Kínában üzemeltetünk egy gyárat, amely ipari gázok előállítására szakosodott. Az én szemszögemből szemtanúja lehettem a technológia hihetetlen fejlődésének, és mindezt valami olyasmi hajtja, amit a legtöbben soha nem látnak: az ultranagy tisztaságú gázok. A telefonban, számítógépben és autóban található apró mikrochipek a modern mérnöki munka csodái, de létrehozásuk lehetetlen e speciális gázok pontos és hibátlan ellátása nélkül.

Ön tisztában van a minőség és a megbízható ellátási lánc fontosságával, de elgondolkozhat Miért a félvezető gázokra vonatkozó szabványok csillagászatilag olyan magasak. Miért kell az argonszállítmánynak 99,9999%-os tisztaságúnak lennie? Ez az útmutató lerántja a rolót a félvezetőgyártás világáról. Megvizsgáljuk a konkrét használt gázokat, azok hatását, és hogy miért a tisztaságuk a legkritikusabb tényező. A végére sokkal tisztábban értesülhet az Ön által beszerzett termékekről, és jobban felkészült lesz arra, hogy kommunikálja az értéküket az ügyfelekkel.

Miért olyan kritikusak a speciális gázok a félvezetőgyártáshoz?

Képzeljen el egy felhőkarcolót, ahol egyetlen rosszul elhelyezett homokszem az egész szerkezet összeomlását okozhatja. Ez az a precizitási szint, amelyet a félvezető gyártás ipar. Ennek az iparágnak az „építőkövei” nem tégla és habarcs, hanem atomok, az „eszközök” pedig gyakran speciális gázok. Az egész gyártás egy integrált áramkör mikroszkopikus léptékben történik, ahol gyakran csak néhány atom vastagságú anyagrétegek rakódnak le vagy maratnak le egy szilícium ostya.

Ezek félvezető folyamatok hihetetlenül érzékenyek. Bármilyen nem kívánt részecske vagy vegyszer szennyeződés megzavarhatja a mikrochip kényes architektúráját, használhatatlanná téve azt. Itt van gázokat használnak. Ultratiszta környezetet teremtenek, nyersanyagot biztosítanak az új rétegekhez, és kémiai "szikeként" alakítják ki az elektromosság bonyolult útvonalait. A félvezető gyártási folyamat összetett tánca kémiai reakciók, a gázok pedig a vezértáncosok. E gázok állandó, megbízható és kivételesen tiszta ellátása nélkül a modern elektronika egyszerűen nem létezne.

A a félvezetőgyártásban használt gázok nem az Ön szokásos ipari termékei. Úgy tervezték, hogy megfeleljenek a nehezen felfogható tisztasági szinteknek, amelyeket gyakran milliárd részekben vagy akár billió részekben mérnek. Ez azért van, mert a teljesítménye félvezető eszközök közvetlenül kötődik atomszerkezetük tökéletességéhez. Oxigén vagy vízgőz reaktív molekulája, aminek közömbösnek kell lennie gáz oxidációt okozhat, megváltoztatva a elektromos tulajdonságok az áramkör meghibásodásához vezet. Éppen ezért a speciális gázipar létfontosságú a technológia világában.

Melyek a félvezetőgyártásban használt gázok fő kategóriái?

Amikor arról beszélünk gázok a félvezetőgyártásban, funkciójuk alapján általában néhány kulcskategóriába sorolhatók. E csoportok megértése segít tisztázni mindegyik szerepét gáz játszik a komplexumban gyártási folyamat. Ez nem csak egy vagy két gáz; egy modern félvezető fab több mint 30 különbözőt igényel gázok és keverékek működéséhez.

Az elsők a ömlesztett gázok. Ezeket az igáslovakat hatalmas mennyiségben használják az egész létesítményben. Tekints rájuk, mint a fab alapvető atmoszférájára. A leggyakoribbak a következők:

• Nitrogén (N2): Kamrák és berendezések öblítésére használják a szennyeződések eltávolítására és inert környezet létrehozására.
• Oxigén (O2): Kiváló minőségű szilícium-dioxid (SiO₂) rétegek növesztésére használják, amelyek szigetelőként működnek.
• Hidrogén (H₂): Felületek tisztítására és speciálisan lerakódás folyamatokat.
• Argon (Ar): An inert gáz stabil környezet létrehozására használják olyan folyamatokhoz, mint a porlasztás.

Következnek a speciális gázok, más néven elektronikai speciális gázok. Ezek a nagyon specifikusak, gyakran reaktív vagy veszélyes gázok, amelyek a maratás és leválasztás kritikus feladatait látják el. Kisebb mennyiségben használják, de sokkal magasabb költséggel járnak, és rendkívül gondos kezelést igényelnek. Ezeket további csoportokra lehet osztani, például:

• Lerakódási gázok: Ezek a gázok, mint a szilán (SiH₄), a forgácsrétegek felépítéséhez használt anyag forrásai. Lebomlanak és lerakódnak a vékony film anyagból rá szilícium ostya.
• Marató gázok: Ezek azok reaktív gázok anyag szelektív eltávolítására szolgál. Ilyenek például a fluorvegyületek, mint a szén-tetrafluorid (CF4) és hidrogén-klorid (HCl). Használják a maratási folyamat hogy kifaragjuk az áramköri mintákat.
• Dópoló gázok: Ezeket a gázokat a "doppingolásra" használják szilícium, ami azt jelenti, hogy szándékosan bevezetünk egy konkrét szennyeződés (a adalékanyag) megváltoztatásához elektromos tulajdonságok. Ez alapvető fontosságú a tranzisztorok létrehozásához. Közös dópoló gázok ide tartozik az arzin (AsH3) és a foszfin (PH3).

Hogyan működik a nitrogéngáz munkalóként a félvezető gyártásban?

Ha átsétálna a félvezető gyártás létesítmény, a legjellemzőbb gáz azzal találkoznál Nitrogén. Bár nem mindig vesz részt a főben kémiai reakciók amelyek a chipet felépítik, szerepe elengedhetetlen ahhoz, hogy megteremtse a feltételeket e reakciók sikeréhez. Nitrogént használnak elsősorban tehetetlensége miatt; nem reagál könnyen más elemekkel, így tökéletes "töltőanyag" gáz.

Az elsődleges felhasználási terület Nitrogén az öblítésben és inert atmoszféra létrehozásában van. Mielőtt bármilyen érzékeny félvezető folyamat kezdődhet, a kamrának teljesen mentesnek kell lennie olyan szennyeződésektől, mint az oxigén, vízgőz és por. Nagy tisztaságú Nitrogén átöblítik a kamrán, hogy kiszorítsák ezeket a nem kívánt elemeket. Ez megakadályozza a véletlen oxidációt vagy más olyan reakciókat, amelyek tönkretehetik a ostya. Ugyanezt az elvet alkalmazzák a szállító szerszámokra és szállítódobokra (FOUP-ként is ismertek). szilícium ostyák a különböző szakaszai között gyártási folyamat.

Továbbá, Nitrogén kritikus szerepet játszik abban fotolitográfia, az áramköri terv ostyára történő nyomtatásának folyamata. Modern mély ultraibolya (DUV) litográfia, a lencse és a ostya tele van ultratiszta Nitrogén (vagy Argon), hogy a rövid hullámhosszú fény áthaladjon anélkül, hogy a levegő elnyelné. E közömbös környezet nélkül a folyamat lehetetlen lenne. Tapasztalataim szerint a gyárak ellátása során folyamatos, nagy volumenű és nagy tisztaságú termékre van igény Nitrogén kínálat nem alkuképes.

Milyen szerepet játszik az argon a tökéletes környezet megteremtésében?

Mint a nitrogén, Argon egy nemes gáz, vagyis kémiailag inert. Viszont, Argont használnak speciális alkalmazásokhoz, ahol nagyobb atomsúlya előnyt jelent. Az egyik legfontosabb ilyen alkalmazás a porlasztásos leválasztás, vagy a porlasztás. Ez egy fizikai gőz lerakódási folyamat vékony fémfóliák lerakására használják, amelyek a kábelezést képezik integrált áramkör.

A porlasztásnál a vákuumkamrában nagy feszültséget alkalmaznak, amely tele van Argon gáz. Ez pozitív töltésű plazmát hoz létre Argon ionok. Ezek az ionok felgyorsulnak, és a lerakni kívánt fémből (például rézből vagy alumíniumból) készült "célponttá" csapódnak össze. Az ütközés ereje fématomokat löki le a célpontról, amelyek aztán átrepülnek a kamrán és bevonják a szilícium ostya vékony, egyenletes rétegben. Argon tökéletes erre, mert elég nehéz ahhoz, hogy hatékonyan kimozdítsa a célatomokat, de kémiailag elég inert ahhoz, hogy ne reagáljon a fémfilmmel, amelynek létrehozásában segít. A tökéleteset biztosítja fémek porlasztásos lerakódásának környezete.

Egy másik kulcsfontosságú felhasználási terület Argon plazmamarásban van. Ebben maratási folyamat, Argon gyakran keverik a reaktív maratószer gáz. A Argon segít stabilizálni a plazmát és fizikailag bombázni a felületet, segíti a kémiai maratást és pontosabb, függőleges vágásokat hoz létre az anyagban. Megbízható ellátás Argon gázpalackok kulcsfontosságú minden fémezést vagy fejlett maratást végző létesítményben.

Meg tudja magyarázni, hogyan használják a hidrogént leválasztáshoz és tisztításhoz?

Míg a nitrogént és az argont értékelik, mert nem reagálnak, Hidrogén magasra értékelik reaktív, de nagyon letisztult és ellenőrzött módon. Hidrogént használnak kiterjedten be félvezető gyártás felületek tisztítására és egy adott típusú lerakódás epitaxiális növekedésnek nevezzük. Kis atomi mérete lehetővé teszi, hogy más gázok által nem képes behatolni és reagálni.

Mielőtt új réteget nevelhetnénk a ostya, a felületnek tökéletesen tisztának kell lennie, egészen az atomszintig. Hidrogén gáz egy magas hőmérsékletű eljárásban, az úgynevezett "hidrogénsütésben" használják, hogy eltávolítsák a felületen képződött natív oxidot (egy vékony, természetben előforduló szilícium-dioxid réteget). szilícium felület. A hidrogén reakcióba lép az oxigénnel, vízgőzt (H2O) képezve, amelyet ezután kiszivattyúznak a kamrából, érintetlen maradványt hagyva szilícium a felület készen áll a következő lépésre.

Hidrogén szintén kulcsfontosságú eleme epitaxiális növekedés (vagy "epi"), egy olyan folyamat, amely egy kristályréteget növeszt szilícium tetején a szilícium ostya. Ez az új réteg tökéletes kristályszerkezettel és pontosan szabályozott adalékanyag szinteket. Hidrogén hordozóként működik gáz a szilícium forrás gáz (például szilán vagy triklór-szilán). Ezenkívül tiszta növekedési környezetet biztosít azáltal, hogy megköti a kóbor oxigénatomokat. Ennek az epitaxiális rétegnek a minősége alapvető fontosságú a csúcskategóriás processzorok teljesítménye szempontjából, így a tisztaság Hidrogén henger az ellátás abszolút kritikus.

Mik azok a maratógázok, és hogyan faragnak mikroszkopikus áramköröket?

Ha a lerakás a rétegek felépítéséről szól, a maratás arról szól, hogy szelektíven lefaragjuk őket az áramköri minták létrehozására. Tekintsd úgy, mint egy mikroszkopikus szobrászatot. Miután egy mintát a segítségével meghatároztunk fotolitográfia, maratás biztosítására gázokat használnak a kémiai eszközök az anyag eltávolítására a nem védett területekről ostya. Ez az egyik legbonyolultabb és legkritikusabb lépés chipgyártás.

A a maratáshoz használt gázok jellemzően fluor-, klór- vagy brómalapú vegyületek. A választás gáz a maratandó anyagtól függ.

• Fluor alapú gázok (pl. CF4, SF₆, NF3) kiválóan alkalmasak maratásra szilícium és szilícium-dioxid.
• Klór alapú gázok (pl. Cl2, BCl3, HCl) gyakran használják fémek, például alumínium maratására.

Ezek reaktív gázok plazmakamrába vezetik be. A plazma megtöri a gáz molekulák egymástól erősen reaktív ionok és gyökök. Ezek a gyökök ezután reakcióba lépnek a felülettel ostya, új illékony vegyületet képezve, amely könnyen leszívható, így "maratja" az anyagot. A szükséges precizitás óriási; a cél az etch egyenesen lefelé (anizotropan) anélkül, hogy alávágná a mintás réteget. Modern félvezető fabs komplexet használjon gázkeverékek és gondosan ellenőrzött plazmakörülmények ennek eléréséhez.

Mi az a kémiai gőzleválasztás (CVD), és mely gázok vesznek részt benne?

A kémiai gőzleválasztás (CVD) egy sarokkő lerakódási folyamat be félvezető gyártás. Ez az elsődleges módszer a különféle szigetelő és vezetőképes vékonyrétegek létrehozására, amelyek a félvezető eszköz. Az alapötlet az, hogy flow a gáz (vagy gázkeverék) melegített ostya. A hő hatására a gáz reagálni vagy lebomlani az ostya felületén, és a kívánt anyagból szilárd filmet hagy maga után.

Ezen reakciók mindegyike hihetetlenül stabil körülményeket és rendkívüli körülményeket igényel nagy tisztaságú gázok. Például egy poliszilícium réteg felhordásakor szilánnal, bármilyen oxigénnel szennyeződés a gáz szilícium-dioxid képződne helyette, ami tönkreteszi a réteg vezetőképességét. Ez az oka annak, hogy beszállítóként olyan nagy hangsúlyt fektetünk a tisztítás és ezek elemzése lerakódási gázok. A teljes könyvtár Ömlesztett nagy tisztaságú speciális gázok Ajánlatunk ezen szigorú követelmények teljesítésére irányul.

Miért az ultra-nagy tisztaság a legfontosabb tényező a félvezető gázoknál?

Ezt nem tudom túlhangsúlyozni: a félvezető ipar, tisztaság az minden. A kifejezés nagy tisztaságú nem azt jelenti, hogy 99%, de még csak nem is 99,9%. Mert félvezető gázok, arról beszélünk ultra-nagy tisztaságú (UHP), amely jellemzően 99,999% (gyakran "öt kilences") vagy magasabb. Néhány kritikusnak folyamat gázai, a követelmény 99,9999% ("hat kilenc") vagy még magasabb is lehet. Az ok egyszerű: a szennyeződések rontják a teljesítményt.

A modern mikrochip jellemzőit nanométerben (a méter milliárd része) mérik. Ebben a léptékben egyetlen idegen részecske vagy nem kívánt molekula olyan, mint egy szikla a szupersztráda közepén. An szennyeződés tud:

• Az elektromos tulajdonságok megváltoztatása: A kóbor nátriumion megváltoztathatja a tranzisztor küszöbfeszültségét, ami miatt az rossz időben kapcsol be vagy ki.
• Szerkezeti hibák létrehozása: Egy oxigénmolekula megbonthatja a tökéletes kristályrácsot az epitaxiális növekedés során, és "diszlokációt" hoz létre, amely akadályozza az elektronáramlást.
• A rövidzárlat okai: Egy fémrészecske áthidalhat két szomszédos vezetővonalat, és rövidzárlatot hoz létre.
• Hozam csökkentése: Minél több szennyeződés van jelen, annál nagyobb a hibás forgácsok száma mindegyiken ostya, ami közvetlenül befolyásolja a jövedelmezőséget.

Ezért gyártóként a legnagyobb befektetésünk a tisztító és analitikai berendezésekbe való. Minden adag gáz must tesztelni kell, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelel az ügyfeleink által megkövetelt milliárdos (ppb) vagy billió részekre (ppt) vonatkozó előírásoknak. A nagy tisztaságú gázok iránti kereslet ez hajtja az egészet speciális gázpiac elektronikához.

Hogyan biztosítjuk a nagy tisztaságú gázok minőségét és megbízható ellátását?

Egy olyan közbeszerzési tiszt számára, mint Mark, ez a legfontosabb kérdés. Értelmetlen a jó ár, ha a gáz a minőség nem egyenletes, vagy a szállítmány késik. Hallottam a rémtörténeteket: beszállítók, akik hamis elemzési tanúsítványokat adnak, vagy szállítmányt speciális gázok hetekig a vámon tartják, aminek következtében a gyártósor leállt. Ezeknek a fájdalmas pontoknak a kezelése üzleti filozófiánk középpontjában áll.

A minőség biztosítása azzal kezdődik tisztítás folyamat. Speciális rendszereket, például kriogén desztillációt és speciális adszorbens anyagokat használunk a nyomokban lévő szennyeződések eltávolítására. De a folyamat ezzel nem ér véget. A legkritikusabb lépés az ellenőrzés. A legmodernebb analitikai eszközökkel, például gázkromatográf-tömegspektrométerekkel (GC-MS) minden egyes palackot kiszállítás előtt tesztelünk. Ügyfeleinknek minden tételhez részletes és hiteles analitikai tanúsítványt (COA) biztosítunk, amely garantálja a gáz tisztasága.

A megbízható ellátás lánc az egyenlet másik fele. Ez magában foglalja:

• Robusztus henger-előkészítés: Hengerek számára ultra-nagy tisztaságú gázok speciális tisztítási és passziválási eljárásnak kell alávetni annak biztosítására, hogy maga a tartály ne szennyezze be gáz.
• Intelligens logisztika: Tapasztalt logisztikai partnerekkel dolgozunk, akik ismerik a nagynyomású és esetenként veszélyes anyagok nemzetközi szállítására vonatkozó előírásokat. A zökkenőmentes vámkezeléshez minden szükséges dokumentációt biztosítunk.
• Világos kommunikáció: Értékesítési és támogatási csapataink képzettek a rendszeres frissítések biztosítására. Mindig tudni fogja rendelése állapotát, a gyártástól a végső kiszállításig. Megértjük, hogy kiszámítható nagy tisztaságú gázok ellátása ügyfeleink számára elengedhetetlen, hogy saját gyártási ütemterveiket kezeljék. Még többféle ajánlatot is kínálunk gázkeverék lehetőségek a konkrét folyamatszükségletek kielégítésére.

Mit hoz a jövő a gázok számára a félvezetőiparban?

A félvezető ipar soha nem áll meg. Ahogy azt Moore törvénye megjósolta, a chipgyártók folyamatosan törekszenek kisebb, gyorsabb és erősebb eszközök létrehozására. Ez a könyörtelen innováció közvetlenül érinti a gázok és keverékek gyártásukban használják. Ahogy haladunk a félvezetők következő generációja technológiának köszönhetően, a jellemzők mérete néhány nanométerre zsugorodik, a gáztisztaság követelményei még szélsőségesebbé válnak.

Ezen túlmenően tendenciát látunk az új anyagok felé szilícium, mint például a gallium-nitrid (GaN) és a szilícium-karbid (SiC), amelyek új és különböző folyamat gázai maratáshoz és lerakáshoz. Az összetettebb 3D architektúrák, például a FinFET és a Gate-All-Around (GAA) tranzisztorok felé is elmozdulás történik, amelyek még nagyobb pontosságot követelnek meg lerakódás és etch lépéseket. Ez azt jelenti, hogy a speciális gáz az iparnak folyamatosan újítania kell új molekulák kifejlesztése és még magasabb szint elérése érdekében tisztítás.

Beszállítóként a jövő a partnerségről szól. Már nem elég eladni egy hengert gáz. Szorosan együtt kell működnünk ügyfeleinkkel a elektronikai gyártás ágazat számára, hogy megértsék jövőbeli technológiai ütemtervét. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy előre jelezzük az újak szükségességét nagy tisztaságú gázok és fektessenek be a termelési és analitikai képességekbe, hogy ezeket ellássák. A láthatatlan hősök a félvezető a világ – a gázok – továbbra is a technológiai fejlődés élvonalában maradnak.

Kulcs elvitelek

Amikor ipari gázokat szerez be az igényes félvezetőpiac számára, a következőkre kell emlékezni:

• A tisztaság a legfontosabb: A legkritikusabb tényező az ultra-nagy tisztaságú. A szennyeződések még milliárdos részenként is katasztrofális eszközmeghibásodást okozhatnak, és csökkenthetik a termelési hozamot.
• A gázoknak meghatározott feladataik vannak: A gázok nem cserélhetők fel. Ezek rendkívül speciális eszközök, amelyeket különböző folyamatokhoz használnak, mint például inert atmoszféra (nitrogén, argon) létrehozása, építőrétegek (lerakódási gázok mint a szilán), és a faragó áramkörök (maratógázok mint a CF4).
• Az ellátási lánc kritikus: Egy megbízható beszállító többet tesz, mint egy termék eladását. Szigorú teszteléssel biztosítják a minőséget, hiteles tanúsítványokat adnak, komplex logisztikát kezelnek, és egyértelmű kommunikációt tartanak fenn a költséges gyártási késések elkerülése érdekében.
• A műszaki tudás hozzáadott értéket ad: Megértés Miért egy bizonyos gáz használják és Miért Tisztasága rendkívül fontos, így Ön hatékonyabb partnere lehet saját ügyfeleinek, igazolva a minőséget és hosszú távú bizalmat építve.
• Az ipar fejlődik: A kisebb és erősebb chipek iránti törekvés új, még tisztább chipek iránti keresletet jelent speciális gázok csak növekedni fog tovább. Az előretekintő beszállítóval való partnerség kulcsfontosságú az előrébb tartáshoz.