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半导体混酸检测暗藏哪些玄机丨质量实验室检测混酸的注意事项有哪些?

来源:梅特勒托利多 METTLER TOLEDO   2025年06月26日 11:29  
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目录

什么是混酸?

质量实验室如何检测混酸?

小结


 

一、什么是混酸?

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“混酸” 是将两种或多种不同性质的酸类试剂按特定比例精准混合,通过科学配比实现化学特性的协同效应的功能型湿化学品。

在Fab厂中,将单酸混配可实现 1+1>2 的效果,如硝酸(HNO?)将硅表面氧化为二氧化硅,氢氟酸(HF)专门溶解二氧化硅,两者按比例混合形成 “氧化 - 刻蚀” 协同效应,使刻蚀制程的速率与选择性远超单酸。

作为清洗、刻蚀等核心制程的关键材料,混酸在集成电路刻蚀、清洗等工艺中至关重要,其组分比例与纯度的细微偏差都会影响芯片精度、良率与成本。因此,晶圆厂中通?;嵩诔窕炫涠擞胫柿渴笛槭曳直鸾性谙哂肜胂呒觳?,以确保制程稳定与产品质量。

产线上如何监控混酸的配置?

Fab厂中酸液混配通常由中心厂务执行,并通过PLC系统实时监控pH、电导率、温度等参数;部分厂根据布局由本地配置承担少量混配,满足区域即时需求。  

因混酸成分比例对制程影响重大,Fab厂对混配精度要求极高。梅特勒托利多的数字称重??榭删伎刂扑嵋禾砑恿?,使混配的误差控制在极小范围;InPro 电极采用耐氢氟酸玻璃材质,可实时监测输送管道等多个关键点位中混酸的pH值。整套方案与自动化系统联动,实现混酸自动化操作,既减少人工误差,又提升效率。

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高精度称重方案


耐颗粒物,耐腐蚀的pH传感器



 

二、质量实验室如何检测混酸?

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不同工艺流程会对不同种类的化学品混配,以满足特定工艺段的应用需求。晶圆制造工厂通常必须对混酸做离线的复核,以确其浓度和质量始终可靠。在质量实验室中,混酸必须满足相应的金属杂质含量,颗粒物,阴离子种类和含量以及混酸中各个酸的浓度配比要求。

电位滴定法测试混酸的成分

电位滴定法得益于其高检测精度在实验室中被广泛应用于湿化学品浓度测试,通过酸碱中和反应的电位突变确定混酸的有效浓度;此外,还会以密度和折光率等物理参数确保混酸符合严苛的生产要求?;焖嶂懈魉嵩谒械牡缋肽芰盎焖崤浞酱嬖诓钜欤颐窃诘味ɑ焖嶂型嵊龅饺缁焖岬牡味ㄈ笔У鹊钡?,滴定结果重复性很差的各种各样的问题。

那么混酸滴定到底该怎么做才能得到正确的结果?

电位滴定法测试混酸的注意事项

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首要检查酸的pKa值

混酸检测问题通常由各酸pKa值与浓度差异引发,混酸由强度相似、体积不同、浓度不同的酸组成,因强度相似的酸电离步骤相似,导致滴定电位突跃重叠。例如常见的酸蚀刻溶液(40%HNO3、7%HF和30%CH3COOH)水相滴定中,滴定曲线上仅有两个突跃点而不是理论值三个,我们来看反应步骤:

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三类酸在水溶液中pKa值相差很小,特别是HF 与 CH?COOH,在水中的滴定曲线发生重叠,导致理论三个突跃点实际仅显两个的情况。

我们可以通过有机试剂(如丙酮异丙醇混合物)或惰性盐溶液(如氯化钾和氯化钠溶液)来替代水溶液,增加酸的pKa值差异,以达到区分电位突跃的目的。例如,我们可以将样品溶解在丙酮中,然后用四乙基氢氧化铵的异丙醇溶液滴定,得到的滴定曲线如下:

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非水溶剂(丙酮:异丙醇=1:1 v/v)中用1M NaOH滴定0.3g混酸

(40%HNO?,7%HF,30%CH?COOH)滴定曲线

这种方法很好的区分出了三个EQP,但这里要特别注意选择电极时需要选择非水相酸碱电极,如DGi116-Solvent非水相酸碱电极。


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其中一种酸含量太小如何解决?

若氢氟酸含量减少至1%以下,则会出现第二三个EQP重合的情况。因滴定剂最小添加量过大或点解检测不及时,导致使低含量酸与前一突跃点信号发生重叠,此时需通过优化滴定剂添加参数,采用较合适剂量缓慢滴定的精细操作,以准确分辨各个突跃点。


所以在混酸滴定中,确保得到所有的电位突跃需要满足以下两个条件:

1.pKa值相值至少4-5(必要时采用有机试剂调节酸的pKa)

2.酸的浓度和量相近(必要时重新优化滴定和识别参数)

电子化学品其他检测手段

对于电子化学品的其他参数,如水分含量、密度、pH电导等等参数,梅特勒托利多也能够提供检测方案,尤其是对于各项仪器设备的联用,能够提供更加智能的解决方案,如天平和滴定仪的联用,确保称量数据直接传输的Smart Sample功能。

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天平和滴定仪的联用方案

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实验室分析仪器产品汇总



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三、小结

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混酸凭借精准蚀刻与高效清洁能力,为半导体制程奠定基础,其回收再利用可显著降低成本、提升效率,是推动半导体产业化发展的核心要素,对保障芯片良率与集成电路技术进步意义重大。从28nm到3nm,芯片制程突破均依赖混酸配方迭代,如EUV光刻后的多层膜刻蚀,需全新混酸体系应对复杂材料堆叠。面对半导体与功能湿化学品的快速发展,我们将持续提供创新方案,助力企业突破技术瓶颈,实现制程精进与良率提升。




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