Nútímaheimurinn keyrir á flögum. Allt frá snjallsímanum í vasanum til leiðsagnarkerfanna í loftrýmisverkfræði, pínulítið hálfleiðara tæki er ósungin hetja stafrænnar aldar. En hver er hetjan á bak við hetjuna? Það er ósýnilegur, oft rokgjarn heimur sérlofttegunda. Nánar tiltekið, flúor efnafræði gegnir lykilhlutverki í hálfleiðaraframleiðsla ferli sem einfaldlega er ekki hægt að skipta út.

Ef þú ert að stjórna aðfangakeðju eða hafa umsjón með gæðum vöru í a hálfleiðari steypa, þú veist að skekkjumörkin eru núll. Einn rakabroddur eða smásæ ögn getur eyðilagt margra milljóna dollara framleiðslu. Þessi grein kafar djúpt í hlutverk sem inniheldur flúor lofttegundir — hvers vegna við notum þær, sérstök efnafræði sem gerir þær áhrifaríkar og mikilvægi stöðugleika og hreinleika aðfangakeðjunnar. Við munum kanna hvernig þessar háhreinar lofttegundir eru notuð í etsa og útfellingarskref, og hvers vegna að fá þau frá áreiðanlegum samstarfsaðila er mikilvægasta ákvörðunin sem þú getur tekið á þessu ári.

Hvers vegna er hálfleiðaraiðnaðurinn svona háður gastegundum sem innihalda flúor?

Til að skilja hálfleiðaraiðnaður, þú verður að skoða lotukerfið. Kísill er striginn, en flúor er burstinn. The hálfleiðara tilbúningur ferlið felur í sér að byggja lög af efnum og fjarlægja þau síðan valkvætt til að búa til hringrás. Þetta fjarlægingarferli er kallað æting.

Flúor er rafneikvæðasta frumefnið. Í einföldu máli er það ótrúlega hungrað í rafeindir. Þegar við kynnum flúorgas eða flúoruð efnasambönd inn í plasmahólf bregðast flúoratómin árásargjarnt við kísil og kísildíoxíð. Þessi efnahvörf breytir föstu sílikoni í rokgjarnar lofttegundir (eins og sílikontetreflúoríð) sem auðvelt er að dæla í burtu. Án þessarar efnafræðilegu hvarfgirni gætum við ekki búið til smásæju skurði og snertigöt sem þarf fyrir nútíma rafeindatækja.

Í framleiðsla í miklu magni, hraði og nákvæmni eru allt. Lofttegundir sem innihalda flúor veita háan ætingarhraða sem þarf til að halda afköstum uppi, en bjóða jafnframt upp á valmöguleika til að skera í gegnum eitt efni án þess að skemma lagið undir því. Það er viðkvæmt jafnvægisverk efnafræði og eðlisfræði.

Hvað gerir flúorefnafræði svo einstaka fyrir ætingu með mikilli nákvæmni?

Þú gætir spurt, hvers vegna ekki að nota klór eða bróm? Við gerum það, fyrir ákveðin lög. Hins vegar, flúor efnafræði býður upp á einstaka kosti við ætingu á efni sem byggir á kísil. Tengi kísils og flúors er ótrúlega sterkt. Hvenær sem inniheldur flúor plasma lendir á oblátunni, hvarfið er útverma og sjálfkrafa.

Galdurinn gerist í plasma. Í a hálfleiðara ferli hólfinu, beitum við mikilli orku á stöðugt gas eins og koltetraflúoríð (CF4) eða brennisteinshexaflúoríð (SF6). Þetta brýtur gasið í sundur og losar hvarfgjarnt flúor róttæklingar. Þessir róttæklingar ráðast á yfirborðið obláta.

„Nákvæmni í etsa skilgreinir frammistöðu flíssins. Ef hreinleiki gass þíns sveiflast, sveiflast ætunarhraði þinn og afraksturinn hrynur."

Þetta leiðir til hugmyndarinnar um anisotropic æting — skera beint niður án þess að borða til hliðar. Með því að blanda flúor með öðrum vinna lofttegundir, verkfræðingar geta stjórnað sniði skurðarinnar fullkomlega. Þessi hæfileiki er nauðsynlegur þegar við förum yfir í smærri hnúta (7nm, 5nm og neðar), þar sem jafnvel nanómetra af fráviki er bilun.

Hvernig knýja lofttegundir í hálfleiðaraframleiðslu háþróaða etsunarferli?

Ets ferli eru myndhöggverkfæri fabs. Það eru tvær megingerðir: blaut ets (með því að nota fljótandi efni eins og vetnisflúoríð) og þurræta (með því að nota plasma). Nútímalegt háþróaður hálfleiðari hnútar treysta nánast eingöngu á þurra plasmaætingu vegna þess að hún er mun nákvæmari.

Í dæmigerðu plasma ætingu röð, a flúoruðu gasi er kynnt. Við skulum skoða fjölbreytnina sem notuð er:

• Kolefnistetraflúoríð (CF4): Vinnuhesturinn fyrir oxíðætingu.
• Oktaflúorsýklóbútan (C4F8): Notað til að setja fjölliðalag á hliðarveggi skurðarins og verja þær á meðan botninn er ætaður dýpra.
• Brennisteinshexaflúoríð (SF6): Þekktur fyrir mjög hraðan sílikonætingarhraða.

Samspilið milli plasma og undirlag er flókið. Það felur í sér líkamlega sprengjuárás með jónum og efnahvörf frá róttækum. The framleiðslutæki fyrir hálfleiðara verður að hafa strangt eftirlit með flæði, þrýstingi og blöndu þessara lofttegunda. Ef sérgas inniheldur óhreinindi eins og raka, það getur myndað flúorsýru í afhendingarlínum eða hólfinu, sem veldur tæringu og agnagöllum.

Af hverju er köfnunarefnistríflúoríð konungur ræstinga í herbergjum?

Meðan ætingu og hreinsun haldast í hendur, hreinsun framleiðslubúnaðarins er alveg jafn mikilvægt og að vinna oblátuna. Á meðan Chemical Vapor Deposition (CVD), efni eins og sílikon eða wolfram eru sett á diskinn. Hins vegar húða þessi efni einnig veggi hólfsins. Ef þessi leifar safnast upp, flagnar hún af og fellur á obláturnar, sem veldur göllum.

Sláðu inn Köfnunarefnistríflúoríð (NF3).

Fyrir mörgum árum notaði iðnaðurinn flúorað gróðurhús lofttegundir eins og C2F6 til að hreinsa hólf. Hins vegar er NF3 orðinn staðall fyrir hreinsunarferli í hólf vegna mikillar skilvirkni. Þegar brotið er niður í fjarlægri plasmagjafa myndar NF3 gríðarlegt magn af flúor atóm. Þessar frumeindir hreinsa veggi hólfsins og breyta föstum leifum í gas sem er dælt út.

Nitur tríflúoríð er æskilegt vegna þess að það hefur hærra nýtingarhlutfall (meira af gasinu er notað í raun) og minni losun miðað við eldri hreinsiefni. Fyrir aðstöðustjóra þýðir þetta minni niður í miðbæ fyrir viðhald og hraðari afköst.

Hvaða flúoruðu efnasambönd eru nauðsynleg fyrir framleiðslu í miklu magni?

The aðfangakeðja hálfleiðara byggir á körfu af sérstökum lofttegundir sem innihalda flúor. Hver og einn hefur ákveðna "uppskrift" eða forrit. Kl Jiangsu Huazhong Gas, sjáum við mikla eftirspurn eftir eftirfarandi:

Þessar flúoruð efnasambönd eru lífæð í framleiðsla í miklu magni. Án stöðugs straums af þessum lofttegundir í hálfleiðurum framleiðslu hætta línurnar. Svo einfalt er það. Þetta er ástæðan fyrir því að innkaupastjórar eins og Eric Miller fylgjast stöðugt með aðfangakeðju fyrir truflunum.

Hvers vegna eru háhreinar lofttegundir burðarásin í afköstum hálfleiðara?

Ég get ekki lagt nógu mikla áherslu á þetta: Hreinleiki er allt.

Þegar við tölum um háhreinar lofttegundir, við erum ekki að tala um "iðnaðargráðu" sem notuð er við suðu. Við erum að tala um 5N (99,999%) eða 6N (99,9999%) hreinleika.

Hvers vegna? Vegna þess að a hálfleiðara tæki hefur eiginleika mælda í nanómetrum. Ein sameind af óhreinindum úr málmi eða snefilmagn af raka (H2O) getur valdið skammhlaupi eða komið í veg fyrir að lag festist.

• Raki: Bregst við með flúor að búa til HF, sem tærir gasflutningskerfið.
• Súrefni: Oxar kísilinn stjórnlaust.
• Þungmálmar: Eyðileggja rafeiginleika smárisins.

Sem birgir er starf okkar að tryggja að háhreint Xenon eða Rafræn gæða nituroxíð þú færð mætir ströngum iðnaðarstaðla. Við notum háþróaða gasskiljun til að greina snefil óhreinindi niður í milljarðahluta (ppb). Fyrir kaupanda, að sjá greiningarvottorð (COA) er ekki bara pappírsvinna; það er trygging fyrir því að þeirra hálfleiðara tilbúningur mun ekki standa frammi fyrir hörmulegu ávöxtunarkrakki.

Hvernig stjórnar iðnaðurinn losun gróðurhúsalofttegunda og GWP?

Það er fíll í herberginu: umhverfið. Margir flúoraðar lofttegundir hafa hátt Hnattræn hlýnunarmöguleiki (GWP). Til dæmis, Brennisteinshexaflúoríð (SF6) er einn af þeim mestu öflugar gróðurhúsalofttegundir sem menn vita, með GWP þúsund sinnum hærri en CO2.

The hálfleiðara framleiðsluiðnaður er undir gífurlegum þrýstingi að minnka kolefnisfótspor sitt. Þetta hefur leitt til tveggja stórra breytinga:

1. Lækkun: Fabs eru að setja upp risastóra "brennuboxa" eða scrubbera á útblástursleiðslur sínar. Þessi kerfi brjóta niður það sem ekki hefur brugðist við gróðurhúsalofttegunda áður en því er hleypt út í andrúmsloftið.
2. Skipting: Vísindamenn eru að leita að vali etsa lofttegundir með lægri GWP. Hins vegar er efnafræðilega erfitt að finna sameind sem virkar jafn vel og C4F8 eða SF6 án umhverfisáhrifa.

Nitur tríflúoríð var skref í rétta átt fyrir hreinsun vegna þess að það brotnar auðveldara niður en eldri PFC, sem leiðir til minna í heildina losun ef hreinsunarkerfi virka rétt. Að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda er ekki lengur bara PR hreyfing; það er reglugerðarkrafa í ESB og Bandaríkjunum.

Er aðfangakeðjan hálfleiðara viðkvæm fyrir skorti á sérgreinum gasi?

Ef síðustu ár hafa kennt okkur eitthvað, þá er það að aðfangakeðju er viðkvæmt. Framleiðendur hálfleiðara hafa staðið frammi fyrir skorti á öllu frá neon til flúorfjölliður.

Framboð á flúorgas og afleiður þess eru háðar vinnslu á flússpat (kalsíumflúoríði). Kína er stór alþjóðleg uppspretta þessa hráefnis. Þegar landfræðileg spenna eykst eða flutningaleiðir stíflast er framboð þessara mikilvægu vinna lofttegundir lækkar og verð hækkar.

Fyrir kaupanda eins og Eric er óttinn við "Force Majeure" raunverulegur. Til að draga úr þessu eru glögg fyrirtæki að auka fjölbreytni í birgjum sínum. Þeir eru að leita að samstarfsaðilum sem eiga sína eigin iso-tankar og hafa komið á fót flutningakerfi. Áreiðanleiki í flutninga er jafn mikilvægt og hreinleiki gassins. Þú getur haft það hreinasta C4F8 gas í heiminum, en ef það er fast við höfn, er það gagnslaust fyrir fab.

Hverjar eru öryggisreglur við meðhöndlun vetnisflúoríðs og annarra eitraðra efna?

Öryggi er undirstaða iðnaðar okkar. Margir sem inniheldur flúor lofttegundir eru ýmist eitraðar, kæfandi eða mjög hvarfgjarnar. Flúorvetni (HF), oft notað í blautum ætingum eða framleitt sem aukaafurð, er sérstaklega hættulegt. Það kemst í gegnum húðina og ræðst á beinbygginguna.

Meðhöndlun þessara efna krefst strangrar þjálfunar og sérhæfðs búnaðar.

• Cylindrar: Verður að vera DOT/ISO vottað og reglulega skoðað með tilliti til innri tæringar.
• Lokar: Þindlokar eru notaðir til að koma í veg fyrir leka.
• Skynjarar: Hálfleiðara smíðar eru þakin gasskynjara sem kalla á viðvörun við minnsta leka.

Þegar við fyllum strokk með Rafræn gæða nituroxíð eða eitrað ætarefni, við förum með það eins og hlaðið vopn. Við tryggjum að strokkurinn sé fáður að innan til að koma í veg fyrir agnir og að lokinn sé lokaður og lokaður. Fyrir viðskiptavini okkar, vitandi að flutningsgas eða etsefni kemur í öruggum, samhæfðum umbúðum er mikill léttir.

Hvað er framundan fyrir efni sem notuð eru í hálfleiðaraframleiðsluferlinu?

The hálfleiðaraframleiðsla vegvísirinn er árásargjarn. Þegar flísar flytjast yfir í þrívíddarmannvirki eins og Gate-All-Around (GAA) smára, er flókið ætingu og hreinsun hækkar. Við sjáum eftirspurn eftir meira framandi flúoruðu gasi blöndur sem geta ætið djúpar, þröngar holur með atómnákvæmni.

Atomic Layer Etching (ALE) er ný tækni sem fjarlægir efni eitt atómlag í einu. Til þess þarf ótrúlega nákvæma skömmtun hvarfgjarnar lofttegundir. Ennfremur mun ýta á "græna" framleiðslu líklega knýja á um upptöku nýrra flúor efnafræði sem býður upp á sömu frammistöðu með lægri GWP.

Framtíðin tilheyrir þeim sem geta nýtt sér bæði gasmyndun og hreinsun. Sem hálfleiðara efni þróast, lofttegundirnar sem notaðar eru til að móta þær verða að þróast líka.

Helstu veitingar

• Flúor er nauðsynlegt: Flúor efnafræði er lykilinn fyrir etsa og hreint stígur inn hálfleiðaraframleiðsla.
• Hreinleiki er konungur: Hár hreinleiki (6N) er ekki samningsatriði til að koma í veg fyrir galla og tryggja ferli stöðugleika.
• Fjölbreytni lofttegunda: Mismunandi lofttegundir eins og CF4, SF6 og Nitur tríflúoríð þjóna sérstökum hlutverkum í tilbúningur.
• Umhverfisáhrif: Stjórna losun gróðurhúsalofttegunda og lækkun er mikilvæg atvinnugrein áskorun.
• Framboðsöryggi: Sterkur aðfangakeðju og traustir samstarfsaðilar eru nauðsynlegir til að forðast framleiðslustöðvun.

Hjá Jiangsu Huazhong Gas skiljum við þessar áskoranir vegna þess að við lifum þeim á hverjum degi. Hvort sem þú þarft Hár hreinleiki Xenon fyrir nýjasta etsferlið þitt eða áreiðanlega afhendingu á stöðluðum iðnaðarlofttegundum, erum við hér til að styðja tæknina sem byggir framtíðina.