随着数字化技术的不断发展,大家对半导体耳熟能详,但却对超纯水工艺知之甚少。在复杂芯片、半导体材料等高精尖技术的发展之中,超纯水设备其实起到了很大的助力作用。当芯片的精密度越来越高,超纯水作为生产环节中的关键角色,对水质纯度的要求也越来越高。而相应的制备技术也迅速发展起来,已成为工业用水中应用广泛的一个核心门类。

硬核科普“芯”生产要用什么水?

芯片虽小,却承载数十亿的纳米级晶体管,在其纷繁复杂的生产中,超纯水主要用于清洗硅片,少量用于配制药剂、硅片氧化的蒸汽源、某些设备的冷却水和电镀溶液,与集成电路产品的质量与产量密切相关。

例如60～80纳米制程里清洗工艺约有个步骤,10～20纳米制程里清洗工艺约有个以上步骤,工艺制程越高,需要的清洗工艺环节越多,清洗频率也越高;同时随着半导体工艺节点的缩小,整个清洗步骤次数约以15%的速度增加。

另外硅片生产的湿法工艺采用腐蚀性和氧化性的化学溶剂进行喷雾、擦洗、蚀刻和溶解随机缺陷,使硅片表面的杂质与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落,必须利用超纯水清洗硅片表面并进行干燥,才可以获得满足洁净度要求的硅片。

目前,我国国家电子级水(高纯水)标准将“高纯水”分为四个等级,分别为电阻率18MΩ·cm以上、15MΩ·cm、12MΩ·cm、0.5MΩ·cm;美国ATSM根据超纯水电阻率18.3MΩ·cm的理论极限值,将18.1MΩ·cm以上的超纯水用水标准再细化为四个细分等级,成为当前电子和半导体行业常规参考的用水要求。

由此可见,生产芯片的用水并非日常可见的自来水,或者是纯净水,半导体工厂生产和清洗半导体、集成电路芯片及封装、液晶显示器、高精度电路板、光电器件等各种电子器件的时候,都需要用到电阻率为18兆欧以上的超纯水,这样的超纯水几乎不导电,不会影响电子产品的性能,同时水中几乎不含金属离子,不会对复杂芯片表面造成划痕或者不可逆的影响。当集成电路的集成度越高,线宽越窄,对水质的要求也就越高。

半导体行业对超纯水的指标要求极高,特别是晶圆制造,除了电阻率外,还集中反映在总有机碳、溶解气体、颗粒物、菌群落、溶解气、金属离子、硅元素、硼元素等参数上(具体数据参考高频科技超纯水系统水质指标):

电阻率(25摄氏度)≥18.24MΩ·厘米

总有机碳小于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个

细菌含量小于1/毫升

总硅含量小于0.5微克/升

溶解硅含量小于0.3微克/升

硼含量小于0.微克/升

可想而知,超纯水的指标要求越高,背后的制备工艺也越为繁复,对超纯水系统的要求也更为严苛。

高频科技超纯工艺保障半导体高质量发展

谈论起超纯水的复杂工艺,涉及多门学科,包括物理、化学、光化学、机械、空气动力学等,依各种原水水质和客户要求的不同,超纯水的制备工艺大体分为预处理、初级制备和抛光处理三个步骤。整个制造过程中采用的工艺技术复杂而精细,不容偏差,制备难度涉及至少18个关键工艺环节。

预处理:MMF多介质过滤器+ACF活性炭过滤器(常规处理方式)、MF微滤+UF超滤(新型处理方式)

初级制备:2B3T两床三塔+RO反渗透膜+MB混床(常规处理方式)、两级RO+EDI连续电解除盐(新型处理方式)

抛光系统:TOCUV紫外线降TOC+PMB抛光混床+MDG脱气膜装置+UF终端超滤

近年来,伴随芯片市场的崛起,也为超纯工艺技术企业带来广阔的机遇与挑战,高频科技不断探索超纯水的绝对纯度,从多介质过滤、活性炭吸附、离子交换、反渗透膜、紫外线杀菌、紫外线TOC去除,再到电渗析、超滤、钠滤、真空脱气塔、膜脱气等,涵盖不止于18项专业处理工艺环节不断提升超纯水系统的应用效率,并在反渗透、离子交换、膜脱气、紫外线杀菌和TOC降解等多项关键技术产品材料中也有着行业性的应用创新成果。高频科技产水水质接近绝对纯度,电导率无限接近18.24MΩ厘米的理论极限值,其纯度可达99.%,不断满足半导体行业日趋提升的用水需求,并以此塑造了强大的行业技术壁垒,在国内超纯工艺领域中厚积薄发,生根发芽。

高频科技超纯工艺的实践者和赋能者

高频科技作为国家高新技术企业和中关村高新技术企业,立足于行业领先的超纯工艺技术能力,秉承“专业敬业,正直担当,持续精进,成就彼此”的企业价值观,专注于芯片、显示等半导体高端制造业二十多年,为半导体高端制造等行业客户,提供领先的超纯水与循环再生解决方案及装备，建立完善的超纯工艺产业链,广泛应用于芯片生产、封装测试、显示电子等半导体领域,并逐渐覆盖食品饮料、医药生物等行业,为对国家核心科技产业与民生保障行业创造洁净、可持续的超纯环境。