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第章半导体制造中的化学品 31物质形态 32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  31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 体或元素反应形成稳定的化合物。而另外一些气体,像氢气和氩气 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。当有高能电离的分孑或原子的聚集 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材輯的属性 我们能够通过硏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℃,77F)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 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。 种物质转变成其他有不同成分的属性 的另外—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)+2(气体/加热)H2○(液体)+能量  321睿导体制造中的他学属性 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C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: ●压强和真空 表面张力 ●热膨胀 蒸气压 应力 ●升华和凝华  321睿导体制造中的他学属性 ■温度 另外一个物质是热还是冷的量度水的沸点…-2m、“973 温度是比较一个物质相对于 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。室温 298 不同温度的物体之间传递的能量水的凝固点32 273 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。 绝对零度 273  321睿导体制造中的他尝属性 在科学硏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°℃C。华氏温度和摄 氏温度之间的转换公式为 °F=9/5°C+32 °C=5/9F-32] 绝对温标或开氏温标是国际单位制中温度的基本单位。OK (绝对零度)相当于-273℃(更精确的是-273.15℃C 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。开氏温度和摄氏温度之间的转换公式为 K=°C+273 °C=K-273 气体的压强和真空 体充满容器的整个体积并且施加相同的压强于容器的器 壁上。压强(P)为施加在表面单位面积上的压力: 压强=压力面积(磅平方英寸,或psi)  321睿导体制造中的他尝属性 如果量包际笸肉课五体拿面望最的盪 度和窒器的体积 那么压强将会 增加,气球爆炸就是这个原因 用单位是磅平方英寸(其中1磅=453.6克,