אנחנו מנהלים מפעל בסין שמתמחה בייצור גזים תעשייתיים. מנקודת התצפית שלי, ראיתי את האבולוציה המדהימה של הטכנולוגיה, שהכל מופעל על ידי משהו שרוב האנשים לעולם לא רואים: גזים בטוהר גבוה במיוחד. המיקרו-שבבים הזעירים בטלפון, במחשב ובמכונית שלך הם פלאי הנדסה מודרנית, אך יצירתם בלתי אפשרית ללא אספקה ​​מדויקת וללא רבב של הגזים המיוחדים הללו.

אתה מבין את החשיבות של איכות ושרשרת אספקה ​​אמינה, אבל אתה עשוי לתהות מַדוּעַ הסטנדרטים לגזים מוליכים למחצה הם כה גבוהים מבחינה אסטרונומית. מדוע משלוח של ארגון צריך להיות 99.9999% טהור? מדריך זה יסיר את המסך על עולם ייצור המוליכים למחצה. נחקור את הגזים הספציפיים שבהם נעשה שימוש, מה הם עושים ומדוע הטוהר שלהם הוא הגורם הקריטי ביותר. בסופו של דבר, תהיה לך הבנה הרבה יותר ברורה של המוצרים שאתה מייצר ותהיה מצויד יותר כדי להעביר את הערך שלהם ללקוחות שלך.

מדוע גזים מיוחדים הם כה קריטיים לייצור מוליכים למחצה?

דמיינו לעצמכם בניית גורד שחקים שבו גרגר חול בודד שלא במקום עלול לגרום לקריסת המבנה כולו. זו רמת הדיוק הנדרשת ב- ייצור מוליכים למחצה תַעֲשִׂיָה. "אבני הבניין" של התעשייה הזו אינן לבנים וטיט, אלא אטומים, וה"כלים" הם לרוב גזים מיוחדים מאוד. כולו זִיוּף של מעגל משולב מתרחש בקנה מידה מיקרוסקופי, שבו שכבות של חומרים, לרוב בעובי של אטומים ספורים בלבד, מופקדות על גבי או נחרטות ממנו. פרוסות סיליקון.

אֵלֶה תהליכי מוליכים למחצה הם רגישים להפליא. כל חלקיק או כימיקל לא רצויים טוּמאָה יכול לשבש את הארכיטקטורה העדינה של השבב, ולהפוך אותו לחסר תועלת. זה המקום שבו נעשה שימוש בגזים. הם יוצרים את הסביבות הנקיות במיוחד, מספקים את חומרי הגלם לשכבות חדשות, ומתפקדים כ"אזמלים" הכימיים החוצבים את המסלולים המורכבים לחשמל. ה תהליך ייצור מוליכים למחצה הוא ריקוד מורכב של תגובות כימיות, והגזים הם הרקדנים המובילים. ללא אספקה ​​קבועה, אמינה וטהורה במיוחד של גזים אלו, האלקטרוניקה המודרנית פשוט לא הייתה קיימת.

ה גזים המשמשים בייצור מוליכים למחצה אינם המוצרים התעשייתיים הסטנדרטיים שלך. הם מתוכננים כדי לעמוד ברמות טוהר שקשה להבין, לעתים קרובות נמדדות בחלקים למיליארד או אפילו בחלקים לטריליון. זה בגלל הביצועים של התקני מוליכים למחצה קשור ישירות לשלמות המבנה האטומי שלהם. מולקולה תגובתית של חמצן או אדי מים במה שאמור להיות אינרטי גַז יכול לגרום לחמצון, שינוי תכונות חשמליות של המעגל ומוביל לפגמים. זו הסיבה ש- תעשיית הגזים המיוחדים הוא כל כך חיוני לעולם הטכנולוגיה.

מהן הקטגוריות העיקריות של גזים המשמשים בייצור מוליכים למחצה?

כשאנחנו מדברים על גזים בייצור מוליכים למחצה, הם בדרך כלל מתחלקים לכמה קטגוריות מפתח בהתבסס על תפקידם. הבנת הקבוצות הללו עוזרת להבהיר את התפקיד של כל אחת מהן גַז משחק במתחם תהליך ייצור. זה לא רק גז אחד או שניים; מודרני פאב מוליכים למחצה דורש מעל 30 שונים גזים ותערובות לתפקד.

ראשונים הם גזים בתפזורת. אלו הם סוסי העבודה, המשמשים בכמויות אדירות ברחבי המתקן. חשבו עליהם כעל האווירה הבסיסית של הפנטזיה. הנפוצים ביותר הם:

• חנקן (N₂): משמש לטיהור תאי וציוד להסרת מזהמים וליצירת סביבה אינרטית.
• חמצן (O₂): משמש לגידול שכבות סיליקון דו חמצני (SiO₂) איכותיות, הפועלות כמבודדות.
• מימן (H₂): משמש לניקוי משטחים ובפרט תַצהִיר תהליכים.
• ארגון (Ar): א גז אינרטי משמש ליצירת סביבה יציבה עבור תהליכים כמו קישוט.

הבאים הם גזים מיוחדים, המכונה גם גזים מיוחדים אלקטרוניים. אלה הם הספציפיים ביותר, לעתים קרובות תְגוּבָתִי או גזים מסוכנים המבצעים את המשימות הקריטיות של תחריט והשקעה. הם משמשים בכמויות קטנות יותר אך יש להם עלות גבוהה בהרבה ודורשים טיפול זהיר ביותר. ניתן לחלק את אלה לקבוצות כמו:

• גזי שקיעה: גזים אלו, כמו סילאן (SiH₄), הם מקור החומר המשמש לבניית שכבות השבב. הם מתפרקים ומפקידים א סרט דק של חומר על פרוסות סיליקון.
• גזי תחריט: אלו הם גזים תגובתיים משמש להסרה סלקטיבית של חומר. דוגמאות כוללות תרכובות פלואור כמו פחמן טטרפלואוריד (CF₄) ו מימן כלורי (HCl). הם משמשים ב תהליך תחריט לגלף את דפוסי המעגל.
• גזים דופנטים: גזים אלה משמשים כדי "לסמם" את סִילִיקוֹן, כלומר הצגת ספציפי בכוונה טוּמאָה (א סם) כדי לשנות את זה תכונות חשמליות. זה מהותי ליצירת טרנזיסטורים. מְשׁוּתָף גזים סמים כוללים ארסין (AsH₃) ופוספין (PH₃).

כיצד פועל גז חנקן כסוס עבודה בפאבים של מוליכים למחצה?

אם היית עובר דרך א ייצור מוליכים למחצה מתקן, הקיים ביותר בכל מקום גַז היית נתקל הוא חַנקָן. אמנם זה לא תמיד לוקח חלק בעיקר תגובות כימיות שבונים את השבב, תפקידו חיוני לחלוטין ליצירת התנאים להצלחת התגובות הללו. נעשה שימוש בחנקן בעיקר בגלל האינרטיות שלו; הוא לא מגיב בקלות עם אלמנטים אחרים, מה שהופך אותו ל"מילוי" המושלם גַז.

השימוש העיקרי עבור חַנקָן הוא בטיהור ויצירת אווירה אינרטית. לפני כל רגיש תהליך מוליכים למחצה יכול להתחיל, החדר חייב להיות נקי לחלוטין ממזהמים כמו חמצן, אדי מים ואבק. טוהר גבוה חַנקָן נשטף דרך החדר כדי לדחוף החוצה את האלמנטים הלא רצויים הללו. זה מונע חמצון מקרי או תגובות אחרות שיהרסו את רָקִיק. אותו עיקרון מיושם על הכלים ותרמילי ההובלה (הידועים כ-FOUPs) הנושאים פרוסות סיליקון בין שלבים שונים של תהליך ייצור.

יֶתֶר עַל כֵּן, חַנקָן ממלא תפקיד קריטי ב פוטוליטוגרפיה, תהליך הדפסת עיצוב המעגל על ​​גבי הוואפר. באולטרה סגול עמוק מודרני (DUV) לִיתוֹגְרָפִיָה, המרווח בין העדשה ל- רָקִיק מלא באולטרה טהור חַנקָן (אוֹ אַרגוֹן) כדי לאפשר לאור באורך גל קצר לעבור דרכו מבלי להיספג באוויר. ללא סביבה אינרטית זו, התהליך יהיה בלתי אפשרי. מניסיוני לספק ל-fabs את הדרישה לרציף, בנפח גבוה ובטוהר גבוה חַנקָן האספקה ​​אינה ניתנת למשא ומתן.

איזה תפקיד ממלא ארגון ביצירת הסביבה המושלמת?

כמו חנקן, אַרגוֹן הוא אציל גַז, כלומר זה כימי אָדִישׁ. אוּלָם, נעשה שימוש בארגון עבור יישומים ספציפיים שבהם משקלו האטומי הכבד יותר מספק יתרון. אחד מהיישומים החשובים ביותר הוא שקיעת קפיצה, או קיצוץ. זהו אד פיזי תהליך הפקדה משמש להנחת סרטי מתכת דקים, היוצרים את החיווט של מעגל משולב.

בקיזור, מתח גבוה מופעל בתא ואקום מלא ב גז ארגון. זה יוצר פלזמה של מטען חיובי אַרגוֹן יונים. יונים אלו מואצים ומתנפצים ל"מטרה" העשויה מהמתכת שאנו רוצים להפקיד (כמו נחושת או אלומיניום). כוח ההתנגשות מפיל את אטומי המתכת מהמטרה, אשר עפים על פני החדר ומצפים את פרוסות סיליקון בשכבה דקה ואחידה. אַרגוֹן הוא מושלם עבור זה מכיוון שהוא כבד מספיק כדי לעקור ביעילות את אטומי המטרה, אבל אינרטי מספיק מבחינה כימית כדי שהוא לא יגיב עם סרט המתכת שהוא עוזר ליצור. זה מספק את המושלם סביבה לתצהיר מתכות.

שימוש מרכזי נוסף עבור אַרגוֹן נמצא בתחריט פלזמה. בזה תהליך תחריט, אַרגוֹן לעתים קרובות מעורבב עם א תְגוּבָתִי תחריט גַז. ה אַרגוֹן עוזר לייצב את הפלזמה ולהפציץ פיזית את פני השטח, מסייע לחריטה הכימית ויצירת חיתוכים אנכיים מדויקים יותר בחומר. אספקה ​​אמינה של בלוני גז ארגון הוא חיוני עבור כל מתקן המבצע מתכת או תחריט מתקדם.

האם אתה יכול להסביר כיצד מימן משמש להשקעה וניקוי?

בעוד חנקן וארגון מוערכים בשל היותם לא תגובתיים, מֵימָן מוערך בשל היותו גבוה תְגוּבָתִי, אבל בצורה מאוד נקייה ומבוקרת. נעשה שימוש במימן בהרחבה ב ייצור מוליכים למחצה לניקוי משטחים ובסוג מסוים של תַצהִיר נקרא צמיחה אפיטקסיאלית. גודלו האטומי הקטן מאפשר לו לחדור ולהגיב בדרכים שגזים אחרים לא יכולים.

לפני שניתן לגדל שכבה חדשה על א רָקִיק, המשטח חייב להיות נקי לחלוטין, עד לרמה האטומית. גז מימן משמש בתהליך בטמפרטורה גבוהה הנקרא "אפיית מימן" כדי להסיר כל תחמוצת מקומית (שכבה דקה, טבעית של סיליקון דו חמצני) שנוצרה על סִילִיקוֹן מִשׁטָח. ה מֵימָן מגיב עם החמצן ויוצר אדי מים (H₂O) אשר נשאבים החוצה מהתא ומשאירים אדי מים בתוליים סִילִיקוֹן משטח מוכן לשלב הבא.

מֵימָן הוא גם מרכיב מרכזי ב אפיטקסיאלי צמיחה (או "אפי"), תהליך המצמיח שכבה חד-גבישית של סִילִיקוֹן על גבי ה פרוסות סיליקון. לשכבה חדשה זו מבנה קריסטל מושלם ונשלט במדויק סם רמות. מֵימָן פועל כמוביל גַז עבור ה סִילִיקוֹן מָקוֹר גַז (כמו סילאן או טריכלורוסילאן). זה גם מבטיח סביבת גידול נקייה על ידי ניקוי אטומי חמצן תועים. האיכות של שכבה אפיטקסיאלית זו היא הבסיסית לביצועים של מעבדים מתקדמים, מה שהופך את הטוהר של גליל מימן אספקה ​​קריטית לחלוטין.

מהם גזי תחריט וכיצד הם חוצבים מעגלים מיקרוסקופיים?

אם השקיעה עוסקת בבניית שכבות, תחריט עוסק בחיתוך סלקטיבי שלהן כדי ליצור את דפוסי המעגל. תחשוב על זה כעל פיסול מיקרוסקופי. לאחר שתבנית מוגדרת באמצעות פוטוליטוגרפיה, תחריט גזים משמשים לספק האמצעים הכימיים להסרת חומר מהאזורים הלא מוגנים של רָקִיק. זהו אחד השלבים המורכבים והקריטיים ביותר ייצור שבבים.

ה גזים המשמשים בתחריט התהליך הם בדרך כלל תרכובות על בסיס פלואור, כלור או ברום. הבחירה של גַז תלוי בחומר שנחרט.

• גזים על בסיס פלואור (לדוגמה, CF₄, SF₆, NF₃) מצוינים לתחריט סִילִיקוֹן וסיליקון דו חמצני.
• גזים על בסיס כלור (לדוגמה, Cl₂, BCl₃, HCl) משמשים לעתים קרובות לחריטת מתכות כמו אלומיניום.

אֵלֶה גזים תגובתיים מוכנסים לתא פלזמה. הפלזמה שוברת את גַז מולקולות נפרדות לתוך מאוד תְגוּבָתִי יונים ורדיקלים. רדיקלים אלה מגיבים לאחר מכן עם פני השטח של רָקִיק, יוצרים תרכובת נדיפה חדשה שניתן לשאוב אותה בקלות ובכך "לחרוט" את החומר. הדיוק הנדרש הוא עצום; המטרה היא לַחֲרוֹט ישר למטה (אניזוטרופי) מבלי לחתוך את השכבה המעוצבת. מוֹדֶרנִי מותגי מוליכים למחצה שימוש מורכב תערובות גז ובקרה בקפידה על תנאי פלזמה כדי להשיג זאת.

מהו שקיעת אדים כימית (CVD) ובאילו גזים מעורבים?

Deposition של אדים כימיים (CVD) הוא אבן יסוד תהליך הפקדה ב ייצור מוליכים למחצה. זוהי השיטה העיקרית המשמשת ליצירת הסרטים הדקים המבודדים והמוליכים השונים המרכיבים את א מכשיר מוליכים למחצה. הרעיון הבסיסי הוא לזרום א גַז (או תערובת של גזים) מעל מחומם רָקִיק. החום גורם ל גַז להגיב או להתפרק על פני הרקיק, תוך השארת סרט מוצק של החומר הרצוי.

כל אחת מהתגובות הללו דורשת תנאים יציבים להפליא ומאוד גזים בטוהר גבוה. לדוגמה, בעת הנחת שכבת פוליסיליקון באמצעות סילאן, כל חמצן טוּמאָה ב- גַז זרם יגרום להיווצרות דו תחמוצת הסיליקון במקום זאת, והורס את תכונות המוליכות של השכבה. זו הסיבה שאנחנו, כספקים, מתמקדים כל כך ב- טָהֳרָה וניתוח של אלה גזי שקיעה. כל הספרייה של גזים מיוחדים ברמת טוהר גבוהה שאנו מציעים מיועד לעמוד בדרישות המחמירות הללו.

מדוע טוהר אולטרה-גבוה הוא הגורם החשוב ביותר עבור גזי מוליכים למחצה?

אני לא יכול להגזים בזה: ב תעשיית המוליכים למחצה, טוֹהַר הוא הכל. המונח טוהר גבוה לא אומר 99% או אפילו 99.9%. עֲבוּר גזים מוליכים למחצה, אנחנו מדברים על טוהר גבוה במיוחד (UHP), שהוא בדרך כלל 99.999% (המכונה לעתים קרובות "חמש תשע") או יותר. לכמה קריטיים תהליך גזים, הדרישה יכולה להיות 99.9999% ("שש תשע") או אפילו יותר. הסיבה פשוטה: מזהמים הורגים את הביצועים.

התכונות בשבב מודרני נמדדות בננומטרים (מיליארדית המטר). בקנה מידה זה, חלקיק זר בודד או מולקולה לא רצויה הם כמו סלע באמצע כביש מהיר. א טוּמאָה פַּחִית:

• אלטר נכסי חשמל: יון נתרן תועה יכול לשנות את מתח הסף של טרנזיסטור, ולגרום לו להידלק או לכבות בזמן הלא נכון.
• יצירת פגמים מבניים: מולקולת חמצן יכולה לשבש את סריג הגביש המושלם במהלך הצמיחה האפיטקסיאלית, וליצור "נקע" המונע את זרימת האלקטרונים.
• גורם לקצר חשמלי: חלקיק מתכתי יכול לגשר בין שני קווים מוליכים סמוכים, וליצור קצר מת.
• הפחת תשואה: ככל שיש יותר מזהמים, כך מספר השבבים הפגומים גבוה יותר בכל אחד מהם רָקִיק, מה שמשפיע ישירות על הרווחיות.

זו הסיבה, כיצרן, ההשקעה הגדולה ביותר שלנו היא בציוד טיהור וניתוח. כל אצווה של חייב גז להיבדק כדי לוודא שהוא עומד במפרטי החלקים למיליארד (ppb) או חלקים לטריליון (ppt) הנדרשים על ידי הלקוחות שלנו. ה ביקוש לגזים בטוהר גבוה הוא מה שמניע את כולו שוק גז מיוחד עבור אלקטרוניקה.

כיצד נבטיח אספקה ​​איכותית ואמינה של גזים בטוהר גבוה?

עבור קצין רכש כמו מארק, זו השאלה החשובה ביותר. מחיר מצוין הוא חסר משמעות אם גַז האיכות אינה עקבית או שהמשלוח מאחר. שמעתי את סיפורי הזוועה: ספקים המספקים אישורי ניתוח הונאה, או משלוח של גזים מיוחדים מעוכבים במכס במשך שבועות, מה שגרם לפס ייצור להפסיק. טיפול בנקודות הכאב הללו הוא הליבה של הפילוסופיה העסקית שלנו.

הבטחת האיכות מתחילה ב- טָהֳרָה תַהֲלִיך. אנו משתמשים במערכות מתקדמות כמו זיקוק קריוגני וחומרי ספיגה מיוחדים להסרת עקבות זיהומים. אבל התהליך לא מסתיים שם. השלב הקריטי ביותר הוא אימות. אנו משתמשים במכשירים אנליטיים חדישים כמו Gas Chromatograph-Mass Spectrometers (GC-MS) כדי לבדוק כל צילינדר בודד לפני שליחתו. אנו מספקים ללקוחותינו תעודת ניתוח (COA) מפורטת ואותנטית עבור כל אצווה, ומבטיחים את טוהר הגז.

A אספקה ​​אמינה שרשרת היא החצי השני של המשוואה. זה כולל:

• הכנת צילינדר חזק: צילינדרים עבור גזים בטוהר גבוה במיוחד לעבור תהליך ניקוי ופסיביציה מיוחד כדי להבטיח שהמיכל עצמו לא מזהם את גַז.
• לוגיסטיקה חכמה: אנו עובדים עם שותפים לוגיסטיים מנוסים שמבינים את התקנות למשלוח חומרים בלחץ גבוה ולעיתים מסוכנים בינלאומית. אנו מספקים את כל התיעוד הדרוש כדי להבטיח שחרור ממכס חלק.
• תקשורת ברורה: צוותי המכירות והתמיכה שלנו מאומנים לספק עדכונים שוטפים. תמיד תדע את מצב ההזמנה שלך, מייצור ועד מסירה סופית. אנחנו מבינים שזה צפוי אספקת גזים בטוהר גבוה חיוני עבור הלקוחות שלנו לנהל את לוחות הזמנים של הייצור שלהם. אנו אפילו מציעים מגוון תערובת גז אפשרויות כדי לענות על צורכי תהליך ספציפי.

מה צופן העתיד עבור גזים בתעשיית המוליכים למחצה?

ה תעשיית המוליכים למחצה לעולם לא עומד במקום. כפי שחוזה חוק מור, יצרני השבבים דוחפים כל הזמן ליצור מכשירים קטנים, מהירים וחזקים יותר. חדשנות בלתי פוסקת זו משפיעה ישירות על גזים ותערובות משמש בייצור שלהם. כשאנחנו עוברים ל- הדור הבא של מוליכים למחצה טכנולוגיה, כאשר גדלי תכונה מתכווצים לננומטרים בודדים בלבד, הדרישות לטוהר הגז יהפכו לקיצוניות עוד יותר.

אנו רואים מגמה של חומרים חדשים מעבר סִילִיקוֹן, כגון גליום ניטריד (GaN) וסיליקון קרביד (SiC), הדורשים חדש ושונה תהליך גזים לחריטה ותצהיר. ישנו גם מהלך לעבר ארכיטקטורות תלת מימד מורכבות יותר, כמו טרנזיסטורים FinFET ו-Gate-All-Around (GAA), הדורשים דיוק גדול עוד יותר ב- תַצהִיר ו לַחֲרוֹט צעדים. זה אומר את גז מיוחד התעשייה חייבת לחדש כל הזמן כדי לפתח מולקולות חדשות ולהשיג רמות גבוהות עוד יותר של טָהֳרָה.

מנקודת המבט שלי כספק, העתיד הוא על שותפות. זה כבר לא מספיק רק למכור צילינדר של גַז. עלינו לעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם הלקוחות שלנו ב ייצור אלקטרוניקה המגזר כדי להבין את מפות הדרכים הטכנולוגיות העתידיות שלהם. זה מאפשר לנו לצפות את הצורך בחדש גזים בטוהר גבוה ולהשקיע ביכולות הייצור והאנליטיות כדי לספק אותם. הגיבורים הבלתי נראים של ה מוֹלִיך לְמֶחֱצָה העולם - הגזים - ימשיכו להיות בחזית הקידמה הטכנולוגית.

טייק אווי מפתח

כאשר אתה מייצר גזים תעשייתיים עבור שוק המוליכים למחצה התובעניים, הנה הדברים החשובים ביותר שיש לזכור:

• טוהר הוא העיקר: הגורם הקריטי היחיד הוא טוהר גבוה במיוחד. מזהמים, אפילו ברמות חלקים למיליארד, עלולים לגרום לכשל קטסטרופלי במכשיר ולהפחית את תפוקת הייצור.
• לגזים יש תפקידים ספציפיים: גזים אינם ניתנים להחלפה. הם כלים מיוחדים ביותר המשמשים לתהליכים שונים כמו יצירת אטמוספרות אינרטיות (חנקן, ארגון), בניית שכבות (גזי שקיעה כמו סילאן), ומעגלי גילוף (גזי צריבה כמו CF₄).
• שרשרת האספקה ​​היא קריטית: ספק אמין עושה יותר מסתם למכור מוצר. הם מבטיחים איכות באמצעות בדיקות קפדניות, מספקים אישורים אותנטיים, מנהלים לוגיסטיקה מורכבת ושומרים על תקשורת ברורה כדי למנוע עיכובים יקרים בייצור.
• ידע טכני מוסיף ערך: הֲבָנָה מַדוּעַ מסוים גַז משמש ו מַדוּעַ הטוהר שלו הוא כל כך מכריע מאפשר לך להיות שותף יעיל יותר ללקוחות שלך, מצדיק איכות ובניית אמון לטווח ארוך.
• התעשייה מתפתחת: הדחיפה לצ'יפים קטנים וחזקים יותר פירושה הדרישה לחדשים, אפילו טהורים יותר גזים מיוחדים רק ימשיך לגדול. שיתוף פעולה עם ספק צופה פני עתיד הוא המפתח להתקדמות.