背景介绍
气态分子污染物（AMCs）近年来在半导体行业受到广泛关注，其中包含的酸性污染物和金属污染物更是极为重要，这两种污染物在几个μg/m3的浓度下即可对半导体材料造成不可逆的影响。洁净室对于AMCs的控制最为严格，半导体制造加工过程是洁净室内污染物研究最重要的部分。酸性污染物会对晶圆造成腐蚀，同时会和碱性污染物反应生成盐纳米颗粒，影响曝光质量与良率；金属污染物易与硅片表面发生化学吸附或掺杂，导致器件漏电、电流上升、电性能不稳定等问题。
文章亮点
1. 结合半导体行业制造发展，探究酸性污染物、金属污染物的来源，研究不同污染物的对半导体制造的影响机制；
2. 整理多种酸性污染物、金属污染物的前处理技术，对不同前处理技术进行分类；
3. 整理酸性污染物、金属污染物μg/m3级别检测技术，为酸性污染物、金属污染物的离线检测提供主流方法；
4.随着半导体行业发展，提出未来检测技术的发展方向和治理气态分子污染物的手段。
内容介绍
1 污染物的来源及影响机制
洁净实验室的AMCs来源主要分为两个部分：室内和室外。其中室内部分包括：工艺生产、设施材料、人员、设施交叉污染；室外部分为室外空气环境。AMCs来源示意图如图1所示。
洁净室内工艺生产常为半导体制造加工过程。半导体制造是高度精密且复杂的过程，可分为4个阶段：材料储备、晶体生长、晶圆制造和芯片封装[11]，如图2所示。
2 采样及前处理技术
2.1 冲击瓶吸收法
如图3所示，可通过冲击瓶吸收法吸收空气中挥发性酸性污染物（如 HF、CH₃COOH、HCOOH）。Song等[23]通过将 FOUP 内的空气通过装有去离子水（DIW）的气泡瓶，使污染物溶解在水中形成离子，随后通过离子色谱（IC）分析溶液中的离子浓度。
2.2 吸附管采样
吸附管采样法是一种利用吸附材料吸收气体中待测物质的方法，常用于空气中低浓度的挥发性有机物（VOC）的样品采集[26]。
2.3 液相萃取法
液相萃取法是将样品浸泡在特定溶剂中，使样品表面或者样品中的金属杂质溶解到溶剂中的方法。
3 分析技术进展
3.1 酸性污染物分析技术
目前酸性污染物的检测技术以离子色谱（IC）技术为主，近年来国内外也开发了化学发光法、紫外荧光法、光腔衰荡法（CRDS）、离子迁移谱法（IMS）以及高灵敏度间接测定酸性污染物的软X射线气-粒转化检测法。
3.2 金属污染物的检测技术
金属污染物的检测技术以电感耦合等离子体发射光谱与质谱（ICP-OES/ICP-MS）为主，同时也有一些探索性的测试方法，包括全反射X射线荧光光谱法和电化学测量法。
4 结论
随着半导体制造工艺的发展，气态分子污染物（AMCs）的控制成为影响芯片良率和可靠性的关键因素。本文系统梳理了AMCs中酸性污染物（MA）和金属污染物（MM）的来源、影响机制、采样手段以及分析技术进展。
4.1 已报道的工作中，对酸性污染物的分析方法中，离子色谱（IC）依旧是主流方法，结合冲击瓶吸收或液相萃取，可实现无机酸和有机酸μg/ m3级的检测。
4.2 化学发光法和紫外荧光法是可实现气体中部分酸性污染物μg/ m3级检测，但存在局限性，无法同时检测多种酸性污染物。
4.3 在金属污染物的检测中，ICP-MS凭借ng/kg级检出限是金属分析的最常用手段，尤其适用于有机试剂、超纯水与硅片表面金属污染物分析。
4.4 腔衰荡法（CRDS）和软X射线气-粒转化法能够实现μg/m3级检测，但由于仪器的成本及检测方法的局限性，尚未普及。
通讯作者介绍
许竞早
个人简介
副研究员，主要从事有机化工分析技术开发和标准化工作。2024年获中国石化科技进步奖二等奖1项，中国石油和化学工业联合会科技进步三等奖1项。负责/参与7项国家标准及行业标准制修订，发表科技论文8篇。
主要研究方向
有机化工分析技术开发
近五年代表作
1.GB/T 14571.4-2022工业用乙二醇试验方法第4部分：紫外透光率的测定紫外分光光度法（第一起草人）
2. ASTM E2193-23 单乙二醇紫外线透射率的标准试验方法（第一起草人）
团队照片
