半导体SEMI F57中金属元素和总有机碳分析解决方案
时间：2023-12-26 阅读：554
前言
自1947年第一块晶体管诞生，人类从此步入了飞速发展的电子时代。经历70多年的发展，半导体技术不仅在先进科研领域，也早已与人们的日常生活密不可分，如半导体芯片、智能汽车、智慧电网、5G通信、航空航天、国防、医疗卫生等等。
1 挑战
半导体中杂质的存在使严格按周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，这对半导体材料的性质产生决定性的影响。因此，痕量水平半导体行业无机杂质和有机污染物的检测是操作过程中的一项重大挑战。
什么是无机杂质？无机杂质，按照杂质电离能的大小可分为浅能级杂质和深能级杂质。浅能级杂质对半导体材料导电性质影响大，如Ⅲ族元素硼、铝、镓、铟和V族元素磷、 砷、锑；而深能级杂质对少数载流子的复合影响更显著，尤其过渡金属元素，如铜、银、金、铁、钴、镍、铬、锰、钼等。除特殊用途外，重金属元素对于半导体材料都是有害杂质。
什么是有机杂质? 有机杂质，也被称为有机污染物，其存在可能会导致晶圆表面产生非预期的疏水性质、增加表面的粗糙度、产生雾化表面、和破坏外延层的生长，且在未先移除污染物的情况下，也会影响金属污染的清洗效果。粒子污染则可能导致在蚀刻及微影工艺中，产生阻塞或遮蔽效应；在薄膜成长或沉积过程中，产生针孔和微孔，若粒子颗粒较大且具有导电性，甚至会导致线路短路。半导体元件生产过程中产生废品的原因，50%是由清洗试剂以及材料内部的污染元素造成的！
2 解决方案
通过配置高灵敏PlasmaQuant MS ICP-MS和湿法multi N/C UV HS总有机碳分析仪，可以满足SEMI F57中对于金属元素及总有机碳检测的所有需求，简单、快捷、可靠！
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标准简介
标准SEMI F57：用于超纯水和液态化学品输送系统的聚合物材料及组件的规范文件，规定了在UPW分配系统中输送超纯水(UPW)的超高纯度(UHP)聚合物材料和组件的最低性能要求。主要针对聚合物材料和组件的性能要求和验证。
国际半导体产业协会SEMI为半导体制程设备提供了一系列环境、安全和卫生方面的准则，适用于所有用于芯片制造、量测、组装和测试的设备。半导体先进制程工艺中使用的超纯水，超纯化学品的使用要求日益提高，材料的选择在半导体湿法工艺中越发重要，对含氟聚合物的纯度要求也越来越高。SEMI F57标准对UHP液态化学品输送系统(LCDS)中高聚合物材料和组件的选择、生产过程、产品结构设计等各方面均提出了要求和有效建议。
02
测试对象
SEMI F57标准适用的主要产品类别有：
1）半导体超纯水和液态化学品传送系统中的聚合物材料、组件及过程设备；
2）管道、配件、阀门、过滤壳体、压力传感器、流量计、计量器、校准器。
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检测项目及限值
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针对金属离子污染，主要有22类，其分别的限制如下：
TOC可以对半导体加工产生影响，包括硅氧化、蚀刻均匀性、清洗（包括晶片和掩模）、粘附、栅氧化层击穿电压、外延、原子层沉积（ALD）、氮化硅的CVD或其他薄膜沉积步骤。TOC限值要求如下：
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测试步骤
（1）根据SEMI F40提取方法的要求进行冲洗和浸泡后，取5cmX5cm样品，浸泡4个样品，1个空白水样。分别在24h，72h，120h，168h进行测试。提取方法如下：
（3) 取样量 4L/D≥10 (L-长度 D-直径）
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检测设备
1. 金属检测：PlasmaQuant MS 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）
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高灵敏度，满足半导体追求极限低含量检测需求。
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iCRC集成化碰撞反应池技术，高效、安全、快速、方便地消除干扰。
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3D聚焦离子反射镜在提高灵敏度的同时无需维护降低背景。
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全数字检测系统高达11个数量级的线性动态范围，使得高低浓度测量无需分别校正。
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高解析四极杆提供更好的质量分离效果。
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稳定强劲的等离子体，适合任何基体样品测试。
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快速分析，冷开机5分钟即可达到工作状态。
低消耗，氩气消耗量仅为常规仪器的一半。
2. 总有机碳分析：multi N/C UV HS 总有机碳分析仪（TOC）
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强氧化消解能力保证样品完全氧化，254nm和185nm双波长高能量紫外反应池。
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全量程高聚焦NDIR检测器，0-10000ppm测量范围，无需量程转换。自动漂移校正、补偿， 无需任何稀释，免维护检测器，满足洁净及污染任何状态下样品分析。
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较强的抗干扰能力，避免其他杂质共存干扰。
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高灵敏度，高达20mL进样体积，灵活调节灵敏度，扩展应用范围。
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免维护帕尔贴干燥单元，无需模式干燥器及化学干燥剂，节省成本，操作更为简便。
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VITA流速管理系统，实时提供流速补偿消除波动，得到绝对可靠的分析结果，仪器长期稳定，一年内无需反复校正。
较强的耐盐能力，最高可允许85g/L含盐样品直接进样分析。
3 小结
根据标准SEMI F57：用于超纯水和液态化学品输送系统的聚合物材料及组件的规范文件要求，评价半导体输送管道的性能，鉴于浸泡液的成分多样性，需要仪器具有较强的抗干扰能力，同时对于洁净与污染的评估需求，需要仪器既具有高灵敏度，又具有宽范围的能力。
德国耶拿长期致力于金属离子及总有机碳分析全套解决方案，深耕元素分析领域，积累众多分析经验。德国品质，追求创新，德国耶拿PlasmaQuant MS电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和multi N/C UV HS总有机碳分析仪完全满足SEMI F57标准中规定的22种金属离子和总有机碳参数的检测，助力半导体行业的发展！