當(dāng)今的技術(shù)世界高度依賴(lài)集成電路 (ic)，其廣泛存在于從制造機(jī)器人到智能燈泡、從電話到汽車(chē)和航空航天的各種設(shè)備中。硅基 ic 器件由數(shù)百萬(wàn)個(gè)封裝在硅片芯片上的單個(gè)晶體管（或開(kāi)關(guān)）制成。該器件由氧化物、多晶硅、氮化硅絕緣體和導(dǎo)電金屬互連件的圖案層構(gòu)成。這些層通過(guò)“通孔”連接以形成提供所需計(jì)算或存儲(chǔ)功能的 3d 結(jié)構(gòu)。
在集成電路制造過(guò)程中（如圖 1 所示），需對(duì)每個(gè)導(dǎo)電或絕緣層進(jìn)行沉積、掩模和蝕刻。這將留下復(fù)雜的特征圖案，線寬小至 10 納米（相當(dāng)于約 40 個(gè) si 原子）。增加摻雜區(qū)域，沉積或注入特定原子以改變硅的導(dǎo)電率。
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目前的“10 納米”幾何結(jié)構(gòu)所包含的特征大小僅為 20 世紀(jì) 70 年代所制造電路的 1/1000 左右。這種尺寸的減小和密度的增加需要同時(shí)改進(jìn)對(duì)污染的控制。由此產(chǎn)生的對(duì)更高純度化學(xué)品的需求導(dǎo)致對(duì)檢測(cè)金屬雜質(zhì)的分析儀器的性能提出了更高的要求，這一趨勢(shì)很可能會(huì)持續(xù)下去。
ic 器件制造中的痕量金屬半導(dǎo)體器件制造需要嚴(yán)格控制污染源；業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，污染造成了約 50% 的產(chǎn)量損失。晶圓襯底或制造過(guò)程中使用的化學(xué)品可能引入金屬污染物。監(jiān)測(cè)并控制痕量元素污染始于高純度晶圓襯底。襯底通常為硅，但也可使用其他材料，如碳化硅、氮化硅和砷化鎵。高純度電子級(jí)硅的純度必須介于 9n 和 11n（99.9999999% 至 99.999999999%）之間。就污染而言，9n 純度是指固體 si 中全部雜質(zhì)元素的最大濃度為十億分之一 (ppb)。將 si 溶于氫氟酸中之后，可利用電感耦合等離子體質(zhì)譜 (icp-ms) 測(cè)量硅塊中的痕量金屬污染。使用表面分析技術(shù)（如氣相分解）測(cè)量切割晶圓中的痕量金屬，其中將金屬?gòu)?si 襯底中提取到液滴中，然后利用 icp-ms 進(jìn)行分析。除高純度晶圓襯底以外，必須控制晶圓制造過(guò)程中使用的化學(xué)品的純度，以免引入污染物。金屬污染物令人關(guān)注，因?yàn)樗鼈儠?huì)通過(guò)降低介質(zhì)擊穿電壓等原因而影響成品器件的電氣性能。除溶解于制程化學(xué)品中的污染物以外，在整個(gè)制造過(guò)程中還對(duì)不溶性納米顆粒進(jìn)行監(jiān)測(cè)
半導(dǎo)體制造中的 icp-ms電感耦合等離子體質(zhì)譜儀當(dāng) icp-ms 在 20 世紀(jì) 80 年代問(wèn)世時(shí)，因其高靈敏度、低檢測(cè)限和多元素檢測(cè)能力，半導(dǎo)體制造商和化學(xué)品供應(yīng)商對(duì)其非常感興趣。隨著“冷等離子體”在 hp 4500 儀器上的成功開(kāi)發(fā)，icp-ms 在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用在 20 世紀(jì) 90 年代得到快速發(fā)展。冷等離子體使 icp-ms 測(cè)定痕量 na、k、ca 和 fe 成為可能，因此半導(dǎo)體制造商和化學(xué)品供應(yīng)商不再需要使用石墨爐 aas 測(cè)量這些元素icp-ms 制造商不斷改進(jìn)技術(shù)，一項(xiàng)主要突破是 2012 年推出的 agilent 8800 串聯(lián)四極桿 icp-ms (icp-ms/ms)。8800 及其后續(xù)產(chǎn)品 agilent 8900 icp-ms/ms 比單四極桿 icp-ms 提供了更高的靈敏度、更低的背景和更出色的干擾物質(zhì)控制。這使得監(jiān)測(cè)更多數(shù)量的低濃度污染物元素成為可能，包括 si、p、s 和 cl 等之前難以分析的元素。
硅及其他材料硅片襯底及相關(guān)層和涂層中的金屬污染可使用表面金屬提取 (sme)（也稱(chēng)為氣相分解 vpd）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在 sme/vpd 技術(shù)中，使用 hf 蒸氣溶解晶圓表層（裸 si 或天然/熱氧化 sio2）。通過(guò)在整個(gè)晶圓表面上“掃掠”一滴回收溶液（通常為hf 和 h2o2，但是有時(shí)采用 hcl/h2o2 等替代溶液）來(lái)收集溶解態(tài)金屬。然后將液滴從晶圓表面轉(zhuǎn)移到 icp-ms 中進(jìn)行分析。用于芯片制造的其他材料適合通過(guò) icp-ms 進(jìn)行分析，包括三甲基鎵 (tmg)、三甲基鋁 (tma)、二甲基鋅 (dmz)、四乙氧基硅烷 (teos) 和三氯硅烷 (tcs) 等金屬有機(jī)化合物。此類(lèi)化合物是用于在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (mocvd) 和原子層沉積中薄金屬膜或外延晶體層生長(zhǎng)的前體。al、cu、ti、co、ni、ta、w 和 hf 等純金屬用作物理氣相沉積 (pvd) 的濺射靶，以在晶圓表面上形成薄金屬膜。高 k 值電介質(zhì)材料包括 zr、hf、sr、ta 和稀土元素 (ree) 的氯化物及氧化物。這些材料的可接受污染物濃度各有限制，需要使用 icp-ms 進(jìn)行分析。
清潔/蝕刻和制程化學(xué)品在 ic 制造過(guò)程中，晶圓經(jīng)過(guò)許多制程，如圖 1 所示。所用的化學(xué)品與晶圓表面接觸，因此對(duì)污染的控制至關(guān)重要。一些常用化學(xué)品的示例如表 1 所示。在控制污染方面，最關(guān)鍵的制程化學(xué)品包括超純水 (upw) 和 rca 標(biāo)準(zhǔn)清洗 (sc) 溶液 sc-1 和 sc-2。rca 清洗步驟除去晶圓表面的化學(xué)污染物和顆粒物雜質(zhì)，而不損傷芯片。sc-1（溶于去離子水 (diw) 中的 nh4oh 和 h2o2）用于除去晶圓表面的有機(jī)殘留物、膜和顆粒。然后用 sc-2（溶于 diw 中的 hcl 和 h2o2）除去離子型污染物。
關(guān)鍵詞：芯片 質(zhì)譜儀