Meillä on Kiinassa tehdas, joka on erikoistunut teollisuuskaasujen tuotantoon. Näkökulmastani olen todistanut tekniikan uskomatonta kehitystä, joka perustuu johonkin, jota useimmat ihmiset eivät koskaan näe: erittäin puhtaat kaasut. Puhelimesi, tietokoneesi ja autosi pienet mikrosirut ovat modernin tekniikan ihmeitä, mutta niiden luominen on mahdotonta ilman näiden erikoiskaasujen tarkkaa ja virheetöntä syöttöä.

Ymmärrät laadun ja luotettavan toimitusketjun tärkeyden, mutta saatat ihmetellä Miksi Puolijohdekaasujen standardit ovat niin tähtitieteellisesti korkeat. Miksi argonlähetyksen tulee olla 99,9999 % puhdasta? Tämä opas vetää verhon taakse puolijohdevalmistuksen maailmasta. Tutkimme tiettyjä käytettyjä kaasuja, mitä ne tekevät ja miksi niiden puhtaus on kriittisin yksittäinen tekijä. Loppujen lopuksi sinulla on paljon selkeämpi käsitys hankkimistasi tuotteista ja voit paremmin viestiä niiden arvosta asiakkaillesi.

Miksi erikoiskaasut ovat niin kriittisiä puolijohteiden valmistuksessa?

Kuvittele, että rakennat pilvenpiirtäjän, jossa yksikin väärään sijoittuva hiekkarae voisi saada koko rakenteen romahtamaan. Tämä on tarkkuustaso, jota vaaditaan puolijohteiden valmistus teollisuus. Tämän teollisuuden "rakennuspalikat" eivät ole tiiliä ja laastia, vaan atomeja, ja "työkalut" ovat usein pitkälle erikoistuneita kaasuja. Koko valmistus an integroitu piiri tapahtuu mikroskooppisessa mittakaavassa, jossa materiaalikerroksia, usein vain muutaman atomin paksuisia, kerrostetaan tai syövytetään pois piikiekko.

Nämä puolijohdeprosessit ovat uskomattoman herkkiä. Kaikki ei-toivotut hiukkaset tai kemikaalit epäpuhtaudet voi häiritä mikrosirun herkkää arkkitehtuuria ja tehdä siitä hyödyttömän. Tämä on paikka kaasuja käytetään. Ne luovat erittäin puhtaita ympäristöjä, tarjoavat raaka-aineita uusille kerroksille ja toimivat kemiallisina "veitsenä", jotka luovat monimutkaisia ​​sähköpolkuja. The puolijohteiden valmistusprosessi on monimutkainen tanssi kemiallisia reaktioita, ja kaasut ovat päätanssijat. Ilman jatkuvaa, luotettavaa ja poikkeuksellisen puhdasta näiden kaasujen syöttöä modernia elektroniikkaa ei yksinkertaisesti olisi olemassa.

The puolijohteiden valmistuksessa käytettävät kaasut eivät ole tavallisia teollisuustuotteitasi. Ne on suunniteltu vastaamaan puhtaustasoja, joita on vaikea käsittää, usein osina miljardista tai jopa osista biljoonaa kohti. Tämä johtuu suorituskyvystä puolijohdelaitteet on suoraan sidottu niiden atomirakenteen täydellisyyteen. Reaktiivinen happi- tai vesihöyryn molekyyli, jonka pitäisi olla inertti kaasua voi aiheuttaa hapettumista muuttaen sähköiset ominaisuudet piiristä ja aiheuttaa vikoja. Tästä syystä erikoiskaasuteollisuus on erittäin tärkeä teknologian maailmalle.

Mitkä ovat puolijohteiden valmistuksessa käytettyjen kaasujen pääluokat?

Kun puhumme kaasut puolijohteiden valmistuksessa, ne jakautuvat yleensä muutamaan avainluokkaan niiden toiminnan perusteella. Näiden ryhmien ymmärtäminen auttaa selventämään kunkin roolia kaasua leikkii kompleksissa tuotantoprosessi. Se ei ole vain yksi tai kaksi kaasua; moderni puolijohde fab vaatii yli 30 erilaista kaasut ja seokset toimimaan.

Ensinnäkin ovat bulkkikaasut. Nämä ovat työhevosia, joita käytetään valtavia määriä kaikkialla laitoksessa. Ajattele niitä fabin perustavanlaatuisena ilmapiirinä. Yleisimmät ovat:

• Typpi (N2): Käytetään kammioiden ja laitteiden puhdistamiseen epäpuhtauksien poistamiseksi ja inertin ympäristön luomiseksi.
• Happi (O2): Käytetään korkealaatuisten piidioksidikerrosten (SiO₂) kasvattamiseen, jotka toimivat eristeinä.
• Vety (H₂): Käytetään pintojen puhdistukseen ja erityisesti laskeuma prosesseja.
• Argon (Ar): An inertti kaasu käytetään luomaan vakaa ympäristö prosesseille, kuten sputterointiin.

Seuraavat ovat erikoiskaasut, joka tunnetaan myös nimellä elektroniset erikoiskaasut. Nämä ovat usein erittäin erityisiä reaktiivinen tai vaarallisia kaasuja, jotka suorittavat syövytyksen ja saostuksen kriittisiä tehtäviä. Niitä käytetään pienempiä määriä, mutta niiden kustannukset ovat paljon korkeammat ja ne vaativat erittäin huolellista käsittelyä. Nämä voidaan jakaa edelleen ryhmiin, kuten:

• Laskeumakaasut: Nämä kaasut, kuten silaani (SiH₄), ovat materiaalin lähde, jota käytetään lastujen kerrosten rakentamiseen. Ne hajoavat ja laskeutuvat a ohut kalvo materiaalia päälle piikiekko.
• Etsauskaasut: Nämä ovat reaktiiviset kaasut käytetään materiaalin selektiiviseen poistamiseen. Esimerkkejä ovat fluoriyhdisteet, kuten hiilitetrafluoridi (CF4) ja kloorivetyä (HCl). Niitä käytetään etsausprosessi veistämällä piirikuvioita.
• Seostekaasut: Näitä kaasuja käytetään "doppaukseen". piitä, mikä tarkoittaa tietyn tarkoituksen ottamista käyttöön epäpuhtaudet (a seostusaine) muuttaaksesi sen sähköiset ominaisuudet. Tämä on olennaista transistorien luomisessa. Yleistä seostuskaasut sisältävät arsiini (AsH3) ja fosfiini (PH3).

Kuinka typpikaasu toimii työhevosena puolijohdeteollisuudessa?

Jos kävelisit a puolijohteiden valmistus laitos, joka on yleisin kaasua kohtaisit on Typpi. Vaikka se ei aina osallistu pääasialliseen kemiallisia reaktioita jotka rakentavat sirun, sen rooli on ehdottoman välttämätön edellytysten luomiselle näiden reaktioiden onnistumiselle. Typpeä käytetään ensisijaisesti sen inertsyyden vuoksi; se ei reagoi helposti muiden elementtien kanssa, joten se on täydellinen "täyteaine" kaasua.

Ensisijainen käyttötarkoitus Typpi on puhdistamisessa ja inertin ilmakehän luomisessa. Ennen herkkiä puolijohdeprosessi voi alkaa, kammion on oltava täysin vapaa epäpuhtauksista, kuten hapesta, vesihöyrystä ja pölystä. Erittäin puhdas Typpi huuhdellaan kammion läpi työntämään nämä ei-toivotut elementit ulos. Tämä estää vahingossa tapahtuvan hapettumisen tai muut reaktiot, jotka voivat pilata sen vohveli. Tätä samaa periaatetta sovelletaan kuljettaviin työkaluihin ja kuljetuskoteloihin (tunnetaan nimellä FOUP). piikiekkoja eri vaiheiden välillä valmistusprosessi.

Lisäksi, Typpi on kriittinen rooli fotolitografia, prosessi, jossa piirisuunnittelu painetaan kiekolle. Nykyaikaisessa syvässä ultravioletissa (DUV) litografia, linssin ja linssin välistä tilaa vohveli on täynnä erittäin puhdasta Typpi (tai Argon), jotta lyhytaaltoinen valo pääsee kulkemaan läpi ilman, että ilma absorboi sitä. Ilman tätä inerttiä ympäristöä prosessi olisi mahdoton. Kokemukseni mukaan toimittamisesta tehtaille, jatkuvan, suuren volyymin ja erittäin puhtaan tuotteen kysyntä Typpi toimitus ei ole neuvoteltavissa.

Mikä rooli argonilla on täydellisen ympäristön luomisessa?

Kuten typpi, Argon on jalo kaasua, eli se on kemiallisesti inertti. Kuitenkin, Argonia käytetään erityisiin sovelluksiin, joissa sen raskaampi atomipaino on edullinen. Yksi tärkeimmistä näistä sovelluksista on sputterointi eli sputterointi. Tämä on fyysistä höyryä kerrostumisprosessi käytetään ohuiden metallikalvojen asettamiseen, jotka muodostavat johdotuksen integroitu piiri.

Sputteroinnissa syötetään korkea jännite tyhjiökammioon, joka on täytetty Argon kaasu. Tämä muodostaa positiivisesti varautuneen plasman Argon ioneja. Nämä ionit kiihtyvät ja murskaavat "kohteeseen", joka on valmistettu metallista, jonka haluamme kerrostaa (kuten kupari tai alumiini). Törmäyksen voima pudottaa metalliatomit pois kohteesta, jotka sitten lentävät kammion poikki ja peittävät piikiekko ohuena, yhtenäisenä kerroksena. Argon on täydellinen tähän, koska se on tarpeeksi raskas syrjäyttämään tehokkaasti kohdeatomit, mutta kemiallisesti riittävän inertti, jotta se ei reagoi metallikalvon kanssa, jota se auttaa luomaan. Se tarjoaa täydellisen ympäristö metallien sputterointia varten.

Toinen keskeinen käyttötarkoitus Argon on plasmaetsauksessa. Tässä etsausprosessi, Argon sekoitetaan usein a reaktiivinen etsaus kaasua. The Argon auttaa stabiloimaan plasmaa ja pommittamaan pintaa fyysisesti, mikä auttaa kemiallista syövytystä ja luo materiaaliin tarkempia pystysuoraa leikkausta. Luotettava tarjonta Argon kaasupullot on ratkaisevan tärkeä kaikissa metallointia tai edistynyttä etsausta suorittaville laitoksille.

Voitko selittää, kuinka vetyä käytetään kerrostukseen ja puhdistukseen?

Vaikka typpeä ja argonia arvostetaan reagoimattomina, Vety arvostetaan korkeaksi reaktiivinen, mutta erittäin siististi ja hallitusti. Vetyä käytetään laajasti sisällä puolijohteiden valmistus pintojen puhdistukseen ja tietyntyyppisille pinnoille laskeuma kutsutaan epitaksiaaliseksi kasvuksi. Sen pieni atomikoko mahdollistaa sen tunkeutumisen ja reagoinnin tavoilla, joilla muut kaasut eivät pysty.

Ennen kuin uusi kerros voidaan kasvattaa a vohveli, pinnan on oltava täysin puhdas atomitasolle asti. Vetykaasu käytetään korkean lämpötilan prosessissa, jota kutsutaan "vetypaistoksi" poistamaan kaikki natiivioksidi (ohut, luonnossa esiintyvä piidioksidikerros), joka on muodostunut piitä pinta. The vety reagoi hapen kanssa muodostaen vesihöyryä (H2O), joka pumpataan sitten ulos kammiosta jättäen koskemattoman piitä pinta valmis seuraavaa vaihetta varten.

Vety on myös keskeinen osa epitaksiaalinen kasvu (tai "epi"), prosessi, joka kasvattaa yksikidekerrosta piitä päälle piikiekko. Tällä uudella kerroksella on täydellinen kiderakenne ja tarkasti hallittu seostusaine tasot. Vety toimii kantajana kaasua varten piitä lähde kaasua (kuten silaani tai trikloorisilaani). Se myös varmistaa puhtaan kasvuympäristön poistamalla hajahappiatomit. Tämän epitaksiaalikerroksen laatu on perustavanlaatuinen huippuluokan prosessorien suorituskyvylle, mikä tekee siitä puhtauden Vetysylinteri tarjonta ehdottoman kriittistä.

Mitä ovat etsauskaasut ja miten ne veistävät mikroskooppisia piirejä?

Jos kerrostuksessa on kyse kerrosten rakentamisesta, etsaus tarkoittaa niiden selektiivistä leikkaamista pois piirikuvioiden luomiseksi. Ajattele sitä mikroskooppisena kuvanveistona. Kun kuvio on määritetty käyttämällä fotolitografia, etsaus kaasuja käytetään tuottamaan kemialliset keinot materiaalin poistamiseksi suojaamattomilta alueilta vohveli. Tämä on yksi monimutkaisimmista ja kriittisimmistä vaiheista sirun valmistus.

The syövytyksessä käytetyt kaasut prosessissa ovat tyypillisesti fluori-, kloori- tai bromipohjaisia ​​yhdisteitä. Valinta kaasua riippuu syövytettävästä materiaalista.

• Fluoripohjaiset kaasut (esim. CF4, SF6, NF3) soveltuvat erinomaisesti syövytykseen piitä ja piidioksidi.
• Klooripohjaiset kaasut (esim. Cl2, BCl3, HCl) käytetään usein metallien, kuten alumiinin, syövytykseen.

Nämä reaktiiviset kaasut viedään plasmakammioon. Plasma rikkoo kaasua molekyylejä erilleen erittäin reaktiivinen ionit ja radikaalit. Nämä radikaalit sitten reagoivat pinnan kanssa vohveli, muodostaen uuden haihtuvan yhdisteen, joka voidaan helposti pumpata pois ja siten "syövyttää" materiaalin. Tarvittava tarkkuus on valtava; tavoitteena on etch suoraan alaspäin (anisotrooppisesti) leikkaamatta kuviollista kerrosta. Moderni puolijohdekankaita käyttää kompleksia kaasuseokset ja huolellisesti kontrolloidut plasmaolosuhteet tämän saavuttamiseksi.

Mikä on kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) ja mitkä kaasut ovat mukana?

Chemical Vapor Deposition (CVD) on kulmakivi kerrostumisprosessi sisään puolijohteiden valmistus. Se on ensisijainen menetelmä luotaessa erilaisia ​​eristäviä ja johtavia ohuita kalvoja, jotka muodostavat a puolijohdelaite. Perusideana on flow a kaasua (tai kaasuseos) lämmitetyn uunin päällä vohveli. Kuumuus aiheuttaa kaasua reagoida tai hajota kiekon pinnalla jättäen jälkeensä kiinteän kalvon halutusta materiaalista.

Jokainen näistä reaktioista vaatii uskomattoman vakaat olosuhteet ja äärimmäisen erittäin puhtaita kaasuja. Esimerkiksi kun kerrostetaan polypiikerrosta silaania käyttäen, mitä tahansa happea epäpuhtaudet in kaasua Virta saattaisi sen sijaan muodostua piidioksidia, mikä pilaa kerroksen johtavat ominaisuudet. Tästä syystä me toimittajana keskitymme niin voimakkaasti puhdistaminen ja näiden analysointi laskeumakaasut. Koko kirjasto Bulkki erittäin puhtaita erikoiskaasuja tarjoamamme tuotteet on suunniteltu täyttämään nämä tiukat vaatimukset.

Miksi erittäin korkea puhtaus on puolijohdekaasujen tärkein tekijä?

En voi liioitella tätä: in puolijohdeteollisuus, puhtaus on kaikki. Termi erittäin puhdasta ei tarkoita 99 % tai edes 99,9 %. varten puolijohdekaasut, puhumme erittäin puhdasta (UHP), joka on tyypillisesti 99,999 % (kutsutaan usein "viisi yhdeksäksi") tai enemmän. Joillekin kriittisille prosessikaasut, vaatimus voi olla 99,9999 % ("kuusi yhdeksän") tai jopa suurempi. Syy on yksinkertainen: epäpuhtaudet tappavat suorituskykyä.

Nykyaikaisen mikrosirun ominaisuudet mitataan nanometreissä (metrin miljardisosissa). Tässä mittakaavassa yksittäinen vieras hiukkanen tai ei-toivottu molekyyli on kuin lohkare keskellä supervaltatietä. An epäpuhtaudet voi:

• Muuta sähköisiä ominaisuuksia: Hajanatrium-ioni voi muuttaa transistorin kynnysjännitettä, jolloin se kytkeytyy päälle tai pois päältä väärään aikaan.
• Luo rakenteellisia vikoja: Happimolekyyli voi hajottaa täydellisen kidehilan epitaksiaalisen kasvun aikana, jolloin syntyy "siirtymä", joka estää elektronien virtauksen.
• Oikosulkujen syy: Metallipartikkeli voi yhdistää kaksi vierekkäistä johtavaa linjaa muodostaen kuolleen oikosulun.
• Pienennä tuottoa: Mitä enemmän epäpuhtauksia on, sitä suurempi on viallisten sirujen määrä jokaisessa vohveli, mikä vaikuttaa suoraan kannattavuuteen.

Tästä syystä valmistajana suurin investointimme on puhdistus- ja analyyttisiin laitteisiin. Jokainen erä kaasu täytyy testattava sen varmistamiseksi, että se täyttää asiakkaidemme vaatimat osat miljardia kohden (ppb) tai osia per biljoona (ppt). The erittäin puhtaiden kaasujen kysyntää on se, joka ohjaa koko erikoiskaasumarkkinat elektroniikkaa varten.

Kuinka varmistamme erittäin puhtaiden kaasujen laadun ja luotettavan toimituksen?

Markin kaltaiselle hankintavastaavalle tämä on tärkein kysymys. Suuri hinta on merkityksetön, jos kaasua laatu on epäjohdonmukaista tai toimitus on myöhässä. Olen kuullut kauhutarinoita: toimittajat, jotka tarjoavat vilpillisiä analyysitodistuksia tai lähetystä erikoiskaasut pidettiin tullissa viikkoja, mikä aiheutti tuotantolinjan pysähtymisen. Näiden kipukohtien käsitteleminen on liiketoimintafilosofiamme ytimessä.

Laadun varmistaminen alkaa siitä puhdistaminen käsitellä. Käytämme kehittyneitä järjestelmiä, kuten kryogeenistä tislausta ja erikoistuneita adsorbenttimateriaaleja epäpuhtauksien poistamiseen. Mutta prosessi ei lopu tähän. Kriittisin vaihe on todentaminen. Käytämme huippuluokan analyyttisiä laitteita, kuten kaasukromatografia-massaspektrometriä (GC-MS), testataksemme jokaisen yksittäisen sylinterin ennen sen lähettämistä. Tarjoamme asiakkaillemme yksityiskohtaisen ja autenttisen analyysitodistuksen (COA) jokaiselle erälle, mikä takaa kaasun puhtaus.

A luotettava tarjonta ketju on yhtälön toinen puolisko. Tähän sisältyy:

• Vankka sylinterin valmistelu: Sylinterit varten erittäin puhtaita kaasuja käy läpi erityinen puhdistus- ja passivointiprosessi, jotta varmistetaan, ettei säiliö itse saastuta kaasua.
• Älykäs logistiikka: Työskentelemme kokeneiden logistiikkakumppaneiden kanssa, jotka ymmärtävät korkeapaineisten ja joskus vaarallisten aineiden kansainvälisen kuljetuksen säädökset. Toimitamme kaikki tarvittavat asiakirjat varmistaaksemme sujuvan tulliselvityksen.
• Selkeä viestintä: Myynti- ja tukitiimimme on koulutettu tarjoamaan säännöllisiä päivityksiä. Tiedät aina tilauksesi tilan tuotannosta lopulliseen toimitukseen. Ymmärrämme, että ennustettavissa erittäin puhtaiden kaasujen syöttö on tärkeää, että asiakkaamme voivat hallita omia tuotantoaikataulujaan. Tarjoamme jopa erilaisia kaasuseos vaihtoehtoja tiettyjen prosessitarpeiden täyttämiseksi.

Mitä puolijohdeteollisuuden kaasujen tulevaisuus tuo tullessaan?

The puolijohdeteollisuus ei koskaan seiso paikallaan. Kuten Mooren laki ennustaa, siruvalmistajat pyrkivät jatkuvasti luomaan pienempiä, nopeampia ja tehokkaampia laitteita. Tämä säälimätön innovaatio vaikuttaa suoraan kaasut ja seokset käytetään niiden valmistuksessa. Kun siirrymme kohteeseen seuraavan sukupolven puolijohteita teknologian ansiosta, kun ominaisuuksien koot kutistuvat muutamaan nanometriin, kaasun puhtausvaatimukset tulevat entistä äärimmäisemmiksi.

Näemme trendin kohti uusia materiaaleja piitä, kuten galliumnitridi (GaN) ja piikarbidi (SiC), jotka vaativat uusia ja erilaisia prosessikaasut etsausta ja pinnoitusta varten. On myös siirtymässä kohti monimutkaisempia 3D-arkkitehtuureja, kuten FinFET- ja Gate-All-Around (GAA) -transistoreja, jotka vaativat entistä suurempaa tarkkuutta laskeuma ja etch askeleita. Tämä tarkoittaa erikoiskaasu teollisuuden on jatkuvasti innovoitava kehittääkseen uusia molekyylejä ja saavuttaakseen entistä korkeampia tasoja puhdistaminen.

Toimittajan näkökulmasta tulevaisuus on kumppanuudesta. Pelkästään sylinterin myyminen ei enää riitä kaasua. Meidän on tehtävä tiivistä yhteistyötä asiakkaidemme kanssa elektroniikan valmistus alan ymmärtämään tulevaisuuden teknologian tiekarttoja. Näin voimme ennakoida uuden tarpeen erittäin puhtaita kaasuja ja investoida tuotanto- ja analyyttisiin kykyihin toimittaakseen niitä. Näkymättömät sankarit puolijohde kaasut ovat jatkossakin teknologisen kehityksen eturintamassa.

Key Takeaways

Kun hankit teollisuuskaasuja vaativille puolijohdemarkkinoille, seuraavat tärkeimmät asiat on muistettava:

• Puhtaus on tärkeintä: Kriittisin yksittäinen tekijä on erittäin puhdasta. Epäpuhtaudet, jopa osia per miljardeja, voivat aiheuttaa katastrofaalisen laitevian ja vähentää tuotannon saantoa.
• Kaasuilla on tiettyjä tehtäviä: Kaasut eivät ole keskenään vaihdettavissa. Ne ovat pitkälle erikoistuneita työkaluja, joita käytetään erilaisiin prosesseihin, kuten inerttien atmosfäärien (typpi, argon) luomiseen, kerrosten rakentamiseen (laskeumakaasut kuten silaani) ja kaiverruspiirejä (etsauskaasut kuten CF4).
• Toimitusketju on kriittinen: Luotettava toimittaja tekee muutakin kuin vain myy tuotetta. Ne varmistavat laadun tiukan testauksen avulla, tarjoavat aitoja sertifikaatteja, hallitsevat monimutkaista logistiikkaa ja ylläpitävät selkeää viestintää kalliiden tuotantoviiveiden estämiseksi.
• Tekninen tieto lisää arvoa: Ymmärtäminen Miksi tietty kaasua käytetään ja Miksi sen puhtaus on niin ratkaiseva mahdollistaa sen, että voit olla tehokkaampi kumppani omille asiakkaillesi, mikä oikeuttaa laadun ja rakentaa pitkäaikaista luottamusta.
• Toimiala kehittyy: Pyrkimys pienempiin ja tehokkaampiin siruihin tarkoittaa kysyntää uusille, vielä puhtaammille erikoiskaasut tulee vain kasvamaan. Kumppanuus tulevaisuuteen katsovan toimittajan kanssa on avainasemassa pysymisen kannalta.