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半导体级试剂:它们是什么、何时使用?

2025/11/12 15:55:08  作者:阿拉丁


 

“半导体级”的含义

“半导体级”(亦称电子级)指为微电子制造专门配方并经验证的化学品,其金属离子、阴/阳离子、颗粒、有机物/TOC与可萃取物含量极低——视化学品与工艺节点而定,通常控制在ppb至ppt量级。行业规范主要依据SEMI C系列化学品标准;各单项文件规定需要检测的项目以及如何证明每种试剂的纯度。

由于微量的Na/K/Cu/Fe/B等离子或亚微米颗粒都可能诱发缺陷、引起阈值漂移、毒化催化体系,造成呈长尾分布的良率损失与可靠性漏检。行业已建立标准与管控,以在清洗、刻蚀、光刻、CMP、镀覆与干燥等过程中防止器件污染。

它从何而来、由谁定义?

SEMI(国际半导体设备与材料协会)为晶圆厂使用的多种湿法化学品发布了C系列规范及相关测试方法(例如:SEMI C30 适用于过氧化氢HO;SEMI C41 适用于2-丙醇;SEMI C44 适用于硫酸HSO)。部分规范还定义了更高纯度的“层级”(tiers)。

UPW(超纯水)水质(支撑上述化学处理步骤)遵循 SEMI F63 的指导性要求。该文件规范了对电阻率(反映离子杂质水平)、TOC(反映有机污染负荷)、颗粒(以阈值粒径与计数衡量)等项目的测量与控制方法,从而确保在清洗、刻蚀、显影/去胶、CMP以及化学处理前后漂洗时,水本身不会将离子、有机物或颗粒带回到晶圆表面。

关于“等级(levels)”的说明:公开资料与供应商文档常以G1–G5表示湿法电子化学品的等级(随线宽缩小,对金属与颗粒的限值趋严)。但不同化学品与版本对限值的设定并不一致,请务必以对应化学品的 SEMI 原文规范(及其中的具体等级/层级)为准进行确认。

半导体级有什么“特别”之处?

与实验室所称的“高纯”级相比,半导体级是围绕晶圆厂关键污染物与全流程处理工程化设计与控制的等级:

  • 金属杂质:按化学品定义重点元素(如P、S、碱金属/碱土金属、过渡金属),将含量控制在ppt–ppb级。
  • 阴/阳离子:Cl、SO²、PO³、F、NH₄⁺ 等按规范控制至极低μg/L水平。
  • 颗粒:以粒径分布与计数为指标,采用液体颗粒计数器(LPC)进行测量与管控。
  • 有机/残留:按各试剂标准控制TOC、UV吸收、NVR(不挥发残渣);溶剂类还常规定含水量(KF,卡尔费休)、UV背景与残留。
  • 包装与输配:采用氟聚合物包装(如PFA)与经验证的输配系统,最小化浸出物/可萃取物;SEMI C90 对用于化学输送/部件的低萃取PFA提出要求。

阿拉丁典型半导体/电子级产品

  • 氢氧化钾(KOH) — P112281:半导体/电子级,金属基准(metals basis)≥99.99%(不含钠);用于选择性硅刻蚀与清洗流程。
  • 氨水 — A112083:电子级(≥28% NH),用于SC-1/APM配比。
  • 氟化铵 — A111760:电子级(40% 溶液),用于BOE。
  • 氟化铵 — A111762:PrimorTrace™ 电子级固体,金属基准≥99.99%。
  • PGMEA — P299435 / PGME — M299436,IPA — I419710:PrimorTrace™ 电子级系列,用于光刻清洗/漂洗。

浏览阿拉丁“电子级”标签以筛选更多产品,并查看金属基准规格。

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常见应用场景

l晶圆清洗(RCA/SC-1、SC-2)、Piranha溶液(SPM)、HF末步、去离子水漂洗与IPA干燥。常见SC-1(NHOH/HO/HO)用于去除有机物与颗粒;SC-2(HCl/HO/HO)用于去除金属。

l湿法刻蚀(Wet etch):HF、BOE、HPOHNOHSO 等配方;用于金属刻蚀/氧化层去除。

l光刻(Lithography):显影剂(如TMAH)、去胶剂,以及高纯溶剂(PGMEA/PGMEIPA丙酮)。

lCMP/后CMP清洗、镀覆、封装/组装:以上环节均受益于对污染物(溶解态金属与颗粒)严格而明确的规格控制。

与相邻级别的比较(有哪些不同)

等级

主要关注点

为什么不能替代半导体级

HPLC/梯度级

低UV吸收、低NVR、基线稳定

可能缺少晶圆接触所需的ppt级金属规格与颗粒控制。

LC-MSUHPLC-MS

质谱中总离子流(TIC)/背景极低;加合离子少

非常适合分析,但“TIC安静”≠对碱金属/过渡金属/颗粒按晶圆厂要求进行受控。

ACS/AR

通用分析纯度

未围绕关键离子/颗粒/包装进行设计;金属限值通常仅到低ppb–ppm。

NVR:Non-Volatile Residue,不挥发残渣。

TIC:Total Ion Current,总离子流信号强度;“TIC安静”指背景低、噪声小。

选型提示与注意事项

1. 从工艺规范出发:明确SEMI文档/层级(如“SEMI C30,Tier …”),并列出你关心的目标元素(Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Ni、Zn、Al、B、P、S 等)。

2. 颗粒与TOC:在相关工步要求颗粒指标(截断粒径与计数,如 ≥0.1 µm)及TOC。

3. 包装很关键:优先选择PFA瓶/内衬与经认证的管路组件,以最小化浸出物/可萃取物(参见SEMI C90)。

4. 基体同样重要:确认供应商能在该基体中以ppt级检出限进行分析/报告。

5. CoA规范:要求批次级CoA,列明方法、检出限(LoD)与不确定度,且覆盖你在来料质检中卡控的具体分析物。

6. 不要跨级替代:不要在缺少金属/颗粒规格的情况下,用HPLC/LC-MS等级化学品替代半导体级工艺用化学品。

常见问答(FAQs)

Q1. 可以用HPLC级 IPA 来干燥晶圆吗?

通常不建议。HPLC级优化的是UV/TIC背景,并未针对晶圆接触所需的ppt级金属/颗粒做规格控制。请使用电子/半导体级IPA,并对金属/颗粒与含水量给出明确要求。

Q2. 哪些测试最能预测“晶圆厂洁净度”?

多数湿法步骤:ICP-MS(测金属)+ 颗粒 + IC(测阴离子)+ TOC。对溶剂样品,另加 KF(含水)与UV/NVR(不挥发残渣)。

Q3. 为什么特别关注 Na/K/B?

碱金属与硼(以及Fe/Cu/Ni等过渡金属)会掺杂或改变界面,引起器件参数漂移并带来可靠性风险,因此将目标设定在ppt级。

Q4. 包装真的会改变纯度吗?

会。容器/管路的可萃取物在ppt水平下可能成为主要污染源,这也是为何PFA包装与符合C90的组件被广泛采用。

Q5. UPW 规格与化学品有什么关联?

湿法处理前后都需要漂洗;依 SEMI F63 要求的 UPW(超纯水) 可确保漂洗不会以 TOC/离子/颗粒对表面造成再污染。

Q6. RCA清洗都包括什么?

SC-1:NHOH/HO/HO(去有机物/颗粒);SC-2:HCl/HO/HO(去金属)。二者均需电子级试剂。

为什么选择阿拉丁的半导体级试剂

  • 电子级产品线覆盖广——从酸/碱到溶剂与特种前驱体(如PrimorTrace™系列),集中呈现、便于选型。
  • 金属基准规格透明——产品页清晰标注(例如:P112281 KOH电子/半导体级,金属基准 ≥99.99%);方便核对批次级CoA(分析证书)。
  • 贴合应用场景——产品组合与RCA清洗、刻蚀/BOE、光刻/显影/去胶、溶剂漂洗等主流晶圆厂化学体系一一对齐。

 

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