Съвременният свят работи на чипове. От смартфона в джоба ви до системите за насочване в аерокосмическото инженерство, малките полупроводниково устройство е невъзпятият герой на дигиталната ера. Но какъв е героят зад героя? Това е невидимият, често непостоянен свят на специалните газове. по-конкретно, флуорна химия играе централна роля в производство на полупроводници процес, който просто не може да бъде заменен.

Ако управлявате верига за доставки или наблюдавате качеството на продукта в a полупроводник леярна, знаете, че границата за грешка е нула. Един-единствен скок на влага или микроскопична частица може да съсипе производствен цикъл за милиони долари. Тази статия се гмурка дълбоко в ролята на флуорсъдържащи газове – защо ги използваме, специфичната химия, която ги прави ефективни, и критичното значение на стабилността и чистотата на веригата за доставки. Ще проучим как тези газове с висока чистота се използват в ецване и стъпки за депониране и защо снабдяването им от надежден партньор е най-важното решение, което можете да вземете тази година.

Защо полупроводниковата индустрия е толкова зависима от флуорсъдържащите газове?

За да разберете полупроводникова индустрия, трябва да погледнете периодичната таблица. Силиконът е платното, но флуор е четката. The производство на полупроводници процесът включва изграждане на слоеве от материали и след това селективното им премахване за създаване на вериги. Този процес на отстраняване се нарича ецване.

Флуор е най-електроотрицателният елемент. С прости думи, той е невероятно гладен за електрони. Когато въвеждаме флуорен газ или флуорирани съединения в плазмена камера флуорните атоми реагират агресивно със силиций и силициев диоксид. Тази химическа реакция превръща твърдия силиций в летливи газове (като силициев тетрафлуорид), които могат лесно да бъдат изпомпани. Без тази химическа реактивност не бихме могли да създадем микроскопичните канали и контактни отвори, необходими за съвременните електронни устройства.

в производство в голям обем, скоростта и прецизността са всичко. Флуорсъдържащи газове осигуряват високите скорости на ецване, необходими за поддържане на висока производителност, като същевременно предлагат селективност за прорязване на един материал, без да се повреди слоят под него. Това е деликатен балансиращ акт на химия и физика.

Какво прави химията на флуора толкова уникална за високо прецизно ецване?

Може да попитате защо не използвате хлор или бром? Ние го правим, за определени слоеве. обаче флуорна химия предлага уникално предимство при ецване на материали на основата на силиций. Връзката между силиций и флуор е невероятно силна. Кога флуорсъдържащи плазмата удари пластината, реакцията е екзотермична и спонтанна.

Магията се случва в плазма. В а полупроводников процес камера, прилагаме висока енергия към стабилен газ като въглероден тетрафлуорид (CF4) или серен хексафлуорид (SF6). Това разгражда газа на части, освобождавайки реактивен флуор радикали. Тези радикали атакуват повърхността на вафла.

„Прецизността на ецване определя производителността на чипа. Ако чистотата на вашия газ варира, скоростта на ецване се колебае и добивът ви се срива."

Това води до концепцията за анизотропен ецване - рязане направо надолу, без да се яде настрани. Чрез смесване флуор с други процесни газове, инженерите могат да контролират перфектно профила на изкопа. Тази възможност е от съществено значение, тъй като преминаваме към по-малки възли (7nm, 5nm и по-ниски), където дори нанометър отклонение е провал.

Как газовете в производството на полупроводници задвижват напреднали процеси на ецване?

Процеси на ецване са инструментите за скулптуриране на фабрики. Има два основни типа: мокро ецване (с използване на течни химикали като флуороводород) и сухо ецване (използвайки плазма). Модерен усъвършенстван полупроводник възлите разчитат почти изключително на сухо плазмено ецване, защото е много по-прецизно.

В типичен плазмено ецване последователност, а флуориран газ се въвежда. Нека разгледаме използвания сорт:

• Въглероден тетрафлуорид (CF4): Работният кон за ецване на оксид.
• Октафлуороциклобутан (C4F8): Използва се за нанасяне на полимерен слой върху страничните стени на изкопа, като ги защитава, докато дъното е гравирано по-дълбоко.
• Серен хексафлуорид (SF6): Известен с изключително бързи скорости на ецване на силиций.

Взаимодействието между плазма и на субстрат е сложен. Това включва физическо бомбардиране от йони и химическа реакция от радикали. The оборудване за производство на полупроводници трябва стриктно да контролира потока, налягането и сместа от тези газове. Ако специален газ съдържа примеси като влага, може да образува флуороводородна киселина в захранващите линии или камерата, причинявайки корозия и дефекти на частиците.

Защо азотният трифлуорид е кралят на приложенията за почистване на камери?

Докато ецване и почистване вървят ръка за ръка, почистването на производственото оборудване е също толкова важно, колкото и обработката на пластината. По време на Химично отлагане на пари (CVD), материали като силиций или волфрам се отлагат върху пластината. Тези материали обаче покриват и стените на камерата. Ако този остатък се натрупа, той се отлепва и пада върху вафлите, причинявайки дефекти.

Въведете Азотен трифлуорид (NF3).

Преди години индустрията използваше флуорирана оранжерия газове като C2F6 за почистване на камерата. NF3 обаче се превърна в стандарт за процеси на почистване на камерата поради високата си ефективност. Когато се разгради в отдалечен източник на плазма, NF3 генерира огромно количество флуорни атоми. Тези атоми изчистват стените на камерата, превръщайки твърдите остатъци в газ, който се изпомпва.

Азотен трифлуорид е предпочитан, защото има по-висока степен на използване (повече от газа действително се използва) и по-ниски емисии в сравнение с по-старите почистващи препарати. За фасилити мениджър това означава по-малко време за престой за поддръжка и по-бърза производителност.

Кои флуорирани съединения са от съществено значение за производството в голям обем?

The верига за доставка на полупроводници разчита на кошница от специфични флуорсъдържащи газове. Всеки има определена "рецепта" или приложение. При Jiangsu Huazhong Gas, виждаме огромно търсене на следното:

Тези флуорирани съединения са жизнената сила на производство в голям обем. Без постоянен поток от тях газове в полупроводници производство, линиите спират. Толкова е просто. Ето защо мениджърите по покупки като Ерик Милър постоянно наблюдават верига за доставки за смущения.

Защо газовете с висока чистота са гръбнакът на добива на полупроводници?

Не мога да подчертая това достатъчно: чистотата е всичко.

Когато говорим за газове с висока чистота, ние не говорим за "промишлен клас", използван за заваряване. Говорим за 5N (99.999%) или 6N (99.9999%) чистота.

защо Тъй като а полупроводниково устройство има характеристики, измерени в нанометри. Една единствена молекула от метален примес или следа от влага (H2O) може да причини късо съединение или да попречи на залепването на слой.

• Влага: Реагира с флуор за създаване на HF, който разяжда системата за подаване на газ.
• Кислород: Окислява неконтролируемо силиция.
• Тежки метали: Разрушете електрическите свойства на транзистора.

Като доставчик, нашата работа е да гарантираме, че ксенон с висока чистота или Електронен клас азотен оксид получавате отговаря на строги индустриални стандарти. Използваме усъвършенствана газова хроматография за откриване следи от примеси до части на милиард (ppb). За купувача разглеждането на сертификата за анализ (COA) не е просто документация; това е гаранцията, че техните производство на полупроводници няма да се изправи пред катастрофален срив на доходността.

Как индустрията управлява емисиите на парникови газове и GWP?

В стаята има слон: околната среда. много флуорирани газове имат високо Потенциал за глобално затопляне (GWP). например, Серен хексафлуорид (SF6) е един от най- мощни парникови газове познат на човека, с GWP хиляди пъти по-висок от CO2.

The индустрия за производство на полупроводници е под огромен натиск да намали своя въглероден отпечатък. Това доведе до две големи промени:

1. Намаляване: Fabs инсталират масивни "кутии за изгаряне" или скрубери на техните изпускателни линии. Тези системи разграждат нереагиралите парников газ преди да бъде изхвърлен в атмосферата.
2. Замяна: Изследователите търсят алтернатива ецване газове с по-нисък GWP. Въпреки това, намирането на молекула, която работи толкова добре, колкото C4F8 или SF6, без въздействие върху околната среда, е химически трудно.

Азотен трифлуорид беше стъпка в правилната посока за почистване, защото се разгражда по-лесно от по-старите PFC, което води до по-малко общо емисия ако пречиствателните системи работят правилно. Намаляване емисии на парникови газове вече не е просто PR ход; това е регулаторно изискване в ЕС и САЩ.

Веригата за доставки на полупроводници уязвима ли е към недостиг на специален газ?

Ако последните няколко години ни научиха на нещо, то е, че верига за доставки е крехък. Производители на полупроводници се сблъскаха с недостиг на всичко - от неон до флуорополимери.

Доставката на флуорен газ и неговите производни зависи от добива на флуорипат (калциев флуорид). Китай е основен глобален източник на тази суровина. Когато геополитическото напрежение се повиши или логистичните маршрути се задръстят, наличността им е критична процесни газове пада, а цените скачат до небето.

За купувач като Ерик страхът от „непреодолима сила“ е реален. За да смекчат това, опитните компании диверсифицират своите доставчици. Те търсят партньори, които притежават собствени изо-танки и са изградили логистични мрежи. Надеждност в логистика е също толкова важно, колкото и чистотата на газа. Можете да имате най-чистото C4F8 газ в света, но ако е заседнал на пристанището, той е безполезен за добър.

Какви са протоколите за безопасност при работа с водороден флуорид и други токсични материали?

Безопасността е основата на нашата индустрия. много флуорсъдържащи газовете са или токсични, задушаващи, или силно реактивни. Флуородоводород (HF), често използван при мокро ецване или генериран като страничен продукт, е особено опасен. Прониква през кожата и атакува костната структура.

Работата с тези материали изисква строго обучение и специализирано оборудване.

• Цилиндри: Трябва да бъде DOT/ISO сертифициран и редовно проверяван за вътрешна корозия.
• Клапани: Мембранните вентили се използват за предотвратяване на изтичане.
• Сензори: Полупроводникови фабрики са покрити със сензори за откриване на газ, които задействат аларми при най-малкото изтичане.

Когато напълним цилиндър с Електронен клас азотен оксид или токсичен офорт, ние го третираме като заредено оръжие. Ние гарантираме, че цилиндърът е полиран отвътре, за да се предотвратят частици и че клапанът е запушен и запечатан. За нашите клиенти, знаейки, че газ носител или офортът пристига в безопасна, съвместима опаковка е голямо облекчение.

Какво предстои за материалите, използвани в процеса на производство на полупроводници?

The производство на полупроводници пътната карта е агресивна. Тъй като чиповете преминават към 3D структури като Gate-All-Around (GAA) транзистори, сложността на ецване и почистване увеличава. Виждаме търсене на повече екзотика флуориран газ смеси, които могат да гравират дълбоки, тесни дупки с атомна точност.

Гравиране на атомен слой (ALE) е нововъзникваща техника, която премахва материала един атомен слой наведнъж. Това изисква невероятно прецизно дозиране на реактивни газове. Освен това стремежът към „зелено“ производство вероятно ще стимулира приемането на нови флуорна химия който предлага същата производителност с по-ниска GWP.

Бъдещето принадлежи на тези, които могат да правят иновации както в синтеза, така и в пречистването на газ. като полупроводникови материали се развиват, газовете, използвани за оформянето им, също трябва да се развиват.

Ключови изводи

• Флуорът е важен: Химия на флуора е ключов фактор за ецване и чиста влиза производство на полупроводници.
• Чистотата е цар: Висока чистота (6N) не подлежи на договаряне за предотвратяване на дефекти и гарантиране стабилност на процеса.
• Разнообразие от газове: Различни газове като CF4, SF6 и Азотен трифлуорид изпълняват специфични роли в измислица.
• Въздействие върху околната среда: Управление емисии на парникови газове и намаляване е критично предизвикателство за индустрията.
• Сигурност на доставките: Здрав верига за доставки и надеждни партньори са необходими, за да се избегнат спирания на производството.

Ние в Jiangsu Huazhong Gas разбираме тези предизвикателства, защото ги изживяваме всеки ден. Независимо дали имате нужда Ксенон с висока чистота за вашия най-нов процес на ецване или надеждна доставка на стандартни индустриални газове, ние сме тук, за да подкрепим технологията, която изгражда бъдещето.