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探索半導體工業的"純凈之源"：納米顆粒污染的挑戰與解決方案

發布：珀金埃爾默企業管理(上海)有限公司

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隨著科技的飛速發展，半導體工業對晶圓基板的產量和性能提出了更高的要求。在這個追求極致的過程中，金屬污染成為了一個不可忽視的問題。而在這個問題中，納米級污染物更是給半導體制造帶來了前所未有的挑戰。今天，我們就來一起探討如何解決這個難題。

問題分析

在半導體工業中，金屬污染是一個嚴重的問題。這些污染物主要是過渡金屬和堿性元素，它們可能會以納米級大小聚集在晶圓表面，導致晶圓線之間的損壞或短路。隨著線寬的不斷縮小，我們需要檢測更小、更低的污染物。而在這個挑戰中，四甲基氫氧化物（TMAH）作為其中一種重要的化學品，其雜質的分析顯得尤為重要。

解決方案

為了解決這個問題，我們引入了一種強大的檢測技術：電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）。這種技術具有高靈敏度、靈活的樣品類型、快速測量速度和寬線性動態范圍等優點。特別是單顆粒模式（SP-ICP-MS）下的ICP-MS，它已經成為檢測和測量納米顆粒的強大工具。

實驗過程

在實驗中，我們使用了超純水和純度較高的TMAH。通過連續稀釋樣品，我們成功地對不同元素顆粒進行了多次稀釋。在NexION 5000 ICP-MS的單顆粒模式下，我們采集了所有的SP-ICP-MS數據，并使用了Syngistix Nano應用軟件模塊進行數據處理。

NexION ICP-MS儀器組件和工作條件

結果與討論

在校準范圍內，所有元素的相關系數（R）都高于0.9995。實時信號顯示，在無污染的TMAH中確實存在一些納米顆粒。因此，我們使用5%的TMAH中的顆粒作為加標樣品和未知樣品的基線。

未知樣品中AI在不同稀釋度下的實時信號和納米顆粒粒徑直方圖

總結

SP-ICP-MS是分析半導體行業有機溶劑中金屬納米顆粒的有力工具。特別是在NexION ICP-MS中，通用池技術（UCT）的優勢得以充分發揮，包括利用AFT和RPq因子對信號進行干擾消除和控制。使用100%氨氣作為反應氣體則有助于降低鐵等元素的檢測限。通過這些技術和方法，我們可以更準確地檢測和測量半導體化學品中的納米級污染物，從而為半導體工業的發展提供有力支持。

參考文獻

1. Min-Ho Rim, Emil Agocs, Ronald Dixson, Prem Kavuri, András E. Vladár and Ravi Kiran Attota; Detecting nanoscale contamination in semiconductor fabrication using through-focus scanning optical microscopy; J Vac Sci Technol B Nanotechnol Microelectron, 2020; 38(5).

2. Kenneth Ong; Determination of Impurities in Semiconductor-Grade TMAH with the NexION 300S/350S ICP-MS; PerkinElmer Application Note.