技术专栏 · 超纯水 TOC 治理

超纯水 TOC 降解：半导体制造绕不开的一环

超纯水如何影响晶圆表面，TOC 为什么必须被降解掉

半导体工厂里，超纯水是用水量很大、水质要求很高的一类水。它不构成芯片的任何一部分，却几乎贯穿每一道工序，直接接触晶圆表面。超纯水的每一项指标都管得很紧，TOC（总有机碳）也在其中。它的数值通常不高，影响却很直接。本文从超纯水的用途说起，再讲清楚 TOC 为什么要降解。

一、超纯水在半导体制造中扮演什么角色

半导体制造是一个反复”清洗—加工—再清洗”的过程。晶圆在光刻、刻蚀、薄膜沉积、化学机械抛光等工序之间，都要反复用超纯水冲洗，冲掉表面残留的颗粒、金属离子和有机污染物。配制药液时要用它稀释，设备和管路的冲洗也离不开它。

超纯水的特殊之处就在这里：它不参与构成产品，却直接接触产品的表面。

超纯水不构成芯片的任何一部分，但它流经的每一个表面，都是芯片本身。

所以超纯水系统要控的指标很多：电阻率、TOC、颗粒物、金属离子、细菌、溶解氧，一项都不能松。任何一项波动，影响都可能一路传到晶圆表面，不会停在水系统里。

二、TOC 是什么，为什么容易被忽略

TOC（Total Organic Carbon，总有机碳）指水中所有有机碳的总量，反映的是有机物的整体水平。

相比颗粒物、金属离子这些有明确限值的指标，TOC 更不容易引起注意。

• 以溶解态为主，看不见，常规的颗粒过滤和吸附很难把它完全截住；
• 来源也杂，原水带入的有机物残留、树脂和膜材料、管路与密封材料的微量析出、微生物代谢产物，都可能算进去；
• 不像电阻率那样能一眼读出异常，得靠专用仪器持续监测，才看得出趋势。

TOC 的麻烦也在这里，水看起来一样干净。

三、TOC 为什么必须被降解掉

超纯水直接接触晶圆，水里残留的东西就有可能留在表面。有机物更是如此。颗粒相对好办，后续冲洗还能带走一部分；有机物却可能吸附、沉积在晶圆或器件表面。

这些有机残留会带来什么影响，业界关注的有这么几处：

• 后续高温工艺中，它可能碳化，留下碳残留，影响关键结构的完整性；
• 它也可能改变晶圆的表面状态，让后续工艺的一致性变差；
• 还有一点容易被忽略，有机物可能充当金属离子的载体，把微量金属一并带到表面。

对先进制程来说，这些影响最后都可能落到器件性能和良率上。所以超纯水系统通常在末端单独设一道 TOC 降解，用来把水质稳定在工艺要求范围内，这是必备环节。

TOC 控制要的不只是达标，还要让水质一直保持在低位。

四、让 TOC 真正被降解

传统做法多用吸附和离子交换。有机物从水里被搬到材料上，材料饱和了再再生或更换。紫外光氧化走的是另一条路。

以185-200nm 波长的紫外光照射水体，能在水中引发光化反应，电离水分子产生氧化能力很强的羟基自由基（·OH），将有机碳逐步氧化为二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）。

ClearUV 超纯水 TOC 降解器用的就是这个原理：双波长高剂量紫外光激发水分子生成羟基自由基，把水中的有机物氧化降解，从而降低超纯水中的 TOC 含量。它的几个特点写在下面。

• 反应腔采用高洁净度 316L 不锈钢，无碳材质，不引入新的污染源；不同行业可精准选型、专属定制；
• 配置上可灵活调整，反应腔配双波长灯管，出水 TOC 可降至 1ppb 以内；
• 公司建有超纯水 TOC 在线检测实验室，多年数据积累，可作技术保障。

选型要按系统的实际要求来配。以电子级 EW-I 超纯水系统为例，TOC 要求 100ppb 以内和 20ppb 以内，对应的配置就不一样。具体型号和流量，还要结合整套系统的水质、水量和工艺要求确定。

五、降解效果怎么确认

TOC 治理里最难说清的就是效果。公司在这一环的做法很直接：把数据测出来、留下来。

• 公司自建超纯水 TOC 在线检测实验室，可在线检测 0.1ppb 级别的 TOC 含量，另设工业电子超纯水在线 TOC 检测实验基地；
• 实际项目里也有可查的现场数据：电子芯片厂安装 ClearUV 紫外线除 TOC 装置后，用梅特勒在线检测仪测出有机碳降到 2ppb；
• 还可配套 miniTOC² 在线/离线检测仪，检测下限 0.009ppb，符合全球药典 TOC 检测标准与半导体先进制程 TOC 检测要求，提供完整验证文件；支持 3+1 同步检测通道，数据可视化，可存储长达 1 年。

前端用紫外光氧化降解，后端用在线检测记录数据，中间不靠主观判断，效果由仪器说话。

六、从 2018 年到现在

广州百诺环保技术有限公司始于 2008 年，是一家做水处理紫外线消毒设备的生产型科技企业。不锈钢材料的切割、冲压、拉伸、焊接、内外抛光，公司都能自己做，紫外线光源和配套电源的检测设备也齐全。

2018 年起，公司把重心放在电子半导体及芯片行业的超纯水 TOC 降解脱除上，陆续研发多款 ClearUV 紫外线脱碳器，可把有机碳降解至 1ppb 以内，目前累计与 50 余家电子科技企业合作。产品长期供给国内外水处理环保公司和大学科研机构使用，全球各地有 30 多万台设备在运行。

相关资质：

• 紫外线 TOC 降解和消毒设备已通过CE、RoHS 认证；
• 持有消毒产品卫生许可证（粤卫消证字 2020-01-第 8159 号）、30T 紫外线消毒器涉水许可批件（粤卫水字 2025-01-第 58054 号）、50T 中压紫外线消毒器涉水许可批件（粤卫水字 2025-01-第 58055 号）；
• 拥有多项实用新型专利，可按需提供第三方紫外线强度、微生物等检测报告。

结语

超纯水在半导体制造中不构成产品，却影响产品。水里的 TOC 看不见，它留下的痕迹却可能留在晶圆上。把有机物真正降解掉，再用数据确认效果，超纯水系统才能稳定运行。

如果你的超纯水系统也有 TOC 控制要求，欢迎和我们聊聊。结合水质、水量和工艺要求，我们可以给出选型建议与检测方案。