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赛默飞离子色谱高纯试剂中杂质离子检测方案守护半导体芯片质量
赛默飞离子色谱（IC）凭借高选择性分离能力与ppt级检测灵敏度，直接解决了痕量无机离子（如F-、Cl-、NO3-、SO42-及铵根）引发腐蚀与薄膜缺陷，进而导致半导体芯片失效的严峻挑战。该技术方案赋能半导体企业的质量管控与工艺研发人员，为其建立涵盖湿电子化学品与超纯水的高灵敏、高稳定检测手段，符合SEMI标准。通过在清洗、刻蚀、抛光等核心工艺中实现对离子杂质的精准管控，保障集成电路先进制程的芯片良率与可靠性。
随着集成电路先进制程不断演进，半导体用高纯试剂即湿电子化学品的纯度已成为影响半导体芯片良率与可靠性的关键因素。在清洗、刻蚀、抛光等核心工艺中，痕量无机阴离子（如F-、Cl-、NO3-、SO42-）及铵根的微小波动，均可能引发腐蚀、残留或薄膜缺陷，从而导致器件性能下降甚至失效。因此，半导体企业亟需建立高灵敏、高稳定的检测手段，实现对湿电子化学品中离子杂质的精准管控。
针对这一核心需求，离子色谱（IC）凭借其对痕量阴阳离子的高选择性分离能力和ppt级甚至更低的检测灵敏度，已成为质量控制的关键技术。
图1 Dionex ICS6000[JW5.1]+AS-HV[
图2 100ppt阴离子标准溶液色谱图
图3 20ppt阳离子标准溶液色谱图
方案特点:
- 通过大体积浓缩进样，在线水纯化系统、在线淋洗液发生系统和连续自动电解抑制器使系统获得稳定的背景和噪音，并提供超低系统空白，这些是定量限5ppt的有效保障；
- 系统自带标曲配制功能；
- “只加水”——无需配制淋洗液和再生液，只需加入超纯水即可完成标准曲线、样品的浓缩富集和分离测定；
- 24h待机不间断运行，可随时检测；
本方法同样适用于半导体车间环境空气无机阴离子、小分子有机酸和铵根的测定。
氢氟酸、浓磷酸、BOE等弱酸类试剂中阴阳离子检测
图1 49%氢氟酸样品测定谱图
- 使用谱睿在线基质去除技术，高浓度样品只需要简单稀释，低浓度样品直接进样；
- 标准方法支持：SEMI C28 氢氟酸中的阴离子/GBT 31369-2015；SEMI C36 浓磷酸中的阴离子/GBT 28159-2011；SEMI 72 BOE中的阴离子；
- 优势色谱柱技术-高容量排斥柱能够承载更高浓度样品基体；
- “只加水”——系统操作简单，高准确性，无试剂引入污染。
图1 硫酸中待测阴离子分离谱图
图2 浓硫酸中铵根离子加标分离谱图
赛默飞专研解决方案，即一维使用色谱柱将酸根离子和其他常见阴离子分离，通过浓缩柱富集待测阴离子，富集的阴离子部分在二维切换到分析系统中实现分离检测；
多款可选色谱柱针对性解决不同强酸离子和待测离子的分离，提供技术可行性；
灵敏度完全满足Semi标准，符合电子级浓硝酸、浓硫酸和浓盐酸中阴痕量离子杂质和铵根的测定要求。
氨水和四甲基氢氧化铵（TMAH）等碱类试剂中阴离子的检测
图1在线基体去除技术检测氨水中7种阴离子
图2 在线中和技术检测四甲基氢氧化铵中10种阴离子和有机酸
方案特点:
- 采用在线基体去除技术将样品基质中氨水主成分进行在线去除，有效避免氨水样品基质对待测离子分析检测的干扰，氨水样品直接进样，无需任何前处理；
- 材质简单，独特的去除基体装置无磺化材料残留，提供更低的硫酸根空白；
- 平衡时间短：开机后，充分水化或运行2-3针后即可开始正常分析样品；
- 针对TMAH等难挥发的碱类，可采用在线中和技术，配合氢氧根梯度洗脱满足常见10种阴离子完全分离，各个离子包括碳酸根的检测灵敏度完全满足且高于Semi标准。
双氧水、异丙醇、丙二醇甲醚/丙二醇甲醚醋酸酯（PGME/PGMEA）和N-甲基吡咯烷酮（NMP）等有机试剂中阴离子的检测
图1 Dionex Inuvion with RFIC 高压离子色谱
图2 PGME样品及常见阴离子加标分离谱图
方案特点:
通过谱睿技术在线技术去除基质后，样品中的痕量阴离子被超纯水带入低压阴离子浓缩柱，被富集浓缩后再进入阴离子色谱柱完成分离测定；
过灵活多变的阀切换谱睿技术实现在线基质消除、浓缩富集、分析检测技术于一体，其灵敏度高于SEMI标准；
电子级异丙醇中阴离子限量已达到亚ppb水平，完全满足且高于G5级异丙醇的检测要求；
PGME/PGMEA中灵活调整淋洗液系统，满足氟离子、甲酸根及其他常见阴离子的分离要求。
图1 Cindion 燃烧离子色谱系统
图2 TEOS样品分离及加标谱图
图3 六甲基二硅氧烷中总氯的检测谱图
方案特点:
正硅酸乙酯（TEOS）作为半导体工艺中沉积所用原材料，样品仅需简单溶解后，借助于离子色谱谱睿技术轻松解决痕量游离氯离子的离子检测问题;
符合GB/T 43965-2024 国家标准 电子级正硅酸乙酯的检测要求，氯离子定量限为5ppb，适用于多种硅酯类化合物中痕量游离氯离子的含量测定；
燃烧离子色谱法（CIC）用于TEOS、四甲氧基硅烷、高合氢硅油，六甲基二硅氧烷等化合物中总氯的检测，全自动化的燃烧-吸收-分析过程，空白低，测定结果准确度高，重现性好。
赛默飞离子检测方案总结 ：
赛默飞离子色谱方案通过灵活的阀切换技术、多种可选高容量色谱柱与先进抑制技术的结合，有效降低基体干扰；配合自动进样与在线浓缩功能，可显著提升离子检测灵敏度与重现性，满足ppt~ppb级别检测要求。同时，系统具备良好的方法拓展性和技术支持，可根据不同制程节点和客户新需求灵活开发检测方法，助力应对不断提高的检测规范。
半导体用高纯试剂中杂质离子检测方案常见问答
答：超纯水是半导体制程中用量最大的基础介质，其中阴阳离子的痕量控制（通常需达到ppt级别）直接影响清洗工艺的洁净度和芯片表面的完整性。超纯水基质本身电导率极低，对仪器系统空白和抗干扰能力要求极高，传统检测方法难以满足。赛默飞 Dionex ICS-6000 + AS-HV 自动进样器 方案通过大体积浓缩进样、在线水纯化系统及在线淋洗液发生系统（"只加水"操作），有效消除试剂引入的二次污染，系统背景稳定、噪音极低，可同时实现100 ppt级阴离子与20 ppt级阳离子的准确定量，完全符合SEMI标准对超纯水中离子检测的要求，并支持24小时不间断自动运行，大幅提升实验室检测效率。
问：为什么半导体芯片制造对湿电子化学品中的离子杂质控制要求如此严苛？
答：随着半导体芯片制程持续向更先进节点演进（如3nm、2nm），器件特征尺寸极度缩小，任何微小的杂质污染都可能对芯片良率和可靠性造成不可逆损害。在清洗、刻蚀、抛光等核心工艺中，湿电子化学品（如氢氟酸、浓硫酸、氨水、双氧水等）若含有痕量阴离子（F⁻、Cl⁻、NO₃⁻、SO₄²⁻）或铵根，极易引发金属腐蚀、薄膜残留及器件性能退化甚至失效。因此，对湿电子化学品进行ppt级离子杂质检测已成为行业刚需。赛默飞 Dionex ICS-6000 离子色谱系统凭借在线浓缩富集、连续自动电解抑制及超低系统空白设计，可实现最低 5 ppt 的定量检测限，是半导体企业湿电子化学品质量管控值得信赖的选择。
问：强酸/弱酸类湿电子化学品（如氢氟酸、浓硫酸）中痕量阴离子检测面临哪些挑战，赛默飞如何应对？答：强酸（浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸）和弱酸（氢氟酸、磷酸、BOE）类试剂中，高浓度的酸根基质会对痕量阴离子的分离检测造成严重干扰，普通离子色谱柱难以承载高浓度基体，且检测灵敏度不足。针对弱酸类试剂，赛默飞提供谱睿（Reagent-Free™）在线基质去除技术，高浓度样品仅需简单稀释或直接进样，配合高容量排斥色谱柱，有效分离基体与痕量离子，完全符合SEMI C28、C36及SEMI 72等标准；针对强酸类试剂，赛默飞独创二维切换离子色谱方案，先通过一维色谱柱将酸根与待测离子分离，再经浓缩柱富集后切换至二维系统完成精准检测，灵敏度完全满足电子级浓硫酸、浓硝酸和浓盐酸的SEMI标准要求，是强酸类湿电子化学品离子检测的具有实力的解决方案。