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半導(dǎo)體SEMI F57中金屬元素和總有機碳分析解決方案

來源:德國耶拿分析儀器有限公司   2023年12月26日 09:15  

前言

自1947年第一塊晶體管誕生,人類從此步入了飛速發(fā)展的電子時代。經(jīng)歷70多年的發(fā)展,半導(dǎo)體技術(shù)不僅在先進科研領(lǐng)域,也早已與人們的日常生活密不可分,如半導(dǎo)體芯片、智能汽車、智慧電網(wǎng)、5G通信、航空航天、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等等。


1 挑戰(zhàn)


半導(dǎo)體中雜質(zhì)的存在使嚴格按周期性排列的原子所產(chǎn)生的周期性勢場受到破壞,這對半導(dǎo)體材料的性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響。因此,痕量水平半導(dǎo)體行業(yè)無機雜質(zhì)和有機污染物的檢測是操作過程中的一項重大挑戰(zhàn)。

 

什么是無機雜質(zhì)?無機雜質(zhì),按照雜質(zhì)電離能的大小可分為淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)。淺能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性質(zhì)影響大,如Ⅲ族元素硼、鋁、鎵、銦和V族元素磷、 砷、銻;而深能級雜質(zhì)對少數(shù)載流子的復(fù)合影響更顯著,尤其過渡金屬元素,如銅、銀、金、鐵、鈷、鎳、鉻、錳、鉬等。除特殊用途外,重金屬元素對于半導(dǎo)體材料都是有害雜質(zhì)。

什么是有機雜質(zhì)? 有機雜質(zhì),也被稱為有機污染物,其存在可能會導(dǎo)致晶圓表面產(chǎn)生非預(yù)期的疏水性質(zhì)、增加表面的粗糙度、產(chǎn)生霧化表面、和破壞外延層的生長,且在未先移除污染物的情況下,也會影響金屬污染的清洗效果。粒子污染則可能導(dǎo)致在蝕刻及微影工藝中,產(chǎn)生阻塞或遮蔽效應(yīng);在薄膜成長或沉積過程中,產(chǎn)生針孔和微孔,若粒子顆粒較大且具有導(dǎo)電性,甚至?xí)?dǎo)致線路短路。半導(dǎo)體元件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢品的原因,50%是由清洗試劑以及材料內(nèi)部的污染元素造成的!


2 解決方案

 

通過配置高靈敏PlasmaQuant MS ICP-MS和濕法multi N/C UV HS總有機碳分析儀,可以滿足SEMI F57中對于金屬元素及總有機碳檢測的所有需求,簡單、快捷、可靠!

 

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01


標準簡介

 

標準SEMI F57:用于超純水和液態(tài)化學(xué)品輸送系統(tǒng)的聚合物材料及組件的規(guī)范文件,規(guī)定了在UPW分配系統(tǒng)中輸送超純水(UPW)的超高純度(UHP)聚合物材料和組件的最低性能要求。主要針對聚合物材料和組件的性能要求和驗證。

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SEMI為半導(dǎo)體制程設(shè)備提供了一系列環(huán)境、安全和衛(wèi)生方面的準則,適用于所有用于芯片制造、量測、組裝和測試的設(shè)備。半導(dǎo)體先進制程工藝中使用的超純水,超純化學(xué)品的使用要求日益提高,材料的選擇在半導(dǎo)體濕法工藝中越發(fā)重要,對含氟聚合物的純度要求也越來越高。SEMI F57標準對UHP液態(tài)化學(xué)品輸送系統(tǒng)(LCDS)中高聚合物材料和組件的選擇、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計等各方面均提出了要求和有效建議。

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測試對象

 

SEMI F57標準適用的主要產(chǎn)品類別有:

1)半導(dǎo)體超純水和液態(tài)化學(xué)品傳送系統(tǒng)中的聚合物材料、組件及過程設(shè)備;

2)管道、配件、閥門、過濾殼體、壓力傳感器、流量計、計量器、校準器。

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檢測項目及限值

 

SEMI F57標準規(guī)定了需要的檢測項目有四類,分別為陰離子污染、金屬離子污染、總有機碳TOC和表面粗糙度。

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限值要求 :
  • 針對金屬離子污染,主要有22類,其分別的限制如下:

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  • TOC可以對半導(dǎo)體加工產(chǎn)生影響,包括硅氧化、蝕刻均勻性、清洗(包括晶片和掩模)、粘附、柵氧化層擊穿電壓、外延、原子層沉積(ALD)、氮化硅的CVD或其他薄膜沉積步驟。TOC限值要求如下:

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測試步驟

 

(1)根據(jù)SEMI F40提取方法的要求進行沖洗和浸泡后,取5cmX5cm樣品,浸泡4個樣品,1個空白水樣。分別在24h,72h,120h,168h進行測試。提取方法如下:

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(2) 浸泡液可以是如下液體:超純水,超純硝酸、超純鹽酸和IPA要求, HF,H2O2等(沖洗用超純水清洗)

(3) 取樣量 4L/D≥10 (L-長度 D-直徑)

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檢測設(shè)備

 

1. 金屬檢測:PlasmaQuant MS 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)

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儀器特點:
  • 高靈敏度,滿足半導(dǎo)體追求極限低含量檢測需求。

  • iCRC集成化碰撞反應(yīng)池技術(shù),高效、安全、快速、方便地消除干擾。

  • 3D聚焦離子反射鏡在提高靈敏度的同時無需維護降低背景。

  • 全數(shù)字檢測系統(tǒng)高達11個數(shù)量級的線性動態(tài)范圍,使得高低濃度測量無需分別校正。

  • 高解析四極桿提供更好的質(zhì)量分離效果。

  • 穩(wěn)定強勁的等離子體,適合任何基體樣品測試。

  • 快速分析,冷開機5分鐘即可達到工作狀態(tài)。

  • 低消耗,氬氣消耗量僅為常規(guī)儀器的一半。

 

 

2. 總有機碳分析:multi N/C UV HS 總有機碳分析儀(TOC)

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儀器特點:
  • 強氧化消解能力保證樣品完全氧化,254nm和185nm雙波長高能量紫外反應(yīng)池。

  • 全量程高聚焦NDIR檢測器,0-10000ppm測量范圍,無需量程轉(zhuǎn)換。自動漂移校正、補償, 無需任何稀釋,免維護檢測器,滿足潔凈及污染任何狀態(tài)下樣品分析。

  • 較強的抗干擾能力,避免其他雜質(zhì)共存干擾。

  • 高靈敏度,高達20mL進樣體積,靈活調(diào)節(jié)靈敏度,擴展應(yīng)用范圍。

  • 免維護帕爾貼干燥單元,無需模式干燥器及化學(xué)干燥劑,節(jié)省成本,操作更為簡便。

  • VITA流速管理系統(tǒng),實時提供流速補償消除波動,得到絕對可靠的分析結(jié)果,儀器長期穩(wěn)定,一年內(nèi)無需反復(fù)校正。

  • 較強的耐鹽能力,最高可允許85g/L含鹽樣品直接進樣分析。

 

3 小結(jié)

根據(jù)標準SEMI F57:用于超純水和液態(tài)化學(xué)品輸送系統(tǒng)的聚合物材料及組件的規(guī)范文件要求,評價半導(dǎo)體輸送管道的性能,鑒于浸泡液的成分多樣性,需要儀器具有較強的抗干擾能力,同時對于潔凈與污染的評估需求,需要儀器既具有高靈敏度,又具有寬范圍的能力。

?德國耶拿長期致力于金屬離子及總有機碳分析全套解決方案,深耕元素分析領(lǐng)域,積累眾多分析經(jīng)驗。德國品質(zhì),追求創(chuàng)新,德國耶拿PlasmaQuant MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)和multi N/C UV HS總有機碳分析儀完全滿足SEMI F57標準中規(guī)定的22種金屬離子和總有機碳參數(shù)的檢測,助力半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展!

 

 

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