半導(dǎo)體制造中化學(xué)品(自學(xué)為主)

半導(dǎo)體制造中化學(xué)品(自學(xué)為主)第一頁(yè)，共51頁(yè)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.物質(zhì)的四種形態(tài)2.半導(dǎo)體制造有關(guān)的重要化學(xué)性質(zhì)3.半導(dǎo)體工藝化學(xué)品的分類(lèi)和使用4.如何在芯片制造中使用酸、堿和溶劑5.通用氣體和特種氣體，氣體在晶片制造中的運(yùn)送和使用第二頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造業(yè)中使用大量的化學(xué)品來(lái)制造硅片。另外化學(xué)品還被用于清洗硅片和處理在制造工藝中使用的工具。在硅圓片制造中使用的化學(xué)材料被稱(chēng)為工藝用化學(xué)品。它們有不同的形態(tài)并且要嚴(yán)格控制純度。第三頁(yè)，共51頁(yè)。物質(zhì)形態(tài)固態(tài)液態(tài)氣態(tài)等離子態(tài)第四頁(yè)，共51頁(yè)。固體在常溫常壓下保持一定的形狀和體積。液體有一定的體積但形狀是變化的。一升水會(huì)與其容器形狀一致。氣體既無(wú)一定形狀又無(wú)一定體積。它也會(huì)跟其容器形狀一致，但跟液體不同之處是，它可擴(kuò)展或壓縮直至完全充滿(mǎn)容器。注：特定物質(zhì)的狀態(tài)與其壓力和溫度有關(guān)。溫度是對(duì)材料中包含的所有能量的一種衡量。第五頁(yè)，共51頁(yè)。等離子體是電離原子或分子的高能集合，在工藝氣體上施加高能射頻場(chǎng)可以誘發(fā)等離子體。它可用于半導(dǎo)體技術(shù)中促使氣體混合物化學(xué)反應(yīng)。第六頁(yè)，共51頁(yè)。材料的屬性物理屬性：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、電阻率和密度等化學(xué)屬性：可燃性、反應(yīng)性和腐蝕性第七頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造中的化學(xué)名詞溫度密度壓強(qiáng)和真空表面張力冷凝熱膨脹蒸汽壓應(yīng)力升華和凝華第八頁(yè)，共51頁(yè)。

不管是在氧化管中還是在等離子刻蝕反應(yīng)室內(nèi)，化學(xué)品的溫度都對(duì)其化學(xué)品的反應(yīng)發(fā)揮著重要影響，而且一些化學(xué)品的安全使用也需要了解和控制化學(xué)品的溫度。有三種溫度表示法：華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)和開(kāi)氏溫標(biāo)。溫度第九頁(yè)，共51頁(yè)。第十頁(yè)，共51頁(yè)。華氏溫標(biāo)(F)是由德國(guó)物理學(xué)家GabrielFahrenheit用鹽和水溶液開(kāi)發(fā)的。他把鹽溶液的冰點(diǎn)溫度定為華氏零度。一般地，純水的冰點(diǎn)溫度更有用，在華氏溫標(biāo)中水的冰點(diǎn)溫度為32F，沸點(diǎn)溫度為212F，兩點(diǎn)之間相差180F。攝氏溫標(biāo)(C)在科學(xué)研究中更為常用，將純水冰點(diǎn)設(shè)為0C，沸點(diǎn)設(shè)為100C開(kāi)氏溫標(biāo)(K)。它和攝氏溫標(biāo)用一樣的尺度，只不過(guò)是基于絕對(duì)零度。絕對(duì)零度就是所有原子停止運(yùn)動(dòng)的理論溫度，該值為-273C。第十一頁(yè)，共51頁(yè)。氣體的壓強(qiáng)和真空壓強(qiáng)定義為：施加在容器表面上單位面積的力。所有的工藝機(jī)器都用氣壓表來(lái)測(cè)量和控制氣壓。氣壓的大小用英磅每平方英寸(psia)來(lái)表示。第十二頁(yè)，共51頁(yè)。氣體的壓強(qiáng)和真空真空是在半導(dǎo)體工藝中要遇到的術(shù)語(yǔ)，它實(shí)際上是低壓的情況。一般來(lái)說(shuō)，壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（14.7psia

）就認(rèn)為是真空。第十三頁(yè)，共51頁(yè)。第十四頁(yè)，共51頁(yè)。冷凝和氣化冷凝：氣體變成液體的過(guò)程氣化：從液體變成氣體的過(guò)程第十五頁(yè)，共51頁(yè)。蒸氣壓蒸氣壓是密閉容器中氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的壓力。高蒸氣壓材料是易揮發(fā)的，容易變成氣體，如香水等。第十六頁(yè)，共51頁(yè)。升華和凝華升華：固體直接變成氣體的過(guò)程凝華：氣體直接變成固體的過(guò)程第十七頁(yè)，共51頁(yè)。密度密度=質(zhì)量/體積（g/cm^3)

標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下一些常見(jiàn)材料的密度：第十八頁(yè)，共51頁(yè)。表面張力液滴的表面張力是增加接觸表面積所需的能量。在半導(dǎo)體制造中用來(lái)衡量液體均勻涂在硅圓片表面的粘附能力。低表面張力高表面張力第十九頁(yè)，共51頁(yè)。熱膨脹熱膨脹是物體因受熱而產(chǎn)生的物理尺寸的增大，用熱膨脹系數(shù)（或CTE）衡量。非晶的熱膨脹是各向同性的，單晶的熱膨脹是各向異性的。第二十頁(yè)，共51頁(yè)。應(yīng)力物體受到外力作用的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力的大小取決于外力的大小和外力作用的面積。硅片制造過(guò)程中多種原因會(huì)可以導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生，如硅表面的物理?yè)p傷；位錯(cuò)和雜質(zhì)和外界材料生長(zhǎng)等。第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。應(yīng)力淀積膜通常會(huì)產(chǎn)生兩種應(yīng)力：拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力，應(yīng)力的性質(zhì)取決于工藝條件。Substrate(a)LowCTEmaterialHighCTEmaterialCTEofdepositedmaterialequalsCTEofsubstrateDepositedfilm(b)(c)壓縮應(yīng)力拉伸應(yīng)力HighCTEmaterialLowCTEmaterial第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。工藝用化學(xué)品液態(tài)固態(tài)氣態(tài)第二十三頁(yè)，共51頁(yè)?；瘜W(xué)品在半導(dǎo)體制造中的主要用途濕法化學(xué)溶液和超純凈水清洗或準(zhǔn)備硅片表面用高能離子對(duì)硅片進(jìn)行摻雜得到p型和n型硅淀積不同的金屬導(dǎo)體層及導(dǎo)體層之間必要的介質(zhì)層生長(zhǎng)薄的二氧化硅作為MOS旗艦主要的柵極介質(zhì)材料用等離子體或濕法試劑做刻蝕，有選擇地去除材料并在薄膜上形成所需要的圖形第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。液體溶液溶劑溶質(zhì)第二十五頁(yè)，共51頁(yè)。酸：一種包含氫并且氫在水中裂解形成水合氫離子的溶液堿：含OH根的化合物，可以水解生產(chǎn)氫氧根離子溶劑：能夠溶解其它物質(zhì)形成溶液的物質(zhì)第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造過(guò)程中常用的酸第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。氫氟酸的性質(zhì)與作用氫氟酸是氟化氫的水溶液，它是一種無(wú)色透明的液體，蒸汽有刺激臭味、劇毒，與皮膚接觸時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的難以治愈的燒傷。濃的氫氟酸含氟化氫48％。含氟化氫35％的氫氟酸的比重是1.14，沸點(diǎn)是112℃。在化學(xué)清洗和腐蝕工藝中，主要利用氫氟酸能溶解二氧化硅（SiO2）這一特性來(lái)腐蝕玻璃、石英和硅片表面上的二氧化硅層。第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。鹽酸（HCl）鹽酸是氯化氫氣體溶解于水而制得的一種無(wú)色透明有刺激性氣味的液體，一般鹽酸因含有雜質(zhì)而呈淡黃色。濃度36%~38%，比重1.19的鹽酸為濃鹽酸，濃鹽酸具有強(qiáng)酸性、強(qiáng)腐蝕性和易揮發(fā)性。第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。硫酸

硫酸是無(wú)色無(wú)嗅的油狀液體。濃度95%~98%，比重1.838的硫酸為濃硫酸，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)酸性、吸水脫水性、強(qiáng)腐蝕性和高沸點(diǎn)難揮發(fā)性等。硫酸具有強(qiáng)酸性，和鹽酸一樣能與活潑金屬、金屬氧化物及氫氧化物等作用，生成硫酸鹽。第三十頁(yè)，共51頁(yè)。硝酸純硝酸是一種無(wú)色透明的液體，易揮發(fā)，有刺激性氣味。硝酸見(jiàn)光受熱很容易分解。溫度越高或酸的濃度越大，則分解越快。市售濃硝酸質(zhì)量百分比為69.2%，比重為1.41。96%~98%的硝酸因含有過(guò)量二氧化氮而呈棕黃色，稱(chēng)為發(fā)煙硝酸。硝酸具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)酸性和強(qiáng)腐蝕性。第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。王水濃硝酸和濃鹽酸按1:3的體積比混合，即可配成王水。其反應(yīng)式如下：

HNO3+HClH2O+Cl+NOCl

王水中不僅含有硝酸、鹽酸等強(qiáng)酸，而且還有初生態(tài)（Cl）和氯化亞硝酰NOCl(具強(qiáng)腐蝕性，有毒，對(duì)眼部、皮膚和肺部有刺激性。)等強(qiáng)氧化劑。氯化亞硝酰是一種沸點(diǎn)較低的液體，受熱即分解為一氧化氮和原子氯。王水不但能溶解較活潑金屬和氧化物，而且還能溶解不活潑的金、鉑等幾乎所有的金屬。第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造過(guò)程中常用的堿第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。過(guò)氧化氫的氧化作用過(guò)氧化氫（H2O2）俗稱(chēng)雙氧水，能與水按任何比例混合。雙氧水（H–O–O–H）很不穩(wěn)定，容易分解。在普通條件下將慢慢分解成水和氧氣。

H2O22H2O+O2↑

它既可作為氧化劑也可作為還原劑。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中主要是利用過(guò)氧化氫在酸性和堿性溶液中具有強(qiáng)氧化性來(lái)清除有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)。第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。通常在家中就可找到酸和堿：檸檬汁和醋是酸，氨水和溶于水的蘇打是堿。酸和堿的強(qiáng)度和反應(yīng)用pH值來(lái)衡量。該值從0到14，7為中性點(diǎn)。水既不是酸又不是堿，所以其pH值為7。溶劑是不帶電的，pH值為中性。水就是溶劑，實(shí)際上它溶解其他物質(zhì)的能力最強(qiáng)。在晶圓工藝中也經(jīng)常應(yīng)用酒精和丙酮。第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。不同化學(xué)物質(zhì)的PH值pH常用化學(xué)品1汽車(chē)蓄電池使用的酸(硫酸)23檸檬汁、醋4蘇打、葡萄酒5蕃茄汁、啤酒6尿7自來(lái)水、牛奶、唾液8血液、唾液9鎂乳10清潔劑11家用氨水1213家用污垢清潔劑14鎳鎘電池(NaOH)腐蝕性腐蝕性第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造過(guò)程中常用的溶劑第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。酸堿等化學(xué)藥品使用須知

（實(shí)驗(yàn)室）所有化學(xué)藥品之作業(yè)均須在通風(fēng)良好或排氣之處為之。稀釋酸液時(shí)，千萬(wàn)記得加酸于水，絕不可加水于酸。酸類(lèi)可與堿類(lèi)共同存于有抽風(fēng)設(shè)備的儲(chǔ)柜中，但絕不可與有機(jī)溶劑存放在一起。在完成操作后，將未用完的酸瓶放入通風(fēng)柜下，將廢瓶標(biāo)簽朝外擺在操作臺(tái)上，若沾有酸跡或污漬，用濕抹布打掃干凈，關(guān)電爐。用完的濕抹布用清水沖洗干凈并放回原處。HF酸屬弱酸，但具有強(qiáng)的鈣質(zhì)腐蝕性和刺激性氣味，為最危險(xiǎn)的化學(xué)藥品之一，使用時(shí)需要戴橡膠手套，在通風(fēng)柜下操作。第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。酸堿等化學(xué)藥品使用須知

（實(shí)驗(yàn)室）2廢液處理：廢液分酸、堿、氫氟酸、有機(jī)等，分開(kāi)處理并登記，回收桶標(biāo)示清楚，廢酸請(qǐng)放入廢酸桶，不可任意傾倒，更不可與有機(jī)溶液混合。廢棄有機(jī)溶液置放入有機(jī)廢液桶內(nèi)，不可任意傾倒或倒入廢酸桶內(nèi)。使用后的廢HF倒回收回瓶，切記用黑色筆做明顯標(biāo)記“廢HF”，以免傷及其他人，或造成誤用影響工作。廢液桶內(nèi)含氫氟酸等酸堿，絕對(duì)不可用手觸碰。勿嘗任何化學(xué)藥品或以嗅覺(jué)來(lái)確定容器內(nèi)之藥品。不明容器內(nèi)為何種藥品時(shí)，切勿搖動(dòng)或倒置該容器。漏水或漏酸處理：為確保安全，絕對(duì)不可用手觸碰，先將電源總開(kāi)關(guān)與相關(guān)閥門(mén)關(guān)閉，再以無(wú)塵布或酸堿吸附器處理之，并報(bào)備管理人。第三十九頁(yè)，共51頁(yè)?；瘜W(xué)品的運(yùn)輸批量化學(xué)材料配送（BulkChemicalDistribution)系統(tǒng)：由化學(xué)品源、化學(xué)品輸送模塊和管道系統(tǒng)組成。存儲(chǔ)罐常常在主要生產(chǎn)線(xiàn)的地下，輸送模塊用來(lái)過(guò)濾、混合和輸送化學(xué)品，管道系統(tǒng)將化學(xué)品輸送到獨(dú)立的工藝線(xiàn)。有一些化學(xué)品采用定點(diǎn)（Point-of-use)輸送。第四十頁(yè)，共51頁(yè)。EquipmentServiceChaseProductionBayChemicalSupplyRoomChemicalDistributionCenterHoldingtankChemicaldrumsProcessequipmentControlunitPumpFilterRaisedandperforatedfloorElectroniccontrolcablesSupplyairductDual-wallpipingforleakconfinementPumpFilterChemicalcontrolandleakdetectionValveboxesforleakcontainmentExhaustairduct第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。半導(dǎo)體制造中的氣體通用氣體：氧氣、氮?dú)?、氫氣、氦氣和氬氣?個(gè)9以上的純度。特種氣體：用量相對(duì)較少的、危險(xiǎn)的氣體。4個(gè)9以上的純度第四十二頁(yè)，共51頁(yè)。通用氣體使用BGD系統(tǒng)傳送，優(yōu)點(diǎn)：

1.可靠而穩(wěn)定的供應(yīng)氣體

2.減少雜質(zhì)微粒的沾污源

3.減少日常氣體供應(yīng)中的人為因素第四十三頁(yè)，共51頁(yè)。第四十四頁(yè)，共51頁(yè)。特種氣體：腐蝕性（HCl，Cl2）自燃(硅烷）有毒（砷化氫，磷化氫）高活性（六氟化鎢）第四十五頁(yè)，共51頁(yè)。特種氣體配送系統(tǒng)LPI Low-pressureisolationvalveLPV Low-pressureventvalvePGI PressuregasinletPS PressureswitchREG PressureregulatorVP VenturivacuumpumpPurgePanelCVVPCVCVPG1PSHPVFEFSESOHPIREGLPIPSPSLPVCVVSVEFVCylinderVenturisupplyinToequipmentgascontrolpanelToexhaustPurgegasinPigtailCV CheckvalveEFS ExcessflowswitchEFV ExcessflowvalveESO Emergenc