全球芯片半导体产业竞争的关键,不仅在于高端光刻机,还与半导体超纯水密切相关。对于半导体产业而言,超纯水的纯度是确保高效生产的基石之一。在生产环节中,清洗步骤占据了整个芯片生产总步骤的三分之一,是芯片制造工艺步骤占比最大的工序,可以说整个清洗过程离不开超纯水。随着半导体制程向着更先进、更精细化方向发展,超纯水工艺流程也更趋于复杂,使用高纯度的超纯水能够保证半导体器件的稳定性和一致性,促进制程工艺的发展。随着半导体产业发展的不断深入,“先进超纯水技术”将会持续引领半导体工艺的进步,成为半导体制造过程的关键保障之一。

由于半导体所用超纯水生产工艺复杂,技术要求高,目前国际上能生产半导体超纯水的企业并不多,全球范围内,半导体超纯水核心厂商主要包括栗田工业、奥加诺、沃威沃等。以高频科技为代表的国内超纯水头部企业也奋勇争先,携先进技术进入超纯水赛道,争创半导体超纯水工艺“芯”标准。

半导体超纯水技术创新发展,本土企业竞争力不断提升

半导体行业对超纯水使用水质要求极高,除了电阻率要在18兆欧以上,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。在超纯水生产过程中,只要微粒子、电阻率和TOC与气泡中的某一指标稍有差异,就会使半导体元件生产的合格率下降。

毫无疑问,超纯水的质量直接关系到半导体的质量。随着半导体元件尺寸的缩小和精细度的提高,迈向5nm、3nm或甚至2nm半导体制程技术之路,超纯水水质的技术要求不断提高,超纯水的制备工艺将更富挑战性,各企业竞相通过技术创新提升超纯水工艺水平。

美国、日本等地区半导体产业起步早,与芯片生产有关的超纯水领域发展也相对较早,这给了头部企业沉淀技术,逐步掌握先进超纯水制造工艺的契机。

以作为世界领先的水处理公司之一日本栗田工业为例,其超纯水技术采用了反渗透、离子交换和电极反应等多种纯化工艺,再加之高质量的耗材和设计优化等因素,可以将水处理到符合ASTM D5127标准的水平,广泛应用于半导体、光伏、医疗、食品等各个领域。拿对水质要求最高的电子领域来说,栗田工业生产的电子级超纯水纯度值可以达到以下标准:电阻率超过18.2MΩ.cm,TOC小于0.5ppb,细菌、非真菌菌类、微生物数量小于1CFU/ml。

聚焦国际化标准,本土超纯水企业不断提高创新能力与竞争力,交出亮眼的答卷。在超纯水技术及水质指标方面,国内超纯水领域佼佼者高频科技,其制备出的超纯水水质同样符合国际标准,甚至多项技术指标比国际标准要求更加严苛。如ASTM超纯水标准要求超纯水溶解硅(ug/L)≤ 1,总有机碳(ug/L)≤ 5,硼(ug/L)≤0.05,而高频科技超纯水水质达到以下标准:溶解硅(ug/L)< 0.3,总有机碳(ug/L)≤< 0.5,硼(ug/L)< 0.005。

高频科技超纯水工艺达到高标准,赋能半导体高质量生产

超纯水技术标准作为半导体工业生产的重要基石,为半导体产业提供了可靠的技术支持和质量保证。同时,也为超纯水行业提供了指导性和标准化的方向。

为满足半导体制程需求,我国于1997年制定了中国国家电子级超纯水标准GBT11446.1-1997。该标准规定,电阻率MΩ•cm(25℃)≥ 18,细菌个数(个/mL)≤ 0.01,全硅(ug/L)≤ 2,总有机碳(ug/L)≤ 20。2013年,我国再次推出中国国家电子级超纯水标准GB/T 11446.1-2013,对超纯水水质要求逐渐细化,增加了铁、铅元素、镍等金属元素指标的要求,同时增加了对有机物、微生物的限制标准和测试方法,以保证超纯水的质量。

然而,随着半导体工业的创新应用发展,我国电子级超纯水标准GB/T 11446.1-2013已经无法满足日益提高的制造需求。当前国际上较多采用美国材料试验学会发布的电子学和半导体工业用超纯水标准(ASTM D5127)。

对比而言,ATSM标准相对于我国电子级超纯水标准GB/T 11446.1-2013在以下几个方面要求更细化:金属离子要求更低,如铁、铜、铅等元素,都要低于0.001 ppm,而GB/T 11446.1-2013的电子级超纯水标准要求这些元素的含量低于0.01 ppm。对硅的含量要求更加严格,要求硅的含量低于0.005 ppm;而GB/T 11446.1-2013的电子级超纯水标准则要求低于0.02 ppm。有机物和无机物含量要求更低,ASTM超纯水标准关注水中的各种有机物和无机物的含量,而且对这些元素的要求更加严格,要求有机碳含量低于0.5 ppb,无机碳含量低于1 ppb等;而GB/T 11446.1-2013的电子级超纯水标准则没有明确这些指标。

高频科技作为立足于超纯工艺能力的工业级技术服务商,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的理论极限值,其纯度可达99.9999999999%(PPT级别——万亿分之一),满足半导体工业发展对超纯水日趋严格的要求。

具体而言,高频科技超纯水制备标准如下: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100个;细菌含量小于1/100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0.005微克/升。

在半导体制造企业对降本增效愈加重视的背景下,高频科技依托自有优秀半导体水系统专家,在确保超纯水水质纯度稳定达标的基础之上,研发交付了超过30种可选回用水工艺技术,已实现水制程回收率达75%-90%,让每一滴超纯水都可以循环再利用,以资源利用率提升帮助企业降本增效。

经过二十多年的技术积累和更迭进步,高频科技已经掌握了先进半导体制程所需的超纯水全部核心工艺,长期服务于半导体领域的顶级客户,提供领先的超纯水与循环再生解决方案及装备,赋能半导体高质量发展。

纵观超纯水发展历史,半导体行业成为当之无愧的增长极,庞大市场需求为超纯水产业发展注入强劲而持续的动力。在巨头抢滩第三代半导体的当下,坐拥先进超纯工艺的企业迎来新的发展机会。对国内超纯水企业而言,只有坚持技术创新,不断推进工艺升级,争创超纯水“芯”标准,才能把握好半导体发展带来的挑战和机遇。

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