水是工业的“血液”,在制造、加工、净化、洗涤等方面发挥着重要的作用。因此,水的质量对工业来说尤为重要。随着工业的高质量发展,工业生产用水对水质要求越来越严苛。许多行业离不开超纯水。 例如,制药行业用超纯水消毒清洗、制剂洗瓶、配料,电力行业用超纯水制备精细处理设备,半导体行业用超纯水给芯片“洗澡”清洁,从而确保芯片质量达标。

处于整个电子信息产业链顶端的半导体,对超纯水的电导性、离子含量、TOC、DO等要求越来越严。严苛的要求,复杂的制备工艺,给半导体超纯水制备行业带来颇高的准入门槛,也给一些拥有核心自研优势的企业创造出发展机遇。

各行业超纯水标准不同,半导体位列“最高档”

用超纯水设备制取处理的纯水可应用于电子半导体行业、电池电镀、食品工业、玻璃用水、医疗行业、饮料用水、酿酒工业、超纯材料和超纯试剂的生产等领域。不同行业为超纯水设置了不同“准入券”。

目前,我国电子工业部把工业超纯水水质技术分为五个行业标准,分别为 18MΩ.cm、15MΩ.cm、10MΩ.cm、2MΩ.cm、0.5MΩ.cm,以区分不同水质。一些行业不仅对电阻率有要求,还对金属离子,细菌含量,甚至是溶解氧含量都有严格要求。

其中,电力行业锅炉用水的特殊要求是>5MΩ·CM的超纯水,水不纯会造成锅炉结垢,消耗了热能,锅炉底部受热不均,还会引起爆炸。医药行业对超纯水的水质标准是:电阻率:≥15MΩ·CM,电导率:≤0.5μS,氨≤0.3μg/ml,硝酸盐≤0.06μg/ml,重金属≤0.5μg/ml。镀膜玻璃冲洗用超纯水水质标准是:镀膜前要用>17MΩ·CM的超纯水清洗。水质不达标,会导致镀膜效果差,膜层就容易脱落。

半导体行业对超纯水的指标要求比其他行业都高 。根据半导体芯片的大小和线径的不同,水质要求也不一样。其超纯水的水质指标如下:电阻率大于18.2兆欧(25摄氏度);TOC(总有机碳)小于1至10 ppb,DO(溶解氧)小于1至10 ppb;0.05微米颗粒(微粒)小于200个/升;离子含量大多小于20至50 PPT没有检测到细菌。

在超纯水生产过程中,只要微粒子、电阻率和TOC与气泡中的某一指标稍有差异,就会使半导体元件生产的合格率下降。比如在半导体生产工艺中,硼是P型杂质,过量会使n型硅反型,对电子、空穴浓度有影响。因此在超纯水行业中,要充分考虑硼的脱除。

半导体超纯水高标准促进超纯水制备技术持续提升

超纯水的指标要求越高,背后的制备工艺也愈加繁复,对超纯水系统的要求也更为严苛。

因此,超纯水的制备技术在半导体工业的发展中是非常重要的一环。近年半导体器件变得越来越小,随着半导体工艺从28nm走向7nm、5nm及更先进等级后,先进制程对杂质的敏感度更高,小尺寸污染物的高效清洗将更困难。这意味着超纯水的制备工艺将更重要、更富挑战性。与此同时,更要求企业具备持续创新能力,不断精进超纯水制备技术和工艺。

一般超纯水系统要经由多重过滤、离子交换、除气、逆渗透、紫外线、超滤、纳米滤、离子吸附过滤等多个环节才能产生超纯水,整个制造过程中采用的工艺技术复杂而精细,不容偏差。 半导体行业超纯水对于电阻率的要求非常严格,电阻率大于18.2MΩ•厘米,理论上几乎不含离子,常规的单一工艺很难达到这一要求。多采用几种工艺联合使用,如树脂+RO+EDI等,各地自来水的离子含量也各有差别,需根据不同的情况调整工艺组合情况,对颗粒进行去除后再进行脱盐工艺。

脱气工艺方面,近些年半导体行业对于溶解氧(DO)的要求需小于1ppb,所以去除水中的溶解氧是技术难点。在去除的同时,还要保证隔绝空气,对于容器和管道的气密性要求非常严格。 通常需要通过多级高性能脱气膜联合运行,才能达到半导体工业超纯水深度脱气需求。

半导体所用超纯水生产技术难度高,具有较高的技术门槛和原材料壁垒,部分不可或缺的关键材料或产品不得不依靠进口。不过近年来我国超纯水制备工艺有了长足进步,技术壁垒渐获突破, 这将进一步助推我国半导体领域的健康持续发展。

掌握核心超纯水工艺,高频科技带来“芯”突破

受到半导体产业的发展影响,我国超纯水市场需求持续攀升,市场发展空间巨大。经过多年发展,国内已有部分企业实现设备或核心材料的生产,逐渐实现超纯水国产化,超纯水生产制备技术和工艺日益成熟 。

高频科技在超纯水领域潜心深耕二十余年,以创新研发为引导,不断探索超纯水的绝对纯度。从多介质过滤、活性炭吸附、离子交换、反渗透膜、紫外线杀菌、紫外线TOC去除,再到电渗析、超滤、钠滤、真空脱气塔、膜脱气等,涵盖不止于18项专业处理工艺环节,不断提升超纯水系统的应用效率。并在反渗透、离子交换、膜脱气、紫外线杀菌和TOC降解等多项关键技术产品材料中,也有着行业性的应用创新成果。产水水质接近绝对纯度,电导率无限接近18.24MΩ•厘米的理论极限值,其纯度可达99.9999999999%,不断满足半导体行业日趋提升的用水需求,并以此塑造了强大的行业技术壁垒,在国内超纯工艺领域中厚积薄发。

除了了解工艺,懂得如何生产满足工艺指标要求的超纯水外,保持系统的稳定同样对于芯片制造至关重要,这不仅与终端材料和规格的选择、系统管路设计的优化相关,同时与超纯水装置的控制系统有关,以上方面高频科技都有一定优势。

高频科技作为行业领先的本土超纯工艺技术企业,从超纯水工艺的把握,到生产制造环节的质量控制,都达到国际先进水平。在超纯水材料研发与生产这一上游领域,高频科技的研发前景也值得期待。

近年来,凭借巨大的市场需求、稳定的经济增长及有利的产业政策环境等优势条件,中国半导体产业步入了新一轮加速发展的阶段,近年来年均复合增长率达12%,市场规模突破万亿。半导体行业的快步发展,也驱动着超纯水行业的不断革新。而高频科技等企业通过自主创新取得的超纯水技术和工艺进步,也为国内半导体行业突破升级带去新赋能。