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半導(dǎo)體SEMI F57中金屬元素和總有機(jī)碳分析解決方案

來(lái)源:德國(guó)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(shí)代。經(jīng)歷70多年的發(fā)展,半導(dǎo)體技術(shù)不僅在先進(jìn)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(guó)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(yán)格按周期性排列的原子所產(chǎn)生的周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞,這對(duì)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(wú)機(jī)雜質(zhì)和有機(jī)污染物的檢測(cè)是操作過(guò)程中的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

 

什么是無(wú)機(jī)雜質(zhì)?無(wú)機(jī)雜質(zhì),按照雜質(zhì)電離能的大小可分為淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)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(jí)雜質(zhì)對(duì)少數(shù)載流子的復(fù)合影響更顯著,尤其過(guò)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(duì)于半導(dǎo)體材料都是有害雜質(zhì)。

什么是有機(jī)雜質(zhì)? 有機(jī)雜質(zhì),也被稱為有機(jī)污染物,其存在可能會(huì)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(zhǎng),且在未先移除污染物的情況下,也會(huì)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(zhǎng)或沉積過(guò)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(guò)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(guò)配置高靈敏PlasmaQuant MS ICP-MS和濕法multi N/C UV HS總有機(jī)碳分析儀,可以滿足SEMI F57中對(duì)于金屬元素及總有機(jī)碳檢測(cè)的所有需求,簡(jiǎn)單、快捷、可靠!

 

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01


標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

 

標(biāo)準(zhǔn)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(duì)聚合物材料和組件的性能要求和驗(yàn)證。

國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)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(zhǔn)則,適用于所有用于芯片制造、量測(cè)、組裝和測(cè)試的設(shè)備。半導(dǎo)體先進(jìn)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(duì)含氟聚合物的純度要求也越來(lái)越高。SEMI F57標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(guò)程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各方面均提出了要求和有效建議。

02


測(cè)試對(duì)象

 

SEMI F57標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程設(shè)備;

2)管道、配件、閥門、過(guò)濾殼體、壓力傳感器、流量計(jì)、計(jì)量器、校準(zhǔn)器。

03


檢測(cè)項(xiàng)目及限值

 

SEMI F57標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了需要的檢測(cè)項(xiàng)目有四類,分別為陰離子污染、金屬離子污染、總有機(jī)碳TOC和表面粗糙度。

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限值要求 :
  • 針對(duì)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(duì)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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04


測(cè)試步驟

 

(1)根據(jù)SEMI F40提取方法的要求進(jìn)行沖洗和浸泡后,取5cmX5cm樣品,浸泡4個(gè)樣品,1個(gè)空白水樣。分別在24h,72h,120h,168h進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)度 D-直徑)

05


檢測(cè)設(shè)備

 

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

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儀器特點(diǎn):
  • 高靈敏度,滿足半導(dǎo)體追求極限低含量檢測(cè)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(shí)無(wú)需維護(hù)降低背景。

  • 全數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)高達(dá)11個(gè)數(shù)量級(jí)的線性動(dòng)態(tài)范圍,使得高低濃度測(cè)量無(wú)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(qiáng)勁的等離子體,適合任何基體樣品測(cè)試。

  • 快速分析,冷開(kāi)機(jī)5分鐘即可達(dá)到工作狀態(tài)。

  • 低消耗,氬氣消耗量?jī)H為常規(guī)儀器的一半。

 

 

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

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

  • 全量程高聚焦NDIR檢測(cè)器,0-10000ppm測(cè)量范圍,無(wú)需量程轉(zhuǎn)換。自動(dòng)漂移校正、補(bǔ)償, 無(wú)需任何稀釋,免維護(hù)檢測(cè)器,滿足潔凈及污染任何狀態(tài)下樣品分析。

  • 較強(qiáng)的抗干擾能力,避免其他雜質(zhì)共存干擾。

  • 高靈敏度,高達(dá)20mL進(jìn)樣體積,靈活調(diào)節(jié)靈敏度,擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

  • 免維護(hù)帕爾貼干燥單元,無(wú)需模式干燥器及化學(xué)干燥劑,節(jié)省成本,操作更為簡(jiǎn)便。

  • VITA流速管理系統(tǒng),實(shí)時(shí)提供流速補(bǔ)償消除波動(dòng),得到絕對(duì)可靠的分析結(jié)果,儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定,一年內(nèi)無(wú)需反復(fù)校正。

  • 較強(qiáng)的耐鹽能力,最高可允許85g/L含鹽樣品直接進(jìn)樣分析。

 

3 小結(jié)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)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(qiáng)的抗干擾能力,同時(shí)對(duì)于潔凈與污染的評(píng)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(guó)耶拿長(zhǎng)期致力于金屬離子及總有機(jī)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(yàn)。德國(guó)品質(zhì),追求創(chuàng)新,德國(guó)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(jī)碳分析儀完全滿足SEMI F57標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的22種金屬離子和總有機(jī)碳參數(shù)的檢測(cè),助力半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展!

 

 

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