半导体工艺用化学品汇总简介

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2021-03-22    环球过滤分离技术网   guolvfenlitech6

半导体制造在很大程度上是一种与化学有关的工艺过程，高达20%工艺步骤是清洗和晶圆表面的处理：


我们习惯将硅片制造中使用的化学材料称为工艺用化学品，有不同种类的化学形态（液态和气态）并且要严格控制纯度。这些工艺用化学品主要作用如下：


用湿法化学溶液和超纯水清洗硅片表面；

用高能离子对硅片进行掺杂得到P型或N型硅材料；

淀积不同的金属导体层及导体层之间必要的介质层；

生成薄的SiO2层作为MOS器件主要栅极介质材料；

用等离子体增强刻蚀或湿法试剂，有选择的去除材料，并在薄膜上形成所需要的图形；


液态高纯试剂，其等级根据纯度分为UP-S、UP、EL三个等级，其中EL又划分为：

电子级1级（EL-Ⅰ）其金属杂质含量为100--1000 PPb，相当SEMI C1 C2标准;

电子级2级（EL-Ⅱ）其金属杂质含量为10--100 PPb,，相当SEMI C7标准;

电子级3级（EL-Ⅲ）其金属杂质含量为1--10 PPb，相当SEMI C7标准;

电子级4级（EL-Ⅳ）其金属杂质含量为0.1--1PPb，相当SEMI C8标准;


工艺化学品 SEMI 国际标准等级


1.液态化学品

   在半导体制造的湿法工艺步骤中使用了许多种液态化学品。在硅片加工厂减少使用化学品是长期的努力。许多液体化学品都是非常危险的，需要特殊处理和销毁手段。另外，化学品的残余不仅会沾污硅片，还会产生蒸气通过空气扩散后沉淀在硅片表面。

在硅片加工厂液态工艺用化学品主要有以下几类：酸、碱、溶剂

①酸

    以下是一些在硅片加工中常用的酸及其用途：

   a.HF   刻蚀二氧化硅及清洗石英器皿

   b.HCL 湿法清洗化学品，2号标准液一部分

   c.H2SO4      清洗硅片

   d.H3PO4  刻蚀氮化硅

   e.HNO3      刻蚀PSG

②碱

  在半导体制造中通常使用的碱性物质

  a.NaOH     湿法刻蚀

  b.NH4OH  清洗剂

  c.KOH    正性光刻胶显影剂

  d.TMAH（氢氧化四甲基铵）   同上

③溶剂：是一种能够溶解其他物质形成溶液的物质。

   半导体制造中常用的溶剂：

   a.去离子水     清洗剂

   b.异丙醇         同上

   c.三氯乙烯      同上

   d.丙酮             同上

   e.二甲苯          同上

去离子水：它里面没有任何导电的离子，PH值为7，是中性的。能够溶解其他物质，包括许多离子化合物和共价化合物。通过克服离子间离子键使离子分离，然后包围离子，最后扩散到液体中。

   半导体工厂消耗大量的酸、碱、溶剂和水，为达到精确和洁净的工艺，需要非常高的品质和特殊反应机理。

部分工艺过程简述如下：

一、NH4OH/H2O2/H2O (SC-1):

利用氨水的弱碱性活化硅晶圆及微粒子表面，使晶圆表面与微粒子间产生相互排斥；双氧水具有氧化晶圆表面的作用，然后氨水对SiO2进行微刻蚀，去除颗粒；

氨水与部分过度金属离子形成可溶性络合物，去除金属不溶物；

NH4OH:H2O2:H2O=0.05~1：1：5

二、HCl/H2O2/H2O(SC2):

利用双氧水氧化污染的金属，而盐酸与金属离子生成可溶性的氯化物而溶解。

HCl:H2O2:H2O=1:1:6，在70度下进行5~10分钟的清洗；

三、H2SO4/H2O2(Piranha Clean, Caro Clean):

利用硫酸及双氧水的强氧化性和脱水性破坏有机物的碳氢键，去除有机不纯物。

四、H2SO4:H2O2=2~4:1，在130度高温下进行10~15分钟的浸泡

五、HF/H2O(DHF)或HF NH4F/H2O(BHF):

清除硅晶圆表面自然生成的氧化层，通常使用稀释后的氢氟酸（0.49%~2%）或以氢氟酸和氟化铵生成的缓冲溶液；

HF:NH4F=1:200~400，在室温下进行15~30秒的反应；

六、光阻-树脂、感光剂、溶剂，光阻稀释液-PGMEA PGME，清除晶圆残余光阻。

七、显影剂-TMAH TEAH；

八、二氧化硅层蚀刻—采用HF及NH4F的缓冲溶液。

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九、多晶硅层蚀刻—采用HF、CH3COOH 、HNO3、三种成分的混合液；

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十、氮化硅层蚀刻—采用85%H3PO4在160~170度高温下进行蚀刻；

十一、铝导线蚀刻—采用己硝酸、磷酸及醋酸等多种无机酸混合液；

十二、研磨液（slurry)

界电层平坦化研磨液—溶有硅土（Silica,SiO2)的KOH或NH4OH溶液；

金属层平坦化研磨液—溶有矾土（Al2O3)的Fe(NO3)3或H2O2溶液；

十三、研磨后清洗液

13.1使用稀释的氨水去除研磨后残留的粒子

13.2使用氢氟酸去除微量的金属污染物

在铜制程中，一般不使用无机的酸碱，通常使用化学性质较为温和的有机酸或有机碱，在添加一定的活性剂和獒合剂。

某厂务系统供应化学品如下表所示：

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2.气态化学品

      在半导体制造过程中，全部大约450道工艺中大概使用了50种不同种类的气体。由于不断有新的材料比如铜金属互连技术被引入到半导体制造过程中，所以气体的种类和数量是不断发生变化的，通常分为两类：通用气体和特种气体

所有气体都要求有极高的纯度：通用气体控制在7个9以上的纯度；特种气体则要控制在4个9以上的纯度。

许多工艺气体都具有剧毒性、腐蚀性、活性和自燃。因此，在硅片厂气体是通过气体配送（BGD）系统以安全、清洁和精确的方式输送到不同的工艺站点。

通用气体：对气体供应商来说就是相对简单的气体。被存放在硅片制造厂外面大型存储罐里，常分为惰性、还原性和氧化性三种气体。

   ①惰性   N2，Ar，He

   ②还原性  H2

   ③氧化性  O2

特种气体：指供应量相对较少的气体。比通用气体更危险，是制造中所必须的材料来源，大多数是有害的，如HCL和CL2具有腐蚀性，硅烷会发生自燃，砷化氢和磷化氢有毒，WF6具有极高的活性。

   通常气体公司（如林德、法液空、AP,普莱克斯、大阳日酸等）用金属容器（钢瓶）运送到硅片厂，钢瓶放在专用的储藏室内。

特种气体的分类：氢化物、氟化物或酸性气体。

   常用特种气体有：

①氢化物 SiH4   气相淀积工艺的硅源

                AsH3  掺杂的砷源

                 PH3    掺杂的磷源

                 B2H6   掺杂的硼源

②氟化物   NF3,C2F4,CF4  等离子刻蚀工艺的氟离子源

                 WF6        金属淀积工艺中的钨源

                 SiF4     淀积、注入、刻蚀工艺硅和氟离子源

③酸性气体ClF3  工艺腔体清洁气体

                     BF3 ，BCl3 掺杂的硼源

                     Cl2    金属刻蚀中氯的来源

④其他   HCL    工艺腔体清洁气体和去污剂

              NH3    工艺气体

              CO      刻蚀工艺中

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