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北京誠驛恒儀科技有限公司. 2024-12-10 點擊292次
半導體制造過程中會用到大量的不同種類的高純電子化學品，包括液態(tài)和氣態(tài)。
液態(tài)工藝用化學品主要有以下幾類：酸、堿、溶劑。
電子級高純試劑目前主要依賴進口（如：默克），一直存在成本高昂的問題。而近年由于全球供應鏈的不穩(wěn)定，用戶面臨的除了高昂的成本，還面臨著貨期超長，無法滿足生產(chǎn)線需求的困境。
在這里與大家共同探討一種能自主制備高純酸并能極大降低采購成本的方法——亞沸酸蒸餾提純。
以美國Savillex DST系列亞沸蒸餾提純設(shè)備為例 ，用戶通常在幾個月內(nèi)即可收回購置成本，如果用酸量大，甚至在幾周內(nèi)即可收回購置成本。
通過亞沸酸蒸餾提純可以將1ppb級酸提純到10ppt級，完全可以達到市售進口高純酸的標準。
以美國Savillex DST系列亞沸酸蒸餾提純設(shè)備為例，將由DST系列亞沸酸蒸餾提純設(shè)備對1ppb級HNO3、HF、HCL進行提純后的純酸送入半導體實驗室進行檢測（檢測設(shè)備：Agilent 7500cs和8800 ICP-MS），從檢測數(shù)據(jù)可看出，通過DST制備的高純酸在質(zhì)量上與市售商精致瓶裝高純酸（10ppt）是一致的，即使是第一次打開的市售酸。
通過對HCL的檢測數(shù)據(jù)對比可以看出，Savillex DST亞沸酸蒸餾提純設(shè)備制備的HCL的 Ni、Ti 和 As 含量明顯較低，質(zhì)量更優(yōu)于市售高純酸。
圖例1，半導體實驗室對經(jīng)DST-1000提純后的HNO3與市售高純HNO3進行同步檢測的對比數(shù)據(jù)
圖例2，半導體實驗室對經(jīng)DST-1000提純后的HCL與市售高純HCL進行同步檢測的對比數(shù)據(jù)
圖例3，半導體實驗室對經(jīng)DST-1000提純后的HF與市售高純HF進行同步檢測的對比數(shù)據(jù)
目前市面上有多款不同材質(zhì)不同類型不同品牌的亞沸蒸餾純化設(shè)備。
以主體材質(zhì)來分，亞沸蒸餾純化設(shè)備分為三類：PFA、PTFE和石英。
以溫度來分，亞沸蒸餾純化設(shè)備分為兩類：小范圍溫區(qū)與超高溫大范圍溫區(qū)。
以容量為分，亞沸蒸餾純化設(shè)備的單個蒸餾罐體從最小僅幾十毫升到最大4升。
以加熱方式來分，有單一底部加熱和環(huán)繞式加熱。
以冷卻方式來分，有水冷和自然冷卻。
以下是一些在硅片加工中常用的酸及其用途：
1，HF 刻蝕二氧化硅及清洗石英器皿
2，HCL 濕法清洗化學品，2號標準液一部分，用來去除硅中的貴金屬元素
3，H2SO4 清洗硅片；7份硫酸和3份30%的雙氧水配制成piranhai溶液用于硅片刻蝕二氧化硅薄膜
4，H3PO4 刻蝕氮化硅
5，HNO3 刻蝕PSG，用氫氟酸和硝酸的混合溶液來刻蝕硅酸鹽玻璃。
而根據(jù)半導體行業(yè)的特性，針對HF、HCL、HNO3，推薦使用以高純PFA為主體，小范圍溫區(qū)，環(huán)繞式加熱和自然冷卻的亞沸蒸餾純化設(shè)備；針對H2SO4，推薦以石英為主體的高溫區(qū)段的亞沸蒸餾純化設(shè)備。
為什么要選擇以高純PFA為主體的亞沸蒸餾提純設(shè)備：
首先氟聚合物作為半導體制造業(yè)唯一可容納和運輸制造過程中使用的高純度化學品的材料，可實現(xiàn)半導體制造需要的極高穩(wěn)定性和純度，通常使用的兩種特殊類型氟聚合物：聚四氟乙烯（PTFE）和可溶性聚四氟乙烯（PFA）。由于PFA的分子結(jié)構(gòu)允許熔融加工，可通過注塑成型等傳統(tǒng)的單一工序工藝進行制造，使得PFA制品的表面粗糙度幾乎無法測量，且成品不需要進行任何后道加工，杜絕引入污染。因此PFA比PTFE更能為半導體工藝化學品提供安全保障，更適用于半導體行業(yè)。PFA材料可在200度高溫下保持穩(wěn)定的性能。HF、HCL、HNO3的亞沸提純溫度均不超過90度，完全能夠保證工作過程中性能穩(wěn)定無雜質(zhì)析出。
為什么要選擇小范圍溫區(qū)的亞沸蒸餾提純設(shè)備：
亞沸即意味著在酸液的沸點以下進行蒸餾，除了H2SO4需要在200攝氏度以上進行亞沸提純，HF、HCL、HNO3的亞沸提純溫度均在90攝氏度以下，電子設(shè)備均存在一定的故障率，如果溫度區(qū)間范圍過大，一旦發(fā)生溫度失控的故障，不僅僅是達不到提純的目的，更有可能會引發(fā)不可估量的安全事故。小范圍溫區(qū)從設(shè)計源頭上保證了設(shè)備的最高溫不會超過90攝氏度，不僅有效保證提純效果，更是最大可能避免安全事故的發(fā)生。針對H2SO4，則可以選擇耐高溫的石英亞沸蒸餾提純設(shè)備。
為什么要選擇大容量的亞沸蒸餾提純設(shè)備：
這一點顯而易見，因為半導體制程中使用的電子級化學品，不僅是實驗室檢測試劑，更是生產(chǎn)線上大量應用，只有提純量大又快，才能滿足生產(chǎn)的實際應用。以美國Savillex DST-4000為例，單次最大可蒸餾酸液為4L，可以在12小時內(nèi)產(chǎn)出1L酸。
為什么要選擇環(huán)繞式加熱的亞沸蒸餾提純設(shè)備：
環(huán)繞式加熱的優(yōu)勢主要有2點：第一，比起底部加熱，酸液受熱面積大，升溫快，蒸餾速度快；第二，待純化酸液受熱均勻，亞沸蒸餾講究的是“掐頭去尾”，只有整體受熱均勻，溫度均一，才能保證雜質(zhì)在掐頭去尾中被有效去除。
圖例5 左圖為沸騰狀態(tài)下金屬雜質(zhì)通過沸騰、噴濺進入到蒸餾液體中；右圖為亞沸狀態(tài)下，可以看出金屬雜質(zhì)都保留在了原液中
為什么要選擇自然冷卻的亞沸蒸餾提純設(shè)備：
首先要承認一點，自然冷卻比起水冷收集方式來說，收集酸液速度相對較慢，但前文已提到過要快速，為何仍然不推薦水冷，反而推薦自然冷卻呢？首先，自然冷卻的設(shè)備對實驗室裝修條件要求低，不需要安裝上下水，即使是一個成熟的實驗室在運行期間添加設(shè)備，只需要準備出一個化學通風柜即可，完全不需要進行水路改造，省心省力省錢；其次，從純凈度考慮，配件越少，過程越簡單，可能引入的雜質(zhì)就越少，純度是我們首先要保證的。以美國Savillex DST亞沸蒸餾酸純化設(shè)備為例，通常1米5寬度的通風櫥可以擺放3臺DST-1000或2臺DST-4000。
圖例6 安裝現(xiàn)場示例，圖中設(shè)備為Savillex DST-4000
半導體制造過程中會用到大量純電子化學品，包括液態(tài)和氣態(tài)。持越簡單越安全越純凈的原則，在此均不做推薦。
當然，還有另一個原因，就是成本。越復雜的功能設(shè)計，它的成本也隨之增長。而用戶最需要的是實實在在的純度、效率還有經(jīng)濟效益。酸進行亞沸純化的步驟往往需要2至3遍，為了保證純凈度和效率，節(jié)約大量的清洗時間，用戶往往都是蒸餾幾次就要購買幾臺設(shè)備，購買量大，差價就非常明顯了。而用亞沸蒸餾提純設(shè)備自制高純酸來代替購買市售高純酸的其中一個重要原因就是為企業(yè)節(jié)約成本。
因此選擇一款合適的亞沸酸蒸餾提純設(shè)備，是日后半導體濕法蝕刻工藝及硅片生產(chǎn)工藝、半導體制程高純化學品、各環(huán)節(jié)半成品及成品產(chǎn)品質(zhì)量檢測的最佳選擇。