探索半导体工业的“纯净之源“：纳米颗粒污染的挑战与解决方案
时间：2024-01-12 阅读：321
随着科技的飞速发展，半导体工业对晶圆基板的产量和性能提出了更高的要求。在这个追求极致的过程中，金属污染成为了一个不可忽视的问题。而在这个问题中，纳米级污染物更是给半导体制造带来了前所未有的挑战。今天，我们就来一起探讨如何解决这个难题。
1、问题分析
在半导体工业中，金属污染是一个严重的问题。这些污染物主要是过渡金属和碱性元素，它们可能会以纳米级大小聚集在晶圆表面，导致晶圆线之间的损坏或短路。随着线宽的不断缩小，我们需要检测更小、更低的污染物。而在这个挑战中，四甲基氢氧化物（TMAH）作为其中一种重要的化学品，其杂质的分析显得尤为重要。
2、解决方案
为了解决这个问题，我们引入了一种强大的检测技术：电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。这种技术具有高灵敏度、灵活的样品类型、快速测量速度和宽线性动态范围等优点。特别是单颗粒模式（SP-ICP-MS）下的ICP-MS，它已经成为检测和测量纳米颗粒的强大工具。
3、实验过程
在实验中，我们使用了超纯水和纯度较高的TMAH。通过连续稀释样品，我们成功地对不同元素颗粒进行了多次稀释。在珀金埃尔默NexION 5000 ICP-MS的单颗粒模式下，我们采集了所有的SP-ICP-MS数据，并使用了Syngistix Nano应用软件模块进行数据处理。
NexION ICP-MS仪器组件和工作条件
4、结果与讨论
在校准范围内，所有元素的相关系数（R）都高于0.9995。实时信号显示，在无污染的TMAH中确实存在一些纳米颗粒。因此，我们使用5%的TMAH中的颗粒作为加标样品和未知样品的基线。
未知样品中AI在不同稀释度下的实时信号和纳米颗粒粒径直方图
总结
SP-ICP-MS是分析半导体行业有机溶剂中金属纳米颗粒的有力工具。特别是在珀金埃尔默NexION ICP-MS中，通用池技术（UCT）的优势得以充分发挥，包括利用AFT和RPq因子对信号进行干扰消除和控制。使用100%氨气作为反应气体则有助于降低铁等元素的检测限。通过这些技术和方法，我们可以更准确地检测和测量半导体化学品中的纳米级污染物，从而为半导体工业的发展提供有力支持。
参考文献
1. Min-Ho Rim, Emil Agocs, Ronald Dixson, Prem Kavuri, András E. Vladár and Ravi Kiran Attota; Detecting nanoscale contamination in semiconductor fabrication using through-focus scanning optical microscopy; J Vac Sci Technol B Nanotechnol Microelectron, 2020; 38(5).
2. Kenneth Ong; Determination of Impurities in Semiconductor-Grade TMAH with the NexION 300S/350S ICP-MS; PerkinElmer Application Note.