Við höfum rekið verksmiðju í Kína sem sérhæfir sig í framleiðslu á iðnaðarlofttegundum. Frá sjónarhorni mínu hef ég orðið vitni að ótrúlegri þróun tækni, sem öll er knúin áfram af einhverju sem flestir sjá aldrei: lofttegundir af miklum hreinleika. Örflögurnar í símanum þínum, tölvunni og bílnum eru undur nútímaverkfræði, en sköpun þeirra er ómöguleg án nákvæms og gallalauss framboðs af þessum sérlofttegundum.

Þú skilur mikilvægi gæða og áreiðanlegrar aðfangakeðju, en þú gætir velt því fyrir þér hvers vegna staðlarnir fyrir hálfleiðara lofttegundir eru svo stjarnfræðilega háir. Af hverju þarf sending af Argon að vera 99,9999% hrein? Þessi handbók mun draga aftur fortjaldið á heimi hálfleiðaraframleiðslu. Við munum kanna sérstakar lofttegundir sem notaðar eru, hvað þær gera og hvers vegna hreinleiki þeirra er einn mikilvægasti þátturinn. Í lokin muntu hafa mun skýrari skilning á vörunum sem þú færð og vera betur í stakk búinn til að miðla verðmæti þeirra til viðskiptavina þinna.

Af hverju eru sérlofttegundir svo mikilvægar fyrir hálfleiðaraframleiðslu?

Ímyndaðu þér að byggja skýjakljúf þar sem eitt missett sandkorn gæti valdið því að allt mannvirkið hrundi. Það er nákvæmnisstigið sem krafist er í hálfleiðaraframleiðsla iðnaði. „Byggingareiningar“ þessa iðnaðar eru ekki múrsteinar og steypuhræra, heldur frumeindir, og „verkfærin“ eru oft mjög sérhæfðar lofttegundir. Allt tilbúningur af an samþætt hringrás gerist á smásæjum mælikvarða, þar sem efnislög, oft aðeins nokkur atóm þykk, eru sett á eða æta í burtu frá sílikonskífa.

Þessar hálfleiðara ferli eru ótrúlega viðkvæm. Allar óæskilegar agnir eða efni óhreinindi getur truflað viðkvæman arkitektúr örflögunnar og gert hana gagnslausa. Þetta er þar lofttegundir eru notaðar. Þeir búa til ofurhreint umhverfið, veita hráefni fyrir ný lög og virka sem efnafræðilega „skurðarhnífinn“ sem skera út flóknar leiðir fyrir rafmagn. The framleiðsluferli hálfleiðara er flókinn dans á efnahvörf, og gastegundirnar eru aðaldansararnir. Án stöðugs, áreiðanlegrar og einstaklega hreins framboðs af þessum lofttegundum væri nútíma rafeindatækni einfaldlega ekki til.

The lofttegundir sem notaðar eru í hálfleiðaraframleiðslu eru ekki staðlaðar iðnaðarvörur þínar. Þau eru hönnuð til að mæta hreinleikastigum sem erfitt er að skilja, oft mælt í hlutum á milljarð eða jafnvel hlutum á trilljón. Þetta er vegna þess að árangur af hálfleiðara tæki er beint bundið við fullkomnun atómbyggingar þeirra. Hvarfandi súrefnis- eða vatnsgufusameind í því sem ætti að vera óvirkt gasi getur valdið oxun, breytt rafeiginleikar hringrásarinnar og leiðir til galla. Þetta er ástæðan fyrir því að sérlofttegundaiðnaður er svo mikilvægt fyrir tækniheiminn.

Hverjir eru helstu flokkar lofttegunda sem notuð eru við hálfleiðaraframleiðslu?

Þegar við tölum um lofttegundir í hálfleiðaraframleiðslu, þeir falla almennt í nokkra lykilflokka miðað við virkni þeirra. Að skilja þessa hópa hjálpar til við að skýra hlutverk hvers og eins gasi leikur í samstæðunni framleiðsluferli. Það er ekki bara ein eða tvær gastegundir; nútíma hálfleiðara fab krefst yfir 30 mismunandi lofttegundir og blöndur til að virka.

Fyrst eru magn lofttegunda. Þetta eru vinnuhestarnir, notaðir í gríðarlegu magni um alla aðstöðuna. Hugsaðu um þá sem grunnandrúmsloftið í fögru. Algengustu eru:

• Köfnunarefni (N₂): Notað til að hreinsa hólf og búnað til að fjarlægja mengunarefni og skapa óvirkt umhverfi.
• Súrefni (O₂): Notað til að rækta hágæða kísildíoxíð (SiO₂) lög, sem virka sem einangrunarefni.
• Vetni (H₂): Notað til að þrífa yfirborð og sérstaklega útfelling ferlum.
• Argon (Ar): An óvirkt gas notað til að skapa stöðugt umhverfi fyrir ferla eins og sputtering.

Næst eru sérlofttegundir, einnig þekktur sem rafeinda sérlofttegunda. Þetta eru mjög sértækar, oft hvarfgjarnt eða hættulegar lofttegundir sem gegna mikilvægu verkefni ætingar og útfellingar. Þau eru notuð í minna magni en hafa mun hærri kostnað og krefjast einstaklega varkárrar meðhöndlunar. Þessum má skipta frekar í hópa eins og:

• Útfellingarlofttegundir: Þessar lofttegundir, eins og Silane (SiH₄), eru uppspretta efnisins sem notað er til að byggja upp lag flísarinnar. Þeir brotna niður og leggja a þunn filma af efni á sílikonskífa.
• Etchant gass: Þetta eru hvarfgjarnar lofttegundir notað til að fjarlægja efni með vali. Dæmi eru flúorsambönd eins og koltetraflúoríð (CF₄) og vetnisklóríð (HCl). Þau eru notuð í ætingarferli að rista hringrásarmynstrið.
• Bæta lofttegundir: Þessar lofttegundir eru notaðar til að „dópa“ sílikon, sem þýðir að kynna tiltekið viljandi óhreinindi (a dópefni) til að breyta því rafeiginleikar. Þetta er grundvallaratriði til að búa til smára. Algengt dópandi lofttegundir innihalda arsín (AsH₃) og fosfín (PH₃).

Hvernig virkar köfnunarefnisgas sem vinnuhestur í hálfleiðurum?

Ef þú myndir ganga í gegnum a hálfleiðara tilbúningur aðstaða, sem er alls staðar nálægust gasi þú myndir lenda í er Nitur. Þó að það taki ekki alltaf þátt í aðalatriðum efnahvörf sem byggja flísina, hlutverk hans er algjörlega nauðsynlegt til að skapa skilyrði fyrir því að þessi viðbrögð takist. Notað er köfnunarefni fyrst og fremst fyrir tregðu þess; það bregst ekki auðveldlega við öðrum þáttum, sem gerir það að fullkomnu „fylliefni“ gasi.

Aðalnotkun fyrir Nitur er að hreinsa og skapa óvirkt andrúmsloft. Áður en viðkvæm hálfleiðara ferli getur hafist verður hólfið að vera algjörlega laust við mengunarefni eins og súrefni, vatnsgufu og ryk. Hár hreinleiki Nitur er skolað í gegnum hólfið til að ýta þessum óæskilegu þáttum út. Þetta kemur í veg fyrir óvart oxun eða önnur viðbrögð sem myndu eyðileggja obláta. Þessi sama regla er notuð á verkfærin og flutningspokana (þekkt sem FOUPs) sem bera kísildiskar á milli mismunandi stiga framleiðsluferli.

Ennfremur, Nitur gegnir mikilvægu hlutverki í ljóslitafræði, ferlið við að prenta hringrásarhönnunina á oblátuna. Í nútíma djúpu útfjólubláu (DUV) steinþrykk, bilið milli linsunnar og obláta er fyllt með ofurhreinu Nitur (eða Argon) til að leyfa stuttbylgjulengdarljósinu að fara í gegnum án þess að frásogast loft. Án þessa óvirku umhverfi væri ferlið ómögulegt. Reynsla mín er að útvega fabs, eftirspurn eftir stöðugu, miklu magni og miklum hreinleika Nitur framboð er ekki samningsatriði.

Hvaða hlutverki gegnir argon við að skapa hið fullkomna umhverfi?

Eins og köfnunarefni, Argon er aðalsmaður gasi, sem þýðir að það er efnafræðilega óvirkur. Hins vegar, Argon er notað fyrir tiltekin notkun þar sem þyngri atómþyngd þess veitir kost. Eitt mikilvægasta af þessum forritum er sputter deposition, eða sputtering. Þetta er líkamleg gufa útfellingarferli notað til að leggja niður þunnar málmfilmur, sem mynda raflögn á samþætt hringrás.

Í sputtering er háspenna beitt í lofttæmishólf fyllt með Argon gas. Þetta skapar plasma af jákvætt hlaðinni Argon jónir. Þessum jónum er hraðað og mölvast í „markmið“ úr málmnum sem við viljum setja (eins og kopar eða ál). Kraftur árekstursins slær málmfrumeindir af skotmarkinu, sem fljúga síðan yfir hólfið og hylja sílikonskífa í þunnu, samræmdu lagi. Argon er fullkomið fyrir þetta vegna þess að það er nógu þungt til að losa markatómin á áhrifaríkan hátt en nógu efnafræðilega óvirkt til að það bregst ekki við málmfilmunni sem það hjálpar til við að búa til. Það veitir hið fullkomna umhverfi fyrir sputter útfellingu málma.

Önnur lykilnotkun fyrir Argon er í plasma ætingu. Í þessu ætingarferli, Argon er oft blandað saman við a hvarfgjarnt etsefni gasi. The Argon hjálpar til við að koma á stöðugleika í blóðvökvanum og sprengja yfirborðið líkamlega, aðstoða við efnaætingu og búa til nákvæmari, lóðrétta skurð í efninu. Áreiðanlegt framboð af Argon gashylki skiptir sköpum fyrir alla aðstöðu sem framkvæmir málmvinnslu eða háþróaða ætingu.

Getur þú útskýrt hvernig vetni er notað til útfellingar og hreinsunar?

Þó að köfnunarefni og argon séu metin fyrir að vera óviðbrögð, Vetni er metið fyrir að vera hátt hvarfgjarnt, en á mjög hreinan og stjórnaðan hátt. Vetni er notað mikið í hálfleiðaraframleiðsla til að þrífa yfirborð og í ákveðinni gerð af útfelling kallaður epitaxial vöxtur. Lítil atómstærð þess gerir það kleift að komast inn og bregðast við á þann hátt sem aðrar lofttegundir geta ekki.

Áður en hægt er að rækta nýtt lag á a obláta, yfirborðið verður að vera fullkomlega hreint, niður á atómstigi. Vetnisgas er notað í háhitaferli sem kallast „vetnisbaka“ til að fjarlægja öll innfædd oxíð (þunnt, náttúrulegt lag af kísildíoxíði) sem hefur myndast á sílikon yfirborð. The vetni hvarfast við súrefnið og myndar vatnsgufu (H₂O) sem síðan er dælt út úr hólfinu og skilur eftir óspillta sílikon yfirborðið tilbúið fyrir næsta skref.

Vetni er einnig lykilþáttur í epitaxial vöxtur (eða „epi“), ferli sem stækkar einskristallag af sílikon ofan á sílikonskífa. Þetta nýja lag hefur fullkomna kristalbyggingu og nákvæmlega stjórnað dópefni stigum. Vetni virkar sem flutningsaðili gasi fyrir sílikon heimild gasi (eins og sílan eða tríklórsílan). Það tryggir einnig hreint vaxtarumhverfi með því að hreinsa allar villandi súrefnisatóm. Gæði þessa epitaxial lags eru grundvallaratriði fyrir frammistöðu hágæða örgjörva, sem gerir hreinleika Vetnishylki framboð algerlega mikilvægt.

Hvað eru ætandi lofttegundir og hvernig móta þær smásjárrásir?

Ef útfelling snýst um að byggja upp lög, snýst æting um að skera þau í burtu til að búa til hringrásarmynstrið. Hugsaðu um það sem smásjá myndhöggva. Eftir mynstur er skilgreint með því að nota ljóslitafræði, etsefni lofttegundir eru notaðar til að veita efnafræðilega leiðin til að fjarlægja efni frá óvörðum svæðum obláta. Þetta er eitt flóknasta og mikilvægasta skrefið í flísaframleiðsla.

The lofttegundir sem notaðar eru við ætið ferli eru venjulega flúor, klór eða bróm-undirstaða efnasambönd. Valið á gasi fer eftir efninu sem verið er að æta.

• Flúor-undirstaða lofttegundir (t.d. CF₄, SF₆, NF₃) eru frábærir til að æta sílikon og kísildíoxíð.
• Lofttegundir sem eru byggðar á klór (t.d. Cl₂, BCl₃, HCl) eru oft notuð til að æta málma eins og ál.

Þessar hvarfgjarnar lofttegundir eru settar inn í plasmahólf. Plasma brýtur gasi sameindir sundur í mjög hvarfgjarnt jónum og róttækum. Þessar róttæklingar bregðast síðan við yfirborði obláta, myndar nýtt rokgjarnt efnasamband sem auðvelt er að dæla í burtu og „æta“ þannig efnið. Nákvæmnin sem krafist er er gríðarleg; markmiðið er að etsa beint niður (anisotropically) án þess að skera undir mynstraða lagið. Nútímalegt hálfleiðara fabs nota flókið gasblöndur og vandlega stjórnað plasmaskilyrðum til að ná þessu.

Hvað er kemísk gufuútfelling (CVD) og hvaða lofttegundir koma við sögu?

Chemical Vapor Deposition (CVD) er hornsteinn útfellingarferli inn hálfleiðaraframleiðsla. Það er aðalaðferðin sem notuð er til að búa til hinar ýmsu einangrandi og leiðandi þunnar filmur sem mynda a hálfleiðara tæki. Grunnhugmyndin er að flæða a gasi (eða blanda af lofttegundum) yfir upphitun obláta. Hitinn veldur gasi að hvarfast eða brotna niður á yfirborði skífunnar og skilja eftir sig fasta filmu af viðkomandi efni.

Hvert þessara viðbragða krefst ótrúlega stöðugra aðstæðna og ákaflega háhreinar lofttegundir. Til dæmis, þegar sett er pólýkísillag með því að nota Silane, hvaða súrefni sem er óhreinindi í gasi straumur myndi valda því að kísildíoxíð myndist í staðinn og eyðileggja leiðandi eiginleika lagsins. Þetta er ástæðan fyrir því að við, sem birgir, einbeitum okkur svo mikið að hreinsun og greiningu á þeim útfellingarlofttegundir. Allt bókasafnið í Magn háhreinleika sérlofttegunda sem við bjóðum er ætlað að uppfylla þessar ströngu kröfur.

Af hverju er ofurhreinleiki mikilvægasti þátturinn fyrir hálfleiðaragastegundir?

Ég get ekki ofmælt þessu: í hálfleiðaraiðnaður, hreinleika er allt. Hugtakið hár hreinleiki þýðir ekki 99% eða jafnvel 99,9%. Fyrir hálfleiðara lofttegundir, við erum að tala um ofurmikill hreinleiki (UHP), sem er venjulega 99,999% (oft kallað "fimm níu") eða hærra. Fyrir suma gagnrýna vinna lofttegundir, krafan getur verið 99,9999% ("sex níur") eða jafnvel hærri. Ástæðan er einföld: mengunarefni drepa frammistöðu.

Eiginleikar nútíma örflögu eru mældir í nanómetrum (milljarðastu úr metra). Á þessum mælikvarða er ein framandi ögn eða óæskileg sameind eins og stórgrýti á miðjum hraðbraut. An óhreinindi getur:

• Breyta rafeiginleikum: Flækingsnatríumjón getur breytt þröskuldspennu smára, sem veldur því að kveikt eða slökkt á honum á röngum tíma.
• Búa til byggingargalla: Súrefnissameind getur truflað hina fullkomnu kristalgrind við vöxt epitaxials og búið til „losun“ sem hindrar rafeindaflæði.
• Orsaka skammhlaup: Málmögn getur brúað tvær aðliggjandi leiðandi línur og búið til dauða skammt.
• Draga úr ávöxtun: Því fleiri mengunarefni sem eru til staðar, því meiri fjöldi gallaðra flísa á hverri obláta, sem hefur bein áhrif á arðsemi.

Þess vegna er stærsta fjárfesting okkar sem framleiðandi í hreinsunar- og greiningarbúnaði. Sérhver lota af gas verður vera prófaður til að tryggja að það uppfylli hluta-á-milljarða (ppb) eða hluta-á-billjón (ppt) forskriftir sem viðskiptavinir okkar krefjast. The eftirspurn eftir háhreinum lofttegundum er það sem knýr heildina áfram sérgasmarkaður fyrir rafeindatækni.

Hvernig tryggjum við gæði og áreiðanlegt framboð á háhreinum lofttegundum?

Fyrir innkaupafulltrúa eins og Mark er þetta mikilvægasta spurningin. Frábært verð er tilgangslaust ef gasi gæði eru ósamkvæm eða sendingin er sein. Ég hef heyrt hryllingssögurnar: birgjar sem veita sviksamleg greiningarvottorð eða sendingu af sérlofttegundir verið haldið niðri í tollinum í margar vikur, sem varð til þess að framleiðslulína stöðvaðist. Að taka á þessum sársaukapunktum er kjarninn í viðskiptaheimspeki okkar.

Að tryggja gæði byrjar með hreinsun ferli. Við notum háþróuð kerfi eins og frosteimingu og sérhæfð aðsogsefni til að fjarlægja snefilóhreinindi. En ferlið endar ekki þar. Mikilvægasta skrefið er sannprófun. Við notum háþróaða greiningartæki eins og gasskilju-massalitrófsmæla (GC-MS) til að prófa hvern einasta strokk áður en hann er sendur. Við veitum viðskiptavinum okkar ítarlegt og ekta greiningarvottorð (COA) fyrir hverja lotu, sem tryggir hreinleika gassins.

A áreiðanlegt framboð keðja er hinn helmingur jöfnunnar. Þetta felur í sér:

• Sterkur strokka undirbúningur: Cylindrar fyrir ofurhreinar lofttegundir gangast undir sérstakt hreinsunar- og passiveringsferli til að tryggja að ílátið sjálft mengi ekki gasi.
• Greindur flutningur: Við vinnum með reyndum flutningsaðilum sem skilja reglurnar um sendingu háþrýstings og stundum hættulegra efna á alþjóðavettvangi. Við útvegum öll nauðsynleg skjöl til að tryggja slétta tollafgreiðslu.
• Hreinsa samskipti: Sölu- og stuðningsteymi okkar eru þjálfaðir til að veita reglulegar uppfærslur. Þú munt alltaf vita stöðu pöntunarinnar þinnar, frá framleiðslu til lokaafhendingar. Við skiljum að fyrirsjáanlegt framboð á háhreinu lofttegundum er nauðsynlegt fyrir viðskiptavini okkar að stjórna eigin framleiðsluáætlunum. Við bjóðum meira að segja upp á ýmislegt gasblöndu valkostir til að mæta sérstökum ferliþörfum.

Hvað ber framtíðin í skauti sér fyrir lofttegundir í hálfleiðaraiðnaðinum?

The hálfleiðaraiðnaður stendur aldrei kyrr. Eins og lögmál Moore spáir fyrir um, þrýsta flísaframleiðendur stöðugt á að búa til smærri, hraðvirkari og öflugri tæki. Þessi stanslausa nýsköpun hefur bein áhrif á lofttegundir og blöndur notaðir við framleiðslu þeirra. Þegar við færum okkur til næstu kynslóð hálfleiðara tækni, þar sem eiginleikastærðir minnka niður í örfáa nanómetra, verða kröfurnar um hreinleika gassins enn öfgakenndari.

Við erum að sjá þróun í átt að nýjum efnum víðar sílikon, eins og gallíumnítríð (GaN) og kísilkarbíð (SiC), sem krefjast nýs og öðruvísi vinna lofttegundir fyrir ætingu og útfellingu. Það er líka færst í átt að flóknari þrívíddararkitektúr, eins og FinFET og Gate-All-Around (GAA) smára, sem krefjast enn meiri nákvæmni í útfelling og etsa skrefum. Þetta þýðir að sérgas iðnaður verður stöðugt að gera nýsköpun til að þróa nýjar sameindir og ná enn hærra stigum hreinsun.

Frá mínu sjónarhorni sem birgir snýst framtíðin um samstarf. Það er ekki lengur nóg að selja bara strokk af gasi. Við verðum að vinna náið með viðskiptavinum okkar í rafeindaframleiðslu geira til að skilja framtíðartæknivegakort sín. Þetta gerir okkur kleift að sjá fyrir þörfina fyrir nýtt háhreinar lofttegundir og fjárfesta í framleiðslu- og greiningargetu til að útvega þeim. Ósýnilegu hetjurnar í hálfleiðari heimurinn – lofttegundirnar – munu halda áfram að vera í fararbroddi í tækniframförum.

Helstu veitingar

Þegar þú útvegar iðnaðarlofttegundir fyrir krefjandi hálfleiðaramarkaðinn eru hér það mikilvægasta sem þarf að muna:

• Hreinleiki er í fyrirrúmi: Einn mikilvægasti þátturinn er ofurmikill hreinleiki. Aðskotaefni, jafnvel í hlutum á milljarð, geta valdið skelfilegri bilun í tækjum og dregið úr framleiðsluframleiðslu.
• Lofttegundir hafa ákveðin störf: Lofttegundir eru ekki skiptanlegar. Þau eru mjög sérhæfð verkfæri sem notuð eru fyrir mismunandi ferla eins og að búa til óvirkt andrúmsloft (köfnunarefni, argon), byggingarlög (útfellingarlofttegundir eins og Silane), og útskurðarrásir (ætandi lofttegundir eins og CF₄).
• Aðfangakeðjan er mikilvæg: Áreiðanlegur birgir gerir meira en bara að selja vöru. Þeir tryggja gæði með ströngum prófunum, veita ekta vottorð, stjórna flóknum flutningum og viðhalda skýrum samskiptum til að koma í veg fyrir kostnaðarsamar framleiðslutafir.
• Tækniþekking eykur gildi: Skilningur hvers vegna ákveðinn gasi er notað og hvers vegna Hreinleiki þess er svo mikilvægur gerir þér kleift að vera áhrifaríkari samstarfsaðili eigin viðskiptavina þinna, réttlæta gæði og byggja upp langtímatraust.
• Iðnaðurinn er í þróun: Þrýstið á smærri og öflugri flís þýðir eftirspurn eftir nýjum, jafnvel hreinni sérlofttegundir mun bara halda áfram að vaxa. Samstarf við framsýnan birgja er lykillinn að því að vera á undan.