第9章半導(dǎo)體工藝化學(xué)基礎(chǔ)

9.1化學(xué)清洗9.1.1硅片表面污染雜質(zhì)類型1.分子型雜質(zhì)2.離子型雜質(zhì)3.原子型雜質(zhì)9.1.2清洗步驟清洗硅片的一般步驟為：去分子→去離子→去原子→高純水清洗。第9章半導(dǎo)體工藝化學(xué)基礎(chǔ)9.1化學(xué)清洗19.1.3有機雜質(zhì)清洗1.有機溶劑的去污作用2.堿液和合成洗滌劑的去污作用1）堿和肥皂的去污作用2）合成洗滌劑的去污作用肥皂去污原理9.1.3有機雜質(zhì)清洗肥皂去污原理29.1.4無機雜質(zhì)的清洗1.無機酸在化學(xué)清洗中的作用1）鹽酸（HCl）鹽酸是氯化氫氣體溶解于水而制得的一種無色透明有刺激性氣味的液體，一般鹽酸因含有雜質(zhì)（主要是Fe3+）而呈淡黃色。濃度36%~38%，比重1.19的鹽酸為濃鹽酸，濃鹽酸具有強酸性、強腐蝕性和易揮發(fā)性。

9.1.4無機雜質(zhì)的清洗3

2）硫酸（H2SO4）硫酸是無色無嗅的油狀液體。濃度95%~98%，比重1.838的硫酸為濃硫酸，濃硫酸具有強氧化性、強酸性、吸水脫水性、強腐蝕性和高沸點難揮發(fā)性等。硫酸具有強酸性，和鹽酸一樣能與活潑金屬、金屬氧化物及氫氧化物等作用，生成硫酸鹽。

2）硫酸（H2SO4）43）硝酸（HNO3）純硝酸是一種無色透明的液體，易揮發(fā)，有刺激性氣味。硝酸見光受熱很容易分解。溫度越高或酸的濃度越大，則分解越快。市售濃硝酸質(zhì)量百分比為69.2%，比重為1.41。96%~98%的硝酸因含有過量二氧化氮而呈棕黃色，稱為發(fā)煙硝酸。硝酸具有強氧化性、強酸性和強腐蝕性。

3）硝酸（HNO3）52.氧化劑在化學(xué)清洗中的作用1）重鉻酸鉀洗液的氧化作用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）洗液是由飽和的重鉻酸鉀溶液與過量的濃硫酸混合配制而成的。三氧化鉻又稱鉻酐，劇毒，有些有機物，如酒精與其接觸立即著火。含有三氧化鉻的洗液具有很強的氧化性和腐蝕性。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中常用重鉻酸鉀洗液清洗玻璃、石英器皿和金屬用具。2.氧化劑在化學(xué)清洗中的作用62）過氧化氫的氧化作用過氧化氫（H2O2）俗稱雙氧水，能與水按任何比例混合。雙氧水（H–O–O–H）很不穩(wěn)定，容易分解。在普通條件下將慢慢分解成水和氧氣。H2O22H2O+O2↑它既可作為氧化劑也可作為還原劑。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中主要是利用過氧化氫在酸性和堿性溶液中具有強氧化性來清除有機和無機雜質(zhì)。

2）過氧化氫的氧化作用73.絡(luò)合劑在化學(xué)清洗中的作用1）酸性和堿性過氧化氫洗液在清洗中的作用（1）堿性過氧化氫清洗液（通稱Ⅰ號洗液）它是由純水、過氧化氫（30％）、濃氨水（27％）按一定比例混合而成的。它們的體積比是：H2O:H2O2:NH3·H2O=5:1:1到5:2:1。Ⅰ號過氧化氫洗液可除去拋光后硅片上殘存的蠟、松香及光刻工藝硅片表面上的光刻膠等有機物，還可除去硅片表面Au、Ag、Cu、Ni等金屬及金屬離子

3.絡(luò)合劑在化學(xué)清洗中的作用8（2）酸性過氧化氫洗液（通稱Ⅱ號洗液）它是由純水、過氧化氫（30％）、濃鹽酸（37％）組成的，它們的體積比是：H2O:H2O2:HCl=6:1:1到8:2:1。實踐證明使用Ⅰ號、Ⅱ號洗液具有如下的優(yōu)點：①操作方便，使用安全。②能去除有機物和金、鉑等重金屬。③這兩種洗液的組分均易揮發(fā)和分解，不會產(chǎn)生與清洗無關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。④可防止鈉離子沾污，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。（2）酸性過氧化氫洗液（通稱Ⅱ號洗液）92）王水的去污作用濃硝酸和濃鹽酸按1:3的體積比混合，即可配成王水。其反應(yīng)式如下：HNO3+HClH2O+Cl+NOCl王水中不僅含有硝酸、鹽酸等強酸，而且還有初生態(tài)（Cl）和氯化亞硝酰NOCl等強氧化劑。氯化亞硝酰是一種沸點較低的液體，受熱即分解為一氧化氮和原子氯。王水不但能溶解較活潑金屬和氧化物，而且還能溶解不活潑的金、鉑等幾乎所有的金屬。

2）王水的去污作用103）氫氟酸的性質(zhì)與作用氫氟酸是氟化氫的水溶液，它是一種無色透明的液體，蒸汽有刺激臭味、劇毒，與皮膚接觸時會發(fā)生嚴(yán)重的難以治愈的燒傷。濃的氫氟酸含氯化氫48％。含氟化氫35％的氫氟酸的比重是1.14，沸點是112℃。在化學(xué)清洗和腐蝕工藝中，主要利用氫氟酸能溶解二氧化硅（SiO2）這一特性來腐蝕玻璃、石英和硅片表面上的二氧化硅層。反應(yīng)過程是:SiO2+4HFSiF4↑+2H2OSiF4+2HFH2[SiF6]3）氫氟酸的性質(zhì)與作用119.1.5清洗工藝安全操作清洗用的化學(xué)試劑，有的易燃、易爆，有的對人體有毒、有腐蝕性，因此必須注意安全操作。選用有機溶劑有三點要求：1）閃點較高易燃液體的蒸汽和空氣混合后，與火焰接觸時發(fā)生閃光的最低溫度稱為閃點。閃點越低，越易燃。

2）爆炸極限范圍小3）毒性小9.1.5清洗工藝安全操作129.2硅表面拋光化學(xué)原理9.2.1鉻離子化學(xué)機械拋光三氧化二鉻（Cr2O3）因顆粒小、硬度大、棱角鋒利，故可用它做機械研磨的微粒。鉻離子拋光既有機械拋光的平整度好，無桔皮狀腐蝕坑等優(yōu)點，又有化學(xué)拋光結(jié)構(gòu)損傷較小的優(yōu)點，而且速度快，成本低，是一種多快好省的拋光方法。缺點是硅片氧化后易產(chǎn)生高密度氧化錯層，影響器件的成品率。此外，Cr2O3有毒，使用時注意安全。鉻離子拋光液的配比為H2O:Cr2O3:（NH4）2Cr2O7=1000:35:8（重量比）9.2硅表面拋光化學(xué)原理139.2.2銅離子化學(xué)機械拋光銅離子拋光優(yōu)點：速度快，表面質(zhì)量好。缺點：工藝條件難控制；銅離子易在缺陷處沉積，影響器件質(zhì)量的穩(wěn)定性。銅離子拋光液的配制：CuCl2·2H2O:NH4F:H2O=60（g）:260（g）:1000（mL）9.2.3二氧化硅膠體化學(xué)機械拋光二氧化硅膠體拋光優(yōu)點：1）膠體的顆粒直徑比磨料的顆粒直徑小一個數(shù)量級，且硬度與硅相當(dāng)，因此它比用磨料的機械拋光表面損傷更小，拋出的硅片表面具有高度的鏡面光潔。2）不受材料導(dǎo)電類型和電阻率的影響。

9.2.2銅離子化學(xué)機械拋光149.3純水制備9.3.1純水在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的應(yīng)用天然水中含有很多雜質(zhì)，可分為五大類。（1）電解質(zhì)（2）有機物（3）顆粒物質(zhì)（4）微生物

（5）溶解氣體若用自來水清洗硅片等半導(dǎo)體材料時，這些有害雜質(zhì)將吸附在硅片表面上，使硅片沾污，使電路鈍化，甚至短路，因此改變裝置的電特性及最終產(chǎn)品的性質(zhì)。純水分為純水和超純水。純水又稱去離子水，即去掉陰、陽離子和有機物等雜質(zhì)的水。

9.3純水制備159.3.2離子交換制備純水1.離子交換樹脂的種類及結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為不溶性樹脂母體（基體）和活性基團兩部分。樹脂母體為有機化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物。2.離子交換原理當(dāng)含有雜質(zhì)離子的自來水或蒸餾水流入離子交換柱時，陽離子交換樹脂R′－SO3H中的H+與水中的陽離子進行交換，雜質(zhì)陽離子被陽離子交換樹脂吸附，而樹脂中的H+進入水中，從而除去自來水或蒸餾水中的雜質(zhì)陽離子。9.3.2離子交換制備純水169.4.2發(fā)光二極管的制備發(fā)光二極管的制造過程大體可分為三個階段：前段、中段、后段。前段工序主要完成晶圓制造和外延生長，中段工序主要包括研磨、蒸鍍、光刻、切割等過程，后段工序則是根據(jù)不同的需要把LED封裝成各種形式。

前段工序的第一步是制造半導(dǎo)體晶圓。晶圓制造完成后，進行外延生長。外延就是在襯底上淀積一層薄的單晶層，新淀積的這層稱為外延層。外延片完成后，進行中游制造。中游成品完成后進入后段工序，把LED管芯進行封裝。9.4.2發(fā)光二極管的制備173.離子交換裝置系統(tǒng)工業(yè)上制備純水一般采用復(fù)床-混合床裝置系統(tǒng)1-強酸型陽離子交換柱2-強堿型陰離子交換柱3-強酸、強堿型混合離子交換柱3.離子交換裝置系統(tǒng)1-強酸型陽離子交換柱2-強堿18離子交換法制高純水流程圖離子交換法制高純水流程圖194.離子交換樹脂的預(yù)處理1）脫水樹脂的食鹽水處理2）陽樹脂的預(yù)處理3）陰樹脂的預(yù)處理5.離子交換樹脂的再生和貯存4.離子交換樹脂的預(yù)處理209.3.3水純度的測量水的純度越高，水中含雜質(zhì)離子的濃度越小，水的電阻率就愈大，因此，一般可采用電導(dǎo)儀測定水的電阻率來檢查水的純度。電阻率越高，水質(zhì)越好。1.靜態(tài)測量法2.流動測量法9.3.3水純度的測量219.4制備鈍化膜9.4.1二氧化硅鈍化膜的制備1.二氧化硅薄膜在器件中的作用（1）用二氧化硅膜作硼、磷、砷、銻等雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽膜，使雜質(zhì)進行定域擴散。（2）二氧化硅膜對于器件表面有保護和鈍化作用，從而能提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。（3）二氧化硅可作集成電路的隔離介質(zhì)、絕緣層、絕緣介質(zhì)、電容器的介質(zhì)以及MOS場效應(yīng)晶體管的絕緣柵等。9.4制備鈍化膜222.制備二氧化硅的化學(xué)原理1）水蒸汽氧化在高溫下，硅與高純水產(chǎn)生的蒸汽反應(yīng)生成二氧化硅，其反應(yīng)如下：Si+H2O（汽）

SiO2+H2↑2）干氧氧化在高溫下，氧分子與硅直接反應(yīng)生成二氧化硅，反應(yīng)為：Si+O2SiO23）濕氧氧化4）摻氯氧化C2HCl3+O2

CO2↑+HCl↑+H2O↑+Cl2↑2.制備二氧化硅的化學(xué)原理239.4.2其他類型鈍化膜1.磷硅玻璃鈍化膜用三氯氧磷生長磷硅玻璃的反應(yīng)式如下：POCl3＋O2

P2O5＋Cl2↑也可用化學(xué)氣相淀積的方法獲得磷硅玻璃，以氮氣攜帶硅烷和三氯氧磷，通入氣相淀積反應(yīng)室，其反應(yīng)如下：SiH4+O2+POCl3

SiO2↓+P2O5+HCl↑9.4.2其他類型鈍化膜242.氮化硅鈍化膜1）氮化硅鈍化膜的優(yōu)點：2）氮化硅薄膜的制備（1）硅烷與氨氣相淀積氮化硅膜以氮氣或氫氣為攜帶氣體，將硅烷與氨混合，在750~850℃溫度下，即可生成氮化硅，其反應(yīng)式如下：SiH4+NH3

Si3N4+H2↑（2）硅烷與聯(lián)氨氣淀積氮化硅膜以氫氣為攜帶氣體，將硅烷與聯(lián)氨混合。在溫度550—750℃下，就能生成氮化硅，其反應(yīng)式如下：SiH4+N2H4

Si3N4+NH3↑+H2↑2.氮化硅鈍化膜253.三氧化二鋁鈍化膜1）異丙醇鋁熱解淀積法Al（OC3H7）3

Al2O3↓+CH3—CH=CH2↑+3H2O↑２）三氯化鋁高溫水解淀積法三氯化鋁高溫水解淀積氧化鋁的化學(xué)反應(yīng)基本上分兩步進行，其反應(yīng)式如下：H2+CO2

H2O↑+CO↑AlCl3+H2OAl2O3↓+HCl↑總反應(yīng)式：CO2+AlCl3+H2

Al2O3↓+CO↑+HCl↑3.三氧化二鋁鈍化膜26Al2O3、SiO2、和Si3N4的性能的比較Al2O3、SiO2、和Si3N4的性能的比較279.5擴散工藝化學(xué)原理9.5.1擴散工藝概述器件生產(chǎn)中常用的擴散雜質(zhì)源9.5擴散工藝化學(xué)原理器件生產(chǎn)中常用的擴散雜質(zhì)源289.5.2硼擴散的化學(xué)原理1.固態(tài)源-氮化硼氮化硼（BN）是一種新的固態(tài)硼源，是一種白色粉末狀的固體，熔點約在3000℃左右，微溶于水。BN+H2OB2O3+NH3↑BN+O2

B2O3+N2↑B2O3+SiB+SiO2

2.液態(tài)源-硼酸三甲酯無水硼酸三甲酯B（OCH3）3在室溫下是一種無色透明的液體。它的熔點為-29.2℃，沸點為67.8℃。B2O3＋SiSiO2＋B9.5.2硼擴散的化學(xué)原理299.5.3磷擴散的化學(xué)原理1.液態(tài)源-三氯氧磷、三氯化磷1）三氯氧磷三氯氧磷（POCl3）是一種無色透明的液體，具有刺激性、窒息性氣味，有毒，常因溶有氯氣或五氯化磷而呈紅黃色。其比重為1.675，熔點為2℃，沸點為105.3℃。POCl3

PCl5+P2O5POCl3+O2

P2O5+Cl2↑P2O5+Si

SiO2+P9.5.3磷擴散的化學(xué)原理302）三氯化磷三氯化磷（PCl3）也是一種無色透明的液體，具有難聞的氣味，并有毒。它的熔點為-111.8℃，沸點為75.5℃，比重為1.57。三氯化磷主要用作外延的摻雜源。SiCl4+H2

Si+HCl↑PCl3+H2

P+HCl↑PCl3+H2OH2PO3+HCl2）三氯化磷312.氣態(tài)源-磷化氫磷化氫PH3，又稱為膦，是一種無色、易燃、具有大蒜臭味的劇毒氣體。熔點為–132.5℃，沸點為–87.4℃，比重1.15，它微溶于冷水，易溶于乙醇和乙醚等有機溶劑中。PH3+O2H3PO4PH3P+H2↑SiH4+PH3+O2SiO2+P2O5+H2O2.氣態(tài)源-磷化氫329.5.4銻擴散的化學(xué)原理三氧化二銻（Sb2O3）在常溫下為白色粉末，熔點為656℃，難溶于水。高溫時，能被硅還原為銻，反應(yīng)式如下：Sb2O3+SiSiO2+Sb9.5.4銻擴散的化學(xué)原理339.5.5砷擴散的化學(xué)原理砷雜質(zhì)源主要是砷化氫和三氯化砷。1.氧化物源擴散按著適當(dāng)?shù)谋壤龑⒐柰?、氧、氮和三氯化砷、四氯化鍺（后二者以氮氣攜帶）通入反應(yīng)室，硅片的溫度約為300℃，淀積時間約為5分鐘，反應(yīng)式如下：SiH4+AsCl3+O2

As2O3+SiO2+HClGeCl4+O2

GeO2+Cl2↑GeO2+SiGe+SiO29.5.5砷擴散的化學(xué)原理349.5.5砷擴散的化學(xué)原理砷雜質(zhì)源主要是砷化氫和三氯化砷。1.氧化物源擴散按著適當(dāng)?shù)谋壤龑⒐柰椤⒀?、氮和三氯化砷、四氯化鍺（后二者以氮氣攜帶）通入反應(yīng)室，硅片的溫度約為300℃，淀積時間約為5分鐘，反應(yīng)式如下：SiH4+AsCl3+O2

As2O3+SiO2+HClGeCl4+O2

GeO2+Cl2↑GeO2+SiGe+SiO29.5.5砷擴散的化學(xué)原理352.二氧化硅乳膠源擴散將上述硅片用氮氧混合氣體（1:1）或氧氣保護在1000～1100℃的高溫爐內(nèi)進行擴散，五氧化二砷分解成三氧化二砷和氧。三氧化二砷被硅還原為砷，向硅中擴散。反應(yīng)如下：As2O5

As2O3+O2As2O3+SiSiO2+As2.二氧化硅乳膠源擴散369.6光刻工藝的化學(xué)原理9.6.1光刻工藝概述（1）基片前處理（2）涂膠（3）前烘（4）曝光（5）顯影（6）堅膜（7）刻蝕（8）去膠9.6光刻工藝的化學(xué)原理（1）基片前處理（2379.6.2光刻工藝中的化學(xué)應(yīng)用1.聚乙烯醇肉桂酸酯光刻膠（KPR）光刻膠一般有三部分即感光劑（或稱光致抗蝕劑）、增感劑和溶劑組成。2.光刻工藝中的化學(xué)原理1）顯影對聚乙烯醇肉桂酸酯光刻膠，一般用丁酮做顯影液。丁酮，是一種無色液體，具有丙酮的特殊氣味，沸點為79.6℃，易揮發(fā)，易著火，比重為0.806。2）刻蝕3）去膠的化學(xué)原理（1）氧化法去膠（2）去膠劑去膠（3）等離子體去膠9.6.2光刻工藝中的化學(xué)應(yīng)用389.7化學(xué)腐蝕9.7.1化學(xué)腐蝕的原理1.硅的腐蝕硝酸在硅的混合腐蝕液中起到氧化劑作用，它使硅氧化成二氧化硅，其反應(yīng)式如下：Si+HNO3

SiO2+H2O+NO↑硅能不斷被硝酸氧化，生成的二氧化硅又不斷地被絡(luò)合劑氫氟酸絡(luò)合，從而達(dá)到腐蝕的目的。SiO2+HFH2（SiF6）+H2O硅與堿的化學(xué)反應(yīng)式如下：Si+NaOH+H2O

Na2SiO3+H2↑9.7化學(xué)腐蝕392.二氧化硅的腐蝕（1）腐蝕速度要適中且保持不變，便于控制。（2）腐蝕液對光致抗蝕劑膠膜無腐蝕作用3.氮化硅的腐蝕4.金屬鋁膜的腐蝕腐蝕鋁一般用85％磷酸腐蝕液，腐蝕溫度為70～80℃，其化學(xué)反應(yīng)式如下：Al+H3PO4

Al（H2PO4）3+H2↑2.二氧化硅的腐蝕409.7.2影響化學(xué)腐蝕的因素1．材料和腐蝕劑的性質(zhì)2．腐蝕液的濃度3．腐蝕溫度9.7.2影響化學(xué)腐蝕的因素41第9章半導(dǎo)體工藝化學(xué)基礎(chǔ)

9.1化學(xué)清洗9.1.1硅片表面污染雜質(zhì)類型1.分子型雜質(zhì)2.離子型雜質(zhì)3.原子型雜質(zhì)9.1.2清洗步驟清洗硅片的一般步驟為：去分子→去離子→去原子→高純水清洗。第9章半導(dǎo)體工藝化學(xué)基礎(chǔ)9.1化學(xué)清洗429.1.3有機雜質(zhì)清洗1.有機溶劑的去污作用2.堿液和合成洗滌劑的去污作用1）堿和肥皂的去污作用2）合成洗滌劑的去污作用肥皂去污原理9.1.3有機雜質(zhì)清洗肥皂去污原理439.1.4無機雜質(zhì)的清洗1.無機酸在化學(xué)清洗中的作用1）鹽酸（HCl）鹽酸是氯化氫氣體溶解于水而制得的一種無色透明有刺激性氣味的液體，一般鹽酸因含有雜質(zhì)（主要是Fe3+）而呈淡黃色。濃度36%~38%，比重1.19的鹽酸為濃鹽酸，濃鹽酸具有強酸性、強腐蝕性和易揮發(fā)性。

9.1.4無機雜質(zhì)的清洗44

2）硫酸（H2SO4）硫酸是無色無嗅的油狀液體。濃度95%~98%，比重1.838的硫酸為濃硫酸，濃硫酸具有強氧化性、強酸性、吸水脫水性、強腐蝕性和高沸點難揮發(fā)性等。硫酸具有強酸性，和鹽酸一樣能與活潑金屬、金屬氧化物及氫氧化物等作用，生成硫酸鹽。

2）硫酸（H2SO4）453）硝酸（HNO3）純硝酸是一種無色透明的液體，易揮發(fā)，有刺激性氣味。硝酸見光受熱很容易分解。溫度越高或酸的濃度越大，則分解越快。市售濃硝酸質(zhì)量百分比為69.2%，比重為1.41。96%~98%的硝酸因含有過量二氧化氮而呈棕黃色，稱為發(fā)煙硝酸。硝酸具有強氧化性、強酸性和強腐蝕性。

3）硝酸（HNO3）462.氧化劑在化學(xué)清洗中的作用1）重鉻酸鉀洗液的氧化作用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）洗液是由飽和的重鉻酸鉀溶液與過量的濃硫酸混合配制而成的。三氧化鉻又稱鉻酐，劇毒，有些有機物，如酒精與其接觸立即著火。含有三氧化鉻的洗液具有很強的氧化性和腐蝕性。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中常用重鉻酸鉀洗液清洗玻璃、石英器皿和金屬用具。2.氧化劑在化學(xué)清洗中的作用472）過氧化氫的氧化作用過氧化氫（H2O2）俗稱雙氧水，能與水按任何比例混合。雙氧水（H–O–O–H）很不穩(wěn)定，容易分解。在普通條件下將慢慢分解成水和氧氣。H2O22H2O+O2↑它既可作為氧化劑也可作為還原劑。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中主要是利用過氧化氫在酸性和堿性溶液中具有強氧化性來清除有機和無機雜質(zhì)。

2）過氧化氫的氧化作用483.絡(luò)合劑在化學(xué)清洗中的作用1）酸性和堿性過氧化氫洗液在清洗中的作用（1）堿性過氧化氫清洗液（通稱Ⅰ號洗液）它是由純水、過氧化氫（30％）、濃氨水（27％）按一定比例混合而成的。它們的體積比是：H2O:H2O2:NH3·H2O=5:1:1到5:2:1。Ⅰ號過氧化氫洗液可除去拋光后硅片上殘存的蠟、松香及光刻工藝硅片表面上的光刻膠等有機物，還可除去硅片表面Au、Ag、Cu、Ni等金屬及金屬離子

3.絡(luò)合劑在化學(xué)清洗中的作用49（2）酸性過氧化氫洗液（通稱Ⅱ號洗液）它是由純水、過氧化氫（30％）、濃鹽酸（37％）組成的，它們的體積比是：H2O:H2O2:HCl=6:1:1到8:2:1。實踐證明使用Ⅰ號、Ⅱ號洗液具有如下的優(yōu)點：①操作方便，使用安全。②能去除有機物和金、鉑等重金屬。③這兩種洗液的組分均易揮發(fā)和分解，不會產(chǎn)生與清洗無關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。④可防止鈉離子沾污，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。（2）酸性過氧化氫洗液（通稱Ⅱ號洗液）502）王水的去污作用濃硝酸和濃鹽酸按1:3的體積比混合，即可配成王水。其反應(yīng)式如下：HNO3+HClH2O+Cl+NOCl王水中不僅含有硝酸、鹽酸等強酸，而且還有初生態(tài)（Cl）和氯化亞硝酰NOCl等強氧化劑。氯化亞硝酰是一種沸點較低的液體，受熱即分解為一氧化氮和原子氯。王水不但能溶解較活潑金屬和氧化物，而且還能溶解不活潑的金、鉑等幾乎所有的金屬。

2）王水的去污作用513）氫氟酸的性質(zhì)與作用氫氟酸是氟化氫的水溶液，它是一種無色透明的液體，蒸汽有刺激臭味、劇毒，與皮膚接觸時會發(fā)生嚴(yán)重的難以治愈的燒傷。濃的氫氟酸含氯化氫48％。含氟化氫35％的氫氟酸的比重是1.14，沸點是112℃。在化學(xué)清洗和腐蝕工藝中，主要利用氫氟酸能溶解二氧化硅（SiO2）這一特性來腐蝕玻璃、石英和硅片表面上的二氧化硅層。反應(yīng)過程是:SiO2+4HFSiF4↑+2H2OSiF4+2HFH2[SiF6]3）氫氟酸的性質(zhì)與作用529.1.5清洗工藝安全操作清洗用的化學(xué)試劑，有的易燃、易爆，有的對人體有毒、有腐蝕性，因此必須注意安全操作。選用有機溶劑有三點要求：1）閃點較高易燃液體的蒸汽和空氣混合后，與火焰接觸時發(fā)生閃光的最低溫度稱為閃點。閃點越低，越易燃。

2）爆炸極限范圍小3）毒性小9.1.5清洗工藝安全操作539.2硅表面拋光化學(xué)原理9.2.1鉻離子化學(xué)機械拋光三氧化二鉻（Cr2O3）因顆粒小、硬度大、棱角鋒利，故可用它做機械研磨的微粒。鉻離子拋光既有機械拋光的平整度好，無桔皮狀腐蝕坑等優(yōu)點，又有化學(xué)拋光結(jié)構(gòu)損傷較小的優(yōu)點，而且速度快，成本低，是一種多快好省的拋光方法。缺點是硅片氧化后易產(chǎn)生高密度氧化錯層，影響器件的成品率。此外，Cr2O3有毒，使用時注意安全。鉻離子拋光液的配比為H2O:Cr2O3:（NH4）2Cr2O7=1000:35:8（重量比）9.2硅表面拋光化學(xué)原理549.2.2銅離子化學(xué)機械拋光銅離子拋光優(yōu)點：速度快，表面質(zhì)量好。缺點：工藝條件難控制；銅離子易在缺陷處沉積，影響器件質(zhì)量的穩(wěn)定性。銅離子拋光液的配制：CuCl2·2H2O:NH4F:H2O=60（g）:260（g）:1000（mL）9.2.3二氧化硅膠體化學(xué)機械拋光二氧化硅膠體拋光優(yōu)點：1）膠體的顆粒直徑比磨料的顆粒直徑小一個數(shù)量級，且硬度與硅相當(dāng)，因此它比用磨料的機械拋光表面損傷更小，拋出的硅片表面具有高度的鏡面光潔。2）不受材料導(dǎo)電類型和電阻率的影響。

9.2.2銅離子化學(xué)機械拋光559.3純水制備9.3.1純水在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的應(yīng)用天然水中含有很多雜質(zhì)，可分為五大類。（1）電解質(zhì)（2）有機物（3）顆粒物質(zhì)（4）微生物

（5）溶解氣體若用自來水清洗硅片等半導(dǎo)體材料時，這些有害雜質(zhì)將吸附在硅片表面上，使硅片沾污，使電路鈍化，甚至短路，因此改變裝置的電特性及最終產(chǎn)品的性質(zhì)。純水分為純水和超純水。純水又稱去離子水，即去掉陰、陽離子和有機物等雜質(zhì)的水。

9.3純水制備569.3.2離子交換制備純水1.離子交換樹脂的種類及結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為不溶性樹脂母體（基體）和活性基團兩部分。樹脂母體為有機化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物。2.離子交換原理當(dāng)含有雜質(zhì)離子的自來水或蒸餾水流入離子交換柱時，陽離子交換樹脂R′－SO3H中的H+與水中的陽離子進行交換，雜質(zhì)陽離子被陽離子交換樹脂吸附，而樹脂中的H+進入水中，從而除去自來水或蒸餾水中的雜質(zhì)陽離子。9.3.2離子交換制備純水579.4.2發(fā)光二極管的制備發(fā)光二極管的制造過程大體可分為三個階段：前段、中段、后段。前段工序主要完成晶圓制造和外延生長，中段工序主要包括研磨、蒸鍍、光刻、切割等過程，后段工序則是根據(jù)不同的需要把LED封裝成各種形式。

前段工序的第一步是制造半導(dǎo)體晶圓。晶圓制造完成后，進行外延生長。外延就是在襯底上淀積一層薄的單晶層，新淀積的這層稱為外延層。外延片完成后，進行中游制造。中游成品完成后進入后段工序，把LED管芯進行封裝。9.4.2發(fā)光二極管的制備583.離子交換裝置系統(tǒng)工業(yè)上制備純水一般采用復(fù)床-混合床裝置系統(tǒng)1-強酸型陽離子交換柱2-強堿型陰離子交換柱3-強酸、強堿型混合離子交換柱3.離子交換裝置系統(tǒng)1-強酸型陽離子交換柱2-強堿59離子交換法制高純水流程圖離子交換法制高純水流程圖604.離子交換樹脂的預(yù)處理1）脫水樹脂的食鹽水處理2）陽樹脂的預(yù)處理3）陰樹脂的預(yù)處理5.離子交換樹脂的再生和貯存4.離子交換樹脂的預(yù)處理619.3.3水純度的測量水的純度越高，水中含雜質(zhì)離子的濃度越小，水的電阻率就愈大，因此，一般可采用電導(dǎo)儀測定水的電阻率來檢查水的純度。電阻率越高，水質(zhì)越好。1.靜態(tài)測量法2.流動測量法9.3.3水純度的測量629.4制備鈍化膜9.4.1二氧化硅鈍化膜的制備1.二氧化硅薄膜在器件中的作用（1）用二氧化硅膜作硼、磷、砷、銻等雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽膜，使雜質(zhì)進行定域擴散。（2）二氧化硅膜對于器件表面有保護和鈍化作用，從而能提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。（3）二氧化硅可作集成電路的隔離介質(zhì)、絕緣層、絕緣介質(zhì)、電容器的介質(zhì)以及MOS場效應(yīng)晶體管的絕緣柵等。9.4制備鈍化膜632.制備二氧化硅的化學(xué)原理1）水蒸汽氧化在高溫下，硅與高純水產(chǎn)生的蒸汽反應(yīng)生成二氧化硅，其反應(yīng)如下：Si+H2O（汽）

SiO2+H2↑2）干氧氧化在高溫下，氧分子與硅直接反應(yīng)生成二氧化硅，反應(yīng)為：Si+O2SiO23）濕氧氧化4）摻氯氧化C2HCl3+O2

CO2↑+HCl↑+H2O↑+Cl2↑2.制備二氧化硅的化學(xué)原理649.4.2其他類型鈍化膜1.磷硅玻璃鈍化膜用三氯氧磷生長磷硅玻璃的反應(yīng)式如下：POCl3＋O2

P2O5＋Cl2↑也可用化學(xué)氣相淀積的方法獲得磷硅玻璃，以氮氣攜帶硅烷和三氯氧磷，通入氣相淀積反應(yīng)室，其反應(yīng)如下：SiH4+O2+POCl3

SiO2↓+P2O5+HCl↑9.4.2其他類型鈍化膜652.氮化硅鈍化膜1）氮化硅鈍化膜的優(yōu)點：2）氮化硅薄膜的制備（1）硅烷與氨氣相淀積氮化硅膜以氮氣或氫氣為攜帶氣體，將硅烷與氨混合，在750~850℃溫度下，即可生成氮化硅，其反應(yīng)式如下：SiH4+NH3

Si3N4+H2↑（2）硅烷與聯(lián)氨氣淀積氮化硅膜以氫氣為攜帶氣體，將硅烷與聯(lián)氨混合。在溫度550—750℃下，就能生成氮化硅，其反應(yīng)式如下：SiH4+N2H4

Si3N4+NH3↑+H2↑2.氮化硅鈍化膜663.三氧化二鋁鈍化膜1）異丙醇鋁熱解淀積法Al（OC3H7）3

Al2O3↓+CH3—CH=CH2↑+3H2O↑２）三氯化鋁高溫水解淀積法三氯化鋁高溫水解淀積氧化鋁的化學(xué)反應(yīng)基本上分兩步進行，其反應(yīng)式如下：H2+CO2

H2O↑+CO↑AlCl3+H2OAl2O3↓+HCl↑總反應(yīng)式：CO2+AlCl3+H2

Al2O3↓+CO↑+HCl↑3.三氧化二鋁鈍化膜67Al2O3、SiO2、和Si3N4的性能的比較Al2O3、SiO2、和Si3N4的性能的比較689.5擴散工藝化學(xué)原理9.5.1擴散工藝概述器件生產(chǎn)中常用的擴散雜質(zhì)源9.5擴散工藝化學(xué)原理器件生產(chǎn)中常用的擴散雜質(zhì)源699.5.2硼擴散的化學(xué)原理1.固態(tài)源-氮化硼氮化硼（BN）是一種新的固態(tài)硼源，是一種白色粉末狀的固體，熔點約在3000℃左右，微溶于水。BN+H2OB2O3+NH3↑BN+O2

B2O3+N2↑B2O3+SiB+SiO2

2.液態(tài)源-硼酸三甲酯無水硼酸三甲酯B（OCH3）3在室溫下是一種無色透明的液體。它的熔點為-29.2℃，沸點為67.8℃。B2O3＋SiSiO2＋B9.5.2硼擴散的化學(xué)原理709.5.3磷擴散的化學(xué)原理1.液態(tài)源-三氯氧磷、三氯化磷1）三氯氧磷三氯氧磷（POCl3）是一種無色透明的液體，具有刺激性、窒息性氣味，有毒，常因溶有氯氣或五氯化磷而呈紅黃色。其比重為1.675，熔點為2℃，沸點為105.3℃。POCl3

PCl5+P2O5POCl3+O2

P2O5+Cl2↑P2O5+Si

SiO2+P9.5.3磷擴散的化學(xué)原理712）三氯化磷三氯化磷（PCl3）也是一種無色透明的液體，具有難聞的氣味，并有毒。它的熔點為-111.8℃，沸點為75.5℃，比重為1.57。三氯化磷主要用作外延的摻雜源。SiCl4+H2

Si+HCl↑PCl3+H2

P+HCl↑PCl3+H2OH2PO3+HCl2）三氯化磷722.氣態(tài)源-磷化氫磷化氫PH3，又稱為膦，是一種無色、易燃、具有大蒜臭味的劇毒氣體。熔點為–132.5℃，沸點為–87.4℃，比重1.15，它微溶于冷水，易溶于乙醇和乙醚等有機溶劑中。PH3+O2H3PO4PH3P+H2↑SiH4+PH3+O2SiO2+P2O5+H2O2.氣態(tài)源-磷化氫739.5.4銻擴散的化學(xué)原理三氧化二銻（Sb2O3）在常溫下為白色粉末，熔點為656℃，難溶于水。高溫時，能被硅還原為銻，反應(yīng)式如下：Sb2O3+SiSiO2+Sb9.5.4銻擴散的化學(xué)原理749.5.5