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1、10.1 概 述 10.1.1 电子信息化学品的定义与特点 （1）定义 电子化学品通常是指为电子信息产业配套的专用化工材料。主要包括集成电路（IC）和分立器件、光电子器件、印制电路板（PCB）、液晶显示器件（LCD）、电阻、电容、显像管、电视机、计算机、收录机、录摄像机、激光唱盘、音响、移动通讯机、传真机等的电子元器件、零部件和整机生产与组装用的各种化工材料。,（2）电子信息化学品的特点电子信息化学品具有品种多、更新快、批量小、增值高、超纯、超净等特点。因此，电子信息化学品的生产工艺、厂房、设备等对清洁度要求是十分苛刻的。有些产品还必须配有终端纯化器。,10.1.2 电子信息化学品的分类目前尚
2、无统一的分类方式。按产品的用途可分成以下18大类：基材、抛磨材料、光致抗蚀剂和配套试剂、酸及蚀刻剂、清洗剂及溶剂、高纯金属、超大规模集成电路生产用超净高纯试剂、磁记录技术材料、高纯特种气体及MO源、掩模板、掺杂剂、封装材料、镀覆化学品、液晶显示器件用材料、浆料、电子专用胶粘剂、超纯水制备用化工材料、层间绝缘膜和表面保护膜材料。,1992 年化工部列入国内精细化工产品手册的电子化学品有14大类，结合国外的分类情况，主要类别和产品实例见表10-1。,10.2 磨抛材料硅单晶片是半导体的主要基片材料之一。晶体内缺陷、机械损伤、污染导致半导体成品率的降低。为获得表面光洁、平整的硅片，提高半导体成品率，
3、对硅片必需进行研磨和抛光。研磨可使晶片表面达到微米级加工精度，但硅片经研磨后还会有一定的损伤层，需在抛光机中进行抛光。相应加工过程所用的材料称为磨抛材料，包括研磨材料和抛光材料。,10.2.1 研磨材料 （1）磨料一般硬度大于被加工材料的物质都适用，如碳化硅、柘榴石、白刚玉、金刚砂、锆石、石英等，但大多数磨料选择白刚玉。白刚玉具有硬度高、纯度高、几何形状适宜等特点。不同磨料的性能及常用白刚玉微粉的化学成分见表10-2、表10-3。,教材P422,（2）磨液磨液性能的优劣直接影响硅片研磨质量，选择磨液必需考虑其黏度、内聚力、润滑性、浸润性、化学活性和防锈性等因素。国际上磨液种类、配方繁多，但大体
4、上分为油剂及水剂两类。,油剂磨液有航空汽油、煤油、变压器油及各种植物、动物油及烃类，配以若干种添加剂组成。水剂则由水及各种皂剂配制而成。油剂主要是黏度、润滑及防锈性能好，但清洗工艺必须配以有机溶剂，缺点是工艺繁琐、有环境污染及费用较高。水剂则防锈能力差。,（3）研磨材料的配制将磨料分级筛选和精制，然后与磨液（水剂或油剂）按比例（13或14，质量比）配备。使用前在室温下混合均匀，再经过滤即可制得研磨用浆料。,10.2.2 抛光材料 抛光液的组成与种类 硅片抛光均使用二氧化硅抛光液。二氧化硅抛光液一般由50l00nm的二氧化硅颗粒的溶胶或凝胶和碱性的水溶液的体系组成。为改善硅片表面性能和稳定抛光液
5、的颗粒分散性和悬浮性， 还可掺入一些添加剂。抛光液中二氧化硅固体浓度一般在2%10%。,10.3 光致抗蚀剂光致抗蚀剂又称光刻胶 ，商品光致抗蚀剂一般由三部分组成： 光敏性树脂或光敏性的树脂体系； 增感剂； 溶剂。光敏性树脂是其最主要的组份。 感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。,我国的光致抗蚀剂（光刻胶）主要品种有聚乙烯醇肉桂酸酯（相当于美国的KPR胶）、聚亚肉桂基丙二酸乙二醇酯聚酯胶和重氮萘醌磺酰氯为感光剂主体的
6、紫外正型光刻胶（相当于AZ-350）等。其中紫外线负胶已国产化，紫外线正胶可满足21m工艺要求。,基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。 光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。 光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。,光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。,10.3.1 光刻工艺与光
7、致抗蚀剂光刻工艺是一种表面加工技术，即在基片表面实现选择性的腐蚀。它是进行微细图形加工、制造半导体器件、集成电路及印刷电路板的一项关键工艺。,光刻工艺是利用一类感光性树脂材料作为抗蚀涂层。这类感光树脂材料在光照（主要是紫外光）时，短时间内即能发生光化学反应，使得这类材料的溶解性、熔融性或亲合性在曝光后发生明显的变化，利用这些性能在曝光前后发生的明显差别，只要控制光照的区域就可得到所需几何图形的保护层。,光刻过程一般经过：涂覆抗蚀剂曝光显影腐蚀 除去抗蚀剂等步骤,按光化学反应原理和显影原理，光致抗蚀剂可分为正型和负型两大类：正型抗蚀剂经曝光后发生光分解反应，分解为可溶解性物质；负型抗蚀剂经曝光后
8、则发生聚合或交联反应，生成不可溶性物质。,按曝光光源光致抗蚀剂可分为：* 紫外光致抗蚀剂* 远紫外光致抗蚀剂* 电子束光致抗蚀剂* X射线光致抗蚀剂* 离子束光致抗蚀剂,10.3.2 负性光致抗蚀剂负性光致抗蚀剂的主要种类有聚肉桂酸酯类、聚烃类-双叠氮系、聚酯类。,教材P425,10.3.3 正性光致抗蚀剂正性光致抗蚀剂主要是邻叠氮醌化合物。在曝光过程中，邻叠氮醌化合物吸收能量引起光化学分解作用，转变为可溶于显影液的物质，而未经感光的光致抗蚀剂则不溶于这种显影液。因此曝光显影后，所得图象与掩模相同，所以称作正性光致抗蚀剂。由于未经感光的光致抗蚀剂仍然保持它在紫外线照射下发生光分解反应的活性，故
9、该种类型的光致抗蚀剂在光刻工艺过程中，能够多次曝光。,邻叠氮醌化合物的化学结构通式如下：,10.4 高纯超净特种气体及 金属有机化合物（MO）高纯超净特种气体及MO源材料主要用于制备半导体器件、化合物半导体、激光器、光导钎维、太阳能电池等。,高纯超净特种气体包括纯气和二元、多元混合气。纯气已发展至100余种；混合气已有17类、330多个品种，大约1000多种规格。这类气体配套性很强，根据不同用途分别有电子级、载气级、发光二极管级、光导钎维级、VLSI级（超大规模集成电路级）等。最近为适应兆位集成电路的生产，又推出ULSI（特大规模集成电路）级或Megabit（兆位）级气体。,10.4.1 高纯
10、超净特种气体（1）品种及质量要求在半导体器件生产中的晶体生长、热氧化、外延、扩散、CVD（化学气相淀积）、溅射、离子注入、蚀刻等主要工序都要用到各种气体。按具体用途又可分为外延气、CVD气（成膜气）、掺杂气（包括离子注入、扩散、掺杂）、蚀刻气、载气和保护气等。,半导体制备工艺中所用的各种气体（P431）,（2）生产工艺的特点高纯超净特种气体的生产有以下四个特点：（1）根据气源和生产规模，选择适当的深度纯化技术和方法。例如量大、纯度要求较低的氢气采用低温吸附法；量小、纯度要求高的可采用金属氢化物分离法。气体纯化技术的发展趋势是，研制并应用更高性能的吸附剂、选择性能好和寿命长的催化剂、应用组合吸附
11、剂、改进吸附工艺、开发并采用激光纯化等新的纯化方法。也在不断推出各种高效终端纯化装置以供使用点应用。,（2）生产车间设有封闭式质量监控室，采用计算机集中监控，并配有多点自动报警仪。发生故障时计算机可指出故障部位、性质及应急措施。（3）采用综合供气系统。一般由气体生产厂家与半导体生产厂家合作，半导体厂建厂时由气体生产厂负责建立该系统。其中包括现场气体生产装置、纯化器、有毒气体洗涤器、自动吹洗装置、钢瓶柜和大批量气体用的经电化学抛光的贮存设备、超净气体的管理系统和计算机监测系统等。,（4）为了确保达到洁净度的要求，纯化设备、管路、阀门、减压器等均由316L不锈钢制成。 管线内表面需经电化学抛光处理
12、。生产、纯化、装瓶区应保持洁净以防空气中的尘埃颗粒进入产品中。例如洁净室为10级或100级。供气系统还应安置颗粒过滤器。为适应兆位级芯片生产用气，需用孔径为0.01m的过滤器。,10.4.2 金属有机化合物（MO源）自1968 年美国 Rockwell 公司采用金属有机化学气相淀积（MOCVD）工艺，首次在绝缘衬底上成功地制备出GaAs单晶薄膜以来，MOCVD技术的发展极为迅速，目前已成为生产超薄多层异质结构和大规模均匀材料、制备GaAs等化合物半导体器件、微波器件、光器件和光电器件等的重要方法。MOCVD工艺要使用金属有机化合物作为原材料（称MO源）。例如制备AVA族化合物半导体时，可采用A
13、族的烷基化合物（三甲基镓、三甲基铝、三乙基铟等）和VA族的氢化物（如磷烷、砷烷等）作为原材料。,（1）品种及质量要求目前MO源已发展成包括Al、Sb、Cd、Ga、In、Te、Zn、Be、Bi、B、Fe、Mg、P、Hg、Se、Si、Sn、Ta、Ti、W等20余种元素的60余个品种。其中Al、Ga、In和Zn的甲基或乙基化合物用量很大。,MO源尚未确定统一的质量标准，出售的产品多注明“电子级”或“5N”、“6N”等，都是相对于一些主要有害杂质而言的，是参考指标，产品的实际质量要根据使用效果判断其纯度，根据贮运过程的产品状况判断稳定性。一般MO源产品要检测几十种金属杂质含量。,合成工艺原理与方法由于
14、MO源的特殊性，在制备、纯化和分析方法以及设备方面都有特殊要求。 系统应为无氧无水以防燃烧或爆炸，所以在合成、纯化前必须对系统进行除氧除水处理，并以惰性液体传热介质代替冷凝水。 为了防止金属杂质玷污产品，合成纯化过程应在石英玻璃装置中进行，其他附属设备均采用不易引入金属杂质的材质。今后还可能在超净室中进行合成与纯化。MO源的常用合成与纯化方法见表10-5和10-6。,教材P434-435,10.5 超净高纯试剂10.5.1 定义、分类和质量要求试剂可按洁净度要求划分为一般试剂和超净高纯（VLSI）试剂，前者没有洁净度指标，只有纯度（或特定指标）要求，后者既有纯度、杂质指标又有洁净度的要求。,洁
15、净度按颗粒粒径的大小及其在一定体积试剂中含有个数多少划分为若干等级。VLSI试剂是大规模或超大规模集成电路及高档半导体器件制造过程中重要的基础材料之一，主要用于硅单晶片的清洗、腐蚀和氧化工艺。它的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能、可靠性都有着重要的影响。,纯净的单晶硅是一种本征半导体，载流子总数不多，导电性能很差，但若在半导体硅材料中掺入极少量有用杂质，如掺入一亿分之一的硼，其导电能力就会增加几万倍，但如果掺入有害杂质就会起反作用。 不同的有害杂质所起的作用不同。例如，铜、铁等金属能形成深能级，会降低少数载流子的寿命；锑、砷等元素会形成局部性的杂质，浓度分布异常；钠等离子会使器件特性恶化
16、。,10.5.2 制备工艺和提纯技术超净高纯试剂通常由低纯试剂或粗品经过纯化精制而成。其工艺过程包括选料、提纯、过滤、分装、贮存等主要环节。,（1）无机试剂主要有氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸、氨水、氟化铵溶液（40%）、双氧水等。VLSI 无机试剂需去除砷（As）、磷（P）、硼（B）、硫（S）、氯（Cl）、钾（K）、钠（Na）、铁（Fe）、钻（Co）、镍（Ni）等对电子工业产品有害的杂质。,图10-4 超净高纯氢氟酸提纯生产流程图,（2）有机试剂常用的有机试剂主要有二氯甲烷、甲醇、无水乙醇、异丙醇、乙二醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯乙烷、环己烷等。上述试剂提纯方法有精馏提纯、离子交换树脂提纯和分子筛脱水等三种。,VLSI有机试剂需去除的杂质主要是氟、钠、近沸点的其他有机物和水分。,图10-5 丙酮提纯生产流程图,10.6 电子封装材料无线通讯、便携式计算机、宽带互联网络产品及汽车导航等电子工业产品都有不少零部件及半导体器件。为防止水分、 尘埃和有害气体的浸入以及减缓震动防止外力损伤和稳定元件参数，一般都要对这些器件进行整体绝缘处理，这种绝缘处理叫封装。,
