背景介绍
半导体工艺与技术迅猛发展，让集成电路制造的器件尺寸不断迈向更小尺度，对环境及原材料污染控制的要求日益严苛。进入纳米级制造时代，其对电子化学品纯度要求大幅提升，杂质检测精度从微克/升提高到皮克/升。在半导体器件制造过程中，痕量杂质元素控制极为关键，这些杂质可能来自晶圆基板或电子化学品试剂，例如金属离子和纳米颗粒等，会损害器件性能、降低产量。所以，需要采用高纯试剂并严格控污染。三重四极杆串联ICP-MS因其独特的优势成杂质检测首选，不过针对不同电子化学品材料开发适配检测方法十分必要。
文章亮点
1. 综述了ICP-QQQ技术在半导体器件制造痕量杂质检测中的应用进展；
2. ICP-QQQ在酸性、有机化学品中金属/非金属杂质检测成果显著，尤其在高纯有机化学品检测及实验室本底控制等方面深入探索，总结了相关检测系统与条件设置；
3.探讨了ICP-QQQ配套在线监测系统实时监测半导体工艺化学品中的痕量杂质检测应用，通过严控实验室环境等关键因素，保障分析的准确性与可靠性。
内容介绍
1 半导体器件制造中的痕量金属检测
1.1 清洁剂/蚀刻液和制成工艺过程化学品
在IC制造过程中，晶片经历了许多加工步骤，使用的化学品大多与晶片表面接触，因此控制污染至关重要，一些常用化学品类型如表1所示[14]。
1.2 硅基材料中的杂质元素检测
检测和控制痕量杂质元素的污染始于高纯度晶片基板。这些基板通常由硅制成，但也可能包含其他材料，如碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）和砷化镓（GaAs）等[17]。高纯度电子级硅片的纯度必须在9N至11N之间，即99.9999999%到99.999999999%。从污染的角度来看，9N的纯度意味着硅中其他总杂质元素的最大含量为十亿分之一[18]。
2 高纯电子化学品检测的方法优化
2.1 有机化学品处理
在半导体制造过程中，广泛使用多种有机溶剂和产品，如IPA、CH3OH、TMAH、NMP、丙二醇单甲醚（PGME）、乳酸乙酯、乙酸丁酯以及光刻胶等。尽管部分有机化学物质能够溶于水，但通常建议避免稀释样品，以降低污染风险并实现尽可能低的检测限[30]。
2.2 非常规或腐蚀性样品的进样系统
在通常情况下，大多数常规样品均可通过ICP-QQQ半导体型号所配备的标准样品引入系统进行有效分析。这些系统通常包括微量雾化器、石英雾室、内径为2.5 mm的石英炬管、铂尖采样锥和截取锥等组件。然而，针对某些与标准样品引入系统不兼容的样品类型，必须选择适配特殊的样品引入方案，以便开展方法学研究，这种适配对于确保从各种复杂样品中获得可靠分析结果至关重要[39]。
3 在线监测及检测本底
3.1 电子化学品检测在线监测
在半导体制造过程中，对工艺化学品中的金属杂质进行严格监测是至关重要的。这些监测活动通常涵盖化学品的交付验收、中央供应、分配点以及使用点等多个环节。通过实施实时在线监测，可以在工艺流程的各个阶段迅速发现金属污染，从而为过程控制和质量保证/质量控制（QA/QC）提供及时的决策支持，并对等待卸货的化学品质量进行快速评估[42]。
3.2 高纯电子化学品检测本底控制
确保洁净的工作环境和精确的样品处理技巧对于通过ICP-QQQ技术进行痕量及超痕量元素分析至关重要，任何污染物的存在都可能导致分析结果的偏差，从而影响数据的准确性和可靠性[45]。因此，从样品采集、存储、制备到分析的每一个环节，都必须采取严格的污染预防措施，以确保分析结果的真实性和有效性[46]。
4 结论
在半导体制造过程中，ICP-QQQ技术以其高灵敏度、低背景和强大的干扰消除能力，能够有效地控制和监测半导体制造过程中各种高纯电子化学品的污染检测研究。对于难电离元素如磷、硫、硅和氯的检测，也可以在优化方法的基础上获得较高的准确性和可靠性。随着半导体技术的不断进步，对材料纯度的要求将进一步提高。未来的研究应集中在以下几个方面：1）技术创新：开发更先进的样品引入系统和分析技术，以进一步提高ICP-QQQ技术的灵敏度和准确性，特别是在处理复杂基质样品时的应用；2）自动化和智能化：通过引入自动化和智能化技术，提高分析过程的效率和重复性，减少人为错误和污染风险；3）多元素同时分析：探索能够同时分析更多元素的方法，以简化分析流程，降低成本，并提高数据收集的效率等。通过这些未来的研究方向，ICP-QQQ技术有望在半导体制造和其他高科技领域发挥更大的作用，为材料科学和工程领域的发展提供强有力的技术支持。
通讯作者介绍
曾远
个人简介
2017年博士毕业于中国地质大学(北京)与中国地质科学院，任湖北三峡实验室四级研究员。主要负责微电子化学品研发中心大型仪器设备运行与管理，从事高纯湿电子化学品中痕量杂质分析方法开发与半导体电子材料微区微区表征研究工作。累计发表学术论文34篇，其中SCI论文7篇，授权国家专利3项，参与3本专业专著编写。
主要研究方向
高纯电子化学品研发与检测
团队介绍
湖北三峡实验室微电子化学品检测团队主要负责高纯电子化学品研发与检测技术开发研究。从事TEM、FIB、SEM、ICP-QQQ、ICP-MS、ICP-OES等大型设备的先进半导体制程芯片蚀刻机理研究及高纯电子化学品检测方法研究等。
湖北三峡实验室链接：https://www.hbsxsys.com
