超純水工藝提升助力半導體高效生產(chǎn)，高頻科技賦能半導體先進(jìn)制造

全球芯片半導體產(chǎn)業(yè)競爭的關(guān)鍵,不僅在于高端光刻機,還與半導體超純水密切相關(guān)。對于半導體產(chǎn)業(yè)而言,超純水的純度是確保高效生產(chǎn)的基石之一。在生產(chǎn)環(huán)節中,清洗步驟占據了整個(gè)芯片生產(chǎn)總步驟的三分之一,是芯片制造工藝步驟占比最大的工序,可以說(shuō)整個(gè)清洗過(guò)程離不開(kāi)超純水。隨著(zhù)半導體制程向著(zhù)更先進(jìn)、更精細化方向發(fā)展,超純水工藝流程也更趨于復雜,使用高純度的超純水能夠保證半導體器件的穩定性和一致性,促進(jìn)制程工藝的發(fā)展。隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷深入,“先進(jìn)超純水技術(shù)”將會(huì )持續引領(lǐng)半導體工藝的進(jìn)步,成為半導體制造過(guò)程的關(guān)鍵保障之一。

由于半導體所用超純水生產(chǎn)工藝復雜,技術(shù)要求高,目前國際上能生產(chǎn)半導體超純水的企業(yè)并不多,全球范圍內,半導體超純水核心廠(chǎng)商主要包括栗田工業(yè)、奧加諾、沃威沃等。以高頻科技為代表的國內超純水頭部企業(yè)也奮勇?tīng)幭?攜先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入超純水賽道,爭創(chuàng )半導體超純水工藝“芯”標準。

半導體超純水技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展,本土企業(yè)競爭力不斷提升

半導體行業(yè)對超純水使用水質(zhì)要求極高,除了電阻率要在18兆歐以上,還集中反映在總有機碳、溶解氣體、顆粒物、菌群落、溶解氣、金屬離子、硅元素、硼元素等參數上。在超純水生產(chǎn)過(guò)程中,只要微粒子、電阻率和TOC與氣泡中的某一指標稍有差異,就會(huì )使半導體元件生產(chǎn)的合格率下降。

毫無(wú)疑問(wèn),超純水的質(zhì)量直接關(guān)系到半導體的質(zhì)量。隨著(zhù)半導體元件尺寸的縮小和精細度的提高,邁向5nm、3nm或甚至2nm半導體制程技術(shù)之路,超純水水質(zhì)的技術(shù)要求不斷提高,超純水的制備工藝將更富挑戰性,各企業(yè)競相通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新提升超純水工藝水平。

美國、日本等地區半導體產(chǎn)業(yè)起步早,與芯片生產(chǎn)有關(guān)的超純水領(lǐng)域發(fā)展也相對較早,這給了頭部企業(yè)沉淀技術(shù),逐步掌握先進(jìn)超純水制造工藝的契機。

以作為世界領(lǐng)先的水處理公司之一日本栗田工業(yè)為例,其超純水技術(shù)采用了反滲透、離子交換和電極反應等多種純化工藝,再加之高質(zhì)量的耗材和設計優(yōu)化等因素,可以將水處理到符合ASTM D5127標準的水平,廣泛應用于半導體、光伏、醫療、食品等各個(gè)領(lǐng)域。拿對水質(zhì)要求最高的電子領(lǐng)域來(lái)說(shuō),栗田工業(yè)生產(chǎn)的電子級超純水純度值可以達到以下標準:電阻率超過(guò)18.2MΩ.cm,TOC小于0.5ppb,細菌、非真菌菌類(lèi)、微生物數量小于1CFU/ml。

聚焦國際化標準,本土超純水企業(yè)不斷提高創(chuàng )新能力與競爭力,交出亮眼的答卷。在超純水技術(shù)及水質(zhì)指標方面,國內超純水領(lǐng)域佼佼者高頻科技,其制備出的超純水水質(zhì)同樣符合國際標準,甚至多項技術(shù)指標比國際標準要求更加嚴苛。如ASTM超純水標準要求超純水溶解硅(ug/L)≤ 1,總有機碳(ug/L)≤ 5,硼(ug/L)≤0.05,而高頻科技超純水水質(zhì)達到以下標準:溶解硅(ug/L)< 0.3,總有機碳(ug/L)≤< 0.5,硼(ug/L)< 0.005。

高頻科技超純水工藝達到高標準,賦能半導體高質(zhì)量生產(chǎn)

超純水技術(shù)標準作為半導體工業(yè)生產(chǎn)的重要基石,為半導體產(chǎn)業(yè)提供了可靠的技術(shù)支持和質(zhì)量保證。同時(shí),也為超純水行業(yè)提供了指導性和標準化的方向。

為滿(mǎn)足半導體制程需求,我國于1997年制定了中國國家電子級超純水標準GBT11446.1-1997。該標準規定,電阻率MΩ•cm(25℃)≥ 18,細菌個(gè)數(個(gè)/mL)≤ 0.01,全硅(ug/L)≤ 2,總有機碳(ug/L)≤ 20。2013年,我國再次推出中國國家電子級超純水標準GB/T 11446.1-2013,對超純水水質(zhì)要求逐漸細化,增加了鐵、鉛元素、鎳等金屬元素指標的要求,同時(shí)增加了對有機物、微生物的限制標準和測試方法,以保證超純水的質(zhì)量。

然而,隨著(zhù)半導體工業(yè)的創(chuàng )新應用發(fā)展,我國電子級超純水標準GB/T 11446.1-2013已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益提高的制造需求。當前國際上較多采用美國材料試驗學(xué)會(huì )發(fā)布的電子學(xué)和半導體工業(yè)用超純水標準(ASTM D5127)。

對比而言,ATSM標準相對于我國電子級超純水標準GB/T 11446.1-2013在以下幾個(gè)方面要求更細化:金屬離子要求更低,如鐵、銅、鉛等元素,都要低于0.001 ppm,而GB/T 11446.1-2013的電子級超純水標準要求這些元素的含量低于0.01 ppm。對硅的含量要求更加嚴格,要求硅的含量低于0.005 ppm;而GB/T 11446.1-2013的電子級超純水標準則要求低于0.02 ppm。有機物和無(wú)機物含量要求更低,ASTM超純水標準關(guān)注水中的各種有機物和無(wú)機物的含量,而且對這些元素的要求更加嚴格,要求有機碳含量低于0.5 ppb,無(wú)機碳含量低于1 ppb等;而GB/T 11446.1-2013的電子級超純水標準則沒(méi)有明確這些指標。

高頻科技作為立足于超純工藝能力的工業(yè)級技術(shù)服務(wù)商,不斷探索超純水的絕對純度,從多介質(zhì)過(guò)濾、活性炭吸附、離子交換、反滲透膜、紫外線(xiàn)殺菌、紫外線(xiàn)TOC去除,再到電滲析、超濾、鈉濾、真空脫氣塔、膜脫氣等,涵蓋不止于18項專(zhuān)業(yè)處理工藝環(huán)節不斷提升超純水系統的應用效率,并在反滲透、離子交換、膜脫氣、紫外線(xiàn)殺菌和TOC降解等多項關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品材料中也有著(zhù)行業(yè)性的應用創(chuàng )新成果。高頻科技產(chǎn)水水質(zhì)接近絕對純度,電導率無(wú)限接近18.24MΩ的理論極限值,其純度可達99.9999999999%(PPT級別——萬(wàn)億分之一),滿(mǎn)足半導體工業(yè)發(fā)展對超純水日趨嚴格的要求。

具體而言,高頻科技超純水制備標準如下:電阻率(25攝氏度)≥18.24MΩ·厘米;總有機碳小于0.5微克/升; 溶解氧小于1微克/升;大于0.05微米的微粒每升小于100個(gè);細菌含量小于1/100毫升;總硅含量小于0.5微克/升;溶解硅含量小于0.3微克/升; 硼含量小于0.005微克/升。

在半導體制造企業(yè)對降本增效愈加重視的背景下,高頻科技依托自有優(yōu)秀半導體水系統專(zhuān)家,在確保超純水水質(zhì)純度穩定達標的基礎之上,研發(fā)交付了超過(guò)30種可選回用水工藝技術(shù),已實(shí)現水制程回收率達75%-90%,讓每一滴超純水都可以循環(huán)再利用,以資源利用率提升幫助企業(yè)降本增效。

經(jīng)過(guò)二十多年的技術(shù)積累和更迭進(jìn)步,高頻科技已經(jīng)掌握了先進(jìn)半導體制程所需的超純水全部核心工藝,長(cháng)期服務(wù)于半導體領(lǐng)域的頂級客戶(hù),提供領(lǐng)先的超純水與循環(huán)再生解決方案及裝備,賦能半導體高質(zhì)量發(fā)展。

縱觀(guān)超純水發(fā)展歷史,半導體行業(yè)成為當之無(wú)愧的增長(cháng)極,龐大市場(chǎng)需求為超純水產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強勁而持續的動(dòng)力。在巨頭搶灘第三代半導體的當下,坐擁先進(jìn)超純工藝的企業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機會(huì )。對國內超純水企業(yè)而言,只有堅持技術(shù)創(chuàng )新,不斷推進(jìn)工藝升級,爭創(chuàng )超純水“芯”標準,才能把握好半導體發(fā)展帶來(lái)的挑戰和機遇。

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