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半導(dǎo)體混酸檢測(cè)暗藏哪些玄機(jī)丨質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)混酸的注意事項(xiàng)有哪些?

時(shí)間:2025-6-26 閱讀:101
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目錄

什么是混酸?

質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室如何檢測(cè)混酸?

小結(jié)


 

一、什么是混酸?

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“混酸” 是將兩種或多種不同性質(zhì)的酸類試劑按特定比例精準(zhǔn)混合,通過科學(xué)配比實(shí)現(xiàn)化學(xué)特性的協(xié)同效應(yīng)的功能型濕化學(xué)品。

在Fab廠中,將單酸混配可實(shí)現(xiàn) 1+1>2 的效果,如硝酸(HNO?)將硅表面氧化為二氧化硅,氫氟酸(HF)專門溶解二氧化硅,兩者按比例混合形成 “氧化 - 刻蝕” 協(xié)同效應(yīng),使刻蝕制程的速率與選擇性遠(yuǎn)超單酸

作為清洗、刻蝕等核心制程的關(guān)鍵材料,混酸在集成電路刻蝕、清洗等工藝中至關(guān)重要,其組分比例與純度的細(xì)微偏差都會(huì)影響芯片精度、良率與成本。因此,晶圓廠中通常會(huì)在廠務(wù)混配端與質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行在線與離線檢測(cè),以確保制程穩(wěn)定與產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)線上如何監(jiān)控混酸的配置?

Fab廠中酸液混配通常由中心廠務(wù)執(zhí)行,并通過PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控pH、電導(dǎo)率、溫度等參數(shù);部分廠根據(jù)布局由本地配置承擔(dān)少量混配,滿足區(qū)域即時(shí)需求。  

因混酸成分比例對(duì)制程影響重大,F(xiàn)ab廠對(duì)混配精度要求極高。梅特勒托利多的數(shù)字稱重模塊可精準(zhǔn)控制酸液添加量,使混配的誤差控制在極小范圍;InPro 電極采用耐氫氟酸玻璃材質(zhì),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送管道等多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位中混酸的pH值。整套方案與自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)混酸自動(dòng)化操作,既減少人工誤差,又提升效率。

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高精度稱重方案


耐顆粒物,耐腐蝕的pH傳感器



 

二、質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室如何檢測(cè)混酸?

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不同工藝流程會(huì)對(duì)不同種類的化學(xué)品混配,以滿足特定工藝段的應(yīng)用需求。晶圓制造工廠通常必須對(duì)混酸做離線的復(fù)核,以確其濃度和質(zhì)量始終可靠。在質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室中,混酸必須滿足相應(yīng)的金屬雜質(zhì)含量,顆粒物,陰離子種類和含量以及混酸中各個(gè)酸的濃度配比要求。

電位滴定法測(cè)試混酸的成分

電位滴定法得益于其高檢測(cè)精度在實(shí)驗(yàn)室中被廣泛應(yīng)用于濕化學(xué)品濃度測(cè)試,通過酸堿中和反應(yīng)的電位突變確定混酸的有效濃度;此外,還會(huì)以密度和折光率等物理參數(shù)確?;焖岱蠂?yán)苛的生產(chǎn)要求?;焖嶂懈魉嵩谒械碾婋x能力及混酸配方存在差異,我們?cè)诘味ɑ焖嶂型鶗?huì)遇到如混酸的滴定缺失等當(dāng)點(diǎn),滴定結(jié)果重復(fù)性很差的各種各樣的問題。

那么混酸滴定到底該怎么做才能得到正確的結(jié)果?

電位滴定法測(cè)試混酸的注意事項(xiàng)

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首要檢查酸的pKa值

混酸檢測(cè)問題通常由各酸pKa值與濃度差異引發(fā),混酸由強(qiáng)度相似、體積不同、濃度不同的酸組成,因強(qiáng)度相似的酸電離步驟相似,導(dǎo)致滴定電位突躍重疊。例如常見的酸蝕刻溶液(40%HNO3、7%HF和30%CH3COOH)水相滴定中,滴定曲線上僅有兩個(gè)突躍點(diǎn)而不是理論值三個(gè),我們來看反應(yīng)步驟:

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三類酸在水溶液中pKa值相差很小,特別是HF 與 CH?COOH,在水中的滴定曲線發(fā)生重疊,導(dǎo)致理論三個(gè)突躍點(diǎn)實(shí)際僅顯兩個(gè)的情況。

我們可以通過有機(jī)試劑(如丙酮異丙醇混合物)或惰性鹽溶液(如氯化鉀和氯化鈉溶液)來替代水溶液,增加酸的pKa值差異,以達(dá)到區(qū)分電位突躍的目的。例如,我們可以將樣品溶解在丙酮中,然后用四乙基氫氧化銨的異丙醇溶液滴定,得到的滴定曲線如下:

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非水溶劑(丙酮:異丙醇=1:1 v/v)中用1M NaOH滴定0.3g混酸

(40%HNO?,7%HF,30%CH?COOH)滴定曲線

這種方法很好的區(qū)分出了三個(gè)EQP,但這里要特別注意選擇電極時(shí)需要選擇非水相酸堿電極,如DGi116-Solvent非水相酸堿電極。


2

其中一種酸含量太小如何解決?

若氫氟酸含量減少至1%以下,則會(huì)出現(xiàn)第二三個(gè)EQP重合的情況。因滴定劑最小添加量過大或點(diǎn)解檢測(cè)不及時(shí),導(dǎo)致使低含量酸與前一突躍點(diǎn)信號(hào)發(fā)生重疊,此時(shí)需通過優(yōu)化滴定劑添加參數(shù),采用較合適劑量緩慢滴定的精細(xì)操作,以準(zhǔn)確分辨各個(gè)突躍點(diǎn)。


所以在混酸滴定中,確保得到所有的電位突躍需要滿足以下兩個(gè)條件:

1.pKa值相值至少4-5(必要時(shí)采用有機(jī)試劑調(diào)節(jié)酸的pKa)

2.酸的濃度和量相近(必要時(shí)重新優(yōu)化滴定和識(shí)別參數(shù))

電子化學(xué)品其他檢測(cè)手段

對(duì)于電子化學(xué)品的其他參數(shù),如水分含量、密度、pH電導(dǎo)等等參數(shù),梅特勒托利多也能夠提供檢測(cè)方案,尤其是對(duì)于各項(xiàng)儀器設(shè)備的聯(lián)用,能夠提供更加智能的解決方案,如天平和滴定儀的聯(lián)用,確保稱量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)腟mart Sample功能。

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天平和滴定儀的聯(lián)用方案

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實(shí)驗(yàn)室分析儀器產(chǎn)品匯總



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三、小結(jié)

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混酸憑借精準(zhǔn)蝕刻與高效清潔能力,為半導(dǎo)體制程奠定基礎(chǔ),其回收再利用可顯著降低成本、提升效率,是推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心要素,對(duì)保障芯片良率與集成電路技術(shù)進(jìn)步意義重大。從28nm到3nm,芯片制程突破均依賴混酸配方迭代,如EUV光刻后的多層膜刻蝕,需全新混酸體系應(yīng)對(duì)復(fù)雜材料堆疊。面對(duì)半導(dǎo)體與功能濕化學(xué)品的快速發(fā)展,我們將持續(xù)提供創(chuàng)新方案,助力企業(yè)突破技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)制程精進(jìn)與良率提升。




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梅特勒托利多在混酸測(cè)試的解決方案!

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