半导体制造中的化学品自学为主解析PPT课件
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第3章半导体制造中的化学品
温度
密度
压强和真空
表面张力
冷凝
热膨胀
蒸气压
应力
升华和凝华
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
3.2 .1 半导体制造中的化学属性
温度
温度是比较一个物质相对
于另外一个物质是热还是冷的量
度标准,因此它也是物质的分子或 原子平均动能或热能的量度标准.
不同温度的物体之间传递的能量
叫热.硅圆片制造中大量需要处理 在高温下的情况,比如需要加热来
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.
液滴的表面张力是增加接触表面积所需的能量.随着表面积的
增加,液体分子必须打破分子间的引力,从液体内部运动到液体
的表面,因此需要能量.表面张力的概念用在半导体制造中来衡
量液体均匀涂在硅圆片表面的粘附能力.
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
缚或者物理吸引这样的弱束缚粘在物体表面.
蒸气压
蒸气压是在密闭容器中气体分子施加的压力,这时汽化
和冷凝的速率处于动态平衡.
高蒸气压材料是易挥发的〔容易变成气体.当高蒸气压
材料被曝露在真空条件下的时候很容易挥发成气体,比如：溶
剂、香水和洗液.这些材料发出特有的很容易被人的鼻子闻到
的气味. 8
3.2 .1 半导体制造中的化学属性
压强是在半导体制造中被广泛使用的属性.化学品和气体都是 从高压向低压区域流动的.一些需要很高的压强而另外一些需要在低 于大气压的环境〔真空.
真空：如果容器内的气体压强小于14.7psi,在存在真空.真空通过抽 出密闭容器中的气体分子〔例如：空气、水汽和气体杂质来获得低 于大气压的压强.许多半导体制造的操作过程都需要真空环境.真空 最通用的计量单位是托.1托等于气压计中1毫米汞柱.
半导体器件的基础知识幻灯片PPT
将而要施主出杂现质电因子失数去一大个于价空电穴子数成为或正空离穴子数。大而在于这电种子半数导。体 把 数中目载多流的子载主流要子是称自多数由 载电流子子，，自数由目电少子的带载负流子电 称荷少 数〔载Ne流ga子tiv。e〕是，自故由命电名为子N为型多半数导体还。是于空是穴用为这样多的数示，意取图 决 于表掺示。杂物质。少数载流子的浓度取决本征激发。
2. P型半导体
+4
+4
+4
+4
++43
+4
P型
+4
+4
+4
受主杂质
受主杂质容易获得一个价电子成为负离子，而在这种半 导体中载流子主要是空穴，空穴带正电荷〔Positive〕故命 名为P型半导体。于是用这样的示意图表示。
P型半导体中的多数载流子为空穴，少数载流子 为自由电子
1.1.4 PN结
1.PN结的形成
导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体， 这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、
硼、在砷这、铟里等，，我他们们的的电目阻的率不在是10研-3～究10半7欧导.厘体米材。料 ， 而是借助半导体材料的特性来建立一些概念和术 语半，导体如材多料数的、广少泛数应用载，流并子不，是P因型为半它导们的体导、电N能型力半介 于导导体体与，绝P缘N体结之，间载，而流是子它的们扩具散有一与些漂重移要运特动性：， PN 结1〕的当正半反导偏体置受，到外PN界结光的和热导的通激与发截〔止本等征。激发〕时，
2.PN结的单向导电性
1〕PN结的电阻
2〕由导于通空的间含电义荷区中的载流子极少，故PN结 改 的的的降3在〕厚导截变外电多落实P止度通和 加P阻，在N用N。越，控 电P很 假结结中N厚是制 压大 设的电结，电指电，， 在偏阻上为P阻此阻P与 两置。的N了的称越P端结大区改大为大加呈小和变小给电，现与N、。P压反区低N空控常，之结的电间制在可越设体阻电P认P小电置NN值荷为。结阻偏结，区其所N的相置上的反电谓厚比电加厚之压P要度压上度，N全大，一，有结 称部定简以关的 为， 称偏置。
2. P型半导体
+4
+4
+4
+4
++43
+4
P型
+4
+4
+4
受主杂质
受主杂质容易获得一个价电子成为负离子，而在这种半 导体中载流子主要是空穴，空穴带正电荷〔Positive〕故命 名为P型半导体。于是用这样的示意图表示。
P型半导体中的多数载流子为空穴，少数载流子 为自由电子
1.1.4 PN结
1.PN结的形成
导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体， 这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、
硼、在砷这、铟里等，，我他们们的的电目阻的率不在是10研-3～究10半7欧导.厘体米材。料 ， 而是借助半导体材料的特性来建立一些概念和术 语半，导体如材多料数的、广少泛数应用载，流并子不，是P因型为半它导们的体导、电N能型力半介 于导导体体与，绝P缘N体结之，间载，而流是子它的们扩具散有一与些漂重移要运特动性：， PN 结1〕的当正半反导偏体置受，到外PN界结光的和热导的通激与发截〔止本等征。激发〕时，
2.PN结的单向导电性
1〕PN结的电阻
2〕由导于通空的间含电义荷区中的载流子极少，故PN结 改 的的的降3在〕厚导截变外电多落实P止度通和 加P阻，在N用N。越，控 电P很 假结结中N厚是制 压大 设的电结，电指电，， 在偏阻上为P阻此阻P与 两置。的N了的称越P端结大区改大为大加呈小和变小给电，现与N、。P压反区低N空控常，之结的电间制在可越设体阻电P认P小电置NN值荷为。结阻偏结，区其所N的相置上的反电谓厚比电加厚之压P要度压上度，N全大，一，有结 称部定简以关的 为， 称偏置。
半导体制造中的化学品
3.2 .1 半导体制造中的化学属性
冷凝和汽化 气体变成液体的过程被称作冷凝当水蒸气温度降低时出现了由微粒组成的薄雾形成微小的液滴然后聚集成有单独表面的颗粒从液体变成气体的相反过程叫汽化 液体和气体与材料相互作用的途径多种多样吸收是气体或液体进入其他材料的主要方式像气体会溶解在液体中吸附是气体或液体被束缚在固体表面被吸附的分子通过化学束缚或者物理吸引这样的弱束缚粘在物体表面 蒸气压 蒸气压是在密闭容器中气体分子施加的压力这时汽化和冷凝的速率处于动态平衡 高蒸气压材料是易挥发的容易变成气体当高蒸气压材料被曝露在真空条件下的时候很容易挥发成气体比如：溶剂、香水和洗液这些材料发出特有的很容易被人的鼻子闻到的气味
3.3.1 液体
液体可以是纯物质如纯水也可以是混合物汽油就是由碳氢化合物和有助于燃烧的添加剂混合而成的 如果混合物各个成分的分子或原子分布是均匀一致的我们称它位溶液汽油就是一种溶液家用急救消毒的过氧化氢是由绝大部分的水和5％的过氧化氢混合而成的也是一种溶液在溶液中占绝大部分的成分例如过氧化氢溶液中的水叫溶剂溶解在溶剂中的物质叫溶质溶解在水中形成的溶液称为水溶液意味着水是溶剂 在半导体制造的湿法工艺步骤里使用了许多种液体硅片加工厂使用的所有液体都要求有极高的纯度没有任何微粒、金属离子或不想要的化学物质的沾污化学沾污是一个相对的概念频繁用于描述杂质微小浓度的单位是体积或重量的百万分之几ppm例如空气中杂质含量的浓度大约是ppm这一量级为了计算杂质体积的ppm可以先假设在一定体积空气中杂质的含量然后用它除以空气的质量再乘上100万在硅片加工厂一些特定的化学品其杂质含量有着更为苛刻的要求通常要求低于十亿分之一ppb或万亿分之一ppt然而在硅片加工厂工艺用化学品中杂质的数量通常被测量仪器的精度所限制
3.1 物质形态
冷凝和汽化 气体变成液体的过程被称作冷凝当水蒸气温度降低时出现了由微粒组成的薄雾形成微小的液滴然后聚集成有单独表面的颗粒从液体变成气体的相反过程叫汽化 液体和气体与材料相互作用的途径多种多样吸收是气体或液体进入其他材料的主要方式像气体会溶解在液体中吸附是气体或液体被束缚在固体表面被吸附的分子通过化学束缚或者物理吸引这样的弱束缚粘在物体表面 蒸气压 蒸气压是在密闭容器中气体分子施加的压力这时汽化和冷凝的速率处于动态平衡 高蒸气压材料是易挥发的容易变成气体当高蒸气压材料被曝露在真空条件下的时候很容易挥发成气体比如：溶剂、香水和洗液这些材料发出特有的很容易被人的鼻子闻到的气味
3.3.1 液体
液体可以是纯物质如纯水也可以是混合物汽油就是由碳氢化合物和有助于燃烧的添加剂混合而成的 如果混合物各个成分的分子或原子分布是均匀一致的我们称它位溶液汽油就是一种溶液家用急救消毒的过氧化氢是由绝大部分的水和5％的过氧化氢混合而成的也是一种溶液在溶液中占绝大部分的成分例如过氧化氢溶液中的水叫溶剂溶解在溶剂中的物质叫溶质溶解在水中形成的溶液称为水溶液意味着水是溶剂 在半导体制造的湿法工艺步骤里使用了许多种液体硅片加工厂使用的所有液体都要求有极高的纯度没有任何微粒、金属离子或不想要的化学物质的沾污化学沾污是一个相对的概念频繁用于描述杂质微小浓度的单位是体积或重量的百万分之几ppm例如空气中杂质含量的浓度大约是ppm这一量级为了计算杂质体积的ppm可以先假设在一定体积空气中杂质的含量然后用它除以空气的质量再乘上100万在硅片加工厂一些特定的化学品其杂质含量有着更为苛刻的要求通常要求低于十亿分之一ppb或万亿分之一ppt然而在硅片加工厂工艺用化学品中杂质的数量通常被测量仪器的精度所限制
3.1 物质形态
半导体制造中的化学品优秀课件
等离子体：第四种形态，当有高能电离的原
子或分子的聚集体存在时就会出现等离子体。
将一定的气体暴露在高能电场中就能诱发等
离子体。
3.2材料的属性 通过研究材料的属性，了解如何在半导体制造业中 使用它们。 有两类：化学属性和物理属性 物理属性：指那些通过物质本身而不需要与 其他物质相互作用而反映出来的性质。有熔点、沸 点、电阻率和密度等 化学属性：指通过与其他物质相互作用或相互转变 而反映出来的性质。有可燃性、反应性和腐蚀性。
3.3半导体制造中的化学属性
先进的IC制造商通常会使用新型材料来改 善芯片的性能并减小器件的特征尺寸。化 学品的一些属性对于理解新的半导体工艺 材料的存在有很重要的意义。
属性有：温度，密度，压强和真空，表面 张力，冷凝，热膨胀，蒸气压，应力，升 华和凝华
1.温度：是比较一个物质相对于另一个物质 是热还是冷的量度标准。
如果两个热膨胀系数相差很大的物体结合在 一起，然后加热，由于两种材料以不同的 速率膨胀导致它们彼此推拉，产生应力。 会使硅片弯曲，在半导体制造过程中，非 常重视这种应力。确保材料的最小应力可 以改善芯片的可靠性。
3.4化学品在半导体制造中的状态 三种状态：液态，固态和气态。 用途有： ✓ 用湿法化学溶液和超净的水清洗硅片 表面 ✓ 用高能离子对硅片进行掺杂得到P型或N型硅 ✓ 淀积不同的金属导体层以及导体层之间的介
• 许多工艺气体都具有剧毒性、腐蚀性、活 性和自燃。因此，在硅片厂气体是通过气 体配送（BGD）系统以安全、清洁和精确 的方式输送到不同的工艺站点。
通用气体：对气体供应商来说就是相对简 单的气体。被存放在硅片制造厂外面大型 存储罐里。
常分为惰性、还原性和氧化性三种气体。
①惰性 N2，Ar，He ②还原性 H2 ③氧化性 O2
子或分子的聚集体存在时就会出现等离子体。
将一定的气体暴露在高能电场中就能诱发等
离子体。
3.2材料的属性 通过研究材料的属性，了解如何在半导体制造业中 使用它们。 有两类：化学属性和物理属性 物理属性：指那些通过物质本身而不需要与 其他物质相互作用而反映出来的性质。有熔点、沸 点、电阻率和密度等 化学属性：指通过与其他物质相互作用或相互转变 而反映出来的性质。有可燃性、反应性和腐蚀性。
3.3半导体制造中的化学属性
先进的IC制造商通常会使用新型材料来改 善芯片的性能并减小器件的特征尺寸。化 学品的一些属性对于理解新的半导体工艺 材料的存在有很重要的意义。
属性有：温度，密度，压强和真空，表面 张力，冷凝，热膨胀，蒸气压，应力，升 华和凝华
1.温度：是比较一个物质相对于另一个物质 是热还是冷的量度标准。
如果两个热膨胀系数相差很大的物体结合在 一起，然后加热，由于两种材料以不同的 速率膨胀导致它们彼此推拉，产生应力。 会使硅片弯曲，在半导体制造过程中，非 常重视这种应力。确保材料的最小应力可 以改善芯片的可靠性。
3.4化学品在半导体制造中的状态 三种状态：液态，固态和气态。 用途有： ✓ 用湿法化学溶液和超净的水清洗硅片 表面 ✓ 用高能离子对硅片进行掺杂得到P型或N型硅 ✓ 淀积不同的金属导体层以及导体层之间的介
• 许多工艺气体都具有剧毒性、腐蚀性、活 性和自燃。因此，在硅片厂气体是通过气 体配送（BGD）系统以安全、清洁和精确 的方式输送到不同的工艺站点。
通用气体：对气体供应商来说就是相对简 单的气体。被存放在硅片制造厂外面大型 存储罐里。
常分为惰性、还原性和氧化性三种气体。
①惰性 N2，Ar，He ②还原性 H2 ③氧化性 O2
第2章 半导体材料和化学品的性质-PPT精品文档30页
器件、太阳能电池以及半导体激光器等。
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第一代半导体材料主要是指硅、锗元素半导体材料
第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓(GaAs)、 锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有 一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体(又称非晶 态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞 菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。
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每开(英文carat、德文karat的缩写，常写作"k") 含金量为4.166%，
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谢谢你的阅读
知识就是财富 丰富你的人生
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8
9
纯硅
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11
受主杂质 施主杂质
N型半导体
P型半导体
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指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度
18k=18*4.166%=74.998%,24k=24*4.166%=99
.984% 24K含金99%，22K含91.7%，18K含75.1%， 14K含58,5%，12K含50%。 千足金——含量为99.9%，俗称三个9。 足金——含量为99.0%，以上，俗称二个9。
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半导体制造技术
福建工程学院 电子科学与技术专业
陈知新 微电子教研室
1
第2章 半导体材料和化学品的性质
福建工程学院 电子科学与技术专业
陈知新
集成电路工艺中的化学品ppt课件
水的解离： H2O → H++OH-
硅氧化： Si → Si2++2e Si2++4OH- → SiO2+2H2O
SiO2溶于氢氟酸： SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O
精选课件
8
光刻技术及化学品
聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA） 俗称有机玻璃，能够通过旋涂形成良好的薄膜，具有良好的介电性
能。虽然它的敏感性和抗干蚀能力比较差，但它拥有较好的粘附能力， 产品重现性好。其在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解； 对波长220nm的光最为敏感，若波长高于240nm则完全不敏感。
干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高能离子束轰击完 成去除物质的方法。 CF4+e → CF3+F+e SiO2+4F → SiF4（g）+O2 Si+4F → SiF4（g）
精选课件
11
化学机械抛光CMP技术及化学品
二氧化硅的CMP技术 Si-O-Si+H2O → 2Si-OH (SiO2）x+2H2O → ( SiO2 )X-1+Si(OH)4 Si(OH)4易溶于碱性溶液
精选课件
2
物质的存在形态
精选课件
3
➢ 薄膜制备技术及其化学品 ➢ 光刻技术及化学品 ➢ 晶片清洗技术及化学品 ➢ 光刻技术及化学品 ➢ 刻蚀技术及化学品 ➢ 化学机械抛光技术及化学品 ➢ 载气及其他化学品
精选课件
4
薄膜制备技术及化学品
精选课件
5
薄膜制备技术及化学品
热氧化生长： 干氧氧化：Si+O2 → SiO2； 水汽氧化：Si+2H2O → SiO2+H2； 湿氧氧化：通过高纯水的氧气。
硅氧化： Si → Si2++2e Si2++4OH- → SiO2+2H2O
SiO2溶于氢氟酸： SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O
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8
光刻技术及化学品
聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA） 俗称有机玻璃，能够通过旋涂形成良好的薄膜，具有良好的介电性
能。虽然它的敏感性和抗干蚀能力比较差，但它拥有较好的粘附能力， 产品重现性好。其在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解； 对波长220nm的光最为敏感，若波长高于240nm则完全不敏感。
干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高能离子束轰击完 成去除物质的方法。 CF4+e → CF3+F+e SiO2+4F → SiF4（g）+O2 Si+4F → SiF4（g）
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11
化学机械抛光CMP技术及化学品
二氧化硅的CMP技术 Si-O-Si+H2O → 2Si-OH (SiO2）x+2H2O → ( SiO2 )X-1+Si(OH)4 Si(OH)4易溶于碱性溶液
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2
物质的存在形态
精选课件
3
➢ 薄膜制备技术及其化学品 ➢ 光刻技术及化学品 ➢ 晶片清洗技术及化学品 ➢ 光刻技术及化学品 ➢ 刻蚀技术及化学品 ➢ 化学机械抛光技术及化学品 ➢ 载气及其他化学品
精选课件
4
薄膜制备技术及化学品
精选课件
5
薄膜制备技术及化学品
热氧化生长： 干氧氧化：Si+O2 → SiO2； 水汽氧化：Si+2H2O → SiO2+H2； 湿氧氧化：通过高纯水的氧气。
第3章半导体制造中的化学品ppt课件
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
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，目前观测到的 宇宙物质中，99%都是等离子体 。
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）是常用的有机溶剂。
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
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。
表3.5 半导体制造中一些常用特种气体
表3.1 半导体制造过程中常用的酸
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
二. 碱（Alkali） 表3.2列出了在半导体制造过程中通常会
1.7半导体制造中的化学品
工艺用化学品
• 有几种技术可以同时满足更洁净的化学品、
更严格的工艺控制和较低的费用。 • 一种是使用（POU）化学品混合器 （BCDS的另一版本）。这种装置连接在湿 洗柜或自动机械上，混合化学品后把他们 送到工艺罐中。
• 另一种就是化学品再加工系统，这种装置
设于湿工艺工作台的排水系统中。去除离 子的化学品被再过滤或者在某些情况下需 再加入离子重新使用。重要的“再利用刻 蚀器”要接上过滤器以保证为晶圆提供洁 净的化学品源。
• 1立方厘米水的电阻值就是水的电阻率，单
位Ω .cm，用ρ 表示。 • 去离子水在25摄氏度时的电阻率是 18MΩ· Cm，一般称为18兆欧水。是最理 想的生产用水，不同温度下水的电阻率不 同
去离子水生产流程
– 预处理系统：去除石、砂、无烟煤、软化水以 防垢、除去阳离子 → – 补偿循环系统：去除颗粒（5微米以下）、有 机碳、细菌、电离杂质和溶解矿物→用过滤器、 防垢器和净化装置 – 精处理系统：去除其余杂质，最终微粒在0.2 微米以下
3 等离子体
• 是被电离后的气体，即以离子态形式存在
的气体(正离子和电子组成的混合物 ) • 1.等离子体呈现出高度不稳定态，有很强 的化学活性。等离子体辅助CVD就是利用 了这个特点。 2.等离子体是一种很好的导 电体，利用经过设计的磁场可以捕捉、移 动和加速等离子体。
4 去离子水的制备
• 超纯去离子水：（DI）水或UPW • 城市系统中的水包含大量的洁净室不能接
受的污染物。
天然水
• 天然水中通常含有五种杂质: • 1.电解质,包括带电粒子：有H+、Na+、K+、
NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、 Mn2+、Al3+等；阴离子有F-、Cl-、NO3-、 HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、 HSiO3-等。 2.有机物质:有机酸、农药、烃类、醇类和酯 类等。 3.颗粒物。 4.微生物。 5.溶解气体，包括：N2、O2、Cl2、H2S、
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低表面张力
高表面张力
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热膨胀
• 热膨胀是物体因受热而产生的物理尺寸的增大，用热膨胀系数（或CTE）衡量。 非晶的热膨胀是各向同性的，单晶的热膨胀是各向异性的。
第19页/共50页
应力
• 物体受到外力作用的时候就会产生应力。应力的大小取决于外力的大小和外力作用的面积。硅片制造过程 中多种原因会可以导致应力的产生，如硅表面的物理损伤；位错和杂质和外界材料生长等。
符号 HF HCl H2SO4
HF and NH4F
H3PO4 HNO3
用途举例 刻蚀二氧化硅和清洗石英器皿 湿法清洗化学品，去除硅中的重金属 元素 清洗硅片
刻蚀二氧化硅膜
刻蚀氮化硅 (Si3N4) 刻蚀磷硅酸盐玻璃 (PSG).
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• 氢氟酸的性质与作用 氢氟酸是氟化氢的水溶液，它是一种无色
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应力
• 淀积膜通常会产生两种应力：拉伸应力和压缩应力，应力的性质取决于工艺条件。
压缩应力 拉伸应力
Deposited film Substrate (a)
(b)
(c)
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CTE of deposited material equals CTE of substrate
• 摄氏温标 ( C ) 在科学研究中更为常用，将 纯水冰点设为 0C，沸点设为100C
• 开氏温标 ( K )。它和摄氏温标用一样的尺度， 只不过是基于绝对零度。绝对零度就是所有原子
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气体的压强和真空
• 压强定义为： 施加在容器表面上单位面积的力。所有的工艺机器都用气压表来测量和控
有三种温度表示法：华氏温标、摄氏温标和开氏温标。
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• 华氏温标 ( F )是由德国物理学家Gabriel Fahrenheit用盐和水溶液开发的。他把盐溶液 的冰点温度定为华氏零度。
一般地，纯水的冰点温度更有用，在华氏温标 中水的冰点温度为32F，沸点温度为212F，两 点之间相差180F。
制气压。 气压的大小用英磅每平方英寸(psia)来表示。
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气体的压强和真空
• 真空是在半导体工艺中要遇到的术语，它实际上是低压的情况。 一般来说，压力低于标准大气压（14.7 psia ）就认为是真空。
第12页/共50页
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冷凝和气化
• 冷凝：气体变成液体的过程 • 气化：从液体变成气体的过程
第2页/共50页
物质形态
• 固态 • 液态 • 气态 • 等离子态
第3页/共50页
• 固体在常温常压下保持一定的形状和体积。 • 液体有一定的体积但形状是变化的。一升水会
与其容器形状一致。 • 气体既无一定形状又无一定体积。它也会跟其
容器形状一致，但跟液体不同之处是，它可扩 展或压缩直至完全充满容器。
学习目标： 1.物质的四种形态 2.半导体制造有关的重要化学性质 3.半导体工艺化学品的分类和使用 4.如何在芯片制造中使用酸、碱和溶剂 5.通用气体和特种气体，气体在晶片制造中的运送和使用
第1页/共50页
• 半导体制造业中使用大量的化学品来制造硅片。另外化学品还被用于清洗硅片和 处理在制造工艺中使用的工具。在硅圆片制造中使用的化学材料被称为工艺用化 学品。它们有不同的形态并且要严格控制纯度。
形成所需要的图形
第23页/共50页
液体
• 溶液 • 溶剂 • 溶质
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• 酸：一种包含氢并且氢在水中裂解形成水合氢离子的溶液 • 碱：含OH根的化合物，可以水解生产氢氧根离子 • 溶剂：能够溶解其它物质形成溶液的物质
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半导体制造过程中常用的酸
酸 Hydrofluoric acid 氢氟酸
High CTE material Low CTE material
Low CTE material High CTE material
工艺用化学品
• 液态 • 固态 • 气态
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化学品在半导体制造中的主要用途
• 湿法化学溶液和超纯净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 • 淀积不同的金属导体层及导体层之间必要的介质层 • 生长薄的二氧化硅作为MOS旗舰主要的栅极介质材料 • 用等离子体或湿法试剂做刻蚀，有选择地去除材料并在薄膜上
注：特定物质的状态与其压力和温度有关。 温度是对材料中包含的所有能量的一种衡量。
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• 等离子体是电离原子或分子的高能集合， 在工艺气体上施加高能射频场可以诱发等 离子体。它可用于半导体技术中促使气体 混合物化学反应。
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材料的属性
• 物理属性：熔点、沸点、电阻率和密度等 • 化学属性：可燃性、反应性和腐蚀性
Hydrochloric acid 盐酸
Sulfuric acid 硫酸
Buffered oxide etch (BOE): Solution of hydrofluoric acid and
ammonium fluoride 缓冲氧化层刻蚀：氢氟酸和氟化
铵溶液
Phosphoric acid 磷酸
Nitric acid 硝酸
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蒸气压
• 蒸气压是密闭容器中气体处于平衡状态时产生的压力。 • 高蒸气压材料是易挥发的，容易变成气体，如香水等。
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升华和凝华
• 升华：固体直接变成气体的过程 • 凝华：气体直接变成固体的过程
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密度
• 密度=质量/体积（g/cm^3)
标准温度和大气压下一些常见材料的密度：
物质
氢气 氧气
水 精制食盐
硅 铝 金
Hale Waihona Puke 物理状态气体 气体 液体 固体 固体 固体 固体
密度 (g/cm3) 0.000089 0.0014
1.0 2.16 2.33 2.70 19.3
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表面张力
• 液滴的表面张力是增加接触表面积所需的能量。在半导体制造中用来衡量液体均 匀涂在硅圆片表面的粘附能力。
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半导体制造中的化学名词
• 温度 • 密度 • 压强和真空 • 表面张力 • 冷凝 • 热膨胀 • 蒸汽压 • 应力
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温度
不管是在氧化管中还是在等离子刻蚀反应室内，化学品的温度都对其化学 品的反应发挥着重要影响，而且一些化学品的安全使用也需要了解和控制化学品 的温度。