腐蚀性工艺气体中的金属污染控制

随着半导体制程不断向更精细的节点发展，晶圆对微量金属污染的敏感度持续提高。过去可以接受的污染水平，在先进制程中可能引起栅极结构损伤、载流子寿命下降和良率波动。

工艺气体虽然具有很高纯度，但从气源进入设备的过程中，仍可能受到供气系统、管路和阀件的二次污染。针对腐蚀性气体，仅依靠普通颗粒过滤往往不足以控制风险，还需要同时处理水分、挥发性金属和分子级杂质。

金属污染从哪里产生？

半导体工艺中的金属污染通常来自两个方面：

316L 不锈钢广泛用于气柜、阀箱、管路和工艺设备，其主要金属成分包括铬、铁、锰、钼和镍。供气系统还可能引入钠、钙和铝等污染物。

BCl₃、Cl₂、HCl、SiF₄、PH₃、二氯硅烷和 ClF₃ 等腐蚀性气体，可能用于刻蚀、外延沉积或设备清洗。当多个工艺设备共用气源和输送管网时，局部腐蚀产生的污染物可能进入整个供气系统。

Entegris 技术说明指出，行业对气体金属污染的控制目标已由约 10¹⁰ atoms/cm² 收紧至约 10⁸ atoms/cm²。对于精细制程，这意味着供气系统必须从“供应高纯气体”进一步升级为“持续控制输送过程中的二次污染”。

水分是腐蚀性气体输送系统中的关键风险因素。即使气源本身纯度很高，气瓶更换、运输储存、管路连接和系统维护也可能带入微量水分。

水分与腐蚀性气体共同存在时，会加速不锈钢表面的腐蚀反应，使金属成分转化为可迁移的挥发性污染物，并随气流进入工艺腔体。

因此，污染控制应从气源端开始，覆盖储存、输送和设备入口。相关技术资料给出的参考目标是将纯化器出口水分控制在 15 ppbV 或更低，从源头减缓腐蚀并降低后续金属污染风险。

气体过滤器主要通过多孔滤材拦截气流中的固体颗粒，但无法充分去除水分、氧气、一氧化碳等分子级杂质。

气体纯化器则利用专用吸附介质捕获分子污染物，并结合末端过滤结构控制颗粒释放。对于腐蚀性气体，纯化器内部材料还必须具备足够的化学稳定性。

技术资料建议在特定腐蚀性应用中采用镍过滤元件替代普通不锈钢元件。镍对多种腐蚀性气体具有更好的耐受能力，有助于减少纯化器自身成为金属污染源的可能性。

对于共享气柜、长距离管路或高风险腐蚀性气体系统，仅在气源端安装纯化器可能无法覆盖输送过程中产生的二次污染。

更稳妥的配置是在两个位置进行控制：

Entegris GateKeeper® GPU 腐蚀性气体纯化器将专用吸附介质与耐腐蚀颗粒过滤结构组合，可用于去除腐蚀性气流中的水分和挥发性金属污染物。其安装方向灵活，可根据气柜、VMB 或设备端空间进行布置。

不同工艺气体的化学性质和主要杂质并不相同，纯化介质不能简单通用。选型时应综合评估：

对于 BCl₃、Cl₂、HCl、SiF₄、PH₃、ClF₃ 和二氯硅烷等腐蚀性气体，应特别确认纯化介质、壳体和过滤元件与气体的兼容性。

腐蚀性工艺气体中的金属污染不是单一过滤器能够解决的问题。有效的控制策略应同时覆盖水分管理、分子级纯化、耐腐蚀颗粒过滤以及气源端与设备端的系统布局。

通过在正确位置配置与气体相匹配的纯化器，可以降低供气系统腐蚀及二次金属污染风险，为先进制程提供更稳定的气体品质。

如需进行 POU gas purifier 选型，请提供气体名称、目标杂质、Normal Flow、Max Flow、工作压力和接口要求，众甫半导体可协助确认适合的 GateKeeper GPU 型号及安装方案。