全球芯片半導體產(chǎn)業(yè)競爭的關鍵,不僅在于高端光刻機,還與半導體超純水密切相關。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(jié)中,清洗步驟占據(jù)了整個芯片生產(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,可以說整個清洗過程離不開超純水。隨著半導體制程向著更先進、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(wěn)定性和一致性,促進制程工藝的發(fā)展。隨著半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷深入,“先進超純水技術”將會持續(xù)引領半導體工藝的進步,成為半導體制造過程的關鍵保障之一。
由于半導體所用超純水生產(chǎn)工藝復雜,技術要求高,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(nèi),半導體超純水核心廠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(nèi)超純水頭部企業(yè)也奮勇爭先,攜先進技術進入超純水賽道,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(shù)上。在超純水生產(chǎn)過程中,只要微粒子、電阻率和TOC與氣泡中的某一指標稍有差異,就會使半導體元件生產(chǎn)的合格率下降。
毫無疑問,超純水的質(zhì)量直接關系到半導體的質(zhì)量。隨著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半導體制程技術之路,超純水水質(zhì)的技術要求不斷提高,超純水的制備工藝將更富挑戰(zhàn)性,各企業(yè)競相通過技術創(chuàng)新提升超純水工藝水平。
美國、日本等地區(qū)半導體產(chǎn)業(yè)起步早,與芯片生產(chǎn)有關的超純水領域發(fā)展也相對較早,這給了頭部企業(yè)沉淀技術,逐步掌握先進超純水制造工藝的契機。
以作為世界領先的水處理公司之一日本栗田工業(yè)為例,其超純水技術采用了反滲透、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(yī)療、食品等各個領域。拿對水質(zhì)要求最高的電子領域來說,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18.2MΩ.cm,TOC小于0.5ppb,細菌、非真菌菌類、微生物數(shù)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。在超純水技術及水質(zhì)指標方面,國內(nèi)超純水領域佼佼者高頻科技,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)提供了可靠的技術支持和質(zhì)量保證。同時,也為超純水行業(yè)提供了指導性和標準化的方向。
為滿足半導體制程需求,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(guī)定,電阻率MΩ•cm(25℃)≥ 18,細菌個數(shù)(個/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)無法滿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會發(fā)布的電子學和半導體工業(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。有機物和無機物含量要求更低,ASTM超純水標準關注水中的各種有機物和無機物的含量,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)級技術服務商,不斷探索超純水的絕對純度,從多介質(zhì)過濾、活性炭吸附、離子交換、反滲透膜、紫外線殺菌、紫外線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項專業(yè)處理工藝環(huán)節(jié)不斷提升超純水系統(tǒng)的應用效率,并在反滲透、離子交換、膜脫氣、紫外線殺菌和TOC降解等多項關鍵技術產(chǎn)品材料中也有著行業(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,電導率無限接近18.24MΩ的理論極限值,其純度可達99.9999999999%(PPT級別——萬億分之一),滿足半導體工業(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;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(tǒng)專家,在確保超純水水質(zhì)純度穩(wěn)定達標的基礎之上,研發(fā)交付了超過30種可選回用水工藝技術,已實現(xiàn)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)過二十多年的技術積累和更迭進步,高頻科技已經(jīng)掌握了先進半導體制程所需的超純水全部核心工藝,長期服務于半導體領域的頂級客戶,提供領先的超純水與循環(huán)再生解決方案及裝備,賦能半導體高質(zhì)量發(fā)展。
縱觀超純水發(fā)展歷史,半導體行業(yè)成為當之無愧的增長極,龐大市場需求為超純水產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強勁而持續(xù)的動力。在巨頭搶灘第三代半導體的當下,坐擁先進超純工藝的企業(yè)迎來新的發(fā)展機會。對國內(nèi)超純水企業(yè)而言,只有堅持技術創(chuàng)新,不斷推進工藝升級,爭創(chuàng)超純水“芯”標準,才能把握好半導體發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)和機遇。
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