Kaasaegse tehnoloogia maailmas on pooljuht on kuningas. Need pisikesed keerukad kiibid toidavad kõike alates meie nutitelefonidest kuni autode ja Internetti haldavate andmekeskusteni. Aga mis on nende kiipide loomise volitused? Vastus üllataval kombel on gaas. Mitte ükskõik milline gaas, aga kõrge puhtusastmega gaasid kujuteldamatust puhtusest. Seitsme tööstusgaasidele spetsialiseerunud tootmisliiniga tehase omaniku Allenina olen omal nahal näinud, kuidas nõudlus puhtuse järele on hüppeliselt kasvanud. See artikkel on mõeldud ärijuhtidele, nagu Mark Shen, kes on maailma esirinnas gaas tarneahel. Saate aru kvaliteedist ja hinnast, kuid sellel turul tõeliselt juhtpositsiooni saamiseks peate mõistma miks. Demüstifitseerime selle keerulise maailma pooljuhtide tootmine, selgitades lihtsate sõnadega, miks üks eksik osakest aastal a gaas oja võib tehasele maksma miljoneid. See on teie juhend keele rääkimiseks pooljuhtide tööstus ja saada asendamatuks partneriks.

Millist rolli mängib gaas pooljuhtkiibi valmistamisel?

Selle keskmes pooljuhtide tootmine on protsess mikroskoopiliste mitmekihiliste elektriahelate ehitamiseks õhukesele plaadile räni, tuntud kui a vahvel. Kujutage ette, et proovite ehitada postmargi suurust pilvelõhkujat, millel on miljardeid ruume ja esikuid. See on skaala, millest me räägime. Selle saavutamiseks ei saa te kasutada füüsilisi tööriistu. Selle asemel kogu tootmisprotsess põhineb paljudel täpsetel keemilistel reaktsioonidel ja nende reaktsioonide peamine kandja on gaas.

Gaasid toimivad nähtamatute kätena, mis neid ahelaid ehitavad. Nad teevad mitu kriitilist tööd. Mõned, nagu lämmastik, looge täiesti puhas ja stabiilne keskkond, vältides soovimatuid reaktsioone. Teised, tuntud kui protsessigaasid, on tegelikud ehitusplokid või nikerdustööriistad. Näiteks konkreetne gaasi tüüp võib kasutada juhtiva materjali mikroskoopilise kihi ladestamiseks, samas kui teist gaas on täpselt harjunud etch materjalist eemale, et moodustada ringtee. Iga samm alates puhastamisest vahvel lõplike transistoride ehitamine hõlmab spetsiifilist gaas või gaaside segu. täpsus gaasivool ja selle keemiline koostis määrab otseselt selle edu kiibi tootmine protsessi.

Miks on puhtus pooljuhtide tootmises nii oluline?

Meie igapäevaelus veidi tolmu või õhusaaste pole suurem asi. Kuid sees a pooljuht tootmistehas või "fab" on katastroof. Komponendid, mis ehitatakse a räni vahvel mõõdetakse sageli nanomeetrites - see on meetri miljardid. Vaadates seda perspektiivi, on ühe inimese juuksekarva laius umbes 75 000 nanomeetrit. Väike tolm osakest te isegi ei näe, et maailmas on hiiglaslik rändrahn pooljuht väljamõeldis.

Sellepärast puhtus on gaaside kõige olulisem omadus kasutatakse pooljuhtides tootmine. Kõik soovimatud molekulid – olgu see siis hulkuv veemolekul või väike metall osakestvõi mõni muu gaas molekul – peetakse ebapuhtus. See saastumine võib õrna täielikult häirida keemiline reaktsioon toimub vahvel'i pinnale. Üksik ebapuhtus võib blokeerida vooluringi moodustumist, põhjustada lühise või muuta vooluahelat pooljuhtide elektrilised omadused materjalist. Sest vallaline vahvel võib sisaldada sadu või tuhandeid üksikuid kiipe, võib üks pisike viga kaasa tuua tohutu rahalise kahju. Kogu protsess nõuab kõrgeim puhtusaste üldse tööle.

Kuidas gaasivrakkide lisandid pooljuhtide tootmist kahjustavad?

Kui an ebapuhtus on protsessis kohal gaas, võib see põhjustada "tapja defekt." See pole lihtsalt väike viga; see on a defekt mis renderdab kogu mikrokiibi selles osas vahvel kasutu. Vaatame, kuidas see juhtub. Ajal ladestumine faas, kus õhukesed kiled ehitatakse kiht kihi haaval, soovimatu osakest võib maanduda pinnale. Kui järgmine kiht ladestatakse peale, tekitab see mikroskoopilise muhke või tühimiku. See viga võib katkestada elektriühenduse või luua soovimatu ühenduse, hävitades tõhusalt ehitatava transistori.

Selle tagajärjed on laastavad fab'i lõpptulemuseni. Edukuse esmane mõõdik a pooljuht fab on "saagis" — ühest tükist toodetud töötavate laastude protsent vahvel. Isegi väike langus saagikus, 95% kuni 90%, võib tähendada miljoneid dollareid saamata jäänud tulu. Gaasi lisandid on vähenemise otsene põhjus saagikus. Sellepärast pooljuhtide tootjad on kinnisideeks gaasi puhtus. Nad peavad olema kindlad, et gaas nende mitme miljardi dollari suuruste tööriistade sisestamine on täiesti vaba saasteaine mis võib rööpast välja lüüa pooljuhtide valmistamise protsess. See on mikroskoopilise täpsusega mäng, kus eksimisruumi ei ole.

Milliseid võtmegaase pooljuhtide valmistamisel kasutatakse?

Kasutatavate gaaside valik pooljuhtide tööstus on suur, kuid üldiselt jagunevad need kahte kategooriasse: lahtised gaasid ja erigaasid.

• Mahugaasid: Neid kasutatakse tohututes kogustes ja need moodustavad tootmiskeskkonna aluse.

  • Lämmastik (N2): See on tööhobune. Ülikõrge puhtus Lämmastik kasutatakse inertse "atmosfääri" loomiseks tootmistööriistade sees. See eemaldab hapniku, niiskuse ja muud osakesed, vältides soovimatut oksüdatsiooni või saastumine kohta vahvel.
  • Vesinik (H₂): Kasutatakse sageli koos teiste gaasidega, vesinik on teatud jaoks ülioluline ladestumine protsesside jaoks ja väga spetsiifiliste keemiliste keskkondade loomiseks, mis on vajalikud transistorstruktuuride ehitamiseks.
  • Argoon (Ar): Inertsena gaas, Argooni kasutatakse protsessis, mida nimetatakse pihustamiseks, kus seda kasutatakse sihtmaterjali pommitamiseks, lüües lahti aatomid, mis seejärel sadestuvad vahvel. Seda kasutatakse ka loomiseks plasma paljudes etch protsessid.

• Spetsiaalsed gaasid: Need on keerulised, sageli ohtlikud ja kõrgelt konstrueeritud gaasid, mida kasutatakse konkreetsetes protsessietappides. Need on "aktiivsed" koostisosad.

  • Söövitajad: Gaase nagu kloor (Cl₂) ja vesinikbromiid (HBr) kasutatakse täpseks nikerdamiseks või etch mustrid kihtidesse vahvel.
  • Lisandid: Gaase nagu arsiin (AsH₃) ja fosfiin (PH₃) kasutatakse tahtlikult spetsiifilise aine sisseviimiseks. ebapuhtus sisse räni muuta selle elektrilisi omadusi, mis on see, kuidas transistore juhitakse.
  • Sadestusgaasid: Silaan (SiH₄) on klassikaline näide, mida kasutatakse allikana räni õhukeste kilede ladestamiseks.

Marki-suguse hankeametniku jaoks on ülioluline teada, et kuigi kõik need gaasid on erinevad, on neil üks ühine nõue: äärmuslik. puhtus.

Kas saate ladestumist ja söövitamist lihtsate sõnadega selgitada?

Pooljuhtide tootmine hõlmab sadu samme, kuid enamik neist on kahe põhiprotsessi variatsioonid: ladestumine ja etch. Nende lihtsate sõnadega mõistmine on võtmetähtsusega rolli mõistmiseks gaas.

1. Sadestamine: kihtide ehitamine
Mõelge ladestumine nagu pihustusvärvimine molekulidega. Eesmärk on lisada pinnale üliõhuke, täiesti ühtlane kiht materjali räni vahvel.

• Protsess: Protsess gaas (nagu silaan) segatakse a kandev gaas (nagu lämmastik või vesinik). See gaas segu viiakse seejärel kambrisse, mis sisaldab vahvel. A keemiline reaktsioon käivitatakse sageli kuumuse või a plasma, põhjustades molekulide "sadenemist" välja gaas ja moodustavad tahke aine õhuke kile peal vahvel'i pinnale.
• Miks puhtus on oluline: Kui seal on saasteaine osakest aastal gaas oja, see on nagu tolmukübe, mis satub teie pihustusvärvi sisse. See manustatakse uude kihti, luues struktuuri defekt. Kui on soovimatu gaas molekul, võib see valesti reageerida, muutes kihi keemilist koostist ja elektrilisi omadusi.

2. Söövitamine: vooluringide nikerdamine
Pärast kihi ehitamist peate sellesse nikerdama vooluringi mustri. Etch on materjali valikulise eemaldamise protsess.

• Protsess: The vahvel on kaetud valgustundliku materjaliga, mida nimetatakse fotoresistiks. Sellele projitseeritakse muster (nagu šabloon). Seejärel katmata alad kõvastatakse. The vahvel asetatakse seejärel söövitusainega täidetud kambrisse gaas (nagu fluoripõhine ühend). See gaas on pingestatud a plasma olekut, muutes selle väga reaktiivseks. The plasma pommitab vahvel, sööb materjali keemiliselt ära ainult aladel, mida šabloon ei kaitse.
• Miks puhtus on oluline: Lisandid gaasides söövitamiseks kasutatav võib reaktsiooni kiirust muuta. See võib põhjustada vooluringid liiga laiaks, kitsaks või üldse mitte. Metallist osakest ebapuhtus võib isegi blokeerida etch protsessi ühes pisikeses kohas, jättes endast maha soovimatu materjali "postituse", mis lühistab vooluahela.

Kuidas mõõdetakse ja hoitakse ülikõrget gaasipuhtust?

Aastal ülemaailmne pooljuhtide tööstus, on standardsed puhtuse mõõtmised nagu "protsent" kasutud. Meil on tegemist saastumine raskesti mõistetaval skaalal. Puhtust mõõdetakse osad triljoni kohta (ppt). See tähendab iga triljonit gaas molekule, võib lisandi molekule olla ainult üks või kaks.

Selle taseme saavutamiseks ja kontrollimiseks gaasi puhtus, keerukas süsteem gaasi puhastamine ja analüüs on vajalik.

Meie tehases me ei tooda ainult gaas; me elame ja hingame kvaliteedikontroll. The gaasivarustus kett a pooljuht fab hõlmab spetsiaalseid puhastiid, mis on paigaldatud otse kasutuskohta. Lisaks edasijõudnud gaasianalüüs jaoks kasutatakse tööriistu reaalajas jälgimine. Tehnikad nagu atmosfäärirõhu ionisatsioonimass spektromeetriat (APIMS) saab teha lisandite tuvastamine alla osade triljoni kohta tasemeni, tagades uhp gaas (ülikõrge puhtusastmega) protsessitööriista sisenemine on täiuslik.

Mis teeb kõrge puhtusastmega gaasi tarnija usaldusväärseks?

Marki-suguse hankejuhi jaoks, kes on kogenud saadetiste hilinemise ja pettustega seotud sertifikaate, on usaldusväärsus kõik. Maailmas kõrge puhtusastmega pooljuht gaaside puhul toetub töökindlus kolmele sambale: tootmise järjepidevus, kvaliteedi tagamine ja logistiline ekspertiis.

1. Tootmise järjepidevus: Usaldusväärsel tarnijal peab olema tugev ja üleliigne tootmisvõime. Meie tehase seitse tootmisliini näiteks tagavad, et suudame vastata suurele nõudlusele ja et probleem ühel real ei peata kogu meie väljundit. See vähendab tarnehäirete ohtu, mis võib mitme miljardi dollari väärtuses sulgeda pooljuht fab.
2. Kontrollitav kvaliteedi tagamine: Ei piisa väitest, et sul on kõrge puhtusastmega gaas. Peate suutma seda tõestada. See tähendab investeerimist nüüdisaegsetesse analüüsiseadmetesse lisandite tuvastamine. See tähendab ka läbipaistvate, jälgitavate analüüsisertifikaatide (CoA) esitamist iga saadetise juurde. Sertifikaadipettustega võitlemine seisneb usaldusel ja kontrollitavatel andmetel põhineva pikaajalise suhte loomises.
3. Logistiline ekspertiis: Saamine a söövitav gaas või krüogeenne vedelik Hiinast USA-sse ei ole lihtne. See nõuab spetsiaalseid konteinereid, teadmisi rahvusvahelistest laevanduseeskirjadest ja täpset planeerimist, et vältida viivitusi. Usaldusväärne tarnija mõistab, et see ei ole ainult kasti saatmine; see haldab maailma kriitilist osa pooljuht tarneahel.

Mis vahe on lahtise gaasi ja erigaasi vahel?

Mõistes vahet lahtiselt gaas ja spetsiaalne gaas on võtmetähtsusega kõigile, kes on seotud hankimisega pooljuhtide tööstus. Kuigi mõlemad nõuavad äärmuslikkust puhtus, on nende ulatus, käsitsemine ja rakendus väga erinevad.

Puistegaasid, nagu Suure puhtusastmega erigaasid, viidata gaasid nagu lämmastik, hapnik, argoon ja vesinik. Need on tehase keskkonna aluseks. Mõiste "hulk" viitab kasutatud tohututele kogustele. Neid gaase toodetakse sageli kohapeal või läheduses ja tarnitakse spetsiaalsete torujuhtmete kaudu otse tehase sisemisse jaotussüsteemi. Peamised väljakutsed on siin säilitamine puhtus üle suurte jaotusvõrkude ja tagades katkematu ja suure mahuga tarnimise.

Spetsiaalne gaas (või elektrooniline gaas) viitab sageli eksootiliste, reaktsioonivõimeliste või ohtlike gaaside laiale kategooriale, mida kasutatakse väiksemates kogustes konkreetsetes protsessietappides, nagu söövitamine ja ladestumine. Näited hõlmavad silaani, ammoniaaki, boortrikloriidi ja lämmastiktrifluoriidi. Need tarnitakse üksikutes kõrgsurvesilindrites. Väljakutsed koos spetsiaalne gaas on käsitsemisel äärmiselt ohutud, tagades gaasisegudele täiusliku segu konsistentsi ja takistades silindris keemilisi reaktsioone, mis võivad ohtu seada. gaasi kvaliteet.

Kuidas areneb nõudlus kõrge puhtusastmega pooljuhtgaasi järele?

The pooljuhtide tööstus ei seisa kunagi paigal. Moore'i seadus, tähelepanek, et transistoride arv kiibil kahekordistub ligikaudu iga kahe aasta järel, nihutab jätkuvalt füüsika piire. Kui transistorid kahanevad, muutuvad nad nende suhtes eksponentsiaalselt tundlikumaks saastumine. A osakeste suurus mis oli vastuvõetav viis aastat tagasi, on "tapja". defekt"täna.

See järeleandmatu püüd väiksemate ja võimsamate kiipide järele tähendab nõudlust veelgi kõrgema taseme järele gaasi puhtus kasvab. Me liigume maailmast, kus osad miljardi kohta oli kullastandard, maailma, kus osad triljoni kohta on miinimumnõue täiustatud pooljuht sõlmed. Lisaks nõuavad uued materjalid ja kiibiarhitektuurid, nagu 3D NAND ja Gate-All-Around (GAA) transistorid täiesti uut portfelli järgmise põlvkonna gaas segud ja lähteained. Nagu gaasitootjad, oleme pidevas uuenduste võidujooksus, töötades välja uusi puhastustehnoloogiaid ja analüütilisi meetodeid, et sammu pidada ülemaailmne pooljuhtide tööstus.

Milliseid kvaliteedisertifikaate peaksin ostjana otsima?

Tarnijate maailmas navigeerimine võib olla raske, eriti tehniliste toodetega tegelemisel. Sertifikaadid annavad olulise kolmanda osapoole kinnituse tarnija võimete ja kvaliteedile pühendumise kohta. Hankimisel kõrge puhtusastmega gaasid jaoks pooljuhtide tööstus, siin on mõned asjad, mida otsida:

• ISO 9001: See on kvaliteedijuhtimissüsteemide põhisertifikaat. See näitab, et tarnijal on täpselt määratletud ja korratavad protsessid tootmiseks, kontrollimiseks ja tarnimiseks.
• ISO/IEC 17025: See on kriitiline. See on testimis- ja kalibreerimislaborite pädevuse standard. Selle sertifikaadiga tarnija on tõestanud, et nende ettevõttesisene labor – see, mis genereerib teie analüüsisertifikaadi – on täpne ja usaldusväärne.
• Jälgitav analüüs: Nõudke alati iga silindri või partii kohta analüüsisertifikaati (CoA). See sertifikaat peaks täpsustama kriitilise taseme täpset taset lisandid gaasis, mida mõõdetakse spetsiifiliste analüütiliste meetoditega nagu gaasikromatograafia või massispektromeetria.

Otsustava juhina nagu Mark on teie parim vahend uurivate küsimuste esitamine. Ärge lihtsalt küsige: "Kas see on gaas puhas?" Küsige "Kuidas tõestate, et see on puhas? Näidake mulle oma labori sertifikaati. Selgitage oma protsessi partiidevahelise järjepidevuse tagamiseks." Tõeliselt asjatundlik ja usaldusväärne partner tervitab neid küsimusi ning tal on kindlad ja läbipaistvad vastused.

Võtmed kaasavõtmiseks

• Gaas on tööriist: sisse pooljuhtide tootmine, gaasid ei ole ainult materjalid; need on täppistööriistad, mida kasutatakse mikroskoopiliste vooluringide ehitamiseks ja lõikamiseks a räni vahvel.
• Puhtus on kõik: Skaala kiibi tootmine on nii väike, et üksainus soovimatu osakest või ebapuhtus molekul võib hävitada kiibi, muutes ülikõrge puhtusastmega vaieldamatu nõue.
• Saagis on eesmärk: Peamine mõju gaasi saastumine on tootmise vähendamine saagikus, mis tähendab otseselt miljonite dollarite saamata jäänud tulu pooljuhtmaterjalid.
• Kaks peamist protsessi: Enamik kiibi valmistamise etappe hõlmab kumbagi ladestumine (ehituskihid) või etch (nikerdusmustrid), mis mõlemad sõltuvad täielikult puhaste gaaside täpsetest keemilistest reaktsioonidest.
• Usaldusväärsus on võtmetähtsusega: Usaldusväärne tarnija pooljuhtgaas turg peab näitama tootmise järjepidevust, kontrollitavat kvaliteedi tagamist sertifitseeritud laborite kaudu ja asjatundlikku logistikajuhtimist.
• Tulevik on puhtam: Pooljuhtide arenedes suureneb nõudlus veelgi kõrgema taseme järele gaasi puhtus (kuni osadeni triljoni kohta) ainult kasvab.