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1、第三章 半导体制造中的化学品,3.1 物质形态,宇宙中的所有物质都存在三种基本形态：固态、液态或气态。另外还有第四种形态：等离子体。固体有其自己固定的形状，不会随着容器的形状而改变。液体随着容器的形状而改变自己的形状。液体会填充容器的相当于液体体积大小的区域，并会形成表面。气体也随着容器的形状而改变自己的形状，但气体会充满整个容器，不会形成表面。,等离子体（plasma）是一种电离的气体，含有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质。由于存在电离出来的自由电子和带电离子，等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用，由克鲁克斯在1879年发现，等离子体是存在最广泛的一种物态，目前观测到
2、的宇宙物质中，99%都是等离子体。举例来说，恒星、荧光灯和霓虹灯中充入的气氛都是等离子体。将一定的气体曝露在高能电场中，就能诱发等离子态。,3.2 材料的属性,材料属性有两类，化学属性和物理属性。材料的物理属性是指那些通过物质本身而不需要与其他物质相互作用反映出来的性质。物理属性有：熔点、沸点、电阻率和密度等。材料的化学属性是指那些通过与其他物质相互作用或相互转变而反映出来的性质。化学属性有：可燃性、反应性和腐蚀性。,3.2.1 半导体制造中的化学品属性,一温度 温度是比较一个物质相对于另外一个物质是冷还是热的量度标准，因此它也是物质分子或原子平均动能或热能的量度标准。二密度 物质的密度被定义
3、为它的质量与它的体积的比值。,三气体的压强和真空 气体充满容器的体积并且施加相同的压强于容器的器壁上，压强为施加在表面单位面积上的压力。四表面张力 当一滴液体在一个平面上，液滴存在着一个接触表面积（见图3.1）液滴的表面张力是增加接触表面积所需的能量。,五冷凝和汽化 气体变成液体的过程被称做冷凝，从液体变成气体的相反过程叫汽化。六热膨胀 当一个物体被加热时，由于原子的振动加剧，它的体积就会发生膨胀。衡量材料热膨胀大小的参数是热膨胀系数（TCE）。七蒸气压 蒸气压是在密闭容器中气体分子施加的压力。,八应力 当一个物体受到外力的作用时就会产生应力。在硅圆片中有多种原因可以导致应力的产生。硅片表面的
4、物理损伤；位错、多余的空隙和杂质产生的应力；外界材料生长都可以产生应力。九升华和凝华 固体通过升华过程能够直接变成气体，气体直接变成固体的过程叫凝华。,3.3 工艺用化学品,化学品在半导体制造业中的主要用途有：用湿法化学溶液和超纯净的水清洗或准备硅片表面 用高能离子对硅片进行掺杂得到p型和n型硅材料 淀积不同的金属导体层以及导体层之间必要的介质层,生长薄的二氧化硅层作为MOS器件主要的栅极介质材料 用等离子体增强刻蚀或湿法试剂有选择地去除材料并在薄膜上形成所需要的图形,一 酸（Acid）在半导体制造过程中使用了多种酸。表3.1列出了一些常用的酸及其在硅片加工中的特定用途。,表3.1 半导体制造
5、过程中常用的酸,二.碱（Alkali）表3.2列出了在半导体制造过程中通常会使用的碱性物质。,表3.2 半导体制造过程中常用的碱,溶剂 溶剂是能够溶解其他物质而形成溶液的物质。溶剂是相对于溶质来说的，不同的溶质需要不同的溶剂来形成溶液。在生产中，一种好的溶剂能够溶解很大范围内的同类溶质。表3.3列出了硅片厂常用的溶剂。,表3.3 半导体制造过程中常用的溶剂,去离子水（DI water）是在半导体制造过程中广泛使用的无机溶剂。DI water的pH值是7，是完全中性的。去离子水能够溶解很多无机化合物，也能溶解与很多极性的有机物。乙醇（Alcohol或Ethanol）和丙酮（Acetone）是常用
6、的有机溶剂。,四化学品的输送,在半导体工业中使用的化学品有很多是有毒性并且危险的化学品安全、高纯度和不间断地从存储罐中输送到工艺工具是至关重要的。对于液态化学品来说，这种输送过程是通过批量化学品配送（BCD,Batch Chemical Delivery）系统完成的。,化学品配送系统,怎样来存储和输送工艺用化学品取决于这些因素：化学品的兼容性、减少化学品的沾污和安全性。在半导体制造过程中对化学品纯度的要求是超高纯净（UHP），对杂质的控制是要低于十亿分之一（ppb）到万亿分之一（ppt）的范围之内。,一些化学品并不适合由BCD系统来输送，它们或是使用的数量很少或是在使用前存放的时间长度有限。这
7、类化学品采用特别的包装系统便于定点输送，如光刻过程中使用的光刻胶。,五气体 半导体制造过程中大概使用了50余种不同种类的气体。由于不断有新的材料被引入到半导体制造过程中，所以气体的种类和数量是不断发生变化的。气体通常被分成两类：通用气体和特种气体。,通用气体,相对简单，安全无毒的气体，如氧气（O2），氮气（N2），氢气（H2），氦气（He），氩气（Ar），通过批量气体配送（BGD）系统输送到工作间里。,表3.4 通用气体,特种气体,供应量相对较少，通常比通用气体更加危险，它们是芯片制造必须材料的原料来源。特种气体大多数有毒有害，要么具有腐蚀性（如HCl和Cl2），要么会发生自燃（如硅烷），要么具有剧毒（如砷化氢和磷化氢），要么具有极高的活性（如WF6）。工艺线中采用局部气体配送系统把特种气体从钢瓶里输送到工艺反应室。,表3.5 半导体制造中一些常用特种气体,
