半導(dǎo)體混酸檢測暗藏哪些玄機丨質(zhì)量實驗室檢測混酸的注意事項有哪些？

時間：2025-6-26 閱讀：59

一

什么是混酸？

二

質(zhì)量實驗室如何檢測混酸？

三

小結(jié)

一、什么是混酸？

“混酸” 是將兩種或多種不同性質(zhì)的酸類試劑按特定比例精準混合，通過科學(xué)配比實現(xiàn)化學(xué)特性的協(xié)同效應(yīng)的功能型濕化學(xué)品。

在Fab廠中，將單酸混配可實現(xiàn) 1+1>2 的效果，如硝酸（HNO?）將硅表面氧化為二氧化硅，氫氟酸（HF）專門溶解二氧化硅，兩者按比例混合形成 “氧化 - 刻蝕” 協(xié)同效應(yīng)，使刻蝕制程的速率與選擇性遠超單酸。

作為清洗、刻蝕等核心制程的關(guān)鍵材料，混酸在集成電路刻蝕、清洗等工藝中至關(guān)重要，其組分比例與純度的細微偏差都會影響芯片精度、良率與成本。因此，晶圓廠中通常會在廠務(wù)混配端與質(zhì)量實驗室分別進行在線與離線檢測，以確保制程穩(wěn)定與產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)線上如何監(jiān)控混酸的配置？

Fab廠中酸液混配通常由中心廠務(wù)執(zhí)行，并通過PLC系統(tǒng)實時監(jiān)控pH、電導(dǎo)率、溫度等參數(shù)；部分廠根據(jù)布局由本地配置承擔(dān)少量混配，滿足區(qū)域即時需求。

因混酸成分比例對制程影響重大，F(xiàn)ab廠對混配精度要求極高。梅特勒托利多的數(shù)字稱重模塊可精準控制酸液添加量，使混配的誤差控制在極小范圍；InPro 電極采用耐氫氟酸玻璃材質(zhì)，可實時監(jiān)測輸送管道等多個關(guān)鍵點位中混酸的pH值。整套方案與自動化系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)混酸自動化操作，既減少人工誤差，又提升效率。

高精度稱重方案

耐顆粒物，耐腐蝕的pH傳感器

二、質(zhì)量實驗室如何檢測混酸？

不同工藝流程會對不同種類的化學(xué)品混配，以滿足特定工藝段的應(yīng)用需求。晶圓制造工廠通常必須對混酸做離線的復(fù)核，以確其濃度和質(zhì)量始終可靠。在質(zhì)量實驗室中，混酸必須滿足相應(yīng)的金屬雜質(zhì)含量，顆粒物，陰離子種類和含量以及混酸中各個酸的濃度配比要求。

電位滴定法測試混酸的成分

電位滴定法得益于其高檢測精度在實驗室中被廣泛應(yīng)用于濕化學(xué)品濃度測試，通過酸堿中和反應(yīng)的電位突變確定混酸的有效濃度；此外，還會以密度和折光率等物理參數(shù)確保混酸符合嚴苛的生產(chǎn)要求?；焖嶂懈魉嵩谒械碾婋x能力及混酸配方存在差異，我們在滴定混酸中往往會遇到如混酸的滴定缺失等當點，滴定結(jié)果重復(fù)性很差的各種各樣的問題。

那么混酸滴定到底該怎么做才能得到正確的結(jié)果？

電位滴定法測試混酸的注意事項

首要檢查酸的pKa值

混酸檢測問題通常由各酸pKa值與濃度差異引發(fā)，混酸由強度相似、體積不同、濃度不同的酸組成，因強度相似的酸電離步驟相似，導(dǎo)致滴定電位突躍重疊。例如常見的酸蝕刻溶液（40%HNO₃、7%HF和30%CH₃COOH）水相滴定中，滴定曲線上僅有兩個突躍點而不是理論值三個，我們來看反應(yīng)步驟：

三類酸在水溶液中pKa值相差很小，特別是HF 與 CH?COOH，在水中的滴定曲線發(fā)生重疊，導(dǎo)致理論三個突躍點實際僅顯兩個的情況。

我們可以通過有機試劑（如丙酮異丙醇混合物）或惰性鹽溶液（如氯化鉀和氯化鈉溶液）來替代水溶液，增加酸的pKa值差異，以達到區(qū)分電位突躍的目的。例如，我們可以將樣品溶解在丙酮中，然后用四乙基氫氧化銨的異丙醇溶液滴定，得到的滴定曲線如下：

非水溶劑（丙酮:異丙醇=1:1 v/v）中用1M NaOH滴定0.3g混酸

（40%HNO?,7%HF,30%CH?COOH）滴定曲線

這種方法很好的區(qū)分出了三個EQP，但這里要特別注意選擇電極時需要選擇非水相酸堿電極，如DGi116-Solvent非水相酸堿電極。

其中一種酸含量太小如何解決？

若氫氟酸含量減少至1%以下，則會出現(xiàn)第二三個EQP重合的情況。因滴定劑最小添加量過大或點解檢測不及時，導(dǎo)致使低含量酸與前一突躍點信號發(fā)生重疊，此時需通過優(yōu)化滴定劑添加參數(shù)，采用較合適劑量緩慢滴定的精細操作，以準確分辨各個突躍點。

所以在混酸滴定中，確保得到所有的電位突躍需要滿足以下兩個條件：

1.pKa值相值至少4-5（必要時采用有機試劑調(diào)節(jié)酸的pKa）

2.酸的濃度和量相近（必要時重新優(yōu)化滴定和識別參數(shù)）

電子化學(xué)品其他檢測手段

對于電子化學(xué)品的其他參數(shù)，如水分含量、密度、pH電導(dǎo)等等參數(shù)，梅特勒托利多也能夠提供檢測方案，尤其是對于各項儀器設(shè)備的聯(lián)用，能夠提供更加智能的解決方案，如天平和滴定儀的聯(lián)用，確保稱量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)腟mart Sample功能。

天平和滴定儀的聯(lián)用方案

實驗室分析儀器產(chǎn)品匯總

三、小結(jié)

混酸憑借精準蝕刻與高效清潔能力，為半導(dǎo)體制程奠定基礎(chǔ)，其回收再利用可顯著降低成本、提升效率，是推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心要素，對保障芯片良率與集成電路技術(shù)進步意義重大。從28nm到3nm，芯片制程突破均依賴混酸配方迭代，如EUV光刻后的多層膜刻蝕，需全新混酸體系應(yīng)對復(fù)雜材料堆疊。面對半導(dǎo)體與功能濕化學(xué)品的快速發(fā)展，我們將持續(xù)提供創(chuàng)新方案，助力企業(yè)突破技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)制程精進與良率提升。

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