5-半导体制造中的化学品(自学为主)解析
第3章 半导体制造中的化学品
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。
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。
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
三.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。
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。
半导体 化学原料
半导体化学原料半导体是一种重要的电子材料，它被广泛应用于微电子、光电子、信息技术等领域。
半导体的制备过程中，需要用到各种化学原料。
本文将介绍一些常用的半导体化学原料。
1. 硅（Si）硅是半导体制备中最重要的原料之一。
它是一种广泛存在于地壳的化学元素，占地球壳中总质量的27.7％。
在半导体工业中，硅的纯度要达到99.9999％以上，通常使用化学气相淀积（CVD）、分子束外延（MBE）等技术制备高纯度晶体硅和硅薄膜。
2. 氨（NH3）氨是一种无色气体，具有较强的还原性，易于与氧化物反应生成亚硝基和氮氧化物。
在半导体制备中，氨通常用作化学气相淀积的氮源，也用于制备硝酸铝等其它化学物品。
3. 氧化铝（Al2O3）氧化铝是一种重要的半导体化学原料，它具有良好的绝缘能力、化学稳定性和耐高温性。
在半导体制备中，氧化铝通常用于制备氮化铝（AlN）薄膜。
此外，氧化铝还可以用于制备铝电解电容器、玻璃陶瓷、陶瓷填料等。
5. 氯（Cl2）氯是一种有毒气体，具有强烈的腐蚀性。
在半导体制备中，氯主要用于刻蚀、清洗和沉积等过程。
例如，高纯度的氧化硅可以通过氯化硅封口法得到。
氯还可以用于制备氯离子等其它化学物品。
6. 磷（P）磷是一种重要的半导体化学原料，它可以用于掺杂硅获得n型半导体。
在半导体制备中，掺杂磷的方法通常是将气相的磷化氢（PH3）注入石英管中，在高温下进行化学气相淀积。
除此之外，磷还可以用于制备荧光剂、农药等。
7. 硼（B）硼是一种轻金属，通常用于掺杂硅获得p型半导体。
在半导体制备中，掺杂硼的方法通常是将三氯化硼（BCl3）气体和氢气反应，或使用卤化物还原法将硼挥发物分别与氢气或异丙醇反应。
除此之外，硼还可以用于制备陶瓷、热水瓶涂层、马蹄铁等材料。
一文了解半导体制造常用化学品
硅片湿法清洗化学品
典型的硅片湿法清洗顺序
还有光刻胶、研磨液等。NTI(negative tone image)的显影液等。
来源：半导体光刻技术
半导体制造过程中常用的酸半导体制造过程中常用的碱半导体制造过程中常用的溶剂半导体制造过程中常用的通用气体半导体制造过程中常用的特种气体硅片湿法清洗化学品典型的硅片湿法清洗顺序还有光刻胶研磨液等
一文了解半导体制造常用化学品
半导体制造过程中常用的酸
半导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制造过程中常用的碱
半导体制造过程中常用的溶剂
半导体制造过程中常用的通用气体
半导体制造中的化学品优秀课件
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
半导体材料分析报告
半导体材料分析报告半导体材料是现代电子信息技术的基础，在集成电路、通信、计算机、光伏发电等众多领域发挥着至关重要的作用。
本文将对常见的半导体材料进行详细的分析。
一、半导体材料的分类半导体材料主要分为元素半导体、化合物半导体和有机半导体三大类。
元素半导体包括硅（Si）、锗（Ge）等。
硅是目前应用最广泛的半导体材料，在集成电路制造中占据主导地位。
其具有良好的稳定性、较高的纯度和成熟的制备工艺。
锗虽然性能优异，但由于成本较高且资源相对稀缺，应用范围相对较窄。
化合物半导体种类繁多，常见的有砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。
砷化镓在高频通信领域表现出色；磷化铟在光电子领域有重要应用；氮化镓和碳化硅在功率器件方面具有独特的优势，能够承受高电压和高温环境。
有机半导体是一类具有半导体性质的有机化合物，如并五苯、酞菁等。
虽然其性能目前尚无法与无机半导体相比，但在柔性电子器件等领域展现出巨大的潜力。
二、半导体材料的特性半导体材料具有独特的电学、光学和热学特性。
电学特性方面，半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，且其电导率会随着温度、光照、杂质掺入等因素发生显著变化。
这使得半导体能够实现对电流的控制和调节，是制造各种电子器件的基础。
光学特性表现为半导体对特定波长的光具有吸收、发射和折射等现象。
例如，发光二极管（LED）就是利用半导体的发光特性制造而成。
热学特性方面，半导体的热导率相对较低，这在一些高功率器件的散热设计中需要特别考虑。
三、半导体材料的制备方法硅的制备通常采用直拉法（CZ 法）和区熔法（FZ 法）。
直拉法工艺成熟，适合大规模生产；区熔法能获得更高纯度的硅单晶。
化合物半导体的制备方法包括气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等。
这些方法可以精确控制材料的组分和厚度，从而实现高性能器件的制备。
有机半导体的制备方法则包括真空蒸镀、溶液法等，其中溶液法具有成本低、可大面积制备等优点。
集成电路工艺中的化学品
整理ppt
1
从硅晶圆片或化合物半导体晶片转化为各式各样的复 杂的集成电路，其转化过程中利用了几百种复杂程度不 同的化学反应。毫无疑问，在半导体集成电路制造工业 中，微电子器件的生产需要大量的特殊材料和化学品。
目前，有200多种化学品用于半导体晶片的加工工艺 之中，即所谓“电子化学品”。
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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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
Hydrogen silsesquioxane（HSQ） HSQ单体的分子式为H8Si8O12，它作为光刻胶能得到高的特征尺寸
分辨率。
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刻蚀技术及化学品
湿法刻蚀：通过特定的溶液与需要刻蚀的薄膜发生化学反应，出去光刻 胶未覆盖区域的薄膜。 Si+HNO3+6HF → H2SiF6+HNO2+H2O+H2 3Si+4HNO3+18HF → 3H2SiF6+4NO+8H2O
整理ppt
6
化学气相沉积
热解反应： SiH4（g） → Si（s） + 2H2（g） CH3SiCl3（g） → SiC（s） + 3HCl（g） WF6（g） → W（s）+3F2（g）
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、
第四章 半导体制造中的化学品,沾污控制和硅片清洗
f 自然氧化层：
g 静电释放:
h:人员产生的污染
（1）洁净室工作人员是最大的污染源之一。即使一 个经过风淋的洁净室操作员，当他坐着时，每分钟也 可释放十万到一百万个颗粒。 （2）人类的呼吸也包含着大量的污染，每次呼气向 空气中排出大量的水汽和微粒。而一个吸烟者的呼吸 在吸烟后在很长时间里仍能带有上百万的微粒。 （3）而体液，例如含钠的唾液也是半导体器件的主 要杀手。
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
各种可能落在芯片表面的颗粒
b 金属离子
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺 ❖量级：1010原子/cm2
Fe, Cu, Ni,
Cr, W, Ti…
➢ 影响：
Na, K, Li…
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
0.5um
一般城市的空气中通常包含烟、雾、气。每立方英 尺有多达五百万个颗粒，所以是五百万级。
因为 209E 以 0.5 微米的颗 粒定义洁净度，而成功的晶 圆加工工艺要求更严格的控 制，所以工程技术人员工程 师们致力于减少10级和1级环 境中0.3 微米颗粒的数量。 Semetech/Jessi 建议： 64 兆内存加工车间为 0.1 级， 256 兆内存为 0.01 级。
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜 ✓和金属形成络合物 ✓NH4OH对硅有腐蚀作用 ✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
硅表面与粒子间的相互作用力：范德华力和电偶层相互作用力 硅的表面电位为负 大部分离子在碱性条件下为负 同极性：粒子必须越过位垒才能向表面附着
半导体是什么材料制成
半导体的成分和性质在我们日常生活中，半导体是一种常见的材料，但是很少有人了解到半导体的具体成分和性质。
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，在电子学和光电子学领域有着重要的应用。
那么，半导体是什么材料制成的呢？半导体的成分半导体的主要成分是硅。
硅是一种化学元素，它在自然界中广泛存在，是地壳中第二多的元素。
硅能够形成晶体结构，这使得它成为制造半导体的理想材料之一。
除了硅，还有一些其他元素如磷、硼、砷等，被引入到硅晶体中，通过控制这些杂质的数量可以改变半导体的电学性质。
半导体的性质半导体的主要性质包括导电性和光电性。
半导体材料在室温下的电阻介于导体和绝缘体之间，当受到外界作用如电场或光照时，导电性会发生变化。
这就是半导体的特殊性质之一。
在半导体中，电子和空穴是主要的载流子，电子的运动和空穴的运动共同贡献了电导率。
值得一提的是，半导体还表现出巨大的光电效应。
光照会使得半导体中的电子-空穴对被激发，产生光生载流子，从而改变了材料的导电性。
这种特性使得半导体在光电子学器件中有着广泛的应用，如光电二极管、激光器等。
发展趋势随着科学技术的不断发展，半导体材料的研究和应用也在不断进步。
未来，独特的半导体材料和结构将会推动半导体领域的创新发展，例如石墨烯、氮化镓等新型材料的引入将给电子学带来新的突破。
同时，随着人类对能源和环境的关注，半导体在太阳能电池等领域的应用也将不断受到重视。
总的来说，半导体作为一种重要的电子材料，在电子学、光电子学等领域有着广泛的应用前景。
对半导体材料的进一步研究和开发，将有助于推动科技的创新和发展。
半导体 化学原料
半导体化学原料
半导体化学原料是指用于半导体制造中的各种化学物质。
半导体材料通常由单晶硅和其他元素组成。
在制备半导体材料过程中，需要使用各种化学原料，例如气相沉积法中使用的气体，溶液中使用的溶剂和溶质。
这些化学原料的质量和纯度对最终产品的性质和性能有着至关重要的影响。
半导体化学原料的种类繁多，包括气体、液体和固体三种状态的物质。
其中比较常见的化学原料有：氯化硅、三氯化铝、氟化氢、氯化氢、溴化氢、二甲基硅烷、磷酸二乙酯、磷酸三甲酯等。
半导体化学原料在半导体工业中的应用非常广泛。
例如，气相沉积法中的SiH4和NH3可用于生产硅和氮化硅材料；氯化硅、三氯化铝和氯化氢等可用于化学气相沉积法和物理气相沉积法中生产硅和金属氧化物等材料；磷酸三甲酯和磷酸二乙酯可用于生产磷化硅等半导体材料。
半导体化学原料的纯度和质量对半导体产品的性能和品质有着很大的影响。
因此，在半导体制造过程中必须严格控制化学原料的纯度，以确保最终产品的稳定性和可靠性。
同时，半导体化学原料的使用也需要遵循严格的安全措施，以避免化学物质对人体的伤害和环境的污染。
- 1 -。
半导体常用材料知识点总结
半导体常用材料知识点总结1. 硅(Si)硅是最为常见的半导体材料，因为其丰富的资源和成熟的生产技术，被广泛应用于半导体工业。
硅材料具有可靠的物理性能，硅基半导体器件如晶体管、集成电路等都是使用硅材料制成的。
此外，硅材料还可以进行掺杂，形成n型和p型半导体，用于制作二极管和晶体管等元件。
2. 砷化镓(GaAs)砷化镓是另一种常见的半导体材料，具有较高的移动率和较宽的能隙，适用于高频器件、激光器以及光电器件。
与硅相比，砷化镓的性能在一些方面更优秀，因此在一些特定领域有着更广泛的应用。
3. 硒化镉(CdSe)硒化镉是一种II-VI族的半导体材料，具有较大的光学能隙和优异的光电性能，因此被广泛应用于光电器件领域，如光伏电池、光电探测器等。
4. 砷化铟(InAs)砷化铟是另一种III-V族的半导体材料，具有较高的载流子迁移率和较小的电子有效质量，适用于高频器件、高速电子器件和光电器件。
5. 碳化硅(SiC)碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有较高的热稳定性和较大的击穿电场强度，适用于高温、高频、高压等极端环境下的电子器件和功率器件。
6. 氮化镓(GaN)氮化镓是一种III-V族的半导体材料，具有较大的击穿电场强度和较高的饱和漂移速度，适用于高功率、高频率的射频器件和光电器件。
7. 磷化铝(AlP)磷化铝是一种III-V族的半导体材料，具有较低的能隙和较高的电子迁移率，适用于红外探测器、太阳能电池等光电器件。
总结来说，半导体材料具有丰富的种类和优异的性能，被广泛应用于电子器件、光电器件、能源器件等领域。
随着科学技术的发展，新型半导体材料的研究也在不断推进，相信未来半导体材料的应用领域会更加广泛，性能也会更加优越。
半导体材料化学高考知识点
半导体材料化学高考知识点在当今科技发展迅猛的时代，半导体材料作为现代电子行业的核心材料之一，扮演着重要的角色。
半导体材料化学作为高中化学的一个重要内容，常常成为考生备考高考的重点。
那么，让我们来系统了解一下半导体材料化学的相关知识点吧。
1. 半导体的概念和特性半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料。
它的电导率介于导体和绝缘体之间，并且电导率可以通过外界因素（如温度、电场等）进行调控。
半导体材料通常是由硅（Si）和锗（Ge）等组成，具有电子迁移率高、带隙较小等特点。
2. 半导体材料的晶体结构半导体材料的晶体结构对其性能有着重要影响。
常见的晶体结构有菱面体、立方体和六方密排等。
在半导体材料中，常见的硅材料采用的是菱面体结构，而第三周期元素的砷化镓等复合材料则采用六方密排结构。
3. 硅材料的制备和掺杂硅材料通常通过炉法制备。
炉法制备是指将硅石经过还原剂还原，生成纯净的硅，并将硅加热熔融后进行晶体生长。
硅材料的掺杂是为了改变其电导性能。
常用掺杂元素有砷、磷等。
掺杂后的硅材料分为n 型半导体和p型半导体，其中n型为电子型半导体，p型为空穴型半导体。
4. 半导体的能带结构半导体的能带结构决定了其导电性能。
半导体的能带结构一般分为导带和禁带，禁带中间还有价带。
能带中的电子可以在外加能量的作用下跃迁，从价带跃迁到导带形成电流。
而禁带内无电子存在，因此表现出较高的电阻。
5. 能带跃迁和半导体器件在半导体器件中，能带跃迁是实现电流流动的基础。
半导体器件通常由n型半导体和p型半导体组成，形成一个pn结。
在正向偏置下，p 区向n区注入多余的空穴，同时n区向p区注入多余的电子，形成电子和空穴的复合。
这种复合产生的正负电荷运动形成电流，实现了器件的工作。
6. 半导体材料的应用领域半导体材料作为电子行业的重要材料，被广泛应用于电子器件制造、光电子技术、集成电路、太阳能电池、半导体激光器等领域。
半导体材料的特性使其成为现代电子行业不可或缺的基础。
半导体厂的气体与化学品管理分析
半导体厂的气体与化学品管理分析摘要：对于半导体厂而言，利用的气体或是化学品具有多种种类，由于制程变化或是产品线变更，经常会存在制程变更需求。
从管理角度讲，需要花费一定的心思降低气体与化学品对人身造成的伤害。
文章提出相关管理对策。
关键词：半导体厂；气体；化学品管理；全面气体化学管理；TGCM(Total Gas and Chemical Management)对于半导体行业而言，占据着战略地位。
在半导体工业利用中，特种气体称之为电气，在一定程度上讲，电子气是半导体生产工业中最为常见的原材料，电子特种气体利用量逐渐提高，对气体气源柜需求逐渐上升。
纵观我国发展，半导体行业是极为关键的电子信息产业，但一些特种气体气源柜都以进口为主。
国外部分发达国家特种气体气源柜为成熟阶段，规格占据主导权，不管是材料掌控，还是专利技术具备一定的优势。
国内特种设备开发具有落后性，和以往半导体行业滞后具有紧密的联系。
1.物质安全资料表全面气体化学管理，TGCM。
从管理角度讲，完善MSDS，利于公司对带有危害标示的网络数据进行查询。
在这样的基础上，从业安全人员从中获得信息外，设备与厂务人员也可以得到所需要的信息，相关人员对处理气体，或是化学物质危危害性具有全面性认识。
将危害标示在储藏区内进行张贴，或是张贴在使用场所。
在应急中心时刻准备MSDS 手册，控制室相关场所也应有备无患。
1.制程变更管理全面气体化学管理，TGCM。
在变更管理中，包含化学物质新增与变更风险评估机制等。
此外，对化学品利用与法令规范是否吻合进行变更，是否存在危害和相关危害防范对策。
是否和已有制程化学品存在不兼容反应这样的情况。
1.大型储槽全面气体化学管理，TGCM。
对于压力容器来讲，以锅炉和压力容器安全规则为基准，进行办理最终获得合格证。
如果利用量高于危险性工作场所审查，应依法进行检查。
储槽应设定液位报警与液位计，定期对储槽沉陷情况进行检查。
不兼容化学品灌装口，含有一定的区隔，包含灌装接头，槽车码头具备防溢排液系统。
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 微电子教研室
半导体制造技术
CLICK TO ADD TITLE
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福建工程学院 电子科学与技术专业 陈知新
第2章 半导体材料和化学品的性质
CLICK TO ADD TITLE
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纯硅
N型半导体
P型半导体
施主杂质
受主杂质
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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
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1
每开(英文carat、德文karat的缩写，常写作"k")含金量为4.166%，18k=18*4.166%=74.998%,24k=24*4.166%=99.984%
2
24K含金99%，22K含91.7%，18K含75.1%，14K含58,5%，12K含50%。
3
千足金——含量为99.9%，俗称三个9。
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。
为何选择硅
占地壳成分25%
硅1412℃ 锗937 ℃
绝缘体 相似的膨胀系数
自然界硅主要存在于：SiO2 (硅土、玻璃、无色水晶、石英、玛瑙、猫眼石等)和其他硅酸盐中。
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2
3
4
5
第三代半导体材料宽禁带半导体材料 ：Eg大于或等于2.3ev 主要包括金刚石、碳化硅(SIC)和氮化镓(GaN)等，具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，其本身具有的优越性质及其在微波功率器件领域应用中潜在的巨大前景，非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子俗称二个9。
5-半导体制造中的化学品(自学为主)解析
不同化学物质的PH值
pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 家用污垢清洁剂 镍镉电池 (NaOH) 柠檬汁、醋 苏打、葡萄酒 蕃茄汁、啤酒 尿 自来水、牛奶、唾液 血液、唾液 镁乳 清洁剂 家用氨水 常用化学品 汽车蓄电池使用的酸(硫酸)
腐蚀性
腐蚀性
半导体制造过程中常用的溶剂
物质形态
• • • • 固态 液态 气态 等离子态
• 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。 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。
• • • •
化学品的运输
• 批量化学材料配送（Bulk Chemical Distribution)系统：由化学品源、化学品输送模 块和管道系统组成。存储罐常常在主要生产线的 地下，输送模块用来过滤、混合和输送化学品， 管道系统将化学品输送到独立的工艺线。 • 有一些化学品采用定点（Point-of-use)输送。
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制气 压。 气压的大小用英磅每平方英寸(psia) 来表示。
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。
物质 氢气 氧气 水 精制食盐 硅 铝 金 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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Equipment Service Chase
Production Bay
Control unit
Process equipment
Electronic control cables Dual-wall piping for leak confinement
Exhaust air duct
Supply air duct Chemical drums
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。 有三种温度表示法：华氏温标、摄氏 温标和开氏温标。
• 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。 • 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 停止运动的理论温度，该值为 -273C。
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
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。
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
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：
HF and NH4F
刻蚀二氧化硅膜
H3PO4 HNO3
刻蚀氮化硅 (Si3N4) 刻蚀磷硅酸盐玻璃 (PSG).
• 氢氟酸的性质与作用 氢氟酸是氟化氢的水溶液，它是一种无色透 明的液体，蒸汽有刺激臭味、剧毒，与皮肤接触 时会发生严重的难以治愈的烧伤。浓的氢氟酸含 氟化氢48％。含氟化氢35％的氢氟酸的比重是 1.14，沸点是112℃。 在化学清洗和腐蚀工艺中，主要利用氢氟酸 能溶解二氧化硅（SiO2）这一特性来腐蚀玻璃、 石英和硅片表面上的二氧化硅层。
酸碱等化学药品使用须知 （实验室）2
• 废液处理：废液分酸、碱、氢氟酸、有机等，分开处理 并登记，回收桶标示清楚，废酸请放入废酸桶，不可任 意倾倒，更不可与有机溶液混合。废弃有机溶液置放入 有机废液桶内，不可任意倾倒或倒入废酸桶内。 使用后的废HF倒回收回瓶，切记用黑色笔做明显标记 “废HF”，以免伤及其他人，或造成误用影响工作。废液 桶内含氢氟酸等酸碱，绝对不可用手触碰。 勿尝任何化学药品或以嗅觉来确定容器内之药品。 不明容器内为何种药品时，切勿摇动或倒置该容器。 漏水或漏酸处理：为确保安全，绝对不可用手触碰，先 将电源总开关与相关阀门关闭，再以无尘布或酸碱吸附 器处理之，并报备管理人。
物质 氢气 氧气 水 精制食盐 硅 铝 金 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
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。
低表面张力 高表面张力
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。
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。
半导体制造技术
第五章 半导体制造中的化学品
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
• 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。
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。
Deposited film Substrate (a) 压缩应力 (b) 拉伸应力 (c) CTE of deposited material equals CTE of substrate High CTE material Low CTE material
Chemical Distribution Center
Valve boxes for leak containment Chemical control and leak detection Filter
Chemical Supply Room
Holding tank
Filter
Pump
Pump
Raised and perforated floor
• 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。
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
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 升华和凝华
半导体制造过程中常用的碱
碱 氢氧化钠 氢氧化铵 氢氧化钾 氢氧化四甲基铵 符号 NaOH NH4OH KOH TMAH 用途举例 湿法刻蚀 清洗剂 正性光刻胶显影剂 正性光刻胶显影剂
• 过氧化氢的氧化作用 过氧化氢（H2O2）俗称双氧水，能与水按任 何比例混合。双氧水（H–O–O–H）很不稳定，容 易分解。在普通条件下将慢慢分解成水和氧气。 H2O22H2O + O2↑ 它既可作为氧化剂也可作为还原剂。 在半导体器件生产中主要是利用过氧化氢在 酸性和碱性溶液中具有强氧化性来清除有机和无 机杂质。
半导体制造中的气体
• 通用气体：氧气、氮气、氢气、氦气和氩 气。7个9以上的纯度。 • 特种气体：用量相对较少的、危险的气体。 4个9以上的纯度
• 通用气体使用BGD系统传送，优点： 1.可靠而稳定的供应气体 2.减少杂质微粒的沾污源 3.减少日常气体供应中的人为因素
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制气 压。 气压的大小用英磅每平方英寸(psia) 来表示。
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。
溶剂 去离子水 异丙醇 三氯乙烯 丙酮 二甲苯 名称 DI Water IPA TCE Acetone Xylene 用途 漂洗硅片和稀释清洗剂 通用清洗剂 用于硅片和一样用途的清洗溶剂 通用清洗剂（比 IPA 强） 强清洗剂，也可以用来清洗硅片边缘光 刻胶
酸碱等化学药品使用须知 （实验室）
所有化学药品之作业均须在通风良好或排气之处为之。 稀释酸液时，千万记得加酸于水，绝不可加水于酸。 酸类可与碱类共同存于有抽风设备的储柜中，但绝不 可与有机溶剂存放在一起。 在完成操作后，将未用完的酸瓶放入通风柜下，将废 瓶标签朝外摆在操作台上，若沾有酸迹或污渍，用湿 抹布打扫干净，关电炉。用完的湿抹布用清水冲洗干 净并放回原处。 HF酸属弱酸，但具有强的钙质腐蚀性和刺激性气味， 为最危险的化学药品之一，使用时需要戴橡胶手套， 在通风柜下操作。
Low CTE material High CTE material
工艺用化学品
• 液态 • 固态 • 气态
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 料并在薄膜上形成所需要的图形
• 硝酸
纯硝酸是一种无色透明的液体，易挥发，有 刺激性气味。硝酸见光受热很容易分解。 温度越高或酸的浓度越大，则分解越快。市 售浓硝酸质量百分比为69.2%，比重为1.41。 96%~98%的硝酸因含有过量二氧化氮而呈棕黄色， 称为发烟硝酸。硝酸具有强氧化性、强酸性和强 腐蚀性。
HNO3
• 王水 浓硝酸和浓盐酸按1:3的体积比混合，即可配 成王水。其反应式如下： HNO3 + HClH2O + Cl + NOCl 王水中不仅含有硝酸、盐酸等强酸，而且还 有初生态（Cl）和氯化亚硝酰NOCl(具强腐蚀性， 有毒，对眼部、皮肤和肺部有刺激性。)等强氧化 剂。 氯化亚硝酰是一种沸点较低的液体，受热即 分解为一氧化氮和原子氯。 王水不但能溶解较活泼金属和氧化物，而且 还能溶解不活泼的金、铂等几乎所有的金属。
物质形态
• • • • 固态 液态 气态 等离子态
• 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。 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檬汁和醋是酸， 氨水和溶于水的苏打是碱。 • 酸和碱的强度和反应用pH值来衡量。该值从0到14， 7为中性点。水既不是酸又不是碱，所以其pH值为 7。 • 溶剂是不带电的，pH值为中性。水就是溶剂，实 际上它溶解其他物质的能力最强。在晶圆工艺中 也经常应用酒精和丙酮。