近年來中國在半導體領域的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成就，想進一步的突破，仍面臨著很大的挑戰(zhàn)，限制中國半導體發(fā)展的關鍵因素集中在半導體設備和先進材料等方面。在材料方面，包括光刻膠、前驅體、硅材料、電子化學品等，是技術壁壘高的半導體關鍵材料，亟待廣大科研單位及相關企業(yè)進行攻關。對這些關鍵材料的研發(fā)過程中，包括材料的優(yōu)化開發(fā)、作用機理探究、定性定量分析、材料性能評估以及質(zhì)量控制等，都需要使用各類分析手段。珀金埃爾默（PerkinElmer）作為分析儀器**的全球供應商，廣泛和深入的服務于全球研究機構和企業(yè)，助力半導體材料的研發(fā)。
珀金埃爾默分析技術在半導體材料研發(fā)中的應用
01 光刻膠
光刻膠是半導體制造和微電子制造中的關鍵材料之一，其研發(fā)和生產(chǎn)是半導體產(chǎn)業(yè)鏈中的關鍵環(huán)節(jié)，對于提升半導體制造工藝的精細度和效率具有重要意義。
光刻膠中金屬元素雜質(zhì)的存在會對其感光性能和成品質(zhì)量產(chǎn)生影響，如降低分辨率、增加膠層的不均勻性等。光刻膠主要成分是樹脂、光引發(fā)劑，單體等，主要成分都是有機物。在使用ICP-MS分析光刻膠中的金屬雜質(zhì)時，遇到的主要挑戰(zhàn)是儀器對有機試劑的耐受能力以及反應池消除質(zhì)譜干擾的能力。為了避免前處理可能帶來的污染，通常采用有機溶劑稀釋后直接進樣的方式測試。珀金埃爾默NexION系列ICP-MS采用的34 MHz頻率，使等離子體具有更強的趨附效應，中心通道更寬，有機類樣品在經(jīng)過等離子體時解離更完全，儀器測試有機樣品時具有更好的穩(wěn)定性。
NexION ICP-MS點炬狀態(tài)直接進空氣不熄炬，體現(xiàn)出強大的基體耐受能力
同時，在進行ICP-MS分析時，光刻膠中大量的碳、作為等離子體的氬等會帶來嚴重的質(zhì)譜干擾，如12C12C+對24Mg+的干擾、12C15N+對27Al+的干擾，40Ar12C+對52Cr+的干擾、40Ar16O+對56Fe+的干擾等，NexION系列ICP-MS具有化學分辨能力，其核心就是采用具有配備軸向加速電壓的四極桿作為反應池，配合使用反應活性強的純氨氣作為反應氣，在反應模式下能夠消除干擾，保證測試結果的準確度，達到精確評估光刻膠質(zhì)量的目的。
光刻膠中受干擾元素典型檢出能力
軸向加速四極桿通用池技術，確保質(zhì)譜干擾的去除
曝光動力學研究對于光刻膠的研發(fā)異常關鍵，因為其效能直接決定了制程良品率和生產(chǎn)效率。利用紫外光譜能夠監(jiān)測光刻膠在曝光過程中發(fā)生的光化學反應，通過跟蹤特定化學鍵或官能團的變化，研究人員可以評估光刻膠的反應動力學和光化學穩(wěn)定性。
高性能紫外-可見-近紅外分光光度計
（輔助建立DILL透光模型）
為了更加準確原位模擬光刻膠在不同紫外-可見波段下的曝光歷程，可采用差示掃描量熱分析儀（DSC）和紫外光源聯(lián)用進行分析，兩者的聯(lián)用，適合用于研究光刻膠的固化動力學過程，為研發(fā)更加穩(wěn)定可靠的新一代無機金屬氧化物復合光刻膠提供準確熱力學數(shù)據(jù)支撐。
紫外光-差示掃描量熱分析儀
在光刻膠配方開發(fā)過程中，出色的分析手段將極大幫助研究人員獲取反饋信息。單獨的手段往往具有局限性，比如熱重（TG）沒有結構定性能力，因此研究人員往往只能依靠個人的主觀經(jīng)驗推測每個分解溫度區(qū)間所產(chǎn)生組分的化學結構歸屬，這對于光刻膠配方逆向開發(fā)和性能優(yōu)化等領域的應用存在較大的不確定性。而單獨的紅外（FTIR）或者氣質(zhì)（GC/MS）均存在單一溫度維度測試的局限性，無法有效的還原溫度維度或實現(xiàn)原位檢測的要求。而采用分析技術的聯(lián)用，就可以實現(xiàn)設備間的“協(xié)同效應，揚長避短”，比如熱重引入的溫度維度可以結合紅外或氣質(zhì)的定性能力，賦予實時分析光刻膠組分隨溫度的動態(tài)逸出過程，做到原位監(jiān)測、還原真實的反應/分解過程，應用于光刻膠配方開發(fā)和環(huán)境顆粒物的相互作用研究。
熱重/紅外/氣質(zhì)（TGA/IR/GC/MS）
聯(lián)用逸出氣體測試平臺
02 前驅體
前驅體是半導體薄膜沉積工藝的主要原材料，在薄膜、光刻、互連、摻雜等半導體制造過程中，前驅體主要應用于氣相沉積(包括物理沉積PVD、化學氣相沉積CVD和原子氣相沉積ALD)，以形成符合半導體制造要求的各類薄膜層。此外，前驅體也可用于半導體外延生長、刻蝕、離子注入摻雜和清洗等，是半導體制造的核心材料之一。
前驅體介紹
用ICP-MS對前驅體樣品中金屬雜質(zhì)分析時，由于樣品中的金屬元素雜質(zhì)含量低，稀釋倍數(shù)受到限制，導致前處理后的溶液樣品中總固體溶解含量（TDS）較高，對ICP-MS耐鹽能力提出了很高的要求。珀金埃爾默NexION系列ICP-MS采用大錐孔三錐設計（TCI）和90度四極桿離子偏轉技術(QID)，配合全基體進樣系統(tǒng)（AMS），具有更加優(yōu)異的基體耐受能力，以及更加優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
（a）大錐孔三錐設計（TCI）和90度四極桿離子偏轉技術(QID)
（b）NexION ICP-MS優(yōu)異穩(wěn)定性（2000 ppm 硅中35元素100ppt）
前驅體中高基體的硅（Si）或金屬（如Ti）也會產(chǎn)生嚴重的質(zhì)譜干擾，比如高硅會對磷（P）、鈦（Ti）、鎳（Ni）等。利用NexION 系列ICP-MS的化學分辨能力，可以很好的實現(xiàn)前驅體中痕量雜質(zhì)分析。
（a）高硅基體中對相關元素的質(zhì)譜干擾
（b）NexION ICP-MS典型受硅基體干擾元素分析
03 硅基材料
半導體硅基材料的研發(fā)是半導體集成電路發(fā)展的核心，集成電路制造技術已進入了后摩爾時代，傳統(tǒng)硅基材料在尺寸微縮極限下遇到的關鍵挑戰(zhàn)，是造成集成電路工藝復雜性和系統(tǒng)設計難度顯著提升的重要因素。發(fā)展新材料（如三代半導體SiC等），探索與硅基技術兼容的新材料、新結構器件集成制造技術，是未來集成電路的重要發(fā)展趨勢，也是后摩爾時代集成電路發(fā)展的主要技術路線之一。
利用晶圓表面分解技術(VPD)與NexION 系列ICP-MS結合，不僅可以對晶圓表面金屬雜質(zhì)分析，也可以對晶圓進行剖面分析。得益于NexION系列ICP-MS出色的性能，每平方原子數(shù)檢出能力可達105。
（a）硅片經(jīng)VPD處理后照片
（b）硅片表面金屬雜質(zhì)分析
（c）摻硼硅片剖面分析
配備 MappIR 晶圓分析系統(tǒng)的珀金埃爾默Spectrum 3，不僅可以快速和簡易的實現(xiàn)硅基材料中的碳和氧的雜質(zhì)分析，還可以對涂層、電介質(zhì)以及外延膜進行測量。
（a）Spectrum 3 FT-IR 和 MappIR 系統(tǒng)
（b）不同工藝硅片光譜差異比較
（c）硅片中碳和氧分析
04 電子化學品
電子化學品是半導體生產(chǎn)過程一類重要的輔原料，品種很多，包括氫氟酸、硝酸、硫酸、鹽酸、氨水、雙氧水等超純無機試劑和異丙醇（IPA）、丙酮、四甲基氫氧化銨（TMAH）、N-甲基丙絡烷酮（NMP）、丙二醇甲基醚乙酯(PGMEA)等超純有機試劑。電子化學品生產(chǎn)工藝和應用研發(fā)是科研工作者的重要目標，其內(nèi)容包括高純度原料的選擇與預處理、提純技術、復配技術以及各類功能性電子化學品的開發(fā)與應用等方面。
ICP-MS作為電子化學品無機雜質(zhì)分析的最重要手段，已經(jīng)廣泛應用于電子化學品開發(fā)與生產(chǎn)質(zhì)量控制中。珀金埃爾默擁有全套的電子化學品ICP-MS分析標準操作方法，將極大的減少分析方法的開發(fā)，提升工作效率，加速研發(fā)過程。
NexION 系列ICP-MS 電子化學品標準操作方法
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