第3章半導(dǎo)體制造中的化學(xué)品

1、1第3章 半導(dǎo)體制造中的化學(xué)品 2 宇宙中的所有物質(zhì)都存在三種基本形態(tài)：固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。另宇宙中的所有物質(zhì)都存在三種基本形態(tài)：固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。另外還有第四種形態(tài)，等離子體。外還有第四種形態(tài)，等離子體。 固體有其自己固定的形狀，不會(huì)隨著容器的形狀而改變。液體固體有其自己固定的形狀，不會(huì)隨著容器的形狀而改變。液體隨著容器的形狀而改變自己的形狀。液體會(huì)填充容器的相當(dāng)于液體體隨著容器的形狀而改變自己的形狀。液體會(huì)填充容器的相當(dāng)于液體體積大小的區(qū)域，并會(huì)形成表面。氣體也隨著容器的形狀而改變自己的積大小的區(qū)域，并會(huì)形成表面。氣體也隨著容器的形狀而改變自己的形狀，但是氣體會(huì)充滿整個(gè)容器，但不會(huì)形成表面。

2、氣體微粒較小且形狀，但是氣體會(huì)充滿整個(gè)容器，但不會(huì)形成表面。氣體微粒較小且能夠自由移動(dòng)。一些氣體，像氫氣和氧氣，是活性氣體，很容易與其能夠自由移動(dòng)。一些氣體，像氫氣和氧氣，是活性氣體，很容易與其他氣體或元素反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物。而另外一些氣體，像氦氣和氬他氣體或元素反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物。而另外一些氣體，像氦氣和氬氣，是惰性氣體。惰性氣體（也叫不活潑氣體）很難形成化合物。由氣，是惰性氣體。惰性氣體（也叫不活潑氣體）很難形成化合物。由于惰性氣體不與其他化學(xué)材料反應(yīng)，所以被廣泛用于半導(dǎo)體制造業(yè)中。于惰性氣體不與其他化學(xué)材料反應(yīng)，所以被廣泛用于半導(dǎo)體制造業(yè)中。 第四種物質(zhì)形態(tài)是等離子體。當(dāng)有高能電離的

3、分子或原子的聚第四種物質(zhì)形態(tài)是等離子體。當(dāng)有高能電離的分子或原子的聚集體存在時(shí)就會(huì)出現(xiàn)等離子體。這種形態(tài)與前三種物質(zhì)形態(tài)有相當(dāng)大集體存在時(shí)就會(huì)出現(xiàn)等離子體。這種形態(tài)與前三種物質(zhì)形態(tài)有相當(dāng)大的不同。舉例來說，恒星、熒光燈和霓紅燈都是等離子體。將一定的的不同。舉例來說，恒星、熒光燈和霓紅燈都是等離子體。將一定的氣體曝露在高能電場中，就能誘發(fā)等離子態(tài)。氣體曝露在高能電場中，就能誘發(fā)等離子態(tài)。 許多物質(zhì)都能夠以三種基本物理形態(tài)中的任意一種存在。許多物質(zhì)都能夠以三種基本物理形態(tài)中的任意一種存在。3 我們能夠通過研究材料的屬性了解如何在半導(dǎo)體制造業(yè)中使用它們。屬性是材料描述其惟一身份的特性。舉例來說，固體

4、材料在室溫下（25，77 ）有不同的屬性：剛性固體（鐵）、軟性固體（蠟）和彈性固體（鉛）。鑒定用于半導(dǎo)體制造業(yè)中的材料屬性對于如何適當(dāng)在硅圓片上制造芯片非常重要。 材料屬性有兩類：化學(xué)屬性和物理屬性。材料的物理屬性是指那些通過物質(zhì)本身而不需要與其他物質(zhì)相互作用反映出來的性質(zhì)。物理屬性有：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、電阻率和密度等。材料的化學(xué)屬性是指那些通過與其他物質(zhì)相互作用或相互轉(zhuǎn)變而反映出來的性質(zhì)?；瘜W(xué)屬性有：可燃性、反應(yīng)性和腐蝕性。當(dāng)一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變成其他有不同成分的屬性的另外一種物質(zhì)時(shí)，就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。開始反應(yīng)的物質(zhì)被稱為反應(yīng)物，反應(yīng)生成的物質(zhì)則叫生成物。 典型的化學(xué)反應(yīng)的例子是氫氣在氧氣中燃燒。這兩種化

5、學(xué)材料在自然狀態(tài)下都是氣體。當(dāng)氫氣的溫度超過600時(shí)，氫氣將會(huì)與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果是在爆炸性的熱反應(yīng)后有副產(chǎn)物水蒸氣生成?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下： 2H2（氣體）+O2 （氣體） H2O （液體）+能量（加熱） 4 在制造硅集成電路芯片中有許多不同種類的化學(xué)品和化學(xué)材料。先進(jìn)的IC制造商使用新型材料來改善芯片的性能并減小器件特征尺寸?；瘜W(xué)品的一些屬性對于理解新的半導(dǎo)體工藝材料的存在有很重要的意義，這些屬性有：l溫度l密度l壓強(qiáng)和真空l表面張力l冷凝l熱膨脹l蒸氣壓l應(yīng)力l升華和凝華 5n溫度 溫度是比較一個(gè)物質(zhì)相對于另外一個(gè)物質(zhì)是熱還是冷的量度標(biāo)準(zhǔn)，因此它也是物質(zhì)的分子或原子平均動(dòng)能或熱能的量度標(biāo)

6、準(zhǔn)。不同溫度的物體之間傳遞的能量叫熱。硅圓片制造中大量需要處理在高溫下的情況，比如需要加熱來影響化學(xué)反應(yīng)（如改變化學(xué)反應(yīng)速率）或者對硅單晶結(jié)構(gòu)退火使原子重新排列。 存在著三種溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)（）、攝氏溫標(biāo)（）和絕對溫標(biāo)或開氏溫標(biāo)（K）。這三種溫標(biāo)之間的關(guān)系如右圖所示。7721232-147-326-459251000-100-200-273298373273173730 K水的沸點(diǎn)水的沸點(diǎn)室溫室溫水的凝固點(diǎn)水的凝固點(diǎn)絕對零度絕對零度6 在科學(xué)研究中最常用的溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo)。這種溫標(biāo)是基于水的物理狀態(tài)的改變：把在海平面處標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水結(jié)冰時(shí)的溫度設(shè)為0，而水沸騰時(shí)的溫度設(shè)為100。華氏溫度和攝氏溫

7、度之間的轉(zhuǎn)換公式為： =9/5+32 =5/9 -32 絕對溫標(biāo)或開氏溫標(biāo)是國際單位制中溫度的基本單位。0K（絕對零度）相當(dāng)于273（更精確的是273.15），是能夠獲得的最低溫度。理論上在絕對零度下，所有原子將停止運(yùn)動(dòng)。開氏溫度和攝氏溫度之間的轉(zhuǎn)換公式為： K= +273 =K-273n氣體的壓強(qiáng)和真空 氣體充滿容器的整個(gè)體積并且施加相同的壓強(qiáng)于容器的器壁上。壓強(qiáng)（P）為施加在表面單位面積上的壓力： 壓強(qiáng)壓力/面積（磅/平方英寸，或psi）7 任何氣體的壓強(qiáng)依賴于氣體分子的數(shù)量、溫度和容器的體積。如果單位時(shí)間內(nèi)有更多的氣體分子撞擊容器的器壁，那么壓強(qiáng)將會(huì)增加，氣球爆炸就是這個(gè)原因。 在美國壓

8、強(qiáng)的通用單位是磅/平方英寸（其中1磅453.6克，1平方英寸6.45平方厘米），具體分為psia（絕對壓強(qiáng)，包括14.7psi的大氣壓）或者psig（標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)）。 壓強(qiáng)是在半導(dǎo)體制造中被廣泛使用的屬性?；瘜W(xué)品和氣體都是從高壓向低壓區(qū)域流動(dòng)的。一些需要很高的壓強(qiáng)而另外一些需要在低于大氣壓的環(huán)境（真空）。 真空：真空：如果容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)小于14.7psi，在存在真空。真空通過抽出密閉容器中的氣體分子（例如：空氣、水汽和氣體雜質(zhì)）來獲得低于大氣壓的壓強(qiáng)。許多半導(dǎo)體制造的操作過程都需要真空環(huán)境。真空最通用的計(jì)量單位是托。1托等于氣壓計(jì)中1毫米汞柱。 在一個(gè)大氣壓的情況下，空氣重量將迫使碗里的水銀流進(jìn)

9、真空管中，使真空管中水銀柱升高到760mm（760torr或29.92英寸）。水銀柱的高度與施加在碗里水銀上的壓強(qiáng)成正比。壓力越小，水銀柱高度越低。為了適應(yīng)許多半導(dǎo)體工藝中測量和控制真空度的靈敏度的要求，經(jīng)常要采用毫托作為壓強(qiáng)的單位。8n冷凝和汽化 氣體變成液體的過程被稱作冷凝，當(dāng)水蒸氣溫度降低時(shí)，出現(xiàn)了由微粒組成的薄霧，形成微小的液滴，然后聚集成有單獨(dú)表面的顆粒。從液體變成氣體的相反過程叫汽化。 液體和氣體與材料相互作用的途徑多種多樣。吸收是氣體或液體進(jìn)入其他材料的主要方式，像氣體會(huì)溶解在液體中。吸附是氣體或液體被束縛在固體表面，被吸附的分子通過化學(xué)束縛或者物理吸引這樣的弱束縛粘在物體表面。

10、n蒸氣壓 蒸氣壓是在密閉容器中氣體分子施加的壓力，這時(shí)汽化和冷凝的速率處于動(dòng)態(tài)平衡。 高蒸氣壓材料是易揮發(fā)的（容易變成氣體）。當(dāng)高蒸氣壓材料被曝露在真空條件下的時(shí)候很容易揮發(fā)成氣體，比如：溶劑、香水和洗液。這些材料發(fā)出特有的很容易被人的鼻子聞到的氣味。9n升華和凝華 固體通過升華過程能夠直接變成氣體。把一塊冰放在冷凍室里，幾個(gè)月之后會(huì)發(fā)現(xiàn)冰塊變小了，這是冰塊升華變成氣體的緣故。其他升華的例子還有干冰和樟腦丸。 與升華相反的過程叫凝華，就是氣體直接變成固體的過程。在寒冷的玻璃上形成冰的過程就是水蒸氣凝華的過程。在半導(dǎo)體制造中凝華是一個(gè)非常有用的過程。n密度 物質(zhì)的密度被定義為它的質(zhì)量（或重量）除

11、以它的體積： 密度質(zhì)量/體積（g/cm3） 一般認(rèn)為物體越緊密就越重。如果兩個(gè)物體有相同的體積，越重的那個(gè)物體密度越大。我們都知道相同體積的海綿密度要比鋼小，這是因?yàn)楹＞d比鋼輕。10 下表列出了在標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下不同材料的密度。水的密度是1g/cm3，因此被用來做參照，其他材料的密度常用它的密度與水密度的比值來表示。舉例來說，硅的密度是2.3，也就是1立方厘米的硅重2.3克。在標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下一些常用材料的密度在標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下一些常用材料的密度 比重是與密度相關(guān)聯(lián)的概念。比重（SG）是指在4時(shí)的液體和氣體的密度，它是物質(zhì)的密度與水的密度相比的比值。物質(zhì)物質(zhì)物理狀態(tài)物理狀態(tài)密度（密度（g

12、/cm3）氫氣氣態(tài)0.000089氧氣氣態(tài)0.0014水液態(tài)1.0精制食鹽固態(tài)2.16硅固態(tài)2.33鋁固態(tài)2.70金固態(tài)19.311n表面張力 當(dāng)一滴液體在一個(gè)平面上，液滴存在著一個(gè)接觸表面積。液滴的表面張力是增加接觸表面積所需的能量。隨著表面積的增加，液體分子必須打破分子間的引力，從液體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)到液體的表面，因此需要能量。表面張力的概念用在半導(dǎo)體制造中來衡量液體均勻涂在硅圓片表面的粘附能力。n熱膨脹 當(dāng)一個(gè)物體被加熱時(shí)，由于原子的振動(dòng)加劇，它的體積就會(huì)發(fā)生膨脹。隨著物體的熱膨脹，它的尺寸也相應(yīng)變大。相反當(dāng)物體被冷卻時(shí)，它的尺寸會(huì)變小。 比起一般的材料，有些材料隨著溫度升高膨脹要更厲害。衡量材

13、料熱膨脹大小的參數(shù)是熱膨脹系數(shù)（或CTE）。非晶材料的熱膨脹是各向同性的，而所有晶體材料，比如單晶硅，熱膨脹是各向異性的。12n應(yīng)力 當(dāng)一個(gè)物體受到外力的作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力的大小取決于兩個(gè)因素：外力的大小和外力作用的面積。國際單位制中應(yīng)力的單位是磅每平方英寸（psi或Pa），應(yīng)力的公式為： 應(yīng)力外力/面積（psi） 在硅圓片中有多種原因可以導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。硅片表面的物理損傷；位錯(cuò)、多余的空隙和雜質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)力；外界材料生長都可以產(chǎn)生應(yīng)力。如果兩個(gè)熱膨脹系數(shù)（CTE）相差很大的物體結(jié)合在一起，然后加熱，由于兩種材料以不同的速率膨脹導(dǎo)致它們彼此推拉，因而產(chǎn)生應(yīng)力。由于CTE不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)

14、使硅片彎曲。在半導(dǎo)體制造工藝中由于微芯片采用多層不同的CTE材料的平面工藝，所以非常關(guān)心這種應(yīng)力。淀積膜通常會(huì)產(chǎn)生兩種應(yīng)力：拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力，應(yīng)力的性質(zhì)取決于工藝條件。確保材料有最小的應(yīng)力可以改善芯片的可靠性。13 半導(dǎo)體制造業(yè)是與化學(xué)密切相關(guān)的工藝過程，其中使用了多種超高純度的工藝用化學(xué)品。工藝用化學(xué)品通常有三種狀態(tài)：液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)?；瘜W(xué)品在半導(dǎo)體制造業(yè)中的主要用途有：l用濕法化學(xué)溶液和超純凈的水清洗或準(zhǔn)備硅片表面。l用高能離子對硅片進(jìn)行摻雜得到p型和n型硅材料。l淀積不同的金屬導(dǎo)體層以及導(dǎo)體層之間必要的介質(zhì)層。l生長薄的二氧化硅作為MOS器件主要的柵極介質(zhì)材料。l用等離子體增強(qiáng)刻蝕或濕

15、法試劑有選擇地去除材料并在薄膜上形成所需要的圖形。 雖然在硅片加工廠里使用了大量的化學(xué)品，然而一些主要的化學(xué)品在不同的工藝步驟中會(huì)被重復(fù)使用。例如清洗是半導(dǎo)體制造過程中使用最多的工藝步驟之一。據(jù)估計(jì)，在半導(dǎo)體制造的全部工藝步驟中有30是為了清洗硅片或做硅片表面準(zhǔn)備。14 液體可以是純物質(zhì)如純水，也可以是混合物。汽油就是由碳?xì)浠衔锖陀兄谌紵奶砑觿┗旌隙傻摹?如果混合物各個(gè)成分的分子或原子分布是均勻一致的，我們稱它位溶液，汽油就是一種溶液。家用急救消毒的過氧化氫是由絕大部分的水和5的過氧化氫混合而成的，也是一種溶液。在溶液中占絕大部分的成分（例如過氧化氫溶液中的水）叫溶劑，溶解在溶劑中的物

16、質(zhì)叫溶質(zhì)。溶解在水中形成的溶液稱為水溶液，意味著水是溶劑。 在半導(dǎo)體制造的濕法工藝步驟里使用了許多種液體。硅片加工廠使用的所有液體都要求有極高的純度，沒有任何微粒、金屬離子或不想要的化學(xué)物質(zhì)的沾污。化學(xué)沾污是一個(gè)相對的概念。頻繁用于描述雜質(zhì)微小濃度的單位是體積或重量的百萬分之幾（ppm），例如空氣中雜質(zhì)含量的濃度大約是ppm這一量級(jí)。為了計(jì)算雜質(zhì)體積的ppm，可以先假設(shè)在一定體積空氣中雜質(zhì)的含量，然后用它除以空氣的質(zhì)量，再乘上100萬。在硅片加工廠一些特定的化學(xué)品其雜質(zhì)含量有著更為苛刻的要求，通常要求低于十億分之一（ppb）或萬億分之一（ppt）。然而在硅片加工廠工藝用化學(xué)品中雜質(zhì)的數(shù)量通常被

17、測量儀器的精度所限制。15 在硅片加工廠減少使用液體化學(xué)品將是長期的努力。許多在半導(dǎo)體制造過程中使用的液體化學(xué)品都非常危險(xiǎn)，需要特殊的處理和銷毀手段。另外，化學(xué)品的殘余不僅會(huì)沾污硅片，還會(huì)產(chǎn)生蒸氣通過空氣擴(kuò)散然后沉淀在硅片表面。雖然并不可能在硅片加工廠中徹底消除使用液態(tài)化學(xué)品，但是可以通過減少清洗工藝步驟的數(shù)量來大幅度減少使用液態(tài)化學(xué)品。 在硅片加工廠液態(tài)工藝化學(xué)品主要有以下幾大類：l酸l堿l溶劑n酸 在常規(guī)的定義中，酸是一種包含氫并且氫在水中裂解（意思是化學(xué)鍵斷裂）形成水合氫離子H3O+的溶液。既然酸中包含氫，那么在它的化學(xué)式里就包含H元素，例如磷酸（ H3PO4）或鹽酸（HCL）。16 下

18、面用鹽酸的化學(xué)反應(yīng)方程式來說明酸是如何在水中發(fā)生分解的： HCL（氣體）+H2O（液體）CL- （水溶液）+H3O+（水溶液） 我們看到當(dāng)HCL溶解在水中后，它和水發(fā)生反應(yīng)生成水合氫離子H3O+，因此按照定義HCL是一種酸。 在半導(dǎo)體制造過程中使用了多種酸。下表列出了一些常用的酸及其在硅片加工中的特定用途。酸酸符號(hào)符號(hào)用途用途氫氟酸HF刻蝕二氧化硅（SiO2）以及清洗石英器皿鹽酸HCL濕法清洗化學(xué)品，2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)清洗液的一部分，用來去除硅中的重金屬元素硫酸H2SO4“piranha”溶液（7份H2SO4 和3份30的雙氧水）用來清洗硅片緩沖氧化層刻蝕（BOE）:氫氟酸和氧化銨溶液HF和NH4F刻蝕

19、二氧化硅薄膜（SiO2）磷酸H3PO4刻蝕氮化硅（Si3N4）硝酸HNO3用HF和HNO3的混合溶液來刻蝕磷硅酸鹽玻璃（PSG）17 酸可以進(jìn)一步分成兩大類：有機(jī)酸和無機(jī)酸。有機(jī)酸如羧酸，包含烴基；無機(jī)酸如氫氟酸（HF）則沒有。n堿 堿是一類含有OH根的化合物（例如，NaOH氫氧化鈉和KOH氫氧化鉀）在溶液重發(fā)生水解生成氫氧根離子OH-。在英文里base和alkali都表示堿。堿會(huì)使水溶液中的氫氧根離子增加。舉例來說，氫氧化鈉是由金屬離子和氫氧根離子組成的離子化合物。由于氫氧化鈉溶解在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成Na+和OH-離子，所以它是一種堿： NaOH Na+OH- 下表列出了在半導(dǎo)體制造過程

20、中通常會(huì)使用的堿性物質(zhì)。堿堿符號(hào)符號(hào)用途用途氫氧化鈉NaOH濕法刻蝕氫氧化銨NH4OH清洗劑氫氧化鉀KOH正性光刻膠顯影劑氫氧化四甲基銨TMAH正性光刻膠顯影劑18 npH值 酸或堿強(qiáng)度不同并按強(qiáng)弱分類。pH值可用來估計(jì)溶液的強(qiáng)弱以確定它是酸還是堿。 pH值的范圍從0到14，7為中性值。 pH值小于7的是酸，而pH值大于7的是堿。純水是pH值的參照物質(zhì)，它是中性的， pH值為7。強(qiáng)酸如硫酸（ H2SO4 ）的pH值在0到3之間，而強(qiáng)堿如氫氧化鈉（NaOH）的pH值遠(yuǎn)大于7接近14。右圖列出了一些常用的化學(xué)物質(zhì)和它們的pH值。pH值常用的化學(xué)品1車用蓄電池中使用的酸（硫酸）23檸檬汁、醋4蘇打、

21、葡萄酒5番茄汁、啤酒6尿7自來水、牛奶、唾液8血液、唾液9鎂乳10清潔劑11家用氨水1213家用污垢清潔劑14鎳鎘電池（ NaOH ）腐蝕性腐蝕性腐蝕性腐蝕性19 n溶劑 溶劑是一種能夠溶解其他物質(zhì)形成溶液的物質(zhì)。一種好的溶劑能夠溶解很大范圍內(nèi)的物質(zhì)。大多數(shù)溶劑，比如酒精和丙酮是易揮發(fā)并可燃的。下表列出了硅片廠常用的溶劑。溶劑溶劑名稱名稱用途用途去離子水DI Water廣泛用于漂洗硅片和稀釋清洗劑異丙醇IPA通用的清洗劑三氯乙烯TCE用于硅片和一般用途的清洗溶劑丙酮Acetone通用的清洗劑（比IPA更強(qiáng)）二甲苯Xylene強(qiáng)的清洗劑，也可以用來去除硅片邊緣光刻膠 去離子水（DI Water）

22、是在半導(dǎo)體制造過程中廣泛使用的溶劑，在它里面沒有任何導(dǎo)電的離子。 DI Water的pH值為7，既不是酸也不是堿，是中性的。它能夠溶解其他物質(zhì)，包括許多離子化合物和共價(jià)化合物。當(dāng)水分子（H2O）溶解離子化合物時(shí)，它們通過克服離子間離子鍵使離子分離，然后包圍離子，最后擴(kuò)散到液體中。20 n化學(xué)品的輸送化學(xué)品的輸送 在半導(dǎo)體工業(yè)中廣泛使用的化學(xué)品有很多是有毒性并且危險(xiǎn)的?；瘜W(xué)品安全、高純度和不間斷地從存儲(chǔ)罐中輸送到工藝工具是至關(guān)重要的。對于液態(tài)化學(xué)品來說，這種輸送過程是通過批量化學(xué)材料配送（BCD）系統(tǒng)完成的。 BCD系統(tǒng)是由化學(xué)品源（如一個(gè)存儲(chǔ)罐）、化學(xué)品輸送模塊和管道系統(tǒng)所組成的。BCD系統(tǒng)的

23、存儲(chǔ)罐常常建造在主要生產(chǎn)線的地下，輸送模塊用來過濾、混合和輸送化學(xué)品，然后通過管道系統(tǒng)將化學(xué)品輸送到獨(dú)立的工藝線?，F(xiàn)代的BCD系統(tǒng)是一個(gè)集成了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)，它能夠?qū)瘜W(xué)品的輸送進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 關(guān)于怎樣來存儲(chǔ)和輸送工藝用化學(xué)品決策取決于這些因素：化學(xué)品的兼容性、減少化學(xué)品的沾污和安全性。在半導(dǎo)體制造過程中對化學(xué)品純度的要求是超高純凈（UHP），對雜質(zhì)的控制是要低于十億分之一（ppb）到萬億分之一（ppt）的范圍之內(nèi)。21 一些化學(xué)品并不適合由BCD系統(tǒng)來輸送，它們或者是使用的數(shù)量很少或者是在使用前存放的時(shí)間長度有限（使用前它們能存放多久）。在這種情況下，為了使這些化學(xué)品能夠在工藝站點(diǎn)存儲(chǔ)

24、和使用，將用特別的包裝系統(tǒng)便于它們定點(diǎn)（POU）輸送。在光刻過程中使用的光刻膠就是這樣一種化學(xué)品。22 半導(dǎo)體制造過程中，在全部大約450道工藝步驟中大概使用了50種不同種類的氣體。由于不斷有新的材料包括銅金屬化互連技術(shù)和新的擴(kuò)散勢壘阻擋層被引入到半導(dǎo)體制造過程中，所以氣體的種類和數(shù)量是不斷發(fā)生變化的。氣體通常被分成兩類：通用氣體和特種氣體。通用氣體有氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2） 、氫氣（H2） 、氦氣（He）和氬氣（Ar） 。特種氣體也是指一些工藝氣體以及其他在半導(dǎo)體集成電路制造中比較重要的氣體。 所有氣體都要求有極高的純度：通用氣體要控制在7個(gè)9以上的純度（99.99999），特種氣體則要控

25、制在4個(gè)9以上的純度（99.99）。氣體中的雜質(zhì)微粒要控制在0.1um之內(nèi)，其他需要控制的沾污是氧、水分和痕量雜質(zhì)，例如金屬。許多工藝氣體都具有毒性、腐蝕性、活性和自燃（曝露在空氣中燃燒）。因此，在硅片廠氣體是通過氣體配送系統(tǒng)以安全、清潔和精確的方式輸送到不同工藝站點(diǎn)的。23 n通用氣體通用氣體 對于氣體供應(yīng)商來說通用氣體是相對簡單的氣體，它被存儲(chǔ)在硅片制造廠外面的大型存儲(chǔ)罐里或者1000磅的大型管式拖車內(nèi)。這些氣體通過批量氣體配送（BGD）系統(tǒng)輸送到工作間里面。BGD系統(tǒng)集中控制氣體的優(yōu)點(diǎn)在于：一是可靠且穩(wěn)定氣體供應(yīng)，二是減少雜質(zhì)微粒的沾污源，最后是減少日常氣體供應(yīng)中的人為因素。通用氣體通常

26、只需要用最小成本來獲得較高的純度。而且，在大型硅片加工廠常采用現(xiàn)場生產(chǎn)通用氣體的手段來減少費(fèi)用。通用氣體常分成惰性、還原性和氧化性三種氣體。見下表。氣體種類氣體種類氣體氣體符號(hào)符號(hào)用途用途惰性氮?dú)釴2排出殘留在氣體配送系統(tǒng)和工藝腔中的濕氣和殘余氣體。有時(shí)也作為某些淀積工藝的工藝氣體。氬氣Ar在硅片工藝過程中用在工藝腔體中氦氣He工藝腔氣體，也用于真空室的漏氣檢查還原性氫氣H2外延層工藝的運(yùn)載氣體，也用在熱氧化工藝中與O2反應(yīng)生成水蒸氣?？傊谠S多硅片制造工藝中會(huì)用到氫氣。氧化性氧氣O2工藝腔氣體24 近些年來，出于安全方面的考慮促使發(fā)展起來的現(xiàn)場生產(chǎn)氣體的方法被用于其他種類的氣體，特別是砷化氫

27、和磷化氫。這些安排使得在靠近工藝工具的地方生產(chǎn)劇毒性氣體成為可能。n特種氣體特種氣體 特種氣體是指那些供應(yīng)量相對較少的氣體。這些氣體通常比通用氣體更危險(xiǎn)，它們是許多制造芯片所必需材料的原料來源。處理特種氣體時(shí)最麻煩的是它們中的大多數(shù)都是有害的，要么具有腐蝕性（例如HCL和Cl2），要么會(huì)發(fā)生自燃（例如硅烷），要么有毒（例如砷化氫和磷化氫），要么具有極高的活性（例如WF6 ）。這些特種氣體在工藝線上最典型的用途是用于工藝腔體中。 特種氣體通常用100磅金屬容器（鋼瓶）運(yùn)送到硅片廠。鋼瓶一般放在氣體鋼瓶的儲(chǔ)藏室里，有一個(gè)穩(wěn)壓器的控制面板、一個(gè)流量控制器、開關(guān)閥門和一個(gè)清洗控制面板用來控制鋼瓶換氣時(shí)

28、的清洗順序。這個(gè)儲(chǔ)藏室還有過濾器，用于監(jiān)視氣體純度的儀器，還有安全設(shè)備，像起火警報(bào)器和泄漏警報(bào)器。 工藝線里面的局部氣體配送系統(tǒng)用來把特種氣體從鋼瓶里輸送到工藝反應(yīng)室。這些管道有許多接頭和彎曲的拐角使得管道長達(dá)數(shù)百英尺，它們從工藝工具的下面連接到工具上。25 氣體沖洗系統(tǒng)氣體沖洗系統(tǒng) 氣體沖洗系統(tǒng)用來排除工藝腔體和氣體輸送系統(tǒng)中那些沒用的殘余氣體、空氣或水蒸氣。氣體沖洗系統(tǒng)可以清除那些滯留在氣體系統(tǒng)中的殘留物和污染物。氣體沖洗系統(tǒng)通過排進(jìn)惰性氣體（像氮?dú)猓堄鄽怏w排出，或者通過真空系統(tǒng)將殘余氣體吸出氣體輸運(yùn)系統(tǒng)。氣體沖洗系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它通過軟件自動(dòng)地在鋼瓶換氣和打開工藝腔體之前或之

29、后控制氣體流水線的閥門進(jìn)行排氣。 氣體輸送管道氣體輸送管道 氣體輸送管道是用316L（ 316L 是不銹鋼的一種）電解拋光的不銹鋼管子來輸送氣體的。除了一些氣體過濾器的隔膜之外，在氣體輸送管道系統(tǒng)中沒有塑料部件。對于一些危險(xiǎn)氣體經(jīng)常要用雙層管子。雙層管子的內(nèi)層管壁經(jīng)過電解拋光來盡可能地減少沾污。電解拋光是一項(xiàng)化學(xué)工藝用以去除內(nèi)壁表面大約30um厚度，得到一個(gè)潔凈、光滑的內(nèi)表面以盡可能減少化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沾污的可能性。被電解拋光的不銹鋼內(nèi)表面修整會(huì)帶一層很薄的鉻，這是因?yàn)殂t不是很活潑，擴(kuò)散出的微粒很少。26 氣體管道的連接氣體管道的連接 出于安全方面的考慮，氣體管道將會(huì)有360度的轉(zhuǎn)彎（比如螺旋管道

30、），使得管道更加靈活。氣體管道終止于壓縮氣體協(xié)會(huì)（CGA）標(biāo)準(zhǔn)連接器連接到氣體鋼瓶的閥門。對于不同氣體，最近開發(fā)的具有特殊連接器直徑的DISS（直徑指數(shù)安全系統(tǒng)）鋼瓶閥門已引入，用來得到更好的不易被磨損的密封系統(tǒng)以減少潛在的沾污。DISS閥門系統(tǒng)通常用在高純、有毒和腐蝕性的氣體上。氣體管道要保證氣體連續(xù)不斷通過管道系統(tǒng)，不能有地方滯留氣體導(dǎo)致化學(xué)品不必要的損失。 氣體接入系統(tǒng)氣體接入系統(tǒng) 局部氣體配送系統(tǒng)的氣體管道連接到其他工藝工具上的氣體控制面板?？刂泼姘逵梢幌盗械臍怏w接入系統(tǒng)組成，每一個(gè)控制一種流入的氣體。每一路接入有一個(gè)開/關(guān)閥門、流量計(jì)、壓力控制器和過濾器。流入氣體管道的氣體數(shù)量取決于工藝，典型數(shù)值是6到30，對于復(fù)雜工藝工具則要更多種類的氣體。27 鋼瓶的換氣鋼瓶的換氣 當(dāng)特種氣體使用的鋼瓶空了的時(shí)候，需要技術(shù)人員進(jìn)行更換，這就是鋼瓶的換氣，有時(shí)候每星