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王英
随着2014年6月工信部发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，中国的半导体行业拉开了高速发展的序幕。近日，备受瞩目的国家集成电路产业投资基金三期的正式成立，标志着中国集成电路产业迈入了新的发展阶段，该基金旨在通过大规模投资推动半导体行业的自给自足和技术突破，中国半导体企业可以更加专注于技术创新和市场拓展，为中国集成电路产业的腾飞提供强大动力。
赛默飞深知集成电路产业对技术的极致追求，因此不断推陈出新，为半导体及相关行业的关键环节-无论是对半导体材料、集成电路制造还是封装测试等环节，赛默飞都能提供稳健可靠的分析方法，在助力客户全面提升产品良率的同时，也为半导体产业的研发创新提供新思路。
全面有效的半导体杂质控制方案
助力集成电路产品良率提升
随着半导体器件的尺寸不断缩小，其结构越来越复杂，对杂质含量的敏感度也相应提高。每降低1%的良率，都可能给客户带来数千万美元的利润损失。因此，半导体制造过程中的杂质控制已经不再是简单的工艺要求，而是成为决定产品成败的关键因素。
痕量金属元素杂质检测方案
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赛默飞可提供从ICP-OES到从单杆到三重四极杆以及高分辨ICPMS全产品线平台，适用于不同制程的痕量污染物检测需求，以确保 QA/QC 一致性，减少晶圆缺陷。
应用示例：测定光刻胶溶剂中的超痕量元素
半导体光刻胶一般由光引发剂、树脂、单体、溶剂和其他助剂等组成，丙二醇甲醚醋酸酯 (PGMEA) 和 N-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP) 是生产亚微米 (μm) 结构的半导体光刻胶的基体有机溶剂，由于光刻胶与晶片表面直接接触，因此，必须控制其痕量金属成分的纯度。由于 PGMEA 和 NMP具有高挥发性和高碳含量，可能会造成明显的多原子干扰。赛默飞iCAP TQs ICP-MS 中结合冷等离子体、动能歧视和三重四极杆 ICP-MS 技术方法去除所有多原子干扰。使用冷等离子体时，ICP 离子源以明显较低的正向功率运行，有效抑制了氩和碳的电离，因此去除了随后产生的所有多原子物质，避免其干扰目标分析物离子。对于一些在热等离子体条件下更为敏感的分析物，可自动选择三重四极杆的质量数偏移分析模式进行准确、无干扰的分析。
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痕量离子态杂质检测方案
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赛默飞离子色谱技术完全满足超纯水、高纯试剂、电子气体中无机阴离子和铵根的检测需求，通过在线中和、离子排斥、浓缩等方法，将样品基质在线去除，实现无机阴离子和铵根的富集，达到ppb-ppt 级别的痕量杂质检测需求。
应用示例：电子气体二氧化碳中痕量阴离子和铵根的检测方案
高纯电子级二氧化碳主要用于晶圆制造过程中的清洗技术和沉浸式光刻技术，国际半导体设备与材料组织（SEMI ）在2018年C55-1104中，对二氧化碳产品的纯度要求要达到 99.999% 以上，而相关企业对二氧化碳产品的纯度要求已达到 9N级，对阴离子杂质和铵根的限度要求达到 ppb ~ppt级。在样品测定时，电子级二氧化碳通过流量泵通入超纯水中，调节吸收时间和吸收体积，测定最终吸收液中的阴离子和铵根含量。常见的吸收方法有离线吸收、半自动吸收和全自动在线吸收。
离子色谱检测高纯气体吸收液样品流程示意图
标准阴离子溶液谱图（点击查看大图）
有机污染物杂质分析方案
半导体制造常需要用到一些有机试剂，比如异丙醇，丙酮，二甲苯等，对这些试剂的纯度要求也较高，对生产过程所用的有机试剂的杂质水平必须进行严密控制和监测以减少污染情况的发生。赛默飞气质联用仪和液质联用仪能为半导体提供晶圆制程相关有机污染物分析、材料分析及研发中成分解析等行业领先的有机分析解决方案。
ISQ7610 GC-MS 单四极杆气质联用仪
先进的质谱方案为集成电路研发提供新思路
光刻胶是半导体产产业的核心材料，占据电子材料的至高点。目前国内高端光刻胶的供应严重依赖进口，因此加快半导体光刻胶的国产替代不仅可以满足国内市场对高端光刻胶的需求，还可以进一步拓展国际市场，提升国内企业的国际竞争力。因此对于光刻胶成分的分析包括对光刻胶中树脂的研究也成为了研发的主要重点。Orbitrap™ Exploris™系列高分辨质谱仪，不仅可以从复杂的背景干扰中分离得到目标物，对含量极低组分进行定性定量检测，而且可以对未知物定性分析提供了可深度挖掘的原始数据，为发现新化合物、寻找低浓度关键标志物提供可能。
Orbitrap Exploris 120
随着半导体器件的尺寸变得远小于常用的表征方法（如SIMS、RBS等）的束斑大小，传统的表征技术已经不再适用。因此，需要新的概念和技术来适应这种尺寸的变化。
在过去几年中，已经展示了使用自聚焦二次离子质谱（SF-SIMS）来确定极小尺寸结构体成分的方法。但这种方法在应用中遇到了挑战：因为SF-SIMS中广泛使用了较高m/z的二次离子，由此带来的质量干扰会限制SF-SIMS方法达到低检测限并无法准确识别离子信号。
研究表明1Orbitrap™质量分析器可以提高质量分辨率高达约20倍，并且具有低于一个ppm的质量准确度，Orbitrap™ SIMS的质量分辨能力足以解决限制性的质量干扰，从而能够准确量化小于20纳米的finFET（鳍式场效应晶体管）结构中的杂质/掺杂剂(<20 nm)。文章中研究分析了由P掺杂的Si0.25Ge0.75的鳍片结构 ，P掺杂的SiGe顶部覆盖有一层约10纳米厚的纯Ge层。在掺杂过程中，P也可能被掺入周围的SiO2中。因此，基于杂质P−信号强度和基质Si−信号强度的经典SIMS（二次离子质谱）定量方法无法应用于这种特定系统，因为这将导致结果不准确。而Orbitrap™-SIMS的提供了所需的高质量分辨能力，以克服在利用质谱进行掺杂剂分析时遇到的信号干扰问题。
作为科学服务领域的领导者，赛默飞凭借其强大的技术实力和创新精神，在集成电路领域取得了显著的成就。未来，赛默飞将继续为中国半导体产业的高质量发展提供全面、可靠的技术支撑和解决方案。
参考文章：
1：Orbitrap™-SIMS analysis of advanced semiconductor inorganic structures by A. Franquet , V. Spampinato , S. Kayser , W. Vandervorst and P. van der Heide
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