第3章半导体制造中的化学品.pptVIP

知识回顾Knowledge Review * * 第3章 半导体制造中的化学品 3.1 物质形态 3.2 材料的属性 3.3 工艺用化学品 半导体制造业使用大量的化学品来制造硅圆片。另外化学品也被用于清洗硅圆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，它们有不同种类的化学形态并且要严格控制纯度。为了理解工艺化学品，我们先来复习一下基础化学里面的一些概念。 * 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，但是气体会充满整个容器，但不会形成表面。气体微粒较小且能够自由移动。一些气体，像氢气和氧气，是活性气体，很容易与其他气体或元素反应形成稳定的化合物。而另外一些气体，像氦气和氩气，是惰性气体。惰性气体（也叫不活泼气体）很难形成化合物。由于惰性气体不与其他化学材料反应，所以被广泛用于半导体制造业中。 第四种物质形态是等离子体。当有高能电离的分子或原子的聚集体存在时就会出现等离子体。这种形态与前三种物质形态有相当大的不同。举例来说，恒星、荧光灯和霓红灯都是等离子体。将一定的气体曝露在高能电场中，就能诱发等离子态。 许多物质都能够以三种基本物理形态中的任意一种存在。 * 3.2 材料的属性 我们能够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。属性是材料描述其惟一身份的特性。举例来说，固体材料在室温下（25℃，77℉）有不同的属性：刚性固体（铁）、软性固体（蜡）和弹性固体（铅）。鉴定用于半导体制造业中的材料属性对于如何适当在硅圆片上制造芯片非常重要。 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。当一种物质转变成其他有不同成分的属性的另外一种物质时，就会发生化学反应。开始反应的物质被称为反应物，反应生成的物质则叫生成物。 典型的化学反应的例子是氢气在氧气中燃烧。这两种化学材料在自然状态下都是气体。当氢气的温度超过600℃时，氢气将会与氧气发生化学反应。结果是在爆炸性的热反应后有副产物水蒸气生成。化学反应式如下： 2H2（气体）+O2 （气体） H2O （液体）+能量 （加热） * 3.2 .1 半导体制造中的化学属性 在制造硅集成电路芯片中有许多不同种类的化学品和化学材料。先进的IC制造商使用新型材料来改善芯片的性能并减小器件特征尺寸。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，这些属性有： 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 * 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，比如需要加热来影响化学反应（如改变化学反应速率）或者对硅单晶结构退火使原子重新排列。 存在着三种温标：华氏温标（℉）、摄氏温标（℃）和绝对温标或开氏温标（K）。这三种温标之间的关系如右图所示。 77 212 32 -147 -326 -459 25 100 0 -100 -200 -273 298 373 273 173 73 0 ℉ ℃ K 水的沸点 室温 水的凝固点 绝对零度 * 3.2 .1 半导体制造中的化学属性 在科学研究中最常用的温标是摄氏温标。这种温标是基于水的物理状态的改变：把在海平面处标准大气压下，水结冰时的温度设为0℃，而水沸腾时的温度设为100℃。华氏温度和摄氏温度之间的转换公式为： ℉=9/5℃+32 ℃=5/9[℉-32] 绝对温标或开氏温标是国际单位制中温度的基本单位。0K（绝对零度）相当于－273℃（更精确的是－273.15℃），是能够获得的最低温度。理论上在绝对零度下，所有原子将停止运动。开氏温度和摄