در دنیای تکنولوژی مدرن، نیمه هادی پادشاه است این تراشه‌های ریز و پیچیده همه چیز را از تلفن‌های هوشمند گرفته تا خودروهای ما و مراکز داده‌ای که اینترنت را راه‌اندازی می‌کنند، تامین می‌کنند. اما چه قدرتی در ایجاد این تراشه ها ایجاد می کند؟ پاسخ، با کمال تعجب، این است گاز. نه هر کدام گاز، اما گازهای با خلوص بالا تمیزی غیر قابل تصور به عنوان آلن، صاحب کارخانه ای با هفت خط تولید متخصص در گازهای صنعتی، من به طور مستقیم شاهد افزایش تقاضا برای خلوص بودم. این مقاله برای رهبران تجاری مانند مارک شن است که در خط مقدم هستند گاز زنجیره تامین. شما کیفیت و قیمت را درک می کنید، اما برای اینکه واقعاً در این بازار پیشروی کنید، باید این موارد را درک کنید چرا. ما دنیای پیچیده را ابهام زدایی خواهیم کرد تولید نیمه هادی، به زبان ساده توضیح می دهد که چرا یک ولگرد ذره در یک گاز جریان می تواند میلیون ها هزینه برای یک کارخانه داشته باشد. این راهنمای شما برای صحبت کردن به زبان مردم است صنعت نیمه هادی و تبدیل شدن به یک شریک ضروری.

گاز چه نقشی در ساخت تراشه نیمه هادی دارد؟

در هسته آن، تولید نیمه هادی فرآیند ساخت مدارهای الکتریکی چند لایه میکروسکوپی بر روی یک دیسک نازک است سیلیکون، معروف به a ویفر. تصور کنید بخواهید آسمان خراشی به اندازه یک تمبر پستی بسازید که میلیاردها اتاق و راهرو دارد. این مقیاسی است که ما در مورد آن صحبت می کنیم. برای رسیدن به این هدف، نمی توانید از ابزارهای فیزیکی استفاده کنید. در عوض، کل فرآیند تولید متکی بر یک سری واکنش های شیمیایی دقیق است و وسیله اصلی این واکنش ها است گاز.

گازها مانند عقربه های نامرئی عمل می کنند که این مدارها را می سازند. آنها چندین کار حیاتی انجام می دهند. بعضی ها مثل نیتروژن، ایجاد یک محیط کاملا تمیز و پایدار، جلوگیری از واکنش های ناخواسته. برخی دیگر که به عنوان گازهای فرآیندی شناخته می شوند، بلوک های سازنده واقعی یا ابزار حکاکی هستند. به عنوان مثال، یک خاص نوع گاز ممکن است برای رسوب یک لایه میکروسکوپی از مواد رسانا استفاده شود، در حالی که لایه ای دیگر گاز به طور دقیق استفاده می شود اچ کردن دور کردن مواد برای تشکیل یک مسیر مدار. هر مرحله، از تمیز کردن ویفر برای ساخت ترانزیستورهای نهایی، شامل موارد خاصی است گاز یا مخلوطی از گازها دقت از جریان گاز و ترکیب شیمیایی آن مستقیماً موفقیت آن را تعیین می کند تولید تراشه فرآیند

چرا خلوص در تولید نیمه هادی بسیار حیاتی است؟

در زندگی روزمره ما، کمی گرد و غبار یا آلودگی هوا چیز مهمی نیست اما در داخل یک نیمه هادی کارخانه ساخت، یا "فاب"، این یک فاجعه است. اجزای ساخته شده بر روی یک سیلیکون ویفر اغلب در نانومتر اندازه گیری می شوند که یک میلیاردم متر است. برای در نظر گرفتن این موضوع، عرض یک تار موی انسان حدود 75000 نانومتر است. یه غبار ریز ذره شما حتی نمی توانید ببینید که یک تخته سنگ غول پیکر در جهان است نیمه هادی ساخت.

به همین دلیل است خلوص مهمترین ویژگی گازها است مورد استفاده در نیمه هادی ها تولید. هر مولکول ناخواسته - چه یک مولکول آب سرگردان باشد، چه یک فلز کوچک ذره، یا متفاوت گاز مولکول - یک در نظر گرفته می شود ناخالصی. این آلودگی می تواند به طور کامل ظریف را مختل کند واکنش شیمیایی در حال وقوع در ویفرسطح یک مجرد ناخالصی می تواند تشکیل مدار را مسدود کند، باعث اتصال کوتاه شود یا آن را تغییر دهد خواص الکتریکی نیمه هادی ها مواد چون مجرد ویفر می تواند شامل صدها یا هزاران تراشه منفرد باشد، یک اشتباه کوچک می تواند به ضرر مالی هنگفت منجر شود. کل فرآیند این را می طلبد بالاترین سطوح خلوص اصلا کار کردن

چگونه ناخالصی های موجود در گازها تولید نیمه هادی را خراب می کنند؟

زمانی که یک ناخالصی در یک فرآیند وجود دارد گاز، می تواند باعث "قاتل" شود نقص" این فقط یک نقص کوچک نیست. این یک نقص که کل ریزتراشه را در آن بخش از رندر می کند ویفر بی فایده بیایید ببینیم چگونه این اتفاق می افتد. در طول رسوب گذاری مرحله، که در آن لایه های نازک لایه به لایه ساخته می شوند، ناخواسته است ذره می تواند روی سطح فرود بیاید. هنگامی که لایه بعدی در بالا قرار می گیرد، یک برآمدگی یا فضای خالی میکروسکوپی ایجاد می کند. این نقص می تواند اتصال الکتریکی را قطع کند یا یک اتصال ناخواسته ایجاد کند و به طور موثر ترانزیستور ساخته شده را از بین ببرد.

عواقب این امر مخرب است. معیار اولیه برای موفقیت در الف نیمه هادی fab "بازده" است - درصد تراشه های کاری تولید شده از یک واحد ویفر. حتی یک افت کوچک بازده، از 95% تا 90% می تواند نشان دهنده میلیون ها دلار درآمد از دست رفته باشد. ناخالصی های گازی عامل مستقیم کاهش هستند بازده. به همین دلیل است تولید کنندگان نیمه هادی وسواس دارند خلوص گاز. آنها باید مطمئن باشند که گاز ورود ابزارهای چند میلیارد دلاری آنها کاملاً عاری از هرگونه ابزاری است آلوده کننده که می تواند از مسیر خارج شود فرآیند ساخت نیمه هادی. این یک بازی با دقت میکروسکوپی است که جایی برای خطا وجود ندارد.

گازهای کلیدی مورد استفاده در ساخت نیمه هادی کدامند؟

محدوده گازهای مورد استفاده در صنعت نیمه هادی گسترده است، اما آنها به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند: گازهای فله و گازهای ویژه.

• گازهای فله: اینها در مقادیر بسیار زیاد استفاده می شوند و پایه و اساس محیط تولید را تشکیل می دهند.

  • نیتروژن (N2): این اسب کار است. فوق العاده بالا خلوص نیتروژن برای ایجاد یک "جو" بی اثر در داخل ابزار ساخت استفاده می شود. این باعث پاکسازی اکسیژن، رطوبت و سایر ذرات می شود و از اکسیداسیون یا اکسیداسیون ناخواسته جلوگیری می کند. آلودگی از ویفر.
  • هیدروژن (H2): اغلب در ترکیب با گازهای دیگر استفاده می شود، هیدروژن برای قطعی حیاتی است رسوب گذاری فرآیندها و برای ایجاد محیط های شیمیایی بسیار خاص مورد نیاز برای ساخت سازه های ترانزیستوری.
  • آرگون (Ar): به عنوان یک بی اثر گازآرگون در فرآیندی به نام کندوپاش استفاده می‌شود، جایی که از آن برای بمباران مواد هدف استفاده می‌شود و اتم‌ها را شل می‌کند و سپس روی آن رسوب می‌کنند. ویفر. همچنین برای ایجاد آن استفاده می شود پلاسما در بسیاری از اچ کردن فرآیندها

• گازهای تخصصی: اینها گازهای پیچیده، اغلب خطرناک و بسیار مهندسی شده هستند که برای مراحل خاص فرآیند استفاده می شوند. آنها مواد "فعال" هستند.

  • حکاکی ها: گازهایی مانند کلر (Cl2) و هیدروژن برومید (HBr) برای کنده کاری دقیق یا دقیق استفاده می شود. اچ کردن الگوهای به لایه های ویفر.
  • دوپانت ها: گازهایی مانند آرسین (AsH3) و فسفین (PH3) برای معرفی عمدی یک ماده خاص استفاده می شود. ناخالصی به سیلیکون برای تغییر خواص الکتریکی آن، که چگونه ترانزیستورها کنترل می شوند.
  • گازهای رسوبی: سیلان (SiH4) یک نمونه کلاسیک است که به عنوان منبع استفاده می شود سیلیکون برای رسوب لایه های نازک

برای افسر تدارکاتی مانند مارک، بسیار مهم است که بدانیم اگرچه همه این گازها متفاوت هستند، اما یک نیاز مشترک دارند: شدید خلوص.

آیا می توانید رسوب گذاری و اچینگ را به زبان ساده توضیح دهید؟

تولید نیمه هادی صدها مرحله را شامل می شود، اما اکثر آنها تغییراتی از دو فرآیند اساسی هستند: رسوب گذاری و اچ کردن. درک این موارد به زبان ساده، کلید درک نقش است گاز.

1. رسوب گذاری: ساختن لایه ها
فکر کن رسوب گذاری مانند اسپری رنگ آمیزی با مولکول ها. هدف اضافه کردن یک لایه بسیار نازک و کاملاً یکنواخت از یک ماده بر روی آن است ویفر سیلیکونی.

• فرآیند: یک فرآیند گاز (مانند سیلان) با a مخلوط می شود گاز حامل (مثل نیتروژن یا هیدروژن). این گاز سپس مخلوط وارد محفظه ای می شود که حاوی ویفر. الف واکنش شیمیایی تحریک می شود، اغلب توسط گرما یا a پلاسما، باعث "رسوب" مولکول ها از داخل می شود گاز و یک جامد تشکیل دهند فیلم نازک بر روی ویفرسطح
• چرا خلوص اهمیت دارد: اگر آلاینده ای وجود دارد ذره در گاز جریان، مانند یک ذره گرد و غبار است که وارد اسپری رنگ شما می شود. در لایه جدید جاسازی می شود و یک ساختار ایجاد می کند نقص. اگر ناخواسته ای وجود دارد گاز مولکول، می تواند به اشتباه واکنش نشان دهد و ترکیب شیمیایی و خواص الکتریکی لایه را تغییر دهد.

2. اچ کردن: کنده کاری مدارها
پس از ساخت یک لایه، باید الگوی مدار را در آن حک کنید. اچ فرآیند حذف انتخابی مواد است.

• فرآیند: این ویفر با یک ماده حساس به نور به نام مقاومت نوری پوشیده شده است. یک الگو بر روی آن پیش بینی شده است (مانند یک شابلون). سپس نواحی در معرض آن سفت می شوند. را ویفر سپس در محفظه ای پر از اچانت قرار می گیرد گاز (مانند یک ترکیب مبتنی بر فلوئور). این گاز به الف انرژی داده می شود پلاسما حالت، آن را بسیار واکنش پذیر می کند. را پلاسما بمباران می کند ویفر، مواد را از نظر شیمیایی می خورد فقط در مناطقی که توسط شابلون محافظت نمی شود.
• چرا خلوص اهمیت دارد: ناخالصی های موجود در گازها مورد استفاده برای اچینگ می تواند سرعت واکنش را تغییر دهد. این می تواند باعث شود که مدارها بیش از حد عریض، خیلی باریک یا اصلا حک شوند. یک فلز ذره ناخالصی حتی می تواند مسدود کند اچ کردن فرآیند را در یک نقطه کوچک انجام دهید و یک "پست" از مواد ناخواسته را پشت سر بگذارید که مدار را قطع می کند.

خلوص گاز فوق العاده بالا چگونه اندازه گیری و نگهداری می شود؟

در صنعت نیمه هادی جهانی، اندازه گیری خلوص استاندارد مانند "درصد" بی فایده است. سر و کار داریم آلودگی در مقیاسی که درک آن سخت است. خلوص در اندازه گیری می شود قطعات در تریلیون (ppt). این یعنی برای هر تریلیون گاز مولکول ها، تنها یک یا دو مولکول ناخالصی می تواند وجود داشته باشد.

برای دستیابی و تأیید این سطح از خلوص گاز، یک سیستم پیچیده از تصفیه گاز و تجزیه و تحلیل لازم است.

در کارخانه ما، ما فقط آن را تولید نمی کنیم گاز; ما زندگی می کنیم و نفس می کشیم کنترل کیفیت. این تامین گاز زنجیر برای a نیمه هادی fab شامل تصفیه کننده های تخصصی است که درست در محل استفاده نصب می شوند. علاوه بر این، پیشرفته تجزیه و تحلیل گاز ابزار برای نظارت در زمان واقعی. تکنیک هایی مانند جرم یونیزاسیون فشار اتمسفر طیف سنجی (APIMS) می تواند انجام دهد تشخیص ناخالصی به سطح قطعات در تریلیون، تضمین می کند uhp گاز (خلوص فوق العاده بالا) ورود به ابزار فرآیند عالی است.

چه چیزی یک تامین کننده گاز با خلوص بالا را قابل اعتماد می کند؟

برای رئیس تدارکاتی مانند مارک، که درد ناشی از تاخیر در حمل و نقل و گواهی های تقلبی را تجربه کرده است، قابلیت اطمینان همه چیز است. در جهان از نیمه هادی با خلوص بالا گازها، قابلیت اطمینان بر سه پایه استوار است: ثبات تولید، تضمین کیفیت، و تخصص لجستیک.

1. ثبات تولید: یک تامین کننده قابل اعتماد باید دارای قابلیت های تولید قوی و اضافی باشد. به عنوان مثال، هفت خط تولید کارخانه ما تضمین می کند که ما می توانیم پاسخگویی به تقاضای بالا و اینکه مشکل در یک خط کل خروجی ما را متوقف نمی کند. این امر خطر اختلالات عرضه را به حداقل می رساند که می تواند چندین میلیارد دلار را تعطیل کند نیمه هادی عالی
2. تضمین کیفیت قابل تایید: این کافی نیست که ادعا کنید دارید گاز با خلوص بالا. شما باید بتوانید آن را ثابت کنید. این به معنای سرمایه گذاری در تجهیزات تحلیلی پیشرفته برای تشخیص ناخالصی. همچنین به معنای ارائه گواهی تحلیل شفاف و قابل ردیابی (CoA) با هر محموله است. مبارزه با تقلب در گواهی ایجاد یک رابطه بلندمدت بر اساس اعتماد و داده های قابل تأیید است.
3. تخصص لجستیک: گرفتن a گاز خورنده یا مایع برودتی از چین تا ایالات متحده آمریکا ساده نیست. این نیاز به کانتینرهای تخصصی، آگاهی از مقررات بین المللی حمل و نقل و برنامه ریزی دقیق برای جلوگیری از تاخیر دارد. یک تامین کننده قابل اعتماد می داند که این فقط حمل یک جعبه نیست. بخش مهمی از جهان را مدیریت می کند نیمه هادی زنجیره تامین.

تفاوت بین گاز فله و گاز تخصصی چیست؟

درک تمایز بین گاز فله و گاز تخصصی برای هر کسی که در منبع یابی دخیل است کلیدی است صنعت نیمه هادی. در حالی که هر دو نیاز به افراط دارند خلوص، مقیاس، مدیریت و کاربرد آنها بسیار متفاوت است.

گازهای فله، مانند گازهای ویژه با خلوص بالا، رجوع شود گازهایی مانند نیتروژن، اکسیژن، آرگون و هیدروژن. آنها پایه و اساس محیط فاب هستند. اصطلاح "فله" به مقادیر انبوه استفاده شده اشاره دارد. این گازها اغلب در محل یا نزدیک تولید می شوند و از طریق خطوط لوله اختصاصی مستقیماً به سیستم توزیع داخلی کارخانه تحویل داده می شوند. چالش های اصلی در اینجا حفظ است خلوص از طریق شبکه های توزیع گسترده و تضمین عرضه بدون وقفه و با حجم بالا.

گاز تخصصی (یا گاز الکترونیکی) به دسته وسیعی از گازهای اغلب عجیب و غریب، واکنش پذیر یا خطرناک اطلاق می شود که در مقادیر کمتر برای مراحل فرآیند خاص مانند اچ کردن و رسوب گذاری. به عنوان مثال می توان به سیلان، آمونیاک، تری کلرید بور و تری فلوراید نیتروژن اشاره کرد. اینها در سیلندرهای فشار بالا جداگانه تحویل داده می شوند. چالش های با گاز تخصصی ایمنی فوق العاده در حمل و نقل، تضمین قوام ترکیب کامل برای مخلوط های گازی، و جلوگیری از هرگونه واکنش شیمیایی در داخل سیلندر که می تواند به خطر بیفتد. کیفیت گاز.

تقاضا برای گاز نیمه هادی با خلوص بالا چگونه در حال تکامل است؟

این صنعت نیمه هادی هرگز نمی ایستد قانون مور، مشاهده ای که تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه تقریباً هر دو سال یکبار دو برابر می شود، همچنان مرزهای فیزیک را جابجا می کند. با کوچک شدن ترانزیستورها، به طور تصاعدی نسبت به آن حساس تر می شوند آلودگی. الف اندازه ذرات که پنج سال پیش قابل قبول بود یک "قاتل" است نقص"امروز.

این درایو بی‌وقفه برای تراشه‌های کوچک‌تر و قدرتمندتر به معنای تقاضا برای سطوح حتی بالاتر است خلوص گاز در حال رشد است. ما در حال حرکت از دنیایی هستیم که در آن بخش در میلیارد استاندارد طلا بود به دنیایی که در آن قسمت در تریلیون حداقل شرط لازم برای ورود است. نیمه هادی پیشرفته گره ها علاوه بر این، مواد و معماری‌های جدید تراشه‌ها، مانند ترانزیستورهای 3D NAND و Gate-All-Around (GAA) به مجموعه‌ای کاملاً جدید نیاز دارند. گاز نسل بعدی مخلوط ها و پیش سازها همانطور که تولید کنندگان گاز، ما در یک مسابقه دائمی از نوآوری هستیم، در حال توسعه فن آوری های جدید تصفیه و روش های تحلیلی برای همگام شدن با صنعت نیمه هادی جهانی.

به عنوان یک خریدار، به دنبال چه گواهینامه های کیفیتی باید باشم؟

پیمایش در دنیای تامین کنندگان می تواند سخت باشد، به خصوص زمانی که با محصولات فنی سروکار داریم. گواهینامه ها اعتباری حیاتی و شخص ثالث از قابلیت های تامین کننده و تعهد به کیفیت ارائه می کنند. هنگام تامین منابع گازهای با خلوص بالا برای صنعت نیمه هادی، در اینجا چند مورد وجود دارد که باید به دنبال آنها باشید:

• ISO 9001: این یک گواهینامه اساسی برای سیستم های مدیریت کیفیت است. این نشان می دهد که تامین کننده دارای فرآیندهای تعریف شده و قابل تکرار برای تولید، بازرسی و تحویل است.
• ISO/IEC 17025: این یک مورد انتقادی است. این استاندارد برای صلاحیت آزمایشگاه های آزمایش و کالیبراسیون است. یک تامین کننده با این گواهی ثابت کرده است که آزمایشگاه داخلی آنها - آزمایشگاهی که گواهی تجزیه و تحلیل شما را تولید می کند - دقیق و قابل اعتماد است.
• تجزیه و تحلیل قابل ردیابی: همیشه برای هر سیلندر یا دسته یک گواهی آنالیز (CoA) درخواست کنید. این گواهی باید سطح دقیق بحرانی را به تفصیل بیان کند ناخالصی های موجود در گازاندازه گیری با روش های تحلیلی خاص مانند کروماتوگرافی گازی یا طیف سنجی جرمی

به عنوان یک رهبر قاطع مانند مارک، بهترین ابزار شما پرسیدن سؤالات کاوشگر است. فقط نپرسید "این است؟ گاز خالص؟" بپرسید "چگونه خالص بودن آن را ثابت می کنید؟ گواهی آزمایشگاه خود را به من نشان دهید. روند خود را برای اطمینان از سازگاری لات به لات توضیح دهید." یک شریک واقعاً متخصص و قابل اعتماد از این سؤالات استقبال می کند و پاسخ های مطمئن و شفاف خواهد داشت.

خوراکی های کلیدی

• گاز یک ابزار است: در تولید نیمه هادیگازها فقط مواد نیستند. آنها ابزار دقیقی هستند که برای ساخت و حک کردن مدارهای میکروسکوپی بر روی یک ویفر سیلیکونی.
• پاکی همه چیز است: مقیاس از تولید تراشه آنقدر کوچک است که ناخواسته است ذره یا ناخالصی مولکول می تواند یک تراشه را از بین ببرد خلوص فوق العاده بالا یک نیاز غیر قابل مذاکره
• بازده هدف است: تاثیر اولیه از آلودگی گازی کاهش در تولید است بازده، که مستقیماً به میلیون ها دلار درآمد از دست رفته ترجمه می شود فابریک های نیمه هادی.
• دو فرآیند اصلی: بیشتر مراحل ساخت تراشه شامل یکی از این دو مورد می شود رسوب گذاری (لایه های ساختمانی) یا اچ کردن (نقوش کنده کاری)، که هر دو کاملاً به واکنش های شیمیایی دقیق گازهای خالص وابسته هستند.
• قابلیت اطمینان کلیدی است: تامین کننده قابل اعتماد در گاز نیمه هادی بازار باید ثبات تولید، تضمین کیفیت قابل تایید را از طریق آزمایشگاه‌های تایید شده و مدیریت لجستیک متخصص نشان دهد.
• آینده پاک تر است: همانطور که نیمه هادی ها پیشرفته تر می شوند، تقاضا برای سطوح حتی بالاتری نیز افزایش می یابد خلوص گاز (تا قسمت در تریلیون) فقط به رشد خود ادامه خواهد داد.