超純水是現(xiàn)代工業(yè)中一項十分重要的原材料,已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、電力、化工和醫(yī)藥等領(lǐng)域。尤其是在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié),超純水是芯片良品率的保證,超純水全程參與的清洗步驟占據(jù)了整個芯片生產(chǎn)總步驟的三分之一。

半導(dǎo)體是支撐科技浪潮發(fā)展的基石。汽車、智能手機(jī)、5G基站、空間站、城際高鐵交通等領(lǐng)域,半導(dǎo)體都發(fā)揮了重要作用。行業(yè)科技之爭,很大程度便是半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的交鋒。近些年,中國頒布了一系列政策,鼓勵國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展,打破國外壟斷,增強(qiáng)科技競爭力。超純水領(lǐng)域作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可或缺的一部分,也相應(yīng)成為國家重點(diǎn)推動發(fā)展的行業(yè)及核心研發(fā)企業(yè)發(fā)力的方向。

半導(dǎo)體用水標(biāo)準(zhǔn)高,硼、溶解氧去除難度大

清洗貫穿了芯片制造的全產(chǎn)業(yè)鏈,也是重復(fù)次數(shù)最多的工序。芯片與水直接接觸,一方面能讓芯片在加工過程中的微量沾污得到洗凈,而另一方面純水中微量雜質(zhì)又可能使芯片再次污染。純水中雜質(zhì)對半導(dǎo)體電路產(chǎn)品影響很大,比如金屬鹽類可破壞電性能;微量雜質(zhì)可能使外延層產(chǎn)生尖峰,光刻過程產(chǎn)生針孔;TOC(總有機(jī)碳)可污染芯片,對氧化膜的形成產(chǎn)生不良影響。因此半導(dǎo)體生產(chǎn)對超純水水質(zhì)的要求極高。

為了確保硅晶片的清洗效果,超純水中總有機(jī)碳(TOC)、溶解氧(DO)、顆粒物、細(xì)菌、金屬和離子等影響純度的含量須降至最低。為滿足半導(dǎo)體制程需求,我國于1997年制定了中國國家電子級超純水標(biāo)準(zhǔn)GBT11446.1-1997。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電阻率MΩ•cm(25℃)≥ 18,細(xì)菌個數(shù)(個/mL)≤ 0.01,全硅(ug/L)≤ 2,總有機(jī)碳(ug/L)≤ 20。2013年,我國再次推出中國國家電子級超純水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11446.1-2013。2013標(biāo)準(zhǔn)相較于1997標(biāo)準(zhǔn),對超純水水質(zhì)要求逐漸細(xì)化,增加了鐵、鉛元素、鎳等金屬元素指標(biāo)的要求。

然而,我國最新的國家標(biāo)準(zhǔn)對于電子水的規(guī)定中沒有對溶解氧(DO)的指標(biāo),但是近年的半導(dǎo)體行業(yè),對于溶解氧(DO)的要求甚至嚴(yán)格到小于 1 ppb,所以去除水中的溶解氧成為技術(shù)難點(diǎn)。在去除的同時,還要保證隔絕空氣,這對于容器和管道的氣密性要求非常高。通常半導(dǎo)體工業(yè)超純水深度脫氣是通過多級脫氣膜聯(lián)合運(yùn)行,才能達(dá)到這一要求。

此外,標(biāo)準(zhǔn)中也缺少對硼元素的指標(biāo)。在半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中,硼是一種p型雜質(zhì)。過量會使n型硅反轉(zhuǎn),從而影響電子和空穴的濃度。因此,在超純水工業(yè)中應(yīng)充分考慮硼的去除,硼離美標(biāo)中e1.3中要求小于0.05。不過硼屬于弱電離元素,在水中不易電離,不能通過水純化技術(shù)有效地除去,所以在生產(chǎn)超純水過程中,當(dāng)離子交換樹脂接近耗盡時,硼總是最先進(jìn)入純水的一類離子。硼的深度去除就成為一大難點(diǎn)。

毫無疑問,隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展,我國電子級超純水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11446.1-2013已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足半導(dǎo)體及芯片行業(yè)對于超純水水質(zhì)的需求。當(dāng)前國際上通常依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)是美國材料試驗學(xué)會發(fā)布的電子學(xué)和半導(dǎo)體工業(yè)用超純水標(biāo)準(zhǔn)(ASTM D5127)。

對比而言,國際超純水標(biāo)準(zhǔn)更加細(xì)化,ATSM根據(jù)超純水電阻率18.3MΩ·cm的理論極限值,將18.1MΩ·cm以上的超純水用水標(biāo)準(zhǔn)再細(xì)化為四個細(xì)分等級。另外,對溶解氧、硼元素等均有明確而嚴(yán)格的規(guī)定,要求溶解氧≤1(ug/L),硼不高于0.05(ug/L),成為當(dāng)前電子和半導(dǎo)體行業(yè)常規(guī)參考的用水要求。

高頻科技超純水工藝行業(yè)領(lǐng)先,技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)

一方面,受半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展影響,我國超純水市場需求持續(xù)攀升,半導(dǎo)體用電子級超純水的市場規(guī)模呈現(xiàn)快速增長趨勢。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2022年將達(dá)到40億美元。市場繁榮的背后,國內(nèi)超純水企業(yè)的技術(shù)突破和發(fā)展路徑也逐漸進(jìn)入公眾視線。

另一方面,在市場需求體量急速增加的同時,隨著半導(dǎo)體不斷向精細(xì)化制程邁進(jìn),作為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展重要推動力的國內(nèi)超純水企業(yè),也急須加快技術(shù)創(chuàng)新的步伐,適應(yīng)半導(dǎo)體制造企業(yè)對超純水日益嚴(yán)苛的要求。

聚焦國際化標(biāo)準(zhǔn),借鑒先進(jìn)經(jīng)驗、提升創(chuàng)新力、競爭力,就成為當(dāng)下國內(nèi)本土超純水企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。舉例而言,據(jù)了解,日本栗田工業(yè)作為世界領(lǐng)先的水處理公司之一,當(dāng)前對標(biāo)的超純水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)正是ASTM D5127,而作為國內(nèi)本土企業(yè)的高頻科技更是表現(xiàn)亮眼,其制備出的超純水水質(zhì)同樣可以符合國際標(biāo)準(zhǔn),甚至多項技術(shù)指標(biāo)比國際標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)苛。

隨著第三代半導(dǎo)體技術(shù)的迅速崛起,所需的極高純度的超純水也考驗著本土企業(yè)的綜合能力。高頻科技專注半導(dǎo)體高端制造業(yè),擁有二十年的歷史與技術(shù)沉淀,經(jīng)過不斷地創(chuàng)新突破,已經(jīng)掌握了先進(jìn)半導(dǎo)體制程所需的超純水全部核心工藝,接軌國際半導(dǎo)體行業(yè),可以說是目前國內(nèi)首家可以與國際領(lǐng)先企業(yè)同臺競爭的本土企業(yè)。其產(chǎn)水水質(zhì)接近絕對純度,電導(dǎo)率無限接近18.24MΩ•厘米的理論極限值,其純度可達(dá)99.9999999999%,不斷滿足半導(dǎo)體行業(yè)日趨提升的用水需求,并以此塑造了強(qiáng)大的行業(yè)技術(shù)壁壘。

高頻科技超純水制備標(biāo)準(zhǔn)如下:電阻率(25攝氏度)≥18.24MΩ·厘米;總有機(jī)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;細(xì)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。

高頻科技用不斷創(chuàng)新的工藝技術(shù)、新型產(chǎn)品、管理模式,提供領(lǐng)先的超純水與循環(huán)再生解決方案及裝備,塑造了強(qiáng)大的行業(yè)技術(shù)壁壘, 目前已經(jīng)積累知識產(chǎn)權(quán)成果超50項,發(fā)明專利及實用新型專利超30項,軟件著作權(quán)20多項。相信伴隨著第三代半導(dǎo)體技術(shù)的“加速度”,目前已經(jīng)實現(xiàn)核心技術(shù)突破,并不斷在超純工藝上持續(xù)深耕的高頻科技,或可在國內(nèi)超純水領(lǐng)域帶來頭雁效應(yīng),促進(jìn)行業(yè)不斷向上發(fā)展,彰顯中國“智”造力量!

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