A modern technika világában a félvezető a király. Ezek az apró, bonyolult chipek az okostelefonjainktól az autóinkig és az internetet üzemeltető adatközpontokig mindent megerősítenek. De mi a hatalma ezeknek a chipeknek a létrehozásában? A válasz meglepő módon az gáz. Nem is akármilyen gáz, de nagy tisztaságú gázok az elképzelhetetlen tisztaság. Allenként, egy hét gyártósorral rendelkező, ipari gázokra specializálódott gyár tulajdonosaként a saját bőrömön láttam, hogy a tisztaság iránti igény az egekbe szökött. Ez a cikk olyan üzleti vezetőknek szól, mint Mark Shen, akik az élen járnak a gáz ellátási lánc. Ismeri a minőséget és az árat, de ahhoz, hogy valóban vezető szerepet töltsön be ezen a piacon, meg kell értenie a Miért. Megfejtjük a bonyolult világot félvezető gyártás, egyszerű szavakkal elmagyarázva, miért egyetlen kóbor részecske a gáz patak milliókba kerülhet egy gyárnak. Ez az útmutató az ország nyelvének beszéléséhez félvezető ipar és nélkülözhetetlen partnerré válni.

Milyen szerepet játszik a gáz a félvezető chip gyártásában?

A lényegében félvezető gyártás mikroszkopikus, többrétegű elektromos áramkörök felépítésének folyamata egy vékony lemezre szilícium, néven a ostya. Képzeld el, hogy megpróbálsz felépíteni egy postai bélyeg méretű felhőkarcolót, több milliárd szobával és folyosóval. Erről a léptékről beszélünk. Ennek eléréséhez nem használhat fizikai eszközöket. Ehelyett az egész gyártási folyamat pontos kémiai reakciók sorozatára támaszkodik, és e reakciók elsődleges hordozója az gáz.

A gázok láthatatlan kezekként működnek, amelyek ezeket az áramköröket építik. Számos kritikus munkát végeznek. Néhány, mint nitrogén, tökéletesen tiszta és stabil környezetet teremt, megelőzve a nem kívánt reakciókat. Mások, amelyeket technológiai gázoknak neveznek, a tényleges építőelemek vagy a faragó szerszámok. Például egy konkrét típusú gáz mikroszkopikus méretű vezető anyagréteg felhordására használható, míg egy másik gáz pontosan hozzá van szokva etch távolítsa el az anyagot, hogy áramköri utat alakítson ki. A tisztítástól kezdve minden egyes lépésben ostya a végső tranzisztorok felépítéséhez egy specifikus gáz vagy gázkeverék. A pontosság a gázáramlás és kémiai összetétele közvetlenül diktálja a sikerét a chipgyártás folyamat.

Miért olyan létfontosságú a tisztaság a félvezetőgyártásban?

Mindennapi életünkben egy kis por ill légszennyezés nem nagy ügy. De belül a félvezető gyártóüzem, vagy "fab", ez katasztrófa. Az épülő alkatrészek a szilícium ostya gyakran nanométerben mérik – ez a méter milliárdod része. Perspektivikusan, egyetlen emberi hajszál körülbelül 75 000 nanométer széles. Egy apró por részecske nem is láthatod, hogy van egy óriási szikla a világon félvezető gyártás.

Ez az oka annak tisztaság a gázok legfontosabb jellemzője félvezetőben használják termelés. Bármilyen nem kívánt molekula – legyen az egy kóbor vízmolekula, egy apró fém részecske, vagy egy másik gáz molekula – an szennyeződés. Ez szennyeződés teljesen megzavarhatja a kényes kémiai reakció zajlik a ostyafelülete. Egy szingli szennyeződés blokkolhatja az áramkör kialakulását, rövidzárlatot okozhat, vagy megváltoztathatja a a félvezető elektromos tulajdonságai anyag. Mert egy szingli ostya több száz vagy több ezer egyedi zsetont tartalmazhat, egy apró hiba hatalmas anyagi veszteséghez vezethet. Az egész folyamat megköveteli a legmagasabb tisztasági szint egyáltalán dolgozni.

Hogyan károsítják a gázok szennyeződései a félvezetőgyártást?

Amikor egy szennyeződés jelen van egy folyamatban gáz, ez egy "gyilkost okozhat hiba." Ez nem csak egy kis hiba; ez a hiba amely a teljes mikrochipet az adott szakaszon jeleníti meg ostya haszontalan. Nézzük meg, hogyan történik ez. alatt a lerakódás fázisban, ahol a vékony filmek rétegről rétegre épülnek fel, egy nemkívánatos részecske leszállhat a felszínre. Amikor a következő réteg a tetejére kerül, mikroszkopikus dudor vagy üreg keletkezik. Ez a hiba megszakíthatja az elektromos csatlakozást, vagy nem kívánt kapcsolatot hozhat létre, és gyakorlatilag tönkreteheti a készülő tranzisztort.

Ennek a következményei pusztítóak a mese lényegére nézve. A siker elsődleges mérőszáma a félvezető fab a "hozam" – az egyből előállított forgács százalékos aránya ostya. Még egy kis esés is hozam95%-ról 90%-ra, több millió dolláros bevételkiesést jelenthet. Gázszennyeződések csökkenésének közvetlen oka hozam. Ez az oka annak félvezető gyártók megszállottjai gáz tisztasága. Biztosnak kell lenniük abban, hogy a gáz több milliárd dolláros eszközeik belépése teljesen mentes mindentől szennyező ami kisiklathatja a félvezető gyártási folyamat. Ez egy játék a mikroszkopikus pontossággal, ahol nincs helye a hibának.

Melyek a félvezetőgyártásban használt kulcsgázok?

A használt gázok köre a félvezető ipar hatalmas, de általában két kategóriába sorolhatók: ömlesztett gázok és speciális gázok.

• Tömeges gázok: Ezeket óriási mennyiségben használják fel, és a gyártási környezet alapját képezik.

  • Nitrogén (N2): Ez az igásló. Ultra-magas tisztaság Nitrogén inert "atmoszféra" létrehozására szolgál a gyártóeszközök belsejében. Ez eltávolítja az oxigént, a nedvességet és más részecskéket, megakadályozva a nem kívánt oxidációt, ill szennyeződés a ostya.
  • Hidrogén (H₂): Gyakran más gázokkal kombinálva használják, hidrogén bizonyos szempontból kulcsfontosságú lerakódás folyamatokhoz és a tranzisztorszerkezetek felépítéséhez szükséges rendkívül specifikus kémiai környezetek létrehozásához.
  • Argon (Ar): Inertként gáz, Az argont a porlasztásnak nevezett folyamatban használják, ahol a célanyag bombázására használják, és az atomokat kilöki, majd lerakódnak a ostya. Létrehozására is használják a plazma sokban etch folyamatokat.

• Speciális gázok: Ezek összetett, gyakran veszélyes és erősen megtervezett gázok, amelyeket meghatározott folyamatlépésekhez használnak. Ezek a "aktív" összetevők.

  • Etchants: Gázokat, például klórt (Cl2) és hidrogén-bromidot (HBr) használnak a precíz faragáshoz, ill. etch mintákat a rétegekbe a ostya.
  • Adalékanyagok: Gázokat, például arzint (AsH3) és foszfint (PH3) használnak arra, hogy szándékosan bevitelre kerüljenek szennyeződés a szilícium elektromos tulajdonságainak megváltoztatására, ami a tranzisztorok vezérlését jelenti.
  • Lerakódási gázok: A szilán (SiH4) egy klasszikus példa, amelyet forrásként használnak szilícium vékony filmrétegek lerakására.

Egy olyan beszerzési tiszt számára, mint Mark, kulcsfontosságú tudnia, hogy bár ezek a gázok különböznek egymástól, egy közös követelményük van: szélsőséges. tisztaság.

Meg tudod magyarázni a lerakódást és a maratást egyszerű szavakkal?

Félvezető gyártás több száz lépésből áll, de legtöbbjük két alapvető folyamat variációja: lerakódás és etch. Ezek egyszerű megértése kulcsfontosságú a szerepének megértéséhez gáz.

1. Lerakás: A rétegek felépítése
Gondolj bele lerakódás mint a spray-festés molekulákkal. A cél az, hogy egy ultravékony, tökéletesen egyenletes anyagréteget helyezzenek rá szilícium ostya.

• A folyamat: Egy folyamat gáz (mint a szilán) összekeverjük a vivőgáz (mint nitrogén vagy hidrogén). Ezt gáz keveréket ezután egy kamrába vezetjük, amely tartalmazza a ostya. A kémiai reakció kiváltja, gyakran hő vagy a plazma, aminek hatására a molekulák "kicsapódnak" a gáz és szilárd anyagot képeznek vékony film a ostyafelülete.
• Miért számít a tisztaság: Ha van szennyeződés részecske a gáz patak, olyan, mintha egy porszem kerülne a festékszóródba. Be lesz ágyazva az új rétegbe, létrehozva egy szerkezetet hiba. Ha van egy nem kívánt gáz molekula, helytelenül reagálhat, megváltoztatva a réteg kémiai felépítését és elektromos tulajdonságait.

2. Rézkarc: Az áramkörök faragása
Egy réteg felépítése után bele kell vésni az áramköri mintát. Etch az anyag szelektív eltávolításának folyamata.

• A folyamat: A ostya fényérzékeny anyaggal, úgynevezett fotoreziszttel van bevonva. Egy mintát vetítenek rá (mint egy sablon). A kitett területeket ezután megkeményítik. A ostya majd maratószerrel töltött kamrába kerül gáz (mint egy fluor alapú vegyület). Ezt gáz energiát kap a plazma állapotot, ami nagyon reaktívvá teszi. A plazma bombázza a ostya, vegyileg felemészti az anyagot csak a sablonnal nem védett területeken.
• Miért számít a tisztaság: Gázokban lévő szennyeződések maratáshoz használt módosíthatja a reakció sebességét. Ez azt okozhatja, hogy az áramkörök túl szélesek, túl keskenyek vagy egyáltalán nem lesznek kivágva. Egy fém részecske szennyeződés akár blokkolhatná is a etch A folyamat egyetlen parányi pontján történik, nemkívánatos anyag "postát" hagyva maga után, amely rövidre zárja az áramkört.

Hogyan mérhető és tartható fenn az ultramagas gáztisztaság?

A globális félvezetőipar, az olyan szabványos tisztasági mérések, mint a "százalék", haszontalanok. foglalkozunk szennyeződés nehezen felfogható skálán. A tisztaság mértéke trillió része (ppt). Ez mindenkinek azt jelenti billió gáz molekulák, csak egy vagy két szennyező molekula lehet.

Ennek a szintnek az eléréséhez és ellenőrzéséhez gáz tisztasága, kifinomult rendszere gáztisztítás és elemzésre van szükség.

Üzemünkben nem csak a gáz; élünk és lélegzünk minőségellenőrzés. A gázellátás lánc a félvezető A fab speciális tisztítóberendezéseket tartalmaz közvetlenül a felhasználás helyén. Továbbá haladó gázelemzés eszközöket használnak valós idejű megfigyelés. Olyan technikák, mint légköri nyomású ionizációs tömeg spektrometria (APIMS) képes elvégezni szennyeződés kimutatása le a billió részek szintre, biztosítva a uhp gáz (ultra-nagy tisztaságú) a feldolgozószerszámba való belépés tökéletes.

Mitől lesz megbízható egy nagy tisztaságú gáz szállítója?

Egy olyan beszerzési vezető számára, mint Mark, aki megtapasztalta a szállítási késések és a hamis tanúsítványok fájdalmát, a megbízhatóság minden. A világban nagy tisztaságú félvezető gázok, a megbízhatóság három pilléren nyugszik: a gyártási konzisztencián, a minőségbiztosításon és a logisztikai szakértelemen.

1. Gyártási konzisztencia: A megbízható beszállítónak robusztus és redundáns termelési képességekkel kell rendelkeznie. Üzemünk hét gyártósora például biztosítja, hogy megtehetjük kielégíteni a nagy keresletet és hogy egy sor probléma nem állítja le a teljes kimenetünket. Ez minimálisra csökkenti az ellátási zavarok kockázatát, amelyek több milliárd dollárt leállíthatnak félvezető fab.
2. Ellenőrizhető minőségbiztosítás: Nem elég azt állítani, hogy van nagy tisztaságú gáz. Bizonyítani kell tudni. Ez azt jelenti, hogy a legmodernebb analitikai berendezésekbe kell beruházni szennyeződés kimutatása. Ez azt is jelenti, hogy minden szállítmányhoz átlátható, nyomon követhető elemzési tanúsítványt (CoA) kell biztosítani. A tanúsítványcsalás elleni küzdelem a bizalomra és az ellenőrizhető adatokra épülő hosszú távú kapcsolat kiépítéséről szól.
3. Logisztikai szakértelem: Megszerzése a maró gáz vagy kriogén folyadék Kínából az USA-ba nem egyszerű. Speciális konténereket, a nemzetközi szállítási szabályok ismeretét és aprólékos tervezést igényel a késések elkerülése érdekében. Egy megbízható beszállító tisztában van azzal, hogy ez nem csak egy doboz szállítása; a globális világ kritikus részét irányítja félvezető ellátási lánc.

Mi a különbség az ömlesztett gáz és a speciális gáz között?

A különbség megértése között ömlesztett gáz és speciális gáz kulcsfontosságú mindenki számára, aki részt vesz a beszerzésben félvezető ipar. Míg mindkettő extrémet igényel tisztaság, méretük, kezelésük és alkalmazásuk nagyon eltérő.

Tömeges gázok, tetszik Ömlesztett nagy tisztaságú speciális gázok, lásd gázok, például nitrogén, oxigén, argon és hidrogén. Ők jelentik a fab környezetének alapját. Az „ömlesztett” kifejezés a felhasznált hatalmas mennyiségekre utal. Ezeket a gázokat gyakran a helyszínen vagy a közelben állítják elő, és dedikált csővezetékeken keresztül közvetlenül az üzem belső elosztórendszerébe szállítják. A fő kihívás itt a fenntartás tisztaság hatalmas elosztóhálózatokon keresztül, és folyamatos, nagy mennyiségű ellátást biztosít.

Speciális gáz (vagy elektronikus gáz) a gyakran egzotikus, reakcióképes vagy veszélyes gázok széles kategóriájára utal, amelyeket kisebb mennyiségben használnak bizonyos folyamatlépésekhez, például maratáshoz és lerakódás. Ilyen például a szilán, az ammónia, a bór-triklorid és a nitrogén-trifluorid. Ezeket egyedi nagynyomású hengerekben szállítjuk. A kihívások speciális gáz rendkívül biztonságosak a kezelés során, biztosítják a gázkeverékek tökéletes konzisztenciáját, és megakadályozzák a palackon belüli kémiai reakciókat, amelyek veszélyeztethetik gáz minősége.

Hogyan alakul a nagy tisztaságú félvezető gáz iránti kereslet?

A félvezető ipar soha nem áll meg. Moore törvénye, az a megfigyelés, hogy a tranzisztorok száma egy chipen körülbelül kétévente megduplázódik, továbbra is feszegeti a fizika határait. A tranzisztorok zsugorodásával exponenciálisan érzékenyebbé válnak szennyeződés. A szemcseméret ami öt évvel ezelőtt elfogadható volt, az egy "gyilkos hiba"ma.

Ez a könyörtelen hajtás a kisebb és erősebb chipek iránt még magasabb szintű keresletet jelent gáz tisztasága növekszik. Egy olyan világból lépünk át, ahol a milliárdos rész volt az arany standard fejlett félvezető csomópontok. Ezenkívül az új anyagok és chiparchitektúrák, például a 3D NAND és a Gate-All-Around (GAA) tranzisztorok teljesen új portfóliót igényelnek. következő generációs gáz keverékek és prekurzorok. As gázgyártók, folyamatos innovációs versenyben vagyunk, új tisztítási technológiákat és analitikai módszereket fejlesztünk, hogy lépést tartsunk a globális félvezetőipar.

Vevőként milyen minőségi tanúsítványokat kell keresnem?

Nehéz lehet eligazodni a beszállítók világában, különösen, ha műszaki termékekkel foglalkozunk. A tanúsítványok döntő fontosságú, harmadik fél általi hitelesítést nyújtanak a szállító képességeiről és a minőség iránti elkötelezettségéről. A beszerzéskor nagy tisztaságú gázok a félvezető ipar, itt van néhány dolog, amire figyelni kell:

• ISO 9001: Ez a minőségirányítási rendszerek alapvető tanúsítványa. Azt mutatja, hogy a beszállító jól meghatározott és megismételhető folyamatokkal rendelkezik a gyártáshoz, ellenőrzéshez és szállításhoz.
• ISO/IEC 17025: Ez kritikus. Ez a tesztelő és kalibráló laboratóriumok kompetenciájának szabványa. Az ezzel a tanúsítvánnyal rendelkező beszállító bebizonyította, hogy házon belüli laboratóriuma – amely az Ön elemzési tanúsítványát állítja elő – pontos és megbízható.
• Nyomon követhető elemzés: Mindig kérjen elemzési tanúsítványt (CoA) minden egyes hengerhez vagy tételhez. Ennek a tanúsítványnak részleteznie kell a kritikus szint pontos szintjét szennyeződések a gázban, meghatározott analitikai módszerekkel mérik, mint pl gázkromatográfia vagy tömegspektrometria.

Határozott vezetőként, mint Mark, a legjobb eszközöd az, ha fürkésző kérdéseket teszel fel. Ne csak azt kérdezd: „Ez? gáz tiszta?" Kérdezze meg: "Hogyan bizonyítja, hogy tiszta? Mutassa meg laborja tanúsítványát. Magyarázza el a tételek közötti konzisztencia biztosításának folyamatát." Egy igazán szakértő és megbízható partner örömmel fogadja ezeket a kérdéseket, és magabiztos, átlátható válaszokat ad.

Kulcs elvitelek

• A gáz egy eszköz: In félvezető gyártás, a gázok nem csak anyagok; mikroszkopikus áramkörök építésére és faragására használt precíziós eszközök a szilícium ostya.
• A tisztaság minden: A léptéke chipgyártás olyan kicsi, hogy egyetlen nem kívánt részecske vagy szennyeződés molekula elpusztíthat egy chipet, így ultra-nagy tisztaságú nem alkuképes követelmény.
• A hozam a cél: Az elsődleges hatása gázszennyeződés a gyártás csökkentése hozam, ami közvetlenül több millió dolláros bevételkiesést jelent félvezető fabs.
• Két fő folyamat: A chipkészítés legtöbb lépése magában foglalja bármelyiket is lerakódás (épületi rétegek) ill etch (faragási minták), mindkettő teljes mértékben a tiszta gázok pontos kémiai reakcióitól függ.
• A megbízhatóság kulcsfontosságú: Megbízható beszállító a félvezető gáz A piacnak bizonyítania kell a termelési konzisztenciát, a tanúsított laboratóriumokon keresztül ellenőrizhető minőségbiztosítást és a szakértő logisztikai menedzsmentet.
• A jövő tisztább: Ahogy a félvezetők egyre fejlettebbek, a kereslet még magasabb szintű gáz tisztasága (billió részekig) csak tovább fog növekedni.