半导体技术基础 教学课件 作者 杜中一 主编 王永姚伟鹏 副主编 第9章 半导体工艺化学基础.ppt

尚辅网 尚辅网 第9章 半导体工艺化学基础 * 尚辅网 9.1 化学清洗 9.1.1 硅片表面污染杂质类型 1.分子型杂质 2.离子型杂质 3.原子型杂质 9.1.2 清洗步骤 清洗硅片的一般步骤为：去分子→ 去离子→ 去原子→ 高纯水清洗。 尚辅网 9.1.3 有机杂质清洗 1.有机溶剂的去污作用 2.碱液和合成洗涤剂的去污作用 1）碱和肥皂的去污作用 2）合成洗涤剂的去污作用 肥皂去污原理 尚辅网 9.1.4 无机杂质的清洗 1.无机酸在化学清洗中的作用 1）盐酸（HCl） 盐酸是氯化氢气体溶解于水而制得的一种无色透明有刺激性气味的液体，一般盐酸因含有杂质（主要是Fe3+）而呈淡黄色。浓度36%~38%，比重1.19的盐酸为浓盐酸，浓盐酸具有强酸性、强腐蚀性和易挥发性。 尚辅网 2）硫酸（H2SO4） 硫酸是无色无嗅的油状液体。浓度95%~98%，比重1.838的硫酸为浓硫酸，浓硫酸具有强氧化性、强酸性、吸水脱水性、强腐蚀性和高沸点难挥发性等。硫酸具有强酸性，和盐酸一样能与活泼金属、金属氧化物及氢氧化物等作用，生成硫酸盐。 尚辅网 3）硝酸（HNO3） 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。 尚辅网 2.氧化剂在化学清洗中的作用 1）重铬酸钾洗液的氧化作用 重铬酸钾（K2Cr2O7）洗液是由饱和的重铬酸钾溶液与过量的浓硫酸混合配制而成的。 三氧化铬又称铬酐，剧毒，有些有机物，如酒精与其接触立即着火。含有三氧化铬的洗液具有很强的氧化性和腐蚀性。 在半导体器件生产中常用重铬酸钾洗液清洗玻璃、石英器皿和金属用具。 尚辅网 2）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。 H2O2?2H2O + 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。 尚辅网 3.络合剂在化学清洗中的作用 1）酸性和碱性过氧化氢洗液在清洗中的作用 （1）碱性过氧化氢清洗液（通称Ⅰ号洗液） 它是由纯水、过氧化氢（30％）、浓氨水（27％）按一定比例混合而成的。它们的体积比是：H2O : H2O2 : NH3· H2O=5 : 1 : 1到5 : 2 : 1。 Ⅰ号过氧化氢洗液可除去抛光后硅片上残存的蜡、松香及光刻工艺硅片表面上的光刻胶等有机物，还可除去硅片表面Au、Ag、Cu、Ni等金属及金属离子 尚辅网 （2）酸性过氧化氢洗液（通称Ⅱ号洗液） 它是由纯水、过氧化氢（30％）、浓盐酸（37％）组成的，它们的体积比是：H2O : H2O2 : HCl = 6 : 1 : 1到8 : 2 : 1。 实践证明使用Ⅰ号、Ⅱ号洗液具有如下的优点： ①操作方便，使用安全。 ②能去除有机物和金、铂等重金属。 ③这两种洗液的组分均易挥发和分解，不会产生与清洗无关的化学反应。 ④可防止钠离子沾污，提高器件的稳定性和可靠性。 尚辅网 2）王水的去污作用 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 + HCl?H2O + 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。 尚辅网 3）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。浓的氢氟酸含氯化氢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。反应过程是: SiO2 + 4HF SiF4↑+ 2H2O SiF4 +