜上进行蚀刻，是半导体集成电路(IC)等芯片制程中最为重要的步骤，其中，以含氟(F)、氯(Cl)化合物进行等离子或常规气体干法蚀刻，在半导体工业中得到了广泛的应用；比如，通常集成电路(IC)的产生包括沉积、掩模、刻蚀和剥膜等步骤，以便形成和连接像晶体管、电阻和电容那样的电路组件。在IC制程中，需要在一个晶圆或外延薄膜片上同时制作几百到上千个芯片，单个组件的尺寸必须小于0.5μm，并且还有越来越小的趋势，随着超大集成电路(ULSI)芯片的发展需要，蚀刻技术的发展趋势朝着更大面积、更小的蚀刻线宽方向发展，其中，气体干法蚀刻，尤其是等离子气体干法蚀刻业已成为最为广泛应用与发展的一种蚀刻技术，先后出现的反应离子刻蚀(RIE)、电子回旋共振(ECR)、螺旋波源(HWS)和电感耦合等离子体源(ICP)等加工方法和装置就是适应这种高分辨率集成电路要求而产生的，如蚀刻面积大于300mm、蚀刻线宽小于0.1μm等等。

蚀刻(或刻蚀，Etch Film)是有选择性地从硅基或碳化硅基晶圆或外延薄膜(简称“晶圆片”)表面去除不需要的材料的过程，在涂胶的晶圆片上正确地复制掩膜图形。蚀刻也有湿法与干法之分，其中干法蚀刻中的等离子蚀刻业已成为主要的蚀刻工艺，干法蚀刻常用的气体主要是氟基气体及引入Cl、Br基的混合气体，比如，氟化氢(HF)、氯化氢(HCl)、四氟化碳(CF₄)、六氟化硫(SF₆)、三氟化氮(NF₃)、四氯化碳(CCl₄)等等，同时常用氢气(H₂)、氩气(Ar)、氧气(O₂)、氮气(N₂)等作为载气，在低压放电的等离子环境中与晶圆片表面的Si或SiC反应，在气相中生成含有HF、HCl、四氟化硅(SiF₄)、四氯化硅(SiCl₄)、以及少量的四溴化硅(SiBr₄)、硅烷(SiH₄)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、易挥发有机物(VOC)、微细悬浮的氧化硅(SiO₂)、硅(Si)或碳化硅(SiC)或气溶胶等颗粒以及H₂、N₂、Ar等的蚀刻尾气，因而，蚀刻尾气具有易燃易爆有毒且腐蚀性等特征的危险化学气体，处理方法既要满足大气排放标准，又要在技术经济上行之有效，降低生产成本。

工业上处理蚀刻尾气的主要方法有水洗、酸碱中和、氧化燃烧、吸附与等离子燃烧五种。