Ο σύγχρονος κόσμος λειτουργεί με μάρκες. Από το smartphone στην τσέπη σας μέχρι τα συστήματα καθοδήγησης στην αεροδιαστημική μηχανική, το μικροσκοπικό συσκευή ημιαγωγών είναι ο αφανής ήρωας της ψηφιακής εποχής. Ποιος είναι όμως ο ήρωας πίσω από τον ήρωα; Είναι ο αόρατος, συχνά πτητικός κόσμος των ειδικών αερίων. Συγκεκριμένα, χημεία φθορίου παίζει καθοριστικό ρόλο στην κατασκευή ημιαγωγών διαδικασία που απλά δεν μπορεί να αντικατασταθεί.

Εάν διαχειρίζεστε μια αλυσίδα εφοδιασμού ή επιβλέπετε την ποιότητα των προϊόντων σε α ημιαγωγός χυτήριο, ξέρετε ότι το περιθώριο λάθους είναι μηδέν. Μια μόνο ακίδα υγρασίας ή ένα μικροσκοπικό σωματίδιο μπορεί να καταστρέψει μια παραγωγή πολλών εκατομμυρίων δολαρίων. Αυτό το άρθρο εμβαθύνει στον ρόλο του που περιέχει φθόριο αέρια—γιατί τα χρησιμοποιούμε, η συγκεκριμένη χημεία που τα κάνει αποτελεσματικά και η κρίσιμη σημασία της σταθερότητας και της καθαρότητας της εφοδιαστικής αλυσίδας. Θα διερευνήσουμε πώς αυτά αέρια υψηλής καθαρότητας χρησιμοποιούνται σε χαράσσω με οξύ και τα βήματα κατάθεσης και γιατί η προμήθεια τους από έναν αξιόπιστο συνεργάτη είναι η πιο σημαντική απόφαση που μπορείτε να πάρετε φέτος.

Γιατί η βιομηχανία ημιαγωγών εξαρτάται τόσο από αέρια που περιέχουν φθόριο;

Για να καταλάβετε το βιομηχανία ημιαγωγών, πρέπει να κοιτάξετε τον περιοδικό πίνακα. Το πυρίτιο είναι ο καμβάς, αλλά φθόριο είναι το πινέλο. Το κατασκευή ημιαγωγών Η διαδικασία περιλαμβάνει την κατασκευή στρωμάτων υλικών και στη συνέχεια την επιλεκτική αφαίρεσή τους για τη δημιουργία κυκλωμάτων. Αυτή η διαδικασία αφαίρεσης ονομάζεται χάραξη.

Φθόριο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Με απλά λόγια, είναι απίστευτα πεινασμένο για ηλεκτρόνια. Όταν εισάγουμε αέριο φθόριο ή φθοριούχες ενώσεις σε ένα θάλαμο πλάσματος, τα άτομα φθορίου αντιδρούν επιθετικά με το πυρίτιο και διοξείδιο του πυριτίου. Αυτή η χημική αντίδραση μετατρέπει το στερεό πυρίτιο σε πτητικά αέρια (όπως το τετραφθοριούχο πυρίτιο) που μπορούν εύκολα να αντληθούν μακριά. Χωρίς αυτή τη χημική αντιδραστικότητα, δεν θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε τις μικροσκοπικές τάφρους και τις οπές επαφής που απαιτούνται για τη σύγχρονη ηλεκτρονικές συσκευές.

Σε παραγωγή μεγάλου όγκου, η ταχύτητα και η ακρίβεια είναι το παν. Αέρια που περιέχουν φθόριο παρέχει τους υψηλούς ρυθμούς χάραξης που απαιτούνται για τη διατήρηση της απόδοσης, ενώ προσφέρει επίσης την επιλεκτικότητα για την κοπή ενός υλικού χωρίς να καταστραφεί το στρώμα από κάτω. Είναι μια λεπτή πράξη εξισορρόπησης του χημεία και φυσική.

Τι κάνει τη χημεία του φθορίου τόσο μοναδική για χάραξη υψηλής ακρίβειας;

Ίσως ρωτήσετε, γιατί να μην χρησιμοποιήσετε χλώριο ή βρώμιο; Κάνουμε, για ορισμένα στρώματα. Ωστόσο, χημεία φθορίου προσφέρει ένα μοναδικό πλεονέκτημα κατά τη χάραξη υλικών με βάση το πυρίτιο. Ο δεσμός μεταξύ πυριτίου και φθορίου είναι απίστευτα ισχυρός. Πότε που περιέχει φθόριο το πλάσμα χτυπά τη γκοφρέτα, η αντίδραση είναι εξώθερμη και αυθόρμητη.

Η μαγεία συμβαίνει στο πλάσμα. Σε ένα διαδικασία ημιαγωγών θάλαμο, εφαρμόζουμε υψηλή ενέργεια σε ένα σταθερό αέριο όπως ο τετραφθοριούχος άνθρακας (CF4) ή το εξαφθοριούχο θείο (SF6). Αυτό διασπά το αέριο, απελευθερώνοντας αντιδραστικά φθόριο ριζοσπάστες. Αυτές οι ρίζες επιτίθενται στην επιφάνεια του όστια.

«Η ακρίβεια του χαράσσω με οξύ καθορίζει την απόδοση του τσιπ. Εάν η καθαρότητα του αερίου σας κυμαίνεται, ο ρυθμός χάραξης κυμαίνεται και η απόδοσή σας καταρρέει».

Αυτό οδηγεί στην έννοια του ανισότροπος χάραξη—κόψιμο κατευθείαν χωρίς φαγητό στο πλάι. Με ανάμειξη φθόριο με άλλα αέρια διεργασίας, οι μηχανικοί μπορούν να ελέγξουν τέλεια το προφίλ της τάφρου. Αυτή η ικανότητα είναι απαραίτητη καθώς μετακινούμαστε σε μικρότερους κόμβους (7nm, 5nm και κάτω), όπου ακόμη και ένα νανόμετρο απόκλισης είναι αποτυχία.

Πώς τα αέρια στην κατασκευή ημιαγωγών οδηγούν τις προηγμένες διαδικασίες χάραξης;

Διαδικασίες Etch είναι τα εργαλεία γλυπτικής του fabs. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: υγρή χάραξη (με χρήση υγρών χημικών όπως π υδροφθόριο) και ξηρή χάραξη (με χρήση πλάσματος). Μοντέρνα προηγμένος ημιαγωγός Οι κόμβοι βασίζονται σχεδόν αποκλειστικά στη χάραξη ξηρού πλάσματος επειδή είναι πολύ πιο ακριβής.

Σε ένα τυπικό χάραξη πλάσματος ακολουθία, α φθοριούχο αέριο εισάγεται. Ας δούμε την ποικιλία που χρησιμοποιείται:

• Τετραφθοριούχος άνθρακας (CF4): Το άλογο εργασίας για χάραξη οξειδίου.
• Οκταφθοροκυκλοβουτάνιο (C4F8): Χρησιμοποιείται για την εναπόθεση ενός στρώματος πολυμερούς στα πλευρικά τοιχώματα της τάφρου, προστατεύοντάς τα ενώ ο πυθμένας είναι χαραγμένος βαθύτερα.
• Εξαφθοριούχο θείο (SF6): Γνωστό για εξαιρετικά γρήγορους ρυθμούς χάραξης πυριτίου.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ των πλάσμα και το υπόστρωμα είναι πολύπλοκο. Περιλαμβάνει φυσικό βομβαρδισμό από ιόντα και χημική αντίδραση από ρίζες. Το εξοπλισμός κατασκευής ημιαγωγών πρέπει να ελέγχει αυστηρά τη ροή, την πίεση και το μείγμα αυτών των αερίων. Αν το ειδικό αέριο περιέχει ακαθαρσίες όπως υγρασία, μπορεί να σχηματίσει υδροφθορικό οξύ εντός των γραμμών παροχής ή του θαλάμου, προκαλώντας διάβρωση και ελαττώματα σωματιδίων.

Γιατί το Trifluoride του αζώτου είναι ο βασιλιάς των εφαρμογών καθαρισμού θαλάμων;

Ενώ χάραξη και καθαρισμός πάνε χέρι-χέρι, ο καθαρισμός του εξοπλισμού κατασκευής είναι εξίσου ζωτικής σημασίας με την επεξεργασία της γκοφρέτας. κατά τη διάρκεια Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD), υλικά όπως πυρίτιο ή βολφράμιο εναποτίθενται στη γκοφρέτα. Ωστόσο, αυτά τα υλικά επικαλύπτουν και τα τοιχώματα του θαλάμου. Εάν αυτό το υπόλειμμα συσσωρευτεί, ξεφλουδίζει και πέφτει πάνω στις γκοφρέτες, προκαλώντας ελαττώματα.

Εισαγάγετε Τριφθοριούχο άζωτο (NF3).

Πριν από χρόνια, η βιομηχανία χρησιμοποιούσε φθοριούχο θερμοκήπιο αέρια όπως το C2F6 για τον καθαρισμό του θαλάμου. Ωστόσο, το NF3 έχει γίνει το πρότυπο για διαδικασίες καθαρισμού θαλάμου λόγω της υψηλής απόδοσης του. Όταν διασπάται σε μια απομακρυσμένη πηγή πλάσματος, το NF3 παράγει μια τεράστια ποσότητα άτομα φθορίου. Αυτά τα άτομα καθαρίζουν τα τοιχώματα του θαλάμου, μετατρέποντας τα στερεά υπολείμματα σε αέριο που αντλείται έξω.

Τριφθοριούχο άζωτο προτιμάται επειδή έχει υψηλότερο ποσοστό χρήσης (χρησιμοποιείται περισσότερο αέριο) και χαμηλότερες εκπομπές σε σύγκριση με παλαιότερα καθαριστικά. Για έναν διαχειριστή εγκαταστάσεων, αυτό σημαίνει λιγότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας για συντήρηση και ταχύτερη απόδοση.

Ποιες φθοριούχες ενώσεις είναι απαραίτητες για την παραγωγή μεγάλου όγκου;

Ο εφοδιαστική αλυσίδα ημιαγωγών βασίζεται σε ένα καλάθι συγκεκριμένων αέρια που περιέχουν φθόριο. Το καθένα έχει μια συγκεκριμένη «συνταγή» ή εφαρμογή. Στο Jiangsu Huazhong Gas, βλέπουμε μια τεράστια ζήτηση για τα ακόλουθα:

Αυτοί φθοριούχες ενώσεις είναι η ψυχή του παραγωγή μεγάλου όγκου. Χωρίς μια σταθερή ροή από αυτά αέρια σε ημιαγωγούς παραγωγή, οι γραμμές σταματούν. Είναι τόσο απλό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι υπεύθυνοι αγορών όπως ο Eric Miller παρακολουθούν συνεχώς το εφοδιαστική αλυσίδα για διαταραχές.

Γιατί τα αέρια υψηλής καθαρότητας είναι η ραχοκοκαλιά της απόδοσης των ημιαγωγών;

Δεν μπορώ να το τονίσω αρκετά: Η αγνότητα είναι το παν.

Όταν μιλάμε για αέρια υψηλής καθαρότητας, δεν μιλάμε για "βιομηχανικό βαθμό" που χρησιμοποιείται για συγκόλληση. Μιλάμε για καθαρότητα 5Ν (99,999%) ή 6Ν (99,9999%).

Γιατί; Επειδή α συσκευή ημιαγωγών έχει χαρακτηριστικά μετρημένα σε νανόμετρα. Ένα μόνο μόριο μιας ακαθαρσίας μετάλλου ή ένα ίχνος υγρασίας (H2O) μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα ή να εμποδίσει την προσκόλληση ενός στρώματος.

• Υγρασία: Αντιδρά με φθόριο για τη δημιουργία HF, που διαβρώνει το σύστημα παροχής αερίου.
• Οξυγόνο: Οξειδώνει το πυρίτιο ανεξέλεγκτα.
• Heavy Metals: Καταστρέψτε τις ηλεκτρικές ιδιότητες του τρανζίστορ.

Ως προμηθευτής, η δουλειά μας είναι να διασφαλίσουμε ότι η Xenon υψηλής καθαρότητας ή Ηλεκτρονικό οξείδιο του αζώτου λαμβάνετε συναντά αυστηρά βιομηχανικά πρότυπα. Χρησιμοποιούμε προηγμένη αέρια χρωματογραφία για την ανίχνευση ίχνος ακαθαρσιών σε μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb). Για έναν αγοραστή, το να βλέπει το Πιστοποιητικό Ανάλυσης (COA) δεν είναι απλώς γραφική εργασία. είναι η εγγύηση ότι τους κατασκευή ημιαγωγών δεν θα αντιμετωπίσει μια καταστροφική πτώση απόδοσης.

Πώς διαχειρίζεται η βιομηχανία τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου και το GWP;

Υπάρχει ένας ελέφαντας στο δωμάτιο: το περιβάλλον. Πολλοί φθοριούχα αέρια έχουν υψηλή Δυνατότητα υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP). Για παράδειγμα, Εξαφθοριούχο θείο (SF6) είναι ένα από τα περισσότερα ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου γνωστό στον άνθρωπο, με GWP χιλιάδες φορές υψηλότερο από το CO2.

Ο βιομηχανία ημιαγωγών βρίσκεται υπό τεράστια πίεση να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα. Αυτό οδήγησε σε δύο μεγάλες αλλαγές:

1. Μείωση: Fabs εγκαθιστούν μαζικά «κουτιά καύσης» ή πλυντρίδες στις γραμμές εξάτμισης τους. Αυτά τα συστήματα διασπούν τα μη αντιδραστήρια αέριο θερμοκηπίου πριν απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα.
2. Αντικατάσταση: Οι ερευνητές αναζητούν εναλλακτικές λύσεις χαράσσω με οξύ αέρια με χαμηλότερο GWP. Ωστόσο, η εύρεση ενός μορίου που αποδίδει τόσο καλά όσο το C4F8 ή το SF6 χωρίς τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι χημικά δύσκολο.

Τριφθοριούχο άζωτο ήταν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για τον καθαρισμό, επειδή διασπάται πιο εύκολα από τα παλαιότερα PFC, με αποτέλεσμα λιγότερα συνολικά εκπομπή εάν τα συστήματα μείωσης λειτουργούν σωστά. Μείωση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου δεν είναι πλέον απλώς μια κίνηση δημοσίων σχέσεων. αποτελεί κανονιστική απαίτηση στην ΕΕ και στις ΗΠΑ.

Είναι η αλυσίδα εφοδιασμού ημιαγωγών ευάλωτη σε ειδικές ελλείψεις αερίου;

Αν τα τελευταία χρόνια μας έμαθαν κάτι, είναι ότι το εφοδιαστική αλυσίδα είναι εύθραυστο. Κατασκευαστές ημιαγωγών έχουν αντιμετωπίσει ελλείψεις σε όλα, από νέον έως φθοροπολυμερή.

Η προμήθεια του αέριο φθόριο και τα παράγωγά του εξαρτώνται από την εξόρυξη αργυραδάμαντα (φθοριούχο ασβέστιο). Η Κίνα είναι μια σημαντική παγκόσμια πηγή αυτής της πρώτης ύλης. Όταν οι γεωπολιτικές εντάσεις αυξάνονται ή οι διαδρομές logistics φράζουν, η διαθεσιμότητα αυτών των κρίσιμων αέρια διεργασίας πέφτουν και οι τιμές εκτοξεύονται.

Για έναν αγοραστή όπως ο Έρικ, ο φόβος της «ανωτέρας βίας» είναι πραγματικός. Για να μετριαστεί αυτό, οι έξυπνες εταιρείες διαφοροποιούν τους προμηθευτές τους. Ψάχνουν για συνεργάτες που έχουν δικό τους ισο-δεξαμενές και έχουν δημιουργήσει δίκτυα logistics. Αξιοπιστία σε επιμελητεία είναι εξίσου σημαντική με την καθαρότητα του αερίου. Μπορείτε να έχετε το πιο αγνό Αέριο C4F8 στον κόσμο, αλλά αν είναι κολλημένο σε ένα λιμάνι, είναι άχρηστο για το fab.

Ποια είναι τα πρωτόκολλα ασφαλείας για το χειρισμό του Υδροφθορίου και άλλων τοξικών υλικών;

Η ασφάλεια είναι το θεμέλιο του κλάδου μας. Πολλοί που περιέχει φθόριο Τα αέρια είναι είτε τοξικά, είτε ασφυξιογόνα είτε εξαιρετικά αντιδραστικά. Υδροφθόριο Το (HF), που χρησιμοποιείται συχνά σε υγρή χάραξη ή παράγεται ως υποπροϊόν, είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο. Διεισδύει στο δέρμα και επιτίθεται στη δομή των οστών.

Ο χειρισμός αυτών των υλικών απαιτεί αυστηρή εκπαίδευση και εξειδικευμένο εξοπλισμό.

• Κύλινδροι: Πρέπει να έχει πιστοποίηση DOT/ISO και να ελέγχεται τακτικά για εσωτερική διάβρωση.
• Βαλβίδες: Οι βαλβίδες διαφράγματος χρησιμοποιούνται για την αποφυγή διαρροής.
• Αισθητήρες: Fabs ημιαγωγών καλύπτονται από αισθητήρες ανίχνευσης αερίων που ενεργοποιούν συναγερμούς με την παραμικρή διαρροή.

Όταν γεμίσουμε έναν κύλινδρο με Ηλεκτρονικό οξείδιο του αζώτου ή ένα τοξικό χαρακτικό, το αντιμετωπίζουμε σαν ένα γεμάτο όπλο. Εξασφαλίζουμε ότι ο κύλινδρος είναι γυαλισμένος εσωτερικά για την αποφυγή σωματιδίων και ότι η βαλβίδα είναι καλυμμένη και σφραγισμένη. Για τους πελάτες μας, γνωρίζοντας ότι το φέρον αέριο ή το χαρακτικό φτάνει σε ασφαλή, συμβατή συσκευασία είναι μια μεγάλη ανακούφιση.

Τι υπάρχει μπροστά για τα υλικά που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών;

Ο παραγωγή ημιαγωγών Ο οδικός χάρτης είναι επιθετικός. Καθώς τα τσιπ μετακινούνται σε τρισδιάστατες δομές όπως τα τρανζίστορ Gate-All-Around (GAA), η πολυπλοκότητα του χάραξη και καθαρισμός αυξάνει. Βλέπουμε μια ζήτηση για πιο εξωτικά φθοριούχο αέριο μείγματα που μπορούν να χαράξουν βαθιές, στενές τρύπες με ατομική ακρίβεια.

Χαλκογραφία ατομικού στρώματος (ALE) είναι μια αναδυόμενη τεχνική που αφαιρεί το υλικό ένα ατομικό στρώμα τη φορά. Αυτό απαιτεί απίστευτα ακριβή δοσολογία αντιδραστικά αέρια. Επιπλέον, η ώθηση για «πράσινη» κατασκευή θα οδηγήσει πιθανότατα στην υιοθέτηση νέων χημεία φθορίου που προσφέρει την ίδια απόδοση με χαμηλότερη GWP.

Το μέλλον ανήκει σε αυτούς που μπορούν να καινοτομήσουν τόσο στη σύνθεση όσο και στον καθαρισμό αερίων. Όπως υλικά ημιαγωγών εξελίσσονται, τα αέρια που χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση τους πρέπει επίσης να εξελιχθούν.

Βασικά Takeaways

• Το φθόριο είναι απαραίτητο: Χημεία φθορίου είναι ο βασικός ενεργοποιητής για χαράσσω με οξύ και καθαρό μπαίνει μέσα κατασκευή ημιαγωγών.
• Η αγνότητα είναι βασιλιάς: Υψηλής καθαρότητας Το (6N) είναι αδιαπραγμάτευτο για την αποφυγή ελαττωμάτων και τη διασφάλιση σταθερότητα της διαδικασίας.
• Ποικιλία αερίων: Διαφορετικά αέρια όπως CF4, SF6 και Τριφθοριούχο άζωτο υπηρετούν συγκεκριμένους ρόλους σε κατασκεύασμα.
• Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Διαχείριση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και μείωση είναι μια κρίσιμη πρόκληση του κλάδου.
• Ασφάλεια ανεφοδιασμού: Ένα στιβαρό εφοδιαστική αλυσίδα και αξιόπιστοι συνεργάτες είναι απαραίτητοι για την αποφυγή στάσεων παραγωγής.

Στην Jiangsu Huazhong Gas, κατανοούμε αυτές τις προκλήσεις γιατί τις ζούμε καθημερινά. Είτε χρειάζεστε Xenon υψηλής καθαρότητας για την πιο πρόσφατη διαδικασία χάραξης ή την αξιόπιστη παράδοση τυπικών βιομηχανικών αερίων, είμαστε εδώ για να υποστηρίξουμε την τεχνολογία που χτίζει το μέλλον.