處于整個電子信息產業鏈頂端的半導體,對超純水的電導性、離子含量、TOC、DO等要求越來越嚴。嚴苛的要求,復雜的制備工藝,給半導體超純水制備行業帶來頗高的準入門檻,也給一些擁有核心自研優勢的企業創造出發展機遇。

各行業超純水標準不同,半導體位列“最高檔”

用超純水設備制取處理的純水可應用于電子半導體行業、電池電鍍、食品工業、玻璃用水、醫療行業、飲料用水、釀酒工業、超純材料和超純試劑的生產等領域。不同行業為超純水設置了不同“準入券”。

目前,我國電子工業部把工業超純水水質技術分為五個行業標準,分別為 18MΩ.cm、15MΩ.cm、10MΩ.cm、2MΩ.cm、0.5MΩ.cm,以區分不同水質。一些行業不僅對電阻率有要求,還對金屬離子,細菌含量,甚至是溶解氧含量都有嚴格要求。

其中,電力行業鍋爐用水的特殊要求是>5MΩ·CM的超純水,水不純會造成鍋爐結垢,消耗了熱能,鍋爐底部受熱不均,還會引起爆炸。醫藥行業對超純水的水質標準是:電阻率:≥15MΩ·CM,電導率:≤0.5μS,氨≤0.3μg/ml,硝酸鹽≤0.06μg/ml,重金屬≤0.5μg/ml。鍍膜玻璃沖洗用超純水水質標準是:鍍膜前要用>17MΩ·CM的超純水清洗。水質不達標,會導致鍍膜效果差,膜層就容易脫落。

半導體行業對超純水的指標要求比其他行業都高 。根據半導體芯片的大小和線徑的不同,水質要求也不一樣。其超純水的水質指標如下:電阻率大于18.2兆歐(25攝氏度);TOC(總有機碳)小于1至10 ppb,DO(溶解氧)小于1至10 ppb;0.05微米顆粒(微粒)小于200個/升;離子含量大多小于20至50 PPT沒有檢測到細菌。

在超純水生產過程中,只要微粒子、電阻率和TOC與氣泡中的某一指標稍有差異,就會使半導體元件生產的合格率下降。比如在半導體生產工藝中,硼是P型雜質,過量會使n型硅反型,對電子、空穴濃度有影響。因此在超純水行業中,要充分考慮硼的脫除。

半導體超純水高標準促進超純水制備技術持續提升

超純水的指標要求越高,背后的制備工藝也愈加繁復,對超純水系統的要求也更為嚴苛。

因此,超純水的制備技術在半導體工業的發展中是非常重要的一環。近年半導體器件變得越來越小,隨著半導體工藝從28nm走向7nm、5nm及更先進等級后,先進制程對雜質的敏感度更高,小尺寸污染物的高效清洗將更困難。這意味著超純水的制備工藝將更重要、更富挑戰性。與此同時,更要求企業具備持續創新能力,不斷精進超純水制備技術和工藝。

一般超純水系統要經由多重過濾、離子交換、除氣、逆滲透、紫外線、超濾、納米濾、離子吸附過濾等多個環節才能產生超純水,整個制造過程中采用的工藝技術復雜而精細,不容偏差。 半導體行業超純水對于電阻率的要求非常嚴格,電阻率大于18.2MΩ•厘米,理論上幾乎不含離子,常規的單一工藝很難達到這一要求。多采用幾種工藝聯合使用,如樹脂+RO+EDI等,各地自來水的離子含量也各有差別,需根據不同的情況調整工藝組合情況,對顆粒進行去除后再進行脫鹽工藝。

脫氣工藝方面,近些年半導體行業對于溶解氧(DO)的要求需小于1ppb,所以去除水中的溶解氧是技術難點。在去除的同時,還要保證隔絕空氣,對于容器和管道的氣密性要求非常嚴格。 通常需要通過多級高性能脫氣膜聯合運行,才能達到半導體工業超純水深度脫氣需求。

半導體所用超純水生產技術難度高,具有較高的技術門檻和原材料壁壘,部分不可或缺的關鍵材料或產品不得不依靠進口。不過近年來我國超純水制備工藝有了長足進步,技術壁壘漸獲突破, 這將進一步助推我國半導體領域的健康持續發展。

掌握核心超純水工藝,高頻科技帶來“芯”突破

受到半導體產業的發展影響,我國超純水市場需求持續攀升,市場發展空間巨大。經過多年發展,國內已有部分企業實現設備或核心材料的生產,逐漸實現超純水國產化,超純水生產制備技術和工藝日益成熟 。

高頻科技在超純水領域潛心深耕二十余年,以創新研發為引導,不斷探索超純水的絕對純度。從多介質過濾、活性炭吸附、離子交換、反滲透膜、紫外線殺菌、紫外線TOC去除,再到電滲析、超濾、鈉濾、真空脫氣塔、膜脫氣等,涵蓋不止于18項專業處理工藝環節,不斷提升超純水系統的應用效率。并在反滲透、離子交換、膜脫氣、紫外線殺菌和TOC降解等多項關鍵技術產品材料中,也有著行業性的應用創新成果。產水水質接近絕對純度,電導率無限接近18.24MΩ•厘米的理論極限值,其純度可達99.9999999999%,不斷滿足半導體行業日趨提升的用水需求,并以此塑造了強大的行業技術壁壘,在國內超純工藝領域中厚積薄發,領軍突起。

除了了解工藝,懂得如何生產滿足工藝指標要求的超純水外,保持系統的穩定同樣對于芯片制造至關重要,這不僅與終端材料和規格的選擇、系統管路設計的優化相關,同時與超純水裝置的控制系統有關,以上方面高頻科技都有一定優勢。

高頻科技作為行業領先的本土超純工藝技術企業,從超純水工藝的把握,到生產制造環節的質量控制,都達到國際先進水平。在超純水材料研發與生產這一上游領域,高頻科技的研發前景也值得期待。

近年來,憑借巨大的市場需求、穩定的經濟增長及有利的產業政策環境等優勢條件,中國半導體產業步入了新一輪加速發展的階段,近年來年均復合增長率達12%,市場規模突破萬億。半導體行業的快步發展,也驅動著超純水行業的不斷革新。而高頻科技等企業通過自主創新取得的超純水技術和工藝進步,也為國內半導體行業突破升級帶去新賦能。