半導(dǎo)體工業(yè)超純水的技術(shù)指標(biāo)及其制備概述

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1 引言

半導(dǎo)體工業(yè)，作為全世界范圍內(nèi)綜合國(guó)力的體現(xiàn)形式之一，其具有研發(fā)成本高、技術(shù)要求高等特點(diǎn)。想要以最低成本獲取最高價(jià)值，在借鑒先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，需從技術(shù)指標(biāo)要求入手來對(duì)超純水制備技術(shù)運(yùn)用效果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到高精度使用控制預(yù)期。

2 研究半導(dǎo)體工業(yè)超純水技術(shù)指標(biāo)與制備的現(xiàn)實(shí)意義

作為我國(guó)重要的進(jìn)口商品之一，半導(dǎo)體工業(yè)電子芯片。因?qū)ζ溲芯科鸩捷^晚，可供提升的空間很大。為實(shí)踐科技興國(guó)道路，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)加大自主研發(fā)半導(dǎo)體芯片力度。此過程，超純水與其他行業(yè)超純水不同，水質(zhì)要求非常高，是自主研發(fā)半導(dǎo)體芯片道路上的重要阻礙。為此，相關(guān)人員應(yīng)在明確半導(dǎo)體工業(yè)超純水技術(shù)指標(biāo)要求情況下，對(duì)制備技術(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化控制。

3 半導(dǎo)體工業(yè)超純水的技術(shù)指標(biāo)要求

半導(dǎo)體工業(yè)中的超純水（Ultrapure water），又名UP水，其除了水分子外，幾乎沒有其他雜質(zhì)。這就意味著超純水沒有病毒、細(xì)菌以及含氯二噁英等有機(jī)物質(zhì)，是電阻率為18（MΩ×cm）的水。在生產(chǎn)制造半導(dǎo)體工業(yè)時(shí)，電子元器件對(duì)超純水使用水質(zhì)要求高。市場(chǎng)環(huán)境變化使得元器件尺寸縮小與精細(xì)度上升，使得超純水水質(zhì)與水量的技術(shù)指標(biāo)不斷提升。然而，超純水生產(chǎn)過程，只要微粒子、電阻率、TOC 以及氣泡其中一個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)略微差異，就會(huì)使半導(dǎo)體元器件生產(chǎn)的合格率下降。為此，制備技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照ITRS浸沒式超純水制備要求進(jìn)行生產(chǎn)控制。然而，掌握這一制備技術(shù)的生產(chǎn)廠家多是國(guó)外企業(yè)，自主研發(fā)還有很長(zhǎng)一段路要走。相關(guān)建設(shè)者應(yīng)從現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)制備技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，進(jìn)而落實(shí)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)背景下全面發(fā)展進(jìn)程[1]。

4 半導(dǎo)體工業(yè)超純水的制備技術(shù)控制

4.1 顆粒物去除工藝

經(jīng)對(duì)超純水制造顆粒物的去除工藝使用情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)雖然能夠采用過濾或是吸附方法進(jìn)行去除，但不同顆粒物不同尺寸對(duì)工藝處理需求存在差異。在以往，純水制造過程的顆粒物處理多借助多介質(zhì)過濾器（MMF）+活性炭過濾器（ACF）來完成。

但在制造半導(dǎo)體使用超純水時(shí)，顆粒物尺寸控制要求更高，高達(dá)50nm微粒子。故而，采用以往純水制造方法無(wú)法滿足需求，還要利用精密膜過濾裝置對(duì)顆粒物進(jìn)行微小尺寸處理。還可使用UF（超濾）、NF（納濾）、MF（微濾）以及反滲透（RO）等處理工藝。這里的超濾UF能夠?qū)⑦^濾孔徑控制在0.01μm～0.02μm之間；微濾MF，能夠?qū)⒖讖娇刂圃?.02μm～10μm；反滲透工藝，可將孔徑控制在0.0001μm～0.001μm之間。如此，站在理論角度進(jìn)行的膜過濾裝置組合，就能滿足去除超純水中顆粒物的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。值得注意的是，當(dāng)處理工藝完成后，還要對(duì)前期階段處理工作開展散落的微小顆粒進(jìn)行深度處置，以提高微粒子精度控制效果。

4.2 脫鹽工藝技術(shù)

半導(dǎo)體工業(yè)超純水中的脫鹽工藝是指，除去水中離子的操作。其中電阻率是水中離子的重要含量，需采用RO濃縮工藝，通過工藝與電子離子工藝來交換離子樹脂等操作。由于半導(dǎo)體工業(yè)使用的超純水對(duì)電阻率要求非常高，電阻率要超出18（MΩ×cm），因此，常規(guī)單一工藝手段難以達(dá)到幾乎不含離子這一要求。通常情況下，制備過程要聯(lián)合幾種工藝，如樹脂+RO+EDI等。此外，各地提供自來水中的離子含量存在差異，脫鹽工藝技術(shù)應(yīng)用人員應(yīng)結(jié)合不同情況對(duì)工藝組合形式進(jìn)行調(diào)整。這樣一來，當(dāng)顆粒物除去的初級(jí)階段，就可著手有效的脫鹽工藝操作。

4.3 有機(jī)物去除工藝

半導(dǎo)體工業(yè)超純水來自自來水，但由于我國(guó)自來水規(guī)定無(wú)TOC標(biāo)準(zhǔn)，所代表的有機(jī)物含量指標(biāo)為CODmn，限值為3ppm。而且，自來水常規(guī)TOC多在1ppm～3ppm之間。因此，處理TOC過程需多級(jí)工藝來達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)。目前，可供選擇的工藝包括：UF、ACF、EDI以及RO等。采用這些工藝進(jìn)行前端處理后，就可將TOC值降低至10ppb～30ppb以內(nèi)。此后，經(jīng)TOC-UV燈的處理就可將TOC值控制在1ppb以下，進(jìn)而達(dá)到半導(dǎo)體工業(yè)使用超純水的水質(zhì)要求，最終助力超導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)制造。

4.4 脫氣工藝

通常情況下，脫氣工藝多采用物理、熱力、膜脫氣以及化學(xué)脫氣方法。以物理脫氣工藝過程為例，經(jīng)物理攪拌來去除水中具有溶解性的二氧化碳。熱力脫氣，就是利用高溫去除水中溶解性氣體。膜脫氣，作為較為先進(jìn)的工藝方法，其可通過增水纖維膜來分離液相與氣相。而后，經(jīng)對(duì)氣相的抽真空處理來去除氣體。此時(shí)，液相中的氣體就會(huì)擴(kuò)散至氣相環(huán)境，就可達(dá)成去除水中溶解性氣體目標(biāo)[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展不可獲取的超純水制備，因微粒子尺寸要求高、制備難度大，是阻礙行業(yè)快速穩(wěn)定建設(shè)的關(guān)鍵因素。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)在明確技術(shù)指標(biāo)要求情況下，對(duì)顆粒物去除工藝、脫鹽工藝技術(shù)、有機(jī)物去除工藝以及脫氣工藝進(jìn)行高效控制，以使超純水生產(chǎn)制備達(dá)到半導(dǎo)體芯片的使用預(yù)期。