化學(xué)工藝過(guò)程

1、化學(xué)工藝過(guò)程1第1頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一本節(jié)主要內(nèi)容一、常用基本化學(xué)方程式二、電池片生產(chǎn)工藝中的主要化學(xué)方程式三、半導(dǎo)體安全基本知識(shí) 2第2頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一電池片生產(chǎn)工藝中的主要化學(xué)方程式存在于下列工序：1 一次清洗工藝1.1 去除硅片損傷層1.2 制絨面 1.3 HF酸去除SiO2層 1.4 HCl酸去除金屬離子 2 擴(kuò)散過(guò)程中磷硅玻璃的形成 3 等離子刻蝕工藝 4 二次清洗工藝 5 PECVD工藝 3第3頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一常用基本化學(xué)方程式化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是參加反應(yīng)各物質(zhì)(反應(yīng)

2、物)的原子重新組合生成新物質(zhì)(生成物)的過(guò)程，化學(xué)方程式是化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)明的表達(dá)形式。它從“質(zhì)”和“量”兩個(gè)方面表達(dá)了化學(xué)反應(yīng)的意義。(1)“質(zhì)”的含義: 表示什么物質(zhì)參加了反應(yīng)，生成了什么物質(zhì)以及反應(yīng)是在什么條件下進(jìn)行的。(2)“量”的含義 :從宏觀看，表示了各反應(yīng)物、生成物間的質(zhì)量比。如果反應(yīng)物都是氣體，還能表示它們?cè)诜磻?yīng)時(shí)的體積比。 從微觀看，如果各反應(yīng)物、生成物都是由分子構(gòu)成的，那么化學(xué)方程式還表示各反應(yīng)物、生成物間的分子個(gè)數(shù)比。4第4頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一舉例：例如，化學(xué)方程式： 2H2+O2=2H2O 4 32 36“質(zhì)”的含義：經(jīng)點(diǎn)燃，氫氣跟氧氣反

3、應(yīng)生成水?！傲俊钡暮x：從宏觀看，每4份質(zhì)量的氫氣跟32份質(zhì)量的氧氣反應(yīng)生成36份質(zhì)量的水，即氫氣跟氧氣反應(yīng)時(shí)的質(zhì)量比為1:8，從微觀看，氫氣、氧氣和水都是由分子構(gòu)成的，因此，這個(gè)化學(xué)方程式還表示了每2個(gè)氫分子跟1個(gè)氧分子反應(yīng)生成了2個(gè)水分子。5第5頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一常用基本化學(xué)方程式化學(xué)方程式遵守質(zhì)量守恒定律，主要包括以下三方面： 化學(xué)反應(yīng)前后各元素的原子個(gè)數(shù)守恒。 化學(xué)反應(yīng)前后各元素的質(zhì)量守恒。 化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)質(zhì)量總和守恒 6第6頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一書寫化學(xué)方程式的三個(gè)步驟：（1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，把反應(yīng)物的化學(xué)

4、式寫在左邊，生成物的化學(xué)式寫在右邊，反應(yīng)物 與生成物之間用一條短線相連。 （2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在反應(yīng)物、生成物的化學(xué)式前配上適當(dāng)?shù)南禂?shù)，使式子左、右兩邊的每一種元素的原子總數(shù)相等，這個(gè)過(guò)程叫做化學(xué)方程式的配平。 （3）要在化學(xué)方程式中注明反應(yīng)發(fā)生的基本條件，用“”表示生成物中的沉淀，用“”表示生成物中的氣體。7第7頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一一次清洗工藝 去除硅片損傷層： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 28 80 122 4計(jì)算： 對(duì)125*125的單晶硅片來(lái)說(shuō)，假設(shè)硅片表面每邊去除10um，兩邊共去除20um，則每片去

5、除的硅的重量為：g=12.5*12.5*0.002*2.33 = 0.728g。 （硅的密度為2.33g/cm3） 設(shè)每片消耗的NaOH為X克，生成的硅酸鈉和氫氣分別為Y和Z克，根據(jù)化學(xué)方程式有： 28 ：80 = 0.728 ： = 2.08g28 ：122 = 0.728 ：Y Y=3.172g 28 ：4 = 0.728 ：Z Z= 0.104g8第8頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一一次清洗工藝制絨面： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 28 80 122 4 由于在制絨面的過(guò)程中，產(chǎn)生氫氣得很容易附著在硅片表面，從而造成絨面

6、的不連續(xù)性，所以要在溶液中加入異丙醇作為消泡劑以助氫氣釋放。 另外在絨面制備開始階段，為了防止硅片腐蝕太快，有可能引起點(diǎn)腐蝕，容易形成拋光腐蝕，所以要在開始階段加入少量的硅酸鈉以減緩對(duì)硅片的腐蝕。9第9頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一一次清洗工藝 HF酸去除SiO2層在前序的清洗過(guò)程中硅片表面不可避免的形成了一層很薄的SiO2層，用HF酸把這層SiO2去除掉。 SiO2 + 6 HF = H2SiF6 + 2 H2O10第10頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一一次清洗工藝HCl酸去除一些金屬離子，鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與 Pt

7、2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。11第11頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一擴(kuò)散過(guò)程中磷硅玻璃的形成擴(kuò)散過(guò)程中磷硅玻璃的形成： Si + O2 SiO2 5POCl3 3 PCl5 + P2O5（600） 三氯氧磷分解時(shí)的副產(chǎn)物PCl5，是不容易分解的，對(duì)硅片有腐蝕作用，但是在有氧氣的條件下，可發(fā)生以下反應(yīng)： PCl5 + 5O2 2 P2O5 + 10Cl2 (高溫條件下) 磷硅玻璃的主要組成：小部分P2O5，其他是SiO2P2O5或SiO2P2O5。這三種成分分散在二氧化硅中。 在較高溫度的時(shí)候，P2O5作

8、為磷源和Si反應(yīng)生成磷，反應(yīng)如下： 2 P2O5 +5 Si = 5 SiO2 + 4 P 在擴(kuò)散工藝中，三氯乙烷用于爐管清洗，三氯乙烷的燃燒（分解）的產(chǎn)物有：光氣、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫等。12第12頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一等離子刻蝕工藝 所謂等離子體就是由帶電的正、負(fù)電荷的粒子組成的氣體，正負(fù)電荷數(shù)相等，其凈電荷相等。等離子刻蝕所用的等離子體，是輝光放電形成的“電離態(tài)”氣體，其中包括正離子、負(fù)離子、電子、中性原子、分子及化學(xué)上活潑的自由基，這種“電離態(tài)”的氣體是在向氣體系統(tǒng)中施加足以引起電離的高能電場(chǎng)條件下產(chǎn)生的。 在我們的工藝中，是用CF4來(lái)刻蝕擴(kuò)散

9、后的硅片，其刻蝕原理如下： CF4 CFx* + (4-x) F* (x3) Si + 4 F* SiF4 SiO2 + 4 F* SiF4 + O2 Si和SiO2在CF4等離子體中的刻蝕速率是很低的，因?yàn)樵诩兊腃F4等離子體中，這些過(guò)程的刻蝕速率受制于較低的F*濃度，因此刻蝕效率較低，如果在其中加入O2，Si和SiO2的刻蝕速率會(huì)增加，加入O2之后，反應(yīng)室中產(chǎn)生了COF2，CO及CO2而消耗了CFx*自由基，于是減少了F*消耗量，結(jié)果F*濃度增大，相應(yīng)的刻蝕速率也增大。選擇適當(dāng)?shù)腃F4和O2的比例，會(huì)得到良好的刻蝕效果。13第13頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一二

10、次清洗工藝 由于在擴(kuò)散以后在硅片表面形成了一層磷硅玻璃，主要成分還是二氧化硅。因此為了形成良好的歐姆接觸，減少光的反射，在沉積減反射膜后續(xù)工藝之前，必須用HF酸把磷硅玻璃腐蝕掉。 SiO2+6HF = H2SiF6+2H2O 由于這個(gè)反應(yīng)太快，不便于控制，因此不能單獨(dú)用氫氟作為腐蝕劑。根據(jù)化學(xué)平衡原理，減小氫氟酸的濃度和氫離子濃度，可以降低腐蝕速度。所以要在氫氟酸的溶液中加入氟化銨溶液，以減少氫氟酸的濃度和氫離子的濃度，從而減緩氫氟酸對(duì)SiO2的腐蝕速度。其原因：1. 氟化銨是一種弱酸和弱堿組成的鹽，由于它在水中可以電離為銨離子和氟離子，溶液中大量的氟離子的存在使氫氟酸在溶液中的電離平衡HF

11、= H+ + F 向左移動(dòng)。 14第14頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一二次清洗工藝（續(xù)）2.氟化銨能與氫氟酸結(jié)合生成絡(luò)合物氟氫化銨NH4HF2，從而減低了氫氟酸的濃度。 HF + NH4F = NH4HF2 當(dāng)氫氟酸和二氧化硅作用時(shí)，氫氟酸濃度因消耗而減少，這時(shí)氟氫化銨NH4HF2就電離生成氫氟酸，繼續(xù)補(bǔ)充氫氟酸，使氫氟酸的濃度基本上保持不變，同時(shí)氫離子濃度變化不大，從而使腐蝕過(guò)程保持一定的較低速度。 3.由于反應(yīng)生成的六氟硅酸H2SiF6是一種強(qiáng)酸，在溶液中全部電離。隨著反應(yīng)地進(jìn)行，氫離子的濃度不斷增加，就不斷增加反應(yīng)速度。加入氟化銨以后，在反應(yīng)中就不能生成六氟硅

12、酸，而是生成六氟硅酸銨，使氫離子濃度不會(huì)隨反應(yīng)而增加。 15第15頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一 PECVD工藝 為了進(jìn)一步減少入射光的損失，在硅片上沉積一層氮化硅薄膜。 3SiH4 + 4NH3 = Si3N4 +12 H2 3SiH4 + 2N2 = Si3N4 + 6H216第16頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一三、半導(dǎo)體安全基本知識(shí)半導(dǎo)體廠的安全衛(wèi)生問(wèn)題半導(dǎo)體廠常見的潛在危害可分為三大類： (一).化學(xué)物質(zhì)危害 半導(dǎo)體工藝非常繁雜，使用的危險(xiǎn)化學(xué)品也相當(dāng)多，包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、腐蝕性有機(jī)溶劑、有毒氣體、自燃?xì)怏w、或窒息氣體等，如果這些危

13、險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)泄漏出來(lái)，接觸到人體會(huì)造成很大的傷害；也有可能因?yàn)檫@些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，造成火災(zāi)爆炸等重大意外事故。危害性氣體 根據(jù)危害特征，半導(dǎo)體工藝中使用的氣體分為以下四類：有毒、易腐蝕、易燃和自然性氣體，有毒氣體是指對(duì)人體生命有危害的氣體，腐蝕性氣體接觸時(shí)會(huì)損毀生命組織和設(shè)備，易燃?xì)怏w則為暴露于火星、明火和其他燃燒源時(shí)易被引燃的氣體，如氫氣。54以下在空氣中易自然的物質(zhì)為自然性氣體。危害性氣體的毒性等級(jí)是以規(guī)定的時(shí)間內(nèi)人體暴露在其中卻不會(huì)受到健康傷害的最高濃度來(lái)量化的。允許暴露的程度越低，毒性越大。17第17頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一半導(dǎo)體安全基本知識(shí) 危害性化

14、學(xué)品 半導(dǎo)體制造中，有許多液體化學(xué)品是危險(xiǎn)的腐蝕性物質(zhì)，處理腐蝕性化學(xué)品時(shí)，則必須穿戴上防護(hù)鏡和身體防護(hù)設(shè)施，為了防止吸入腐蝕性化學(xué)品的蒸汽，必須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行操作，儲(chǔ)存化學(xué)品時(shí)必須特別小心，例如，HF必須保存在塑料容器中，因?yàn)樗鼤?huì)腐蝕玻璃。所有員工必須知道最近的眼睛沖洗器處。因?yàn)榇蠖鄶?shù)溶劑會(huì)揮發(fā)出有害蒸氣，而且許多是易燃的，所以防止暴露和吸入溶劑蒸氣的眼部和身體防護(hù)設(shè)施也是必不可少的。溶劑必須保存在易燃物質(zhì)儲(chǔ)存柜中，遠(yuǎn)離明火、火星和熱源。處理廢溶劑時(shí)要將它們放置在廢溶劑容器中。注意要特別小心，不能將廢酸和廢溶劑混合在一起，防止發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。18第18頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日

15、，23點(diǎn)13分，星期一半導(dǎo)體安全基本知識(shí)(二).幅射和靜電危害 在半導(dǎo)體工藝中所用的一些設(shè)備單元，例如PECVD微波源、蝕刻機(jī)RF產(chǎn)生器等皆有潛在產(chǎn)生游離或非游離幅射的危害。如果防護(hù)措施沒(méi)做好，使人體曝露在輻射中過(guò)量，即會(huì)傷害到人體。游離幅射對(duì)曝露的人體具有傷害細(xì)胞效應(yīng)，而非游離幅射會(huì)造成眼睛與皮膚傷害，還可能引起令人惡厭的電效應(yīng)干擾重要設(shè)備的功能操作，或發(fā)生靜電火花等。 19第19頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一半導(dǎo)體安全基本知識(shí)(三).機(jī)械危害 半導(dǎo)體工藝有使用機(jī)械人與自動(dòng)化操作之相關(guān)工藝設(shè)備有潛在對(duì)相關(guān)人員發(fā)生機(jī)械危害，例如設(shè)備組件之功能異常與移動(dòng)部份對(duì)人員所發(fā)

16、生之撞擊、切割、夾卷等機(jī)械性危害。 在半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中，雖然經(jīng)常要用到化學(xué)品，有害氣體，這些很可能對(duì)人體造成危害，但是像化學(xué)品、有害氣體、輻射等這些在正常情況下都是被有效控制的，按照相應(yīng)的程序文件正常操作，并合理使用PPE(個(gè)人防護(hù)設(shè)備)條件下不會(huì)有安全性問(wèn)題，只有在意外情況下才可能導(dǎo)致一些傷害。20第20頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一半導(dǎo)體安全基本知識(shí)防護(hù)用具： 化學(xué)品酸堿貯存區(qū)等可能接觸酸堿腐蝕性液體的人員配備耐酸 堿圍裙、耐酸堿手套、防護(hù)眼鏡、防酸堿工作鞋等。 可能接觸有毒氣體的人員配備防毒面具。 設(shè)備維修、檢修人員配備防毒面具、耐酸堿工作服、手套、工 作鞋、安全眼鏡等。 應(yīng)急救援人員配備防護(hù)服、防毒面具、耐酸堿工作服、耐酸堿 手套、耐酸堿工作鞋、安全眼鏡、空氣呼吸器等。21第21頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)13分，星期一半導(dǎo)體安全基本知識(shí)下面是半導(dǎo)