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半導體混酸檢測暗藏哪些玄機丨質量實驗室檢測混酸的注意事項有哪些?

目錄
一
什么是混酸?
二
質量實驗室如何檢測混酸?
三
小結
一、什么是混酸?

“混酸” 是將兩種或多種不同性質的酸類試劑按特定比例精準混合,通過科學配比實現化學特性的協同效應的功能型濕化學品。
在Fab廠中,將單酸混配可實現 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” 協同效應,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鍵材料,混酸在集成電路刻蝕、清洗等工藝中至關重要,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混配端與質量實驗室分別進行在線與離線檢測,以確保制程穩定與產品質量。
產線上如何監控混酸的配置?
Fab廠中酸液混配通常由中心廠務執行,并通過PLC系統實時監控pH、電導率、溫度等參數;部分廠根據布局由本地配置承擔少量混配,滿足區域即時需求。
因混酸成分比例對制程影響重大,Fab廠對混配精度要求極高。梅特勒托利多的數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,可實時監測輸送管道等多個關鍵點位中混酸的pH值。整套方案與自動化系統聯動,實現混酸自動化操作,既減少人工誤差,又提升效率。


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耐顆粒物,耐腐蝕的pH傳感器
二、質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品混配,以滿足特定工藝段的應用需求。晶圓制造工廠通常必須對混酸做離線的復核,以確其濃度和質量始終可靠。在質量實驗室中,混酸必須滿足相應的金屬雜質含量,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用于濕化學品濃度測試,通過酸堿中和反應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確保混酸符合嚴苛的生產要求。混酸中各酸在水中的電離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,滴定結果重復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果?
電位滴定法測試混酸的注意事項
1
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,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生重疊,導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。
2
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,導致使低含量酸與前一突躍點信號發生重疊,此時需通過優化滴定劑添加參數,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節酸的pKa)
2.酸的濃度和量相近(必要時重新優化滴定和識別參數)
電子化學品其他檢測手段
對于電子化學品的其他參數,如水分含量、密度、pH電導等等參數,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備的聯用,能夠提供更加智能的解決方案,如天平和滴定儀的聯用,確保稱量數據直接傳輸的Smart Sample功能。

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三、小結

混酸憑借精準蝕刻與高效清潔能力,為半導體制程奠定基礎,其回收再利用可顯著降低成本、提升效率,是推動半導體產業化發展的核心要素,對保障芯片良率與集成電路技術進步意義重大。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,需全新混酸體系應對復雜材料堆疊。面對半導體與功能濕化學品的快速發展,我們將持續提供創新方案,助力企業突破技術瓶頸,實現制程精進與良率提升。
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