نحن ندير مصنعًا في الصين متخصصًا في إنتاج الغازات الصناعية. من وجهة نظري، شهدت التطور المذهل للتكنولوجيا، وكلها مدعومة بشيء لا يراه معظم الناس أبدًا: الغازات فائقة النقاء. تعد الرقائق الدقيقة الموجودة في هاتفك وجهاز الكمبيوتر والسيارة من عجائب الهندسة الحديثة، ولكن إنشائها مستحيل بدون إمدادات دقيقة وخالية من العيوب من هذه الغازات المتخصصة.

أنت تدرك أهمية الجودة وسلسلة التوريد الموثوقة، ولكن قد تتساءل لماذا معايير غازات أشباه الموصلات عالية جدًا. لماذا يجب أن تكون شحنة الأرجون نقية بنسبة 99.9999%؟ سيكشف هذا الدليل الستار عن عالم تصنيع أشباه الموصلات. سوف نستكشف الغازات المحددة المستخدمة، وماذا تفعل، ولماذا يعتبر نقاوتها هو العامل الوحيد الأكثر أهمية. بحلول النهاية، سيكون لديك فهم أكثر وضوحًا للمنتجات التي تستوردها وستكون مجهزًا بشكل أفضل لتوصيل قيمتها إلى عملائك.

لماذا تعتبر الغازات المتخصصة بالغة الأهمية لتصنيع أشباه الموصلات؟

تخيل بناء ناطحة سحاب حيث يمكن لحبة رمل واحدة في غير مكانها أن تتسبب في انهيار الهيكل بأكمله. هذا هو مستوى الدقة المطلوبة في تصنيع أشباه الموصلات صناعة. إن "لبنات البناء" في هذه الصناعة ليست الطوب والملاط، بل الذرات و"الأدوات" غالبًا ما تكون غازات عالية التخصص. كامل تلفيق من دائرة متكاملة يحدث على نطاق مجهري، حيث يتم ترسيب طبقات من المواد، غالبًا ما يكون سمكها بضع ذرات فقط، أو حفرها بعيدًا عن رقاقة السيليكون.

هؤلاء عمليات أشباه الموصلات حساسة بشكل لا يصدق. أي جسيمات أو مواد كيميائية غير مرغوب فيها النجاسة يمكن أن يعطل البنية الدقيقة للرقاقة الدقيقة، مما يجعلها عديمة الفائدة. هذا هو المكان تستخدم الغازات. إنها تخلق بيئات فائقة النظافة، وتوفر المواد الخام لطبقات جديدة، وتعمل بمثابة "المباضع" الكيميائية التي تقطع المسارات المعقدة للكهرباء. ال عملية تصنيع أشباه الموصلات هي رقصة معقدة من التفاعلات الكيميائيةوالغازات هي الراقصات الرئيسيات. وبدون إمدادات ثابتة وموثوقة ونقية بشكل استثنائي من هذه الغازات، ببساطة لن توجد الإلكترونيات الحديثة.

ال الغازات المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات ليست المنتجات الصناعية القياسية الخاصة بك. لقد تم تصميمها لتلبية مستويات النقاء التي يصعب فهمها، والتي غالبًا ما يتم قياسها بأجزاء في المليار أو حتى أجزاء في التريليون. وذلك لأن أداء أجهزة أشباه الموصلات يرتبط مباشرة بكمال بنيتها الذرية. جزيء متفاعل من الأكسجين أو بخار الماء في ما ينبغي أن يكون خاملاً غاز يمكن أن يسبب الأكسدة، وتغيير الخصائص الكهربائية الدائرة ويؤدي إلى عيوب. ولهذا السبب صناعة الغازات المتخصصة أمر حيوي للغاية لعالم التكنولوجيا.

ما هي الفئات الرئيسية للغازات المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات؟

عندما نتحدث عن الغازات في صناعة أشباه الموصلات، فهي تندرج بشكل عام ضمن فئات رئيسية قليلة بناءً على وظيفتها. إن فهم هذه المجموعات يساعد في توضيح دور كل منها غاز يلعب في المجمع عملية الإنتاج. لا يقتصر الأمر على غاز واحد أو اثنين فقط؛ حديث أشباه الموصلات فاب يتطلب أكثر من 30 مختلفة الغازات والمخاليط لتعمل.

أولا هم الغازات السائبة. هذه هي أعمدة العمل المستخدمة بكميات هائلة في جميع أنحاء المنشأة. فكر فيهم على أنهم الجو التأسيسي للقوات المسلحة البوروندية. الأكثر شيوعا هي:

• النيتروجين (N₂): يستخدم لتطهير الغرف والمعدات لإزالة الملوثات وخلق بيئة خاملة.
• الأكسجين (O₂): يستخدم لزراعة طبقات ثاني أكسيد السيليكون عالية الجودة (SiO₂)، والتي تعمل كعوازل.
• الهيدروجين (H₂): يستخدم لتنظيف الأسطح وبشكل خاص ترسيب العمليات.
• الأرجون (آر): ان غاز خامل تستخدم لخلق بيئة مستقرة لعمليات مثل الاخرق.

التالي هي الغازات المتخصصة، المعروف أيضًا باسم الغازات الإلكترونية المتخصصة. هذه هي محددة للغاية، في كثير من الأحيان رد الفعل أو الغازات الخطرة التي تؤدي المهام الحاسمة المتمثلة في الحفر والترسيب. يتم استخدامها بكميات أقل ولكن تكلفتها أعلى بكثير وتتطلب معالجة دقيقة للغاية. يمكن تقسيمها أيضًا إلى مجموعات مثل:

• غازات الترسيب: هذه الغازات، مثل السيلان (SiH₄)، هي مصدر المادة المستخدمة في بناء طبقات الشريحة. أنها تتحلل وترسب أ فيلم رقيق من المواد على رقاقة السيليكون.
• الغازات المنشطة: هذه هي الغازات التفاعلية تستخدم لإزالة المواد بشكل انتقائي. ومن الأمثلة على ذلك مركبات الفلور مثل رباعي فلوريد الكربون (CF₄) و كلوريد الهيدروجين (حمض الهيدروكلوريك). يتم استخدامها في عملية النقش لنحت أنماط الدوائر.
• الغازات المشابهة: وتستخدم هذه الغازات "لتخدير" الجسم السيليكون، وهو ما يعني إدخال معين عمدا النجاسة (أ منشط) لتغييره الخصائص الكهربائية. هذا أمر أساسي لإنشاء الترانزستورات. شائع الغازات الشاحبة تشمل أرسين (AsH₃) والفوسفين (PH₃).

كيف يعمل غاز النيتروجين باعتباره العمود الفقري في مصانع أشباه الموصلات؟

إذا كنت ستمشي عبر أ تصنيع أشباه الموصلات المنشأة، الأكثر انتشارًا غاز سوف تواجهه هو نتروجين. في حين أنها لا تشارك دائمًا في الجزء الرئيسي التفاعلات الكيميائية التي تبني الشريحة، فإن دورها ضروري للغاية لتهيئة الظروف لنجاح تلك التفاعلات. يستخدم النيتروجين في المقام الأول لخمولها. لا يتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى، مما يجعله "الحشو" المثالي غاز.

الاستخدام الأساسي ل نتروجين هو في تطهير وخلق جو خامل. قبل أي حساسية عملية أشباه الموصلات يجب أن تكون الغرفة خالية تمامًا من الملوثات مثل الأكسجين وبخار الماء والغبار. عالية النقاء نتروجين يتم مسحها من خلال الغرفة لطرد هذه العناصر غير المرغوب فيها. وهذا يمنع الأكسدة العرضية أو التفاعلات الأخرى التي من شأنها أن تدمر رقاقة. يتم تطبيق هذا المبدأ نفسه على الأدوات وكبسولات النقل (المعروفة باسم FOUPs) التي تحملها رقائق السيليكون بين المراحل المختلفة عملية التصنيع.

بالإضافة إلى، نتروجين يلعب دورا حاسما في الطباعة الحجرية الضوئيةعملية طباعة تصميم الدائرة على الرقاقة. في الأشعة فوق البنفسجية العميقة الحديثة (DUV) الطباعة الحجرية، المسافة بين العدسة و رقاقة مليئة فائقة النقاء نتروجين (أو الأرجون) للسماح للضوء ذو الطول الموجي القصير بالمرور دون أن يمتصه الهواء. وبدون هذه البيئة الخاملة، ستكون العملية مستحيلة. من خلال تجربتي في التوريد إلى المصانع، زاد الطلب على كميات كبيرة ومستمرة وعالية النقاء نتروجين العرض غير قابل للتفاوض.

ما هو الدور الذي يلعبه الأرجون في خلق البيئة المثالية؟

مثل النيتروجين، الأرجون هو نبيل غازيعني كيميائيا خامل. لكن، يستخدم الأرجون لتطبيقات محددة حيث يوفر وزنه الذري الأثقل ميزة. ومن أهم هذه التطبيقات الترسيب بالرش، أو الرش. هذا بخار مادي عملية الترسيب تستخدم لوضع الأغشية المعدنية الرقيقة التي تشكل الأسلاك دائرة متكاملة.

في عملية الرش، يتم تطبيق جهد عالي في غرفة مفرغة مملوءة غاز الأرجون. وهذا يخلق بلازما مشحونة إيجابيا الأرجون الأيونات. يتم تسريع هذه الأيونات وتحطمها على "هدف" مصنوع من المعدن الذي نريد ترسيبه (مثل النحاس أو الألومنيوم). تؤدي قوة الاصطدام إلى إبعاد الذرات المعدنية عن الهدف، والتي تتطاير بعد ذلك عبر الحجرة وتغطي الجسم رقاقة السيليكون في طبقة رقيقة موحدة. الأرجون يعتبر مثاليًا لهذا لأنه ثقيل بما يكفي لإزاحة الذرات المستهدفة بشكل فعال ولكنه خامل كيميائيًا بدرجة كافية بحيث لا يتفاعل مع الفيلم المعدني الذي يساعد في إنشائه. إنه يوفر الكمال بيئة لترسيب المعادن.

استخدام رئيسي آخر ل الأرجون هو في النقش البلازما. في هذا عملية النقش, الأرجون غالبًا ما يتم مزجه مع أ رد الفعل منمش غاز. ال الأرجون يساعد على تثبيت البلازما وقصف السطح فعليًا، مما يساعد على الحفر الكيميائي وإنشاء قطع رأسية أكثر دقة في المادة. إمدادات موثوقة من اسطوانات غاز الأرجون يعد أمرًا بالغ الأهمية لأي منشأة تقوم بالتعدين أو النقش المتقدم.

هل يمكنك شرح كيفية استخدام الهيدروجين للترسيب والتنظيف؟

في حين يتم تقدير النيتروجين والأرجون لكونهما غير متفاعلين، هيدروجين تقدر قيمتها لكونها عالية رد الفعلولكن بطريقة نظيفة للغاية ومنضبطة. يستخدم الهيدروجين على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات لتنظيف الأسطح وفي نوع محدد من ترسيب يسمى النمو الفوقي. حجمه الذري الصغير يسمح له بالاختراق والتفاعل بطرق لا تستطيع الغازات الأخرى القيام بها.

قبل أن تتمكن من زراعة طبقة جديدة على رقاقةيجب أن يكون السطح نظيفًا تمامًا، وصولاً إلى المستوى الذري. غاز الهيدروجين يتم استخدامه في عملية ذات درجة حرارة عالية تسمى "خبز الهيدروجين" لإزالة أي أكسيد أصلي (طبقة رقيقة طبيعية من ثاني أكسيد السيليكون) تكونت على السيليكون سطح. ال هيدروجين يتفاعل مع الأكسجين، ويشكل بخار الماء (H₂O) الذي يتم ضخه بعد ذلك خارج الغرفة، ويترك نقيًا السيليكون السطح جاهز للخطوة التالية.

هيدروجين هو أيضا عنصر رئيسي في الفوقي النمو (أو "epi")، وهي عملية تؤدي إلى نمو طبقة بلورية واحدة من السيليكون على رأس رقاقة السيليكون. تتمتع هذه الطبقة الجديدة ببنية بلورية مثالية ويتم التحكم فيها بدقة منشط المستويات. هيدروجين يعمل كحامل غاز ل السيليكون مصدر غاز (مثل السيلان أو ثلاثي كلوروسيلان). كما أنه يضمن بيئة نمو نظيفة عن طريق التخلص من أي ذرات أكسجين شاردة. تعد جودة هذه الطبقة الفوقية أمرًا أساسيًا لأداء المعالجات المتطورة، مما يجعل نقاء الطبقة اسطوانة الهيدروجين العرض حرجة للغاية.

ما هي الغازات المنشطة وكيف تنحت الدوائر المجهرية؟

إذا كان الترسيب يتعلق ببناء الطبقات، فإن النقش يتعلق بنحتها بشكل انتقائي لإنشاء أنماط الدوائر. فكر في الأمر على أنه نحت مجهري. بعد تحديد النمط باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية، منمش وتستخدم الغازات لتوفير الوسائل الكيميائية لإزالة المواد من المناطق غير المحمية من رقاقة. هذه هي واحدة من الخطوات الأكثر تعقيدا وحاسمة في تصنيع الرقائق.

ال الغازات المستخدمة في النقش عادة ما تكون العملية عبارة عن مركبات تعتمد على الفلور أو الكلور أو البروم. اختيار غاز يعتمد على المادة المحفورة.

• الغازات القائمة على الفلور (على سبيل المثال، CF₄، SF₆، NF₃) ممتازة للحفر السيليكون وثاني أكسيد السيليكون.
• الغازات القائمة على الكلور (على سبيل المثال، Cl₂، BCl₃، حمض الهيدروكلوريك) غالبًا ما تستخدم لنقش المعادن مثل الألومنيوم.

هؤلاء الغازات التفاعلية يتم إدخالها إلى غرفة البلازما. البلازما تكسر غاز جزيئات متباعدة إلى حد كبير رد الفعل الأيونات والجذور. ثم تتفاعل هذه الجذور مع سطح رقاقة، مكونًا مركبًا متطايرًا جديدًا يمكن ضخه بعيدًا بسهولة، وبالتالي "حفر" المادة. الدقة المطلوبة هائلة. الهدف هو حفر بشكل مستقيم للأسفل (متباين الخواص) دون تقويض الطبقة المنقوشة. حديث مصانع أشباه الموصلات استخدام معقدة مخاليط الغاز وظروف البلازما التي يتم التحكم فيها بعناية لتحقيق ذلك.

ما هو ترسيب البخار الكيميائي (CVD) وما هي الغازات المتضمنة؟

يعتبر ترسيب البخار الكيميائي (CVD) حجر الزاوية عملية الترسيب في تصنيع أشباه الموصلات. إنها الطريقة الأساسية المستخدمة لإنشاء الأغشية الرقيقة العازلة والموصلة المختلفة التي تشكل جهاز أشباه الموصلات. الفكرة الأساسية هي التدفق أ غاز (أو خليط من الغازات) على نار ساخنة رقاقة. الحرارة تسبب غاز للتفاعل أو التحلل على سطح الرقاقة، تاركًا وراءه طبقة صلبة من المادة المطلوبة.

كل من هذه التفاعلات يتطلب ظروفًا مستقرة للغاية وبشكل لا يصدق غازات عالية النقاء. على سبيل المثال، عند ترسيب طبقة البولي سيليكون باستخدام السيلان، أي الأكسجين النجاسة في غاز قد يتسبب التيار في تكوين ثاني أكسيد السيليكون بدلاً من ذلك، مما يؤدي إلى تدمير الخصائص الموصلة للطبقة. ولهذا السبب، فإننا، كموردين، نركز بشكل كبير على طهارة وتحليل هذه غازات الترسيب. المكتبة الكاملة ل الغازات المتخصصة عالية النقاء السائبة إن ما نقدمه موجه نحو تلبية هذه المتطلبات الصارمة.

لماذا يعتبر النقاء العالي للغاية هو العامل الأكثر أهمية لغازات أشباه الموصلات؟

لا أستطيع المبالغة في هذا: في صناعة أشباه الموصلات, نقاء هو كل شيء. على المدى عالية النقاء لا يعني 99% أو حتى 99.9%. ل غازات أشباه الموصلات، نحن نتحدث عنه نقاء فائق (UHP)، والتي تبلغ عادةً 99.999% (يُطلق عليها غالبًا "التسعات الخمس") أو أعلى. لبعض الحرجة الغازات العملية، يمكن أن يكون المتطلب 99.9999% ("ست تسعات") أو أعلى. والسبب بسيط: فالملوثات تقتل الأداء.

يتم قياس الميزات الموجودة على الرقاقة الدقيقة الحديثة بالنانومتر (جزء من المليار من المتر). وعلى هذا المقياس، يكون الجسيم الغريب أو الجزيء غير المرغوب فيه بمثابة صخرة في منتصف الطريق السريع. ان النجاسة يستطيع:

• تغيير الخصائص الكهربائية: يمكن لأيون الصوديوم الشارد أن يغير جهد عتبة الترانزستور، مما يؤدي إلى تشغيله أو إيقاف تشغيله في الوقت الخطأ.
• خلق العيوب الهيكلية: يمكن لجزيء الأكسجين أن يعطل الشبكة البلورية المثالية أثناء النمو الفوقي، مما يؤدي إلى "خلع" يعيق تدفق الإلكترونات.
• سبب الدوائر القصيرة: يمكن لجسيم معدني أن يربط بين خطين موصلين متجاورين، مما يؤدي إلى إنشاء قصر تام.
• تقليل العائد: كلما زاد عدد الملوثات الموجودة، زاد عدد الرقائق المعيبة في كل منها رقاقة، مما يؤثر بشكل مباشر على الربحية.

ولهذا السبب، كشركة مصنعة، فإن أكبر استثمار لدينا هو في معدات التنقية والتحليل. كل دفعة من يجب الغاز يتم اختبارها للتأكد من أنها تلبي مواصفات أجزاء لكل مليار (ppb) أو أجزاء لكل تريليون (ppt) التي يطلبها عملاؤنا. ال الطلب على الغازات عالية النقاء هو ما يدفع كامل سوق الغاز المتخصصة للإلكترونيات.

كيف نضمن الجودة والإمداد الموثوق للغازات عالية النقاء؟

بالنسبة لموظف مشتريات مثل مارك، هذا هو السؤال الأكثر أهمية. سعر رائع لا معنى له إذا غاز الجودة غير متناسقة أو الشحن متأخر. لقد سمعت قصصًا مرعبة: الموردين الذين يقدمون شهادات تحليل مزورة، أو شحنة من الغازات المتخصصة محتجزة في الجمارك لأسابيع، مما تسبب في توقف خط الإنتاج. إن معالجة نقاط الألم هذه هي جوهر فلسفة عملنا.

ضمان الجودة يبدأ بال طهارة عملية. نحن نستخدم أنظمة متقدمة مثل التقطير المبرد والمواد الماصة المتخصصة لإزالة الشوائب النادرة. لكن العملية لا تنتهي عند هذا الحد. الخطوة الأكثر أهمية هي التحقق. نحن نستخدم أحدث الأدوات التحليلية مثل جهاز كروماتوجراف الغاز ومطياف الكتلة (GC-MS) لاختبار كل أسطوانة قبل شحنها. نحن نقدم لعملائنا شهادة تحليل مفصلة وأصلية (COA) لكل دفعة، مما يضمن نقاء الغاز.

A إمدادات موثوقة السلسلة هي النصف الآخر من المعادلة. وهذا ينطوي على:

• إعداد اسطوانة قوية: اسطوانات ل غازات فائقة النقاء الخضوع لعملية تنظيف وتخميل خاصة لضمان عدم تلويث الحاوية نفسها غاز.
• اللوجستية الذكية: نحن نعمل مع شركاء لوجستيين ذوي خبرة يفهمون اللوائح الخاصة بشحن المواد ذات الضغط العالي والخطرة أحيانًا على المستوى الدولي. نحن نقدم جميع الوثائق اللازمة لضمان التخليص الجمركي السلس.
• التواصل الواضح: يتم تدريب فرق المبيعات والدعم لدينا لتقديم تحديثات منتظمة. ستعرف دائمًا حالة طلبك، بدءًا من الإنتاج وحتى التسليم النهائي. ونحن نفهم أن يمكن التنبؤ به توريد الغازات عالية النقاء أمر ضروري لعملائنا لإدارة جداول الإنتاج الخاصة بهم. نحن نقدم حتى مختلف خليط الغاز خيارات لتلبية احتياجات عملية محددة.

ما الذي يحمله المستقبل للغازات في صناعة أشباه الموصلات؟

ال صناعة أشباه الموصلات لا يقف ساكنا أبدا. وكما تنبأ قانون مور، يسعى صانعو الرقائق باستمرار إلى إنشاء أجهزة أصغر وأسرع وأكثر قوة. يؤثر هذا الابتكار الذي لا هوادة فيه بشكل مباشر على الغازات والمخاليط المستخدمة في تصنيعها. بينما ننتقل إلى الجيل القادم من أشباه الموصلات ومع تقلص أحجام الميزات إلى بضعة نانومترات فقط، فإن متطلبات نقاء الغاز ستصبح أكثر تطرفًا.

نحن نشهد اتجاها نحو مواد جديدة أبعد من ذلك السيليكون، مثل نيتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC)، والتي تتطلب منتجات جديدة ومختلفة الغازات العملية للحفر والترسيب. هناك أيضًا تحرك نحو بنيات ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا، مثل ترانزستورات FinFET وGate-All-Around (GAA)، والتي تتطلب دقة أكبر في ترسيب و حفر خطوات. وهذا يعني الغاز التخصصي يجب أن تبتكر الصناعة باستمرار لتطوير جزيئات جديدة وتحقيق مستويات أعلى من طهارة.

من وجهة نظري كمورد، فإن المستقبل يتعلق بالشراكة. لم يعد يكفي مجرد بيع اسطوانة من غاز. يجب علينا أن نعمل بشكل وثيق مع عملائنا في تصنيع الالكترونيات القطاع لفهم خرائط الطريق التكنولوجية المستقبلية الخاصة بهم. وهذا يسمح لنا بتوقع الحاجة إلى الجديد غازات عالية النقاء والاستثمار في القدرات الإنتاجية والتحليلية لإمدادها. الأبطال غير المرئيين في أشباه الموصلات العالم - الغازات - سيظل في طليعة التقدم التكنولوجي.

الوجبات السريعة الرئيسية

أثناء قيامك بتوريد الغازات الصناعية لسوق أشباه الموصلات المتطلب، إليك أهم الأشياء التي يجب تذكرها:

• الطهارة أمر بالغ الأهمية: العامل الوحيد الأكثر أهمية هو نقاء فائق. يمكن أن تتسبب الملوثات، حتى عند مستويات جزء من المليار، في حدوث فشل كارثي في ​​الأجهزة وتقليل عوائد الإنتاج.
• الغازات لها وظائف محددة: الغازات غير قابلة للتبديل. وهي أدوات متخصصة للغاية تستخدم في عمليات متميزة مثل خلق أجواء خاملة (النيتروجين والأرجون)، وبناء طبقات (غازات الترسيب مثل السيلان)، ونحت الدوائر (الغازات المنمشة مثل CF₄).
• سلسلة التوريد أمر بالغ الأهمية: يقوم المورد الموثوق بأكثر من مجرد بيع المنتج. إنهم يضمنون الجودة من خلال اختبارات صارمة، ويقدمون شهادات أصلية، ويديرون الخدمات اللوجستية المعقدة، ويحافظون على اتصالات واضحة لمنع تأخيرات الإنتاج المكلفة.
• المعرفة التقنية تضيف قيمة: فهم لماذا معينة غاز يستخدم و لماذا إن نقائه أمر بالغ الأهمية يسمح لك بأن تكون شريكًا أكثر فعالية لعملائك، مما يبرر الجودة ويبني ثقة طويلة الأمد.
• الصناعة تتطور: إن الدفع نحو رقائق أصغر حجماً وأكثر قوة يعني الطلب على شرائح جديدة وأكثر نقاءً الغازات المتخصصة سوف تستمر في النمو فقط. تعد الشراكة مع مورد يتطلع إلى المستقبل أمرًا أساسيًا للبقاء في المقدمة.