Управляваме фабрика в Китай, която е специализирана в производството на индустриални газове. От моята гледна точка бях свидетел на невероятната еволюция на технологиите, всички задвижвани от нещо, което повечето хора никога не виждат: газове със свръхвисока чистота. Малките микрочипове във вашия телефон, компютър и кола са чудеса на съвременното инженерство, но създаването им е невъзможно без прецизно и безупречно снабдяване с тези специални газове.

Разбирате важността на качеството и надеждната верига за доставки, но може да се чудите защо стандартите за полупроводникови газове са толкова астрономически високи. Защо една пратка аргон трябва да бъде с чистота 99,9999%? Това ръководство ще дръпне завесата в света на производството на полупроводници. Ще проучим конкретните използвани газове, какво правят и защо тяхната чистота е най-критичният фактор. В крайна сметка ще имате много по-ясна представа за продуктите, които доставяте, и ще бъдете по-добре подготвени да съобщите тяхната стойност на клиентите си.

Защо специалните газове са толкова критични за производството на полупроводници?

Представете си изграждането на небостъргач, където една-единствена грешно поставена песъчинка може да доведе до срутване на цялата конструкция. Това е нивото на прецизност, което се изисква в производство на полупроводници индустрия. „Градивните елементи“ на тази индустрия не са тухли и хоросан, а атоми, а „инструментите“ често са високоспециализирани газове. Цялата измислица на ан интегрална схема се случва в микроскопичен мащаб, където слоеве от материали, често с дебелина само няколко атома, се отлагат върху или гравират далеч от силиконова пластина.

Тези полупроводникови процеси са невероятно чувствителни. Всякакви нежелани частици или химикали нечистота може да наруши деликатната архитектура на микрочипа, правейки го безполезен. Ето къде се използват газове. Те създават ултра-чиста среда, осигуряват суровините за нови слоеве и действат като химически "скалпели", които издълбават сложните пътища за електричество. The процес на производство на полупроводници е сложен танц на химически реакции, а газовете са водещите танцьори. Без постоянно, надеждно и изключително чисто снабдяване с тези газове съвременната електроника просто не би съществувала.

The газове, използвани в производството на полупроводници не са вашите стандартни индустриални продукти. Те са проектирани да отговарят на нива на чистота, които са трудни за разбиране, често измервани в части на милиард или дори части на трилион. Това е така, защото изпълнението на полупроводникови устройства е пряко свързано със съвършенството на тяхната атомна структура. Реактивна молекула на кислород или водна пара в това, което трябва да бъде инертно газ може да причини окисляване, променяйки електрически свойства на веригата и водещи до дефекти. Ето защо промишленост за специални газове е толкова жизненоважно за света на технологиите.

Какви са основните категории газове, използвани в производството на полупроводници?

Когато говорим за газове в производството на полупроводници, те обикновено попадат в няколко ключови категории въз основа на тяхната функция. Разбирането на тези групи помага да се изясни ролята на всяка от тях газ играе в комплекса производствен процес. Това не е само един или два газа; модерен полупроводникова фабрика изисква над 30 различни газове и смеси, за да функционират.

Първи са насипни газове. Това са работните коне, използвани в огромни количества в цялото съоръжение. Мислете за тях като за основната атмосфера на фабриката. Най-често срещаните са:

• Азот (N₂): Използва се за прочистване на камери и оборудване за отстраняване на замърсители и създаване на инертна среда.
• Кислород (O₂): Използва се за отглеждане на висококачествени слоеве от силициев диоксид (SiO₂), които действат като изолатори.
• Водород (H₂): Използва се за почистване на повърхности и в специфични отлагане процеси.
• Аргон (Ar): Ан инертен газ използвани за създаване на стабилна среда за процеси като разпръскване.

Следват специални газове, известен още като електронни специални газове. Това са много специфични, често реактивен или опасни газове, които изпълняват критичните задачи на ецване и отлагане. Те се използват в по-малки количества, но имат много по-висока цена и изискват изключително внимателно боравене. Те могат да бъдат допълнително разделени на групи като:

• Отлагаеми газове: Тези газове, като силан (SiH₄), са източникът на материала, използван за изграждане на слоевете на чипа. Те се разлагат и отлагат a тънък филм на материал върху силиконова пластина.
• Еттиращи газове: Това са реактивни газове използвани за селективно отстраняване на материал. Примерите включват флуорни съединения като въглероден тетрафлуорид (CF₄) и хлороводород (HCl). Те се използват в процес на ецване за изрязване на схемите на веригата.
• Допантни газове: Тези газове се използват за "допиране" на силиций, което означава умишлено въвеждане на специфичен нечистота (а добавка), за да го промените електрически свойства. Това е основно за създаването на транзистори. Чести добавки газове включват арсин (AsH3) и фосфин (PH3).

Как действа азотният газ като работен кон в полупроводниковите фабрики?

Ако трябваше да минеш през a производство на полупроводници съоръжение, най-разпространеното газ ще срещнете е Азот. Въпреки че не винаги участва в основното химически реакции които изграждат чипа, неговата роля е абсолютно важна за създаването на условия за успех на тези реакции. Използва се азот преди всичко заради своята инертност; не реагира лесно с други елементи, което го прави идеалният „пълнител“ газ.

Основната употреба за Азот е в прочистване и създаване на инертна атмосфера. Преди всяка чувствителна полупроводников процес може да започне, камерата трябва да е напълно чиста от замърсители като кислород, водна пара и прах. Висока чистота Азот се промива през камерата, за да изтласка тези нежелани елементи. Това предотвратява случайно окисление или други реакции, които биха разрушили вафла. Същият принцип се прилага към инструментите и транспортните контейнери (известни като FOUP), които носят силициеви пластини между различните етапи на производствен процес.

освен това Азот играе критична роля в фотолитография, процесът на отпечатване на дизайна на веригата върху пластината. В съвременния дълбок ултравиолетов (DUV) литография, пространството между лещата и вафла е изпълнен с ултра-чист Азот (или Аргон), за да позволи на светлината с къса дължина на вълната да премине, без да бъде абсорбирана от въздуха. Без тази инертна среда процесът би бил невъзможен. Според моя опит в доставките на фабрики, търсенето на непрекъснато, голям обем и висока чистота Азот доставката не подлежи на договаряне.

Каква роля играе аргонът в създаването на перфектната среда?

Като азот, Аргон е благородник газ, което означава, че е химически инертен. обаче Използва се аргон за специфични приложения, където по-голямото му атомно тегло осигурява предимство. Едно от най-важните от тези приложения е отлагането чрез разпръскване или разпръскването. Това е физическа пара процес на отлагане използва се за поставяне на тънки метални филми, които образуват окабеляването на интегрална схема.

При разпрашване се прилага високо напрежение във вакуумна камера, пълна с Газ аргон. Това създава плазма с положителен заряд Аргон йони. Тези йони се ускоряват и се разбиват в „мишена“, направена от метала, който искаме да отложим (като мед или алуминий). Силата на сблъсъка изхвърля метални атоми от целта, които след това летят през камерата и покриват силиконова пластина на тънък равномерен слой. Аргон е перфектен за това, защото е достатъчно тежък, за да измести ефективно целевите атоми, но е достатъчно химически инертен, за да не реагира с металния филм, който помага да се създаде. Осигурява идеалното среда за разпръскване на метали.

Друга ключова употреба за Аргон е в плазмено ецване. В това процес на ецване, Аргон често се смесва с a реактивен ецващ инструмент газ. The Аргон помага за стабилизиране на плазмата и физическо бомбардиране на повърхността, подпомагайки химическото ецване и създавайки по-прецизни, вертикални разрези в материала. Надеждна доставка на Газови бутилки аргон е от решаващо значение за всяко съоръжение, извършващо метализация или усъвършенствано ецване.

Можете ли да обясните как се използва водород за отлагане и почистване?

Докато азотът и аргонът се оценяват като нереактивни, Водород се оценява като високо реактивен, но по много чист и контролиран начин. Използва се водород широко в производство на полупроводници за почистване на повърхности и в специфичен вид на отлагане наречен епитаксиален растеж. Неговият малък атомен размер му позволява да проникне и да реагира по начини, по които други газове не могат.

Преди да може да се отгледа нов слой върху a вафла, повърхността трябва да е идеално чиста, до атомно ниво. Водороден газ се използва при високотемпературен процес, наречен "водородно изпичане", за отстраняване на естествения оксид (тънък, естествен слой от силициев диоксид), който се е образувал върху силиций повърхност. The водород реагира с кислорода, образувайки водна пара (H₂O), която след това се изпомпва от камерата, оставяйки девствена силиций повърхността е готова за следващата стъпка.

Водород също е ключов компонент в епитаксиален растеж (или "epi"), процес, който отглежда монокристален слой от силиций на върха на силиконова пластина. Този нов слой има перфектна кристална структура и прецизно контролиран добавка нива. Водород действа като носител газ за силиций източник газ (като силан или трихлорсилан). Той също така осигурява чиста среда за растеж, като почиства всички бездомни кислородни атоми. Качеството на този епитаксиален слой е фундаментално за производителността на процесорите от висок клас, което прави чистотата на Водороден цилиндър предлагането е абсолютно критично.

Какво представляват ецващите газове и как изрязват микроскопични вериги?

Ако отлагането е свързано с изграждането на слоеве, ецването е селективното им изрязване, за да се създадат моделите на веригата. Мислете за това като за микроскопична скулптура. След дефиниране на модел с помощта на фотолитография, гравьор газовете се използват за осигуряване химическите средства за отстраняване на материал от незащитените зони на вафла. Това е една от най-сложните и критични стъпки в производство на чипове.

The газове, използвани при ецването процес обикновено са съединения на базата на флуор, хлор или бром. Изборът на газ зависи от материала, който се ецва.

• Газове на основата на флуор (напр. CF₄, SF₆, NF3) са отлични за ецване силиций и силициев диоксид.
• Газове на основата на хлор (напр. Cl₂, BCl3, HCl) често се използват за ецване на метали като алуминий.

Тези реактивни газове се въвеждат в плазмена камера. Плазмата разбива газ молекули на високо реактивен йони и радикали. След това тези радикали реагират с повърхността на вафла, образувайки ново летливо съединение, което може лесно да се изпомпва, като по този начин "ецва" материала. Необходимата прецизност е огромна; целта е да се ецване право надолу (анизотропно) без подрязване на шарения слой. Модерен полупроводникови фабрики използвайте комплекс газови смеси и внимателно контролирани плазмени условия, за да се постигне това.

Какво е химическо отлагане на пари (CVD) и кои газове са включени?

Химичното отлагане на пари (CVD) е крайъгълен камък процес на отлагане в производство на полупроводници. Това е основният метод, използван за създаване на различни изолационни и проводими тънки филми, които съставляват a полупроводниково устройство. Основната идея е да тече a газ (или смес от газове) върху нагрята вафла. Топлината причинява газ да реагира или да се разложи върху повърхността на вафлата, оставяйки след себе си твърд филм от желания материал.

Всяка от тези реакции изисква невероятно стабилни условия и изключително газове с висока чистота. Например, при отлагане на полисилициев слой с помощта на силан, всякакъв кислород нечистота в газ потокът би предизвикал образуването на силициев диоксид вместо това, разрушавайки проводимите свойства на слоя. Ето защо ние, като доставчик, се фокусираме толкова силно върху пречистване и анализ на тези отлагаеми газове. Цялата библиотека на Насипни специални газове с висока чистота ние предлагаме е насочено към посрещане на тези строги изисквания.

Защо свръхвисоката чистота е най-важният фактор за полупроводниковите газове?

Не мога да преувелича това: в полупроводникова индустрия, чистота е всичко. Терминът висока чистота не означава 99% или дори 99,9%. За полупроводникови газове, говорим за ултра-висока чистота (UHP), което обикновено е 99,999% (често наричано "пет деветки") или по-високо. За някои критични процесни газове, изискването може да бъде 99,9999% („шест деветки“) или дори по-високо. Причината е проста: замърсителите убиват производителността.

Характеристиките на съвременния микрочип се измерват в нанометри (милиардни от метъра). В този мащаб една чужда частица или нежелана молекула е като камък в средата на супермагистрала. Ан нечистота може да:

• Промяна на електрическите свойства: Разсеян натриев йон може да промени праговото напрежение на транзистора, което го кара да се включва или изключва в неподходящ момент.
• Създаване на структурни дефекти: Кислородна молекула може да наруши перфектната кристална решетка по време на епитаксиален растеж, създавайки "разместване", което възпрепятства електронния поток.
• Причина за късо съединение: Метална частица може да свърже две съседни проводящи линии, създавайки пълно късо съединение.
• Намаляване на добива: Колкото повече замърсители има, толкова по-голям е броят на дефектните чипове на всеки вафла, което пряко влияе върху рентабилността.

Ето защо, като производител, най-голямата ни инвестиция е в пречиствателно и аналитично оборудване. Всяка партида от газ трябва да бъде тестван, за да се гарантира, че отговаря на спецификациите за части на милиард (ppb) или части на трилион (ppt), изисквани от нашите клиенти. The търсенето на газове с висока чистота е това, което движи цялото специализиран газов пазар за електроника.

Как да осигурим качествени и надеждни доставки на газове с висока чистота?

За служител по обществените поръчки като Марк това е най-важният въпрос. Страхотната цена е безсмислена, ако газ качеството е несъответстващо или пратката закъснява. Чувал съм ужасяващите истории: доставчици предоставят фалшиви сертификати за анализ или пратка от специални газове задържани на митницата със седмици, причинявайки спиране на производствена линия. Справянето с тези болезнени точки е в основата на нашата бизнес философия.

Осигуряването на качество започва с пречистване процес. Използваме усъвършенствани системи като криогенна дестилация и специализирани адсорбиращи материали за отстраняване на следи от примеси. Но процесът не свършва дотук. Най-критичната стъпка е проверката. Ние използваме най-съвременни аналитични инструменти като газови хроматографи-масспектрометри (GC-MS), за да тестваме всеки отделен цилиндър, преди да бъде изпратен. Ние предоставяме на нашите клиенти подробен и автентичен Сертификат за анализ (COA) за всяка партида, гарантирайки чистота на газа.

A надеждно снабдяване веригата е другата половина на уравнението. Това включва:

• Здрава подготовка на цилиндъра: Цилиндри за газове със свръхвисока чистота преминават през специален процес на почистване и пасивиране, за да се гарантира, че самият контейнер не замърсява газ.
• Интелигентна логистика: Ние работим с опитни логистични партньори, които разбират разпоредбите за международно изпращане на материали под високо налягане и понякога на опасни материали. Предоставяме цялата необходима документация, за да осигурим гладко митническо освобождаване.
• Ясна комуникация: Нашите екипи за продажби и поддръжка са обучени да предоставят редовни актуализации. Винаги ще знаете статуса на вашата поръчка, от производството до крайната доставка. Разбираме, че това е предвидимо доставка на газове с висока чистота е от съществено значение за нашите клиенти да управляват собствените си производствени графици. Ние дори предлагаме различни газова смес опции за посрещане на специфични нужди на процеса.

Какво крие бъдещето за газовете в полупроводниковата индустрия?

The полупроводникова индустрия никога не стои на едно място. Както е предвидено от закона на Мур, производителите на чипове непрекъснато настояват да създават по-малки, по-бързи и по-мощни устройства. Тази безмилостна иновация влияе пряко на газове и смеси използвани при производството им. Докато се придвижваме към следващо поколение полупроводници технология, като размерите на елементите се свиват само до няколко нанометра, изискванията за чистота на газа ще станат още по-екстремни.

Виждаме тенденция към нови материали отвъд силиций, като галиев нитрид (GaN) и силициев карбид (SiC), които изискват нови и различни процесни газове за ецване и отлагане. Има и движение към по-сложни 3D архитектури, като FinFET и Gate-All-Around (GAA) транзистори, които изискват още по-голяма прецизност в отлагане и ецване стъпки. Това означава, че специален газ индустрията трябва непрекъснато да прави иновации, за да разработва нови молекули и да постига още по-високи нива на пречистване.

От моя гледна точка като доставчик, бъдещето е в партньорството. Вече не е достатъчно просто да продадете цилиндър от газ. Трябва да работим в тясно сътрудничество с нашите клиенти в производство на електроника сектор, за да разберат техните бъдещи технологични пътни карти. Това ни позволява да предвидим необходимостта от нови газове с висока чистота и инвестирайте в производствени и аналитични възможности, за да ги доставяте. Невидимите герои на полупроводник света – газовете – ще продължат да бъдат в челните редици на технологичния напредък.

Ключови изводи

Докато доставяте промишлени газове за взискателния пазар на полупроводници, ето най-важните неща, които трябва да запомните:

• Чистотата е от първостепенно значение: Най-критичният фактор е ултра-висока чистота. Замърсителите, дори на нива на части на милиард, могат да причинят катастрофална повреда на устройството и да намалят производствените добиви.
• Газовете имат специфични задачи: Газовете не са взаимозаменяеми. Те са силно специализирани инструменти, използвани за различни процеси като създаване на инертна атмосфера (азот, аргон), изграждане на слоеве (отлагаеми газове като Silane) и вериги за дърворезба (ецващи газове като CF₄).
• Веригата на доставки е критична: Надеждният доставчик прави повече от просто продажба на продукт. Те гарантират качество чрез стриктно тестване, предоставят автентични сертификати, управляват сложна логистика и поддържат ясна комуникация, за да предотвратят скъпи производствени забавяния.
• Техническите познания добавят стойност: разбиране защо определен газ се използва и защо неговата чистота е толкова важна, че ви позволява да бъдете по-ефективен партньор на собствените си клиенти, оправдавайки качеството и изграждайки дългосрочно доверие.
• Индустрията се развива: Стремежът към по-малки и по-мощни чипове означава търсене на нови, още по-чисти специални газове само ще продължи да расте. Партньорството с далновиден доставчик е от ключово значение, за да останете напред.