全球芯片半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵,不僅在于高端光刻機(jī),還與半導(dǎo)體超純水密切相關(guān)。對(duì)于半導(dǎo)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(gè)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(shuō)整個(gè)清洗過(guò)程離不開超純水。隨著半導(dǎo)體制程向著更先進(jìn)、更精細(xì)化方向發(fā)展,超純水工藝流程也更趨于復(fù)雜,使用高純度的超純水能夠保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和一致性,促進(jìn)制程工藝的發(fā)展。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷深入,“先進(jìn)超純水技術(shù)”將會(huì)持續(xù)引領(lǐng)半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步,成為半導(dǎo)體制造過(guò)程的關(guān)鍵保障之一。

由于半導(dǎo)體所用超純水生產(chǎn)工藝復(fù)雜,技術(shù)要求高,目前國(guó)際上能生產(chǎn)半導(dǎo)體超純水的企業(yè)并不多,全球范圍內(nèi),半導(dǎo)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(guó)內(nèi)超純水頭部企業(yè)也奮勇?tīng)?zhēng)先,攜先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入超純水賽道,爭(zhēng)創(chuàng)半導(dǎo)體超純水工藝“芯”標(biāo)準(zhǔn)。

半導(dǎo)體超純水技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展,本土企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升

半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)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(jī)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(guò)程中,只要微粒子、電阻率和TOC與氣泡中的某一指標(biāo)稍有差異,就會(huì)使半導(dǎo)體元件生產(chǎn)的合格率下降。

毫無(wú)疑問(wèn),超純水的質(zhì)量直接關(guān)系到半導(dǎo)體的質(zhì)量。隨著半導(dǎo)體元件尺寸的縮小和精細(xì)度的提高,邁向5nm、3nm或甚至2nm半導(dǎo)體制程技術(shù)之路,超純水水質(zhì)的技術(shù)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(jìng)相通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提升超純水工藝水平。

美國(guó)、日本等地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步早,與芯片生產(chǎn)有關(guān)的超純水領(lǐng)域發(fā)展也相對(duì)較早,這給了頭部企業(yè)沉淀技術(shù),逐步掌握先進(jìn)超純水制造工藝的契機(jī)。

以作為世界領(lǐng)先的水處理公司之一日本栗田工業(yè)為例,其超純水技術(shù)采用了反滲透、離子交換和電極反應(yīng)等多種純化工藝,再加之高質(zhì)量的耗材和設(shè)計(jì)優(yōu)化等因素,可以將水處理到符合ASTM D5127標(biāo)準(zhǔn)的水平,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、醫(yī)療、食品等各個(gè)領(lǐng)域。拿對(duì)水質(zhì)要求最高的電子領(lǐng)域來(lái)說(shuō),栗田工業(yè)生產(chǎn)的電子級(jí)超純水純度值可以達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn):電阻率超過(guò)18.2MΩ.cm,TOC小于0.5ppb,細(xì)菌、非真菌菌類、微生物數(shù)量小于1CFU/ml。

聚焦國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn),本土超純水企業(yè)不斷提高創(chuàng)新能力與競(jìng)爭(zhēng)力,交出亮眼的答卷。在超純水技術(shù)及水質(zhì)指標(biāo)方面,國(guó)內(nèi)超純水領(lǐng)域佼佼者高頻科技,其制備出的超純水水質(zhì)同樣符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),甚至多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)苛。如ASTM超純水標(biāo)準(zhǔn)要求超純水溶解硅(ug/L)≤ 1,總有機(jī)碳(ug/L)≤ 5,硼(ug/L)≤0.05,而高頻科技超純水水質(zhì)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn):溶解硅(ug/L)< 0.3,總有機(jī)碳(ug/L)≤< 0.5,硼(ug/L)< 0.005。

高頻科技超純水工藝達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn),賦能半導(dǎo)體高質(zhì)量生產(chǎn)

超純水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)的重要基石,為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了可靠的技術(shù)支持和質(zhì)量保證。同時(shí),也為超純水行業(yè)提供了指導(dǎo)性和標(biāo)準(zhǔn)化的方向。

為滿足半導(dǎo)體制程需求,我國(guó)于1997年制定了中國(guó)國(guó)家電子級(jí)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(gè)數(shù)(個(gè)/mL)≤ 0.01,全硅(ug/L)≤ 2,總有機(jī)碳(ug/L)≤ 20。2013年,我國(guó)再次推出中國(guó)國(guó)家電子級(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11446.1-2013,對(duì)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,同時(shí)增加了對(duì)有機(jī)物、微生物的限制標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法,以保證超純水的質(zhì)量。

然而,隨著半導(dǎo)體工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展,我國(guó)電子級(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11446.1-2013已經(jīng)無(wú)法滿足日益提高的制造需求。當(dāng)前國(guó)際上較多采用美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)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(duì)比而言,ATSM標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于我國(guó)電子級(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11446.1-2013在以下幾個(gè)方面要求更細(xì)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(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)要求這些元素的含量低于0.01 ppm。對(duì)硅的含量要求更加嚴(yán)格,要求硅的含量低于0.005 ppm;而GB/T 11446.1-2013的電子級(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)則要求低于0.02 ppm。有機(jī)物和無(wú)機(jī)物含量要求更低,ASTM超純水標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注水中的各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的含量,而且對(duì)這些元素的要求更加嚴(yán)格,要求有機(jī)碳含量低于0.5 ppb,無(wú)機(jī)碳含量低于1 ppb等;而GB/T 11446.1-2013的電子級(jí)超純水標(biāo)準(zhǔn)則沒(méi)有明確這些指標(biāo)。

高頻科技作為立足于超純工藝能力的工業(yè)級(jí)技術(shù)服務(wù)商,不斷探索超純水的絕對(duì)純度,從多介質(zhì)過(guò)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(xiàng)專業(yè)處理工藝環(huán)節(jié)不斷提升超純水系統(tǒng)的應(yīng)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品材料中也有著行業(yè)性的應(yīng)用創(chuàng)新成果。高頻科技產(chǎn)水水質(zhì)接近絕對(duì)純度,電導(dǎo)率無(wú)限接近18.24MΩ的理論極限值,其純度可達(dá)99.9999999999%(PPT級(jí)別——萬(wàn)億分之一),滿足半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展對(duì)超純水日趨嚴(yán)格的要求。

具體而言,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(gè);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。

在半導(dǎo)體制造企業(yè)對(duì)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(dǎo)體水系統(tǒng)專家,在確保超純水水質(zhì)純度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)之上,研發(fā)交付了超過(guò)30種可選回用水工藝技術(shù),已實(shí)現(xiàn)水制程回收率達(dá)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(guò)二十多年的技術(shù)積累和更迭進(jìn)步,高頻科技已經(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,長(zhǎng)期服務(wù)于半導(dǎo)體領(lǐng)域的頂級(jí)客戶,提供領(lǐng)先的超純水與循環(huán)再生解決方案及裝備,賦能半導(dǎo)體高質(zhì)量發(fā)展。

縱觀超純水發(fā)展歷史,半導(dǎo)體行業(yè)成為當(dāng)之無(wú)愧的增長(zhǎng)極,龐大市場(chǎng)需求為超純水產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)勁而持續(xù)的動(dòng)力。在巨頭搶灘第三代半導(dǎo)體的當(dāng)下,坐擁先進(jìn)超純工藝的企業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)會(huì)。對(duì)國(guó)內(nèi)超純水企業(yè)而言,只有堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新,不斷推進(jìn)工藝升級(jí),爭(zhēng)創(chuàng)超純水“芯”標(biāo)準(zhǔn),才能把握好半導(dǎo)體發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

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