העולם המודרני פועל על צ'יפס. מהסמארטפון שבכיס ועד למערכות ההדרכה בהנדסת תעופה וחלל, הקטנטונת מכשיר מוליכים למחצה הוא הגיבור הבלתי מוכר של העידן הדיגיטלי. אבל מה הגיבור מאחורי הגיבור? זהו העולם הבלתי נראה, לעתים קרובות נדיף, של גזים מיוחדים. ספציפית, כימיה של פלואור ממלא תפקיד מרכזי ב ייצור מוליכים למחצה תהליך שפשוט לא ניתן להחליף.

אם אתה מנהל שרשרת אספקה או מפקח על איכות המוצר ב מוֹלִיך לְמֶחֱצָה יציקה, אתה יודע שמרווח השגיאה הוא אפס. נקודת זינוק בודדת בלחות או חלקיק מיקרוסקופי עלולים להרוס הפעלת ייצור של מיליוני דולרים. מאמר זה צולל עמוק לתוך התפקיד של מכיל פלואור גזים - מדוע אנו משתמשים בהם, הכימיה הספציפית שהופכת אותם ליעילים והחשיבות הקריטית של יציבות וטוהר שרשרת האספקה. נחקור כיצד אלה גזים בטוהר גבוה משמשים ב לַחֲרוֹט ושלבי ההפקדה, ומדוע ההחלטה החשובה ביותר שתוכלו לקבל השנה היא המקור שלהם משותף אמין.

מדוע תעשיית המוליכים למחצה תלויה כל כך בגזים המכילים פלואור?

כדי להבין את תעשיית המוליכים למחצה, אתה צריך להסתכל על הטבלה המחזורית. סיליקון הוא הקנבס, אבל פלואור היא המברשת. ה ייצור מוליכים למחצה התהליך כולל בניית שכבות של חומרים ולאחר מכן הסרה סלקטיבית שלהם כדי ליצור מעגלים. תהליך הסרה זה נקרא תחריט.

פלוּאוֹר הוא היסוד האלקטרונילי ביותר. במילים פשוטות, הוא רעב להפליא לאלקטרונים. כשאנחנו מציגים גז פלואור אוֹ תרכובות מופלרות לתוך תא פלזמה, אטומי הפלואור מגיבים באגרסיביות עם סיליקון ו דו תחמוצת הסיליקון. תגובה כימית זו הופכת סיליקון מוצק לגזים נדיפים (כמו סיליקון טטראפלואוריד) שניתן לשאוב אותם בקלות. ללא תגובתיות כימית זו, לא נוכל ליצור את התעלות המיקרוסקופיות ואת חורי המגע הנדרשים עבור מודרני מכשירים אלקטרוניים.

ב ייצור בנפח גבוה, מהירות ודיוק הם הכל. גזים המכילים פלואור לספק את קצבי החריטה הגבוהים הדרושים כדי לשמור על התפוקה, תוך מתן הסלקטיביות לחתוך דרך חומר אחד מבלי לפגוע בשכבה שמתחתיו. זהו פעולת איזון עדינה של כימיה ופיזיקה.

מה הופך את כימיית הפלואור לכל כך ייחודית עבור תחריט דיוק גבוה?

אפשר לשאול, למה לא להשתמש בכלור או ברום? אנחנו עושים זאת, עבור שכבות מסוימות. עם זאת, כימיה של פלואור מציע יתרון ייחודי בעת תחריט חומרים מבוססי סיליקון. הקשר בין סיליקון לפלואור חזק להפליא. מתי מכיל פלואור פלזמה פוגעת בפרוסה, התגובה היא אקסותרמית וספונטנית.

הקסם מתרחש ב- פלזמה. ב א תהליך מוליכים למחצה בתא, אנו מיישמים אנרגיה גבוהה על גז יציב כמו פחמן טטרפלואוריד (CF4) או גופרית הקספלואוריד (SF6). זה מפרק את הגז, משחרר תגובתי פלואור רדיקלים. רדיקלים אלה תוקפים את פני השטח של רָקִיק.

"הדיוק של ה לַחֲרוֹט מגדיר את הביצועים של השבב. אם טוהר הגז שלך משתנה, קצב החריטה שלך משתנה, והתפוקה שלך מתרסקת."

זה מוביל למושג של אניזוטרופי תחריט - חיתוך ישר למטה מבלי לאכול לרוחב. על ידי ערבוב פלואור עם אחרים תהליך גזים, מהנדסים יכולים לשלוט בפרופיל התעלה בצורה מושלמת. יכולת זו חיונית כאשר אנו עוברים לצמתים קטנים יותר (7 ננומטר, 5 ננומטר ומטה), שבהם אפילו ננומטר של סטייה הוא כשל.

כיצד גזים בייצור מוליכים למחצה מניעים תהליכי חריטה מתקדמים?

תהליכי תחריט הם כלי הפיסול של ה נפלאות. ישנם שני סוגים עיקריים: תחריט רטוב (באמצעות כימיקלים נוזליים כמו מימן פלואוריד) וחריטה יבשה (באמצעות פלזמה). מודרני מוליך למחצה מתקדם צמתים מסתמכים כמעט אך ורק על תחריט פלזמה יבש מכיוון שהוא הרבה יותר מדויק.

באופייני תחריט פלזמה רצף, א גז מופלר מוצג. בואו נסתכל על המגוון המשמש:

• פחמן טטרפלואוריד (CF4): סוס העבודה לחריטת תחמוצת.
• אוקטפלואורוציקלובוטן (C4F8): משמש להנחת שכבת פולימר על דפנות התעלה, הגנה עליהן בזמן שהתחתית נחרטת עמוק יותר.
• גופרית הקספלואוריד (SF6): ידוע בקצבי תחריט סיליקון מהירים במיוחד.

האינטראקציה בין ה פלזמה ואת מצע מורכב. זה כרוך בהפצצה פיזית על ידי יונים ותגובה כימית על ידי רדיקלים. ה ציוד לייצור מוליכים למחצה חייב לשלוט בקפדנות על הזרימה, הלחץ והתערובת של גזים אלה. אם ה גז מיוחד מכיל זיהומים כמו לחות, הוא יכול ליצור חומצה הידרופלואורית בתוך קווי האספקה או החדר, ולגרום לקורוזיה ולפגמי חלקיקים.

מדוע חנקן טריפלואוריד הוא המלך של יישומי ניקוי החדרים?

בְּעוֹד תחריט וניקוי הולכים יד ביד, ניקוי ציוד הייצור חיוני בדיוק כמו עיבוד הוופל. במהלך שקיעת אדים כימית (CVD), חומרים כמו סיליקון או טונגסטן מופקדים על הפרוסה. עם זאת, חומרים אלה מצפים גם את קירות החדר. אם שאריות אלו מצטברות, הן מתקלפות ונופלות על הפרוסים, מה שגורם לפגמים.

הכנס חנקן טריפלואוריד (NF3).

לפני שנים, התעשייה השתמשה חממה מופלרת גזים כמו C2F6 לניקוי תא. עם זאת, NF3 הפך לסטנדרט עבור תהליכי ניקוי תא בגלל היעילות הגבוהה שלו. כאשר מתפרק במקור פלזמה מרוחק, NF3 מייצר כמות עצומה של אטומי פלואור. אטומים אלה מקרצפים את קירות החדר נקיים, והופכים שאריות מוצקות לגז שנשאב החוצה.

חנקן טריפלואוריד מועדף כי יש לו שיעור ניצול גבוה יותר (יותר מהגז משמש בפועל) ופליטות נמוכות יותר בהשוואה למבוגרים חומרי ניקוי. עבור מנהל מתקן, המשמעות היא פחות זמן השבתה לתחזוקה ותפוקה מהירה יותר.

אילו תרכובות מופלרות חיוניות לייצור בנפח גבוה?

ה שרשרת אספקה של מוליכים למחצה מסתמך על סל ספציפי גזים המכילים פלואור. לכל אחד יש "מתכון" או יישום ספציפי. בשעה Jiangsu Huazhong Gas, אנו רואים ביקוש עצום לדברים הבאים:

אֵלֶה תרכובות מופלרות הם נשמת אפו של ייצור בנפח גבוה. בלי זרם קבוע של אלה גזים במוליך למחצה ייצור, הקווים נעצרים. זה כל כך פשוט. זו הסיבה שמנהלי רכש כמו אריק מילר עוקבים כל הזמן אחר שרשרת אספקה עבור שיבושים.

מדוע גזים בעלי טוהר גבוה הם עמוד השדרה של תפוקת המוליכים למחצה?

אני לא יכול להדגיש את זה מספיק: טוהר הוא הכל.

כשאנחנו מדברים על גזים בטוהר גבוה, אנחנו לא מדברים על "כיתה תעשייתית" המשמשת לריתוך. אנחנו מדברים על טוהר 5N (99.999%) או 6N (99.9999%).

למה? כי א מכשיר מוליכים למחצה יש תכונות הנמדדות בננומטרים. מולקולה בודדת של טומאת מתכת או כמות עקבית של לחות (H2O) יכולה לגרום לקצר חשמלי או למנוע הדבקות של שכבה.

• לחות: מגיב עם פלואור ליצור HF, אשר מאכל את מערכת אספקת הגז.
• חַמצָן: מחמצן את הסיליקון בצורה בלתי נשלטת.
• מתכות כבדות: להרוס את התכונות החשמליות של הטרנזיסטור.

כספק, תפקידנו הוא להבטיח כי קסנון בטוהר גבוה אוֹ תחמוצת חנקן בדרגה אלקטרונית אתה מקבל עונה קפדנית תקנים בתעשייה. אנו משתמשים בכרומטוגרפיה מתקדמת של גז לזיהוי עקבות זיהומים עד חלקים למיליארד (ppb). עבור קונה, לראות את תעודת הניתוח (COA) אינו רק ניירת; זוהי הערובה שלהם ייצור מוליכים למחצה לא יתמודד עם התרסקות תשואה קטסטרופלית.

איך התעשייה מנהלת פליטת גזי חממה ו-GWP?

יש פיל בחדר: הסביבה. רבים גזים מופלרים יש גבוה פוטנציאל התחממות כדור הארץ (GWP). למשל, גופרית הקספלואוריד (SF6) הוא אחד מהמקרים גזי חממה חזקים ידוע לאדם, עם GWP גבוה פי אלפי מונים מ-CO2.

ה תעשיית ייצור מוליכים למחצה נמצאת בלחץ עצום להפחית את טביעת הרגל הפחמנית שלה. זה הוביל לשני שינויים עיקריים:

1. הפחתה: פאס מתקינים "קופסאות צריבה" ענקיות או מקרצפים על קווי הפליטה שלהם. מערכות אלו מפרקות את הלא מגיבים גז חממה לפני שהוא משתחרר לאטמוספירה.
2. החלפה: החוקרים מחפשים אלטרנטיבה לַחֲרוֹט גזים עם GWP נמוך יותר. עם זאת, מציאת מולקולה שמתפקדת טוב כמו C4F8 או SF6 ללא ההשפעה הסביבתית היא קשה מבחינה כימית.

חנקן טריפלואוריד היה צעד בכיוון הנכון לניקוי מכיוון שהוא מתפרק בקלות רבה יותר מאשר PFCs ישנים יותר, וכתוצאה מכך פחות כללי פליטה אם מערכות ההפחתה פועלות כהלכה. צמצום פליטת גזי חממה זה כבר לא רק מהלך יחסי ציבור; זוהי דרישה רגולטורית באיחוד האירופי ובארה"ב.

האם שרשרת האספקה של המוליכים למחצה פגיעה למחסור בגז מיוחד?

אם השנים האחרונות לימדו אותנו משהו, זה שה שרשרת אספקה הוא שביר. יצרני מוליכים למחצה התמודדו עם מחסור בכל דבר, מניאון ועד פלואורפולימרים.

ההיצע של גז פלואור ונגזרותיו תלויות בכריית פלוספאר (סידן פלואוריד). סין היא מקור עולמי מרכזי של חומר גלם זה. כאשר מתחים גיאופוליטיים עולים או נתיבים לוגיסטיים נסתם, הזמינות של אלה קריטית תהליך גזים יורדות, והמחירים מרקיעים שחקים.

עבור קונה כמו אריק, החשש מ"כוח עליון" הוא אמיתי. כדי למתן את זה, חברות מתמצאות מגוונות את הספקים שלהן. הם מחפשים שותפים שבבעלותם איזו-טנקים והקימו רשתות לוגיסטיות. אמינות ב לוֹגִיסטִיקָה חשוב לא פחות מהטוהר של הגז. אתה יכול לקבל את הטהור ביותר גז C4F8 בעולם, אבל אם הוא תקוע בנמל, זה חסר תועלת עבור נהדר.

מהם פרוטוקולי הבטיחות לטיפול במימן פלואוריד וחומרים רעילים אחרים?

בטיחות היא הבסיס של התעשייה שלנו. רבים מכיל פלואור גזים הם רעילים, מחנקים או מגיבים מאוד. מימן פלואוריד (HF), המשמש לעתים קרובות בחריטה רטובה או נוצר כתוצר לוואי, מסוכן במיוחד. הוא חודר לעור ותוקף את מבנה העצם.

טיפול בחומרים אלו דורש הכשרה קפדנית וציוד מיוחד.

• צילינדרים: חייב להיות מוסמך DOT/ISO ונבדק באופן קבוע לאיתור קורוזיה פנימית.
• שסתומים: שסתומי דיאפרגמה משמשים למניעת דליפה.
• חיישנים: מותגי מוליכים למחצה מכוסים בחיישני זיהוי גז המפעילים אזעקות בכל הדליפה הקטנה ביותר.

כאשר אנו ממלאים גליל עם תחמוצת חנקן בדרגה אלקטרונית או תחריט רעיל, אנחנו מתייחסים אליו כמו לנשק טעון. אנו מבטיחים שהצילינדר מלוטש מבפנים כדי למנוע חלקיקים ושהשסתום יהיה סגור ואטום. עבור הלקוחות שלנו, בידיעה כי גז נשא או תחריט מגיע באריזה בטוחה ותואמת היא הקלה גדולה.

מה צפוי עבור חומרים המשמשים בתהליך ייצור המוליכים למחצה?

ה ייצור מוליכים למחצה מפת הדרכים היא אגרסיבית. כאשר שבבים עוברים למבנים תלת מימדיים כמו טרנזיסטורי Gate-All-Around (GAA), המורכבות של תחריט וניקוי עולה. אנו רואים ביקוש לעוד אקזוטי גז מופלר תערובות שיכולות לחרוט חורים עמוקים וצרים בדיוק אטומי.

תחריט שכבה אטומית (ALE) היא טכניקה מתפתחת המסירה חומר שכבה אטומית אחת בכל פעם. זה דורש מינון מדויק להפליא של גזים תגובתיים. יתר על כן, הדחיפה לייצור "ירוק" כנראה תניע את האימוץ של חדש כימיה של פלואור שמציע את אותם ביצועים עם נמוכים יותר GWP.

העתיד שייך לאלה שיכולים לחדש גם בסינתזת גז וגם בטיהור. כמו חומרים מוליכים למחצה להתפתח, גם הגזים המשמשים לעיצובם חייבים להתפתח.

טייק אווי מפתח

• פלואור הוא חיוני: כימיה של פלואור הוא המאפשר המפתח עבור לַחֲרוֹט ו נקי נכנס פנימה ייצור מוליכים למחצה.
• הטוהר הוא המלך: טוהר גבוה (6N) אינו ניתן למשא ומתן כדי למנוע פגמים ולהבטיח יציבות תהליך.
• מגוון גזים: גזים שונים כמו CF4, SF6 ו חנקן טריפלואוריד לשרת תפקידים ספציפיים ב זִיוּף.
• השפעה סביבתית: ניהול פליטת גזי חממה ו הפחתה הוא אתגר קריטי בתעשייה.
• אבטחת אספקה: חזק שרשרת אספקה ושותפים אמינים נחוצים כדי למנוע הפסקות ייצור.

ב-Jiangsu Huazhong Gas, אנו מבינים את האתגרים הללו מכיוון שאנו חיים אותם כל יום. בין אם אתה צריך קסנון טוהר גבוה עבור תהליך החריטה החדש ביותר שלך או אספקה אמינה של גזים תעשייתיים סטנדרטיים, אנחנו כאן כדי לתמוך בטכנולוגיה שבונה את העתיד.