手机版
制药网手机版
制药网小程序
官方微信
公众号：zyzhan
在计算设备、移动电话、公共交通、电视以及汽车当中，都普遍采用着半导体器件——这份清单还在持续拉长。但要制造性能稳定的半导体，就需要在整个生产流程里执行严格的管控措施，防止原料接触污染物而失效或效率降低。本篇将深度剖析污染物的潜在来源、相应的检测标准以及行业领先的测试系统解决方案。
无处不在的半导体，不容有失的品质保障
作为现代日常生活不可或缺的一部分，半导体技术不仅已渗透进各种频繁使用的设备及机械之中，其重要性与潜在应用还在持续提升。仅以电动汽车为例，单辆车的制造就需要多达3000片以上的芯片。
半导体生产过程中，污染物侵入的可能性广泛存在于多个环节——从原料进场到最终成品，每个阶段都需要细致管理，确保不给任何杂质留下可乘之机。
哪怕半导体原料中只有极其微量的污染物，都会对最终产品的功能发挥产生显著甚至严重影响。
“七个9”极致提纯：硅的高要求制造环境
硅是地球储量最为丰沛的类金属元素之一，但要在广泛的半导体应用场景中发挥作用，其纯度必须提炼到99.99999…%(通常要求达到“七个9”或更高的纯净度)。
任何半导体组件中所用的材料——无论是硅片、高纯水、特殊化学品，还是工艺气体——在投用前都必须经过严格检测，对杂质的检出限甚至需要低至万亿分之一量级。生产加工环节中，倘若存在外来污染物或工艺缺陷，同样会给器件可靠性带来严重威胁。
全球供应链挑战下的品控压力
自新冠疫情全球大流行以来，由于世界各地工厂与生产设施在过去三年间屡次被迫停工或降低产能，产业供应链的运行效率持续受到影响。半导体生产所必须的原材料与零组件供应，同时经历了延误与短缺，市场需求却急剧攀升。哪怕只是缺少了一个关键零件或化学试剂，整条产品线可能都会停滞下来。尽管当前情况有所改善，库存逐步回升，但仍有许多半导体器件的交付周期被显著拉长。
在市场需求的巨大压力与供应链瓶颈之下，可能会有制造商试图放松控制、加快生产节奏。然而，任何为提速而“走捷径”的做法，都有可能引入更多的污染物接触机会，最终导致材料品质的大幅下滑。
为确保半导体材料达到可靠的标准，严格的工艺环境控制必须贯穿整个制造流程，配合完善的测试方案才能准确检测并排除杂质或污染风险。
半导体的污染来源
从晶圆生长到刻蚀、沉积、封装，半导体制造与加工的各道工序中，污染物几乎“无所不在”。常见的污染形式包括金属、有机物、离子残留等。除此之外，工艺气体中可能存在气态或颗粒杂质；化学溶液中可能带有溶解性或不溶性颗粒物。
? 污染源广
可以是原料本身、生产环境、气体/化学品、设备、过滤元件、管道系统，甚至——与人员的接触也会成为洁净室内潜在的污染源。
如果在生产流程中，各环节所需的材料或零部件需向多个不同供应商采购，污染风险将进一步上升，同时给全流程严格管控带来更大挑战。
环境控制的关键演进
为减少污染风险，环境控制扮演着基础但至关重要的角色。在过去几十年，半导体企业普遍采用开放式硅片托架，处理的晶圆尺寸从6英寸逐步发展至18英寸。如今，高端半导体器件则已普遍改用全密封式晶圆传送盒(FOUP)，更大程度降低材料在传送和存储过程中与外界污染物接触的可能。
这种做法效果非常显著，因为在常态环境中，即便拥有高级别的洁净室，人员本身便是较大的颗粒产生源。如果有人走动并产生细微尘粒，这些粒子可能沉积到晶圆表面。这也是为何新型生产环境的不断升级如此重要。
针对不同污染物的先进检测手段
除了严格的制造环境控制，半导体工业中各类先进的测试解决方案也是检测杂质和污染物的基石。
以往，X射线荧光光谱(XRF)技术常用于金属杂质检测，但受检出限和精度限制，无法完全满足纳米级节点的分析需求。目前行业前沿的做法是：
• 对于金属杂质分析，可采用全反射X射线荧光(TXRF)与气相分解技术-电感耦合等离子体质谱(VPD-ICP-MS)联用；
• 有机污染物则依赖气相色谱质谱联用(GC-MS)；
• 离子污染通常使用离子色谱(IC)进行测定。
半导体产品类型不同，对杂质含量的精度要求也各不相同。以图像传感器CMOS为例，它对污染物控制的要求极为严苛，且通常需要非破坏性测试技术来完成评估。
珀金埃尔默——半导体污染物检测的领先方案
作为半导体领域长期的技术提供者，珀金埃尔默公司针对半导体生产过程中杂质与污染物的分析检测，推出一系列成熟可靠的系统。其中，NexION® 5000作为一台多重四极杆电感耦合等离子体质谱仪，采用了独特的四组四极杆结构设计。珀金埃尔默的创新之处在于，它通过各四极杆的不同质量分辨能力和工作模式，结合碰撞反应池技术，实现化学高分辨，获得干扰消除。
图1.NexION 5000G ICP-MS
在对各种高纯材料进行分析时，大量主元素往往会与待测物一同进入等离子体。以激光烧蚀ICP-MS为例，它将固体样品直接引入进样系统，通常还需要测量其中的主要元素成分。这时，大量基体会一同进入质谱，并产生很高的信号响应——如果按传统方法分析，ICP-MS的检测器极易饱和。珀金埃尔默的ICP-MS却可通过其四极杆通用池动态带宽质量调谐功能，在分析过程中便捷、精准地只针对某一种高丰度元素的信号进行选择性灵敏度抑制，从而大幅扩展仪器的动态范围，确保同时完成主量与痕量元素的精确分析。
扫码了解《半导体材料关键污染物的检测技术与方案》
微信公众号
采购中心
