現代のテクノロジーの世界では、 半導体 王です。これらの小さく複雑なチップは、スマートフォンから自動車、インターネットを運営するデータセンターに至るまで、あらゆるものに電力を供給します。しかし、これらのチップの作成に動力を与えているのは何でしょうか?答えは驚くべきことに、 ガス。どれかだけではありません ガス、しかし 高純度ガス 想像を絶する清潔感。工業用ガスを専門とする 7 つの生産ラインを持つ工場のオーナーであるアレンとして、私は純度に対する需要がいかに急増しているかを直接見てきました。この記事は、マーク・シェンのような世界の最前線にいるビジネスリーダーを対象としています。 ガス サプライチェーン。品質と価格は理解していますが、この市場で真のリーダーシップを発揮するには、 なぜ。複雑な世界を解き明かします 半導体製造、なぜ1人が迷走するのかを簡単に説明します。 粒子 で ガス ストリームには工場に数百万ドルの費用がかかる場合があります。これは、その言語を話すためのガイドです。 半導体産業 そしてかけがえのないパートナーとなること。

半導体チップの製造においてガスはどのような役割を果たしますか?

その核心では、 半導体製造 薄いディスク上に微細な多層電気回路を構築するプロセスです。 シリコン、として知られています ウエハース。数十億の部屋と廊下を備えた、切手ほどの大きさの超高層ビルを建設しようとしているところを想像してみてください。それが私たちが話している規模です。これを実現するには、物理​​的なツールを使用することはできません。代わりに、全体 製造工程 一連の正確な化学反応に依存しており、これらの反応の主な媒体は ガス.

ガスは、これらの回路を構築する見えざる手の役割を果たします。彼らはいくつかの重要な仕事を行っています。いくつかは、 窒素、完全にクリーンで安定した環境を作成し、不要な反応を防ぎます。プロセスガスとして知られるその他のガスは、実際の構成要素または彫刻ツールです。たとえば、具体的な ガスの種類 導電性材料の微細な層を堆積するために使用される可能性があります。 ガス 正確に使用されています エッチ 材料を取り除いて回路経路を形成します。掃除からすべてのステップ ウエハース 最終的なトランジスタの構築には、特定のプロセスが含まれます。 ガス またはガスの混合物。の精度 ガスの流れ そしてその化学組成が製品の成功に直接影響します。 チップ製造 プロセス。

半導体製造において純度が非常に重要なのはなぜですか?

私たちの日常生活の中で、ちょっとしたホコリや 大気汚染 大したことではありません。しかし、内部では 半導体 製造工場、または「ファブ」では、それは大惨事です。上に構築されているコンポーネント シリコン ウエハース 多くの場合、ナノメートル、つまり 10 億分の 1 メートルで測定されます。大局的に考えると、人間の髪の毛 1 本の幅は約 75,000 ナノメートルです。小さな塵 粒子 世界には巨大な岩が見えません 半導体 捏造。

これが理由です 純度 それはガスの最も重要な特性です 半導体で使われる 生産。あらゆる不要な分子 - それが浮遊水分子であれ、小さな金属であれ 粒子、または別の ガス 分子 - とみなされます 不純物。これ 汚染 繊細な部分を完全に混乱させる可能性があります 化学反応 で起こっている ウエハースの表面。シングル 不純物 回路の形成を妨げたり、短絡を引き起こしたり、回路を変更したりする可能性があります。 半導体の電気的特性 素材。シングルだから ウエハース 何百、何千もの個別のチップが含まれている場合があるため、1 つの小さな間違いが巨額の経済的損失につながる可能性があります。プロセス全体で必要となるのは、 最高レベルの純度 まったく働くこと。

ガス中の不純物は半導体製造にどのような影響を与えるのでしょうか?

とき 不純物 プロセス内に存在します ガス、「殺人事件」を引き起こす可能性があります。 欠陥。」これは単なる小さな欠陥ではありません。それは 欠陥 マイクロチップ全体をそのセクションにレンダリングします。 ウエハース 役に立たない。これがどのように起こるかを見てみましょう。その間、 堆積 薄膜が層ごとに構築されるフェーズ、つまり望ましくない 粒子 表面に着陸することができます。次の層が上に堆積されると、微細なバンプまたはボイドが作成されます。この欠陥により、電気接続が切断されたり、意図しない接続が形成され、構築中のトランジスタが実質的に破壊される可能性があります。

この結果は工場の収益に壊滅的な影響を与えます。成功の主な指標は、 半導体 fab は「歩留まり」、つまり単一のチップから生産される動作可能なチップの割合です。 ウエハース。ほんの少しのドロップインでも 収量95% から 90% に達すると、数百万ドルの収益が失われる可能性があります。 ガス不純物 減少の直接の原因です 収量。これが理由です 半導体メーカー 夢中になっている ガス純度。彼らは、次のことを確信する必要があります。 ガス 彼らの数十億ドル規模のツールへの参入には、一切の影響がありません。 汚染物質 それは脱線する可能性があります 半導体製造プロセス。それは、誤差の余地がまったくない、微細な精度のゲームです。

半導体製造で使用される主なガスは何ですか?

使用されるガスの範囲 半導体産業 膨大な量のガスがありますが、一般にバルクガスと特殊ガスの 2 つのカテゴリに分類されます。

• バルクガス: これらは大量に使用され、製造環境の基礎を形成します。

  • 窒素 (N₂): これが主力製品です。超高 純度 窒素 製造ツール内に不活性な「雰囲気」を作り出すために使用されます。これにより、酸素、水分、その他の粒子が除去され、不要な酸化や損傷が防止されます。 汚染 の ウエハース.
  • 水素 (H₂): 他のガスと組み合わせて使用されることが多く、 水素 確かに重要です 堆積 プロセスや、トランジスタ構造の構築に必要な高度に特殊な化学環境の作成に使用されます。
  • アルゴン (Ar): 不活性として ガス, アルゴンはスパッタリングと呼ばれるプロセスで使用され、ターゲット材料に衝撃を与え、原子を解き放ち、その原子が表面に堆積します。 ウエハース。の作成にも使用されます。 プラズマ 多くの中で エッチ プロセス。

• 特殊ガス: これらは複雑で、多くの場合危険であり、特定のプロセスステップで使用される高度に加工されたガスです。それらは「有効成分」です。

  • エッチャント: 塩素 (Cl₂) や臭化水素 (HBr) などのガスは、精密な彫刻や彫刻に使用されます。 エッチ の層にパターンを追加します。 ウエハース.
  • ドーパント: アルシン (AsH₃) やホスフィン (PH₃) などのガスは、特定の物質を意図的に導入するために使用されます。 不純物 に シリコン 電気的特性を変えることで、トランジスタが制御されるのです。
  • 堆積ガス: シラン (SiH₄) は典型的な例で、発生源として使用されます。 シリコン 薄膜を堆積します。

マークのような調達担当者にとって、これらのガスはすべて異なるものの、共通の要件が 1 つあることを知ることが重要です。 純度.

蒸着とエッチングについて簡単に説明できますか?

半導体製造 には何百ものステップが含まれますが、そのほとんどは次の 2 つの基本プロセスのバリエーションです。 堆積 そして エッチ。これらを簡単な言葉で理解することが、の役割を理解する鍵となります。 ガス.

1. 堆積: 層の構築
考えてみましょう 堆積 分子を使ったスプレーペイントのようなものです。目標は、極薄で完全に均一な材料の層を表面に追加することです。 シリコンウェーハ.

• プロセス: プロセス ガス （シランのような）を混合します。 キャリアガス （のように 窒素 または 水素）。これ ガス 混合物は次に、 ウエハース。あ 化学反応 多くの場合、熱や プラズマ分子が「沈殿」します。 ガス そして固体を形成します 薄膜 で ウエハースの表面。
• 純度が重要な理由: 汚染物質があった場合 粒子 で ガス ストリーム、それはスプレーペイントに塵の斑点が入り込むようなものです。新しいレイヤーに埋め込まれ、構造的な構造が作成されます。 欠陥。不要なものがあった場合 ガス 分子が誤って反応し、層の化学組成や電気的特性が変化する可能性があります。

2. エッチング：回路を彫る
層を構築した後、その層に回路パターンを彫り込む必要があります。 エッチ 材料を選択的に除去するプロセスです。

• プロセス: の ウエハース フォトレジストと呼ばれる感光性材料でコーティングされています。パターンが（ステンシルのように）投影されます。その後、露出した領域が硬化されます。の ウエハース 次にエッチング液で満たされたチャンバーに入れられます。 ガス （フッ素系化合物のような）。これ ガス にエネルギーが与えられます プラズマ 状態になり、反応性が高くなります。の プラズマ を砲撃する ウエハース、化学的に材料を侵食します。 のみ ステンシルで保護されていない領域。
• 純度が重要な理由: ガス中の不純物 エッチングに使用すると反応速度が変化する可能性があります。これにより、回路が広く形成されすぎたり、狭くなりすぎたり、まったく形成されなかったりする可能性があります。金属 粒子 不純物 をブロックすることさえできる エッチ 1 つの小さなスポットでプロセスが行われ、回路を短絡させる不要な物質の「ポスト」が残ります。

超高ガス純度はどのように測定および維持されますか?

で 世界の半導体産業、「パーセント」などの標準的な純度測定は役に立ちません。私たちが扱っているのは、 汚染 理解するのが難しいスケールで。純度は次のように測定されます。 1兆分の1 (ppt)。これは、あらゆる人にとって、 兆 ガス 分子の場合、不純物分子は 1 つまたは 2 つしか存在できません。

このレベルを達成し検証するには ガス純度、の洗練されたシステム ガス精製 そして分析が必要となります。

私たちの工場では、ただ生産するだけではなく、 ガス;私たちは生きて呼吸しています 品質管理。の ガス供給 チェーン 半導体 製造工場には、使用時に直接設置される特殊な清浄器が含まれます。さらに、先進的な ガス分析 ツールはのために使用されます リアルタイム監視。のようなテクニック 大気圧イオン化質量 分光測定 (APIMS) は次のことを実行できます。 不純物検出 1兆分の1のレベルまでダウンし、 うーん、ガス （超高純度）プロセスツールへの投入も完璧です。

高純度ガスのサプライヤーが信頼できる理由は何ですか?

出荷の遅延や証明書の不正という苦痛を経験してきたマークのような調達責任者にとって、信頼性がすべてです。の世界で 高純度半導体 ガスの信頼性は、生産の一貫性、品質保証、物流の専門知識の 3 つの柱にかかっています。

1. 生産の一貫性: 信頼できるサプライヤーは、堅牢で冗長な生産能力を備えている必要があります。たとえば、当社の工場の 7 つの生産ラインは、 高い需要に応える そして、1 行の問題が出力全体を停止させるわけではないことを確認します。これにより、数十億ドル規模の取引が停止する可能性がある供給中断のリスクが最小限に抑えられます。 半導体 素晴らしい。
2. 検証可能な品質保証: 持っていると主張するだけでは十分ではありません 高純度ガス。あなたはそれを証明できるはずです。これは、最先端の分析装置に投資することを意味します。 不純物検出。また、すべての出荷に透明性があり追跡可能な分析証明書 (CoA) を提供することも意味します。証明書詐欺と戦うには、信頼と検証可能なデータに基づいて長期的な関係を構築することが重要です。
3. 物流の専門知識: を取得する 腐食性ガス 中国から米国へ極低温液体を輸送することは簡単ではありません。特殊なコンテナ、国際輸送規制の知識、遅延を避けるための綿密な計画が必要です。信頼できるサプライヤーは、これが単なる箱の発送ではないことを理解しています。それは世界の重要な部分を管理している 半導体 サプライチェーン.

バルクガスと特殊ガスの違いは何ですか?

間の違いを理解する バルクガス そして 特殊ガス の調達に携わるすべての人にとって重要です。 半導体産業。どちらも極端な要求を必要としますが、 純度、その規模、取り扱い、および用途は大きく異なります。

バルクガス、 のように バルク高純度特殊ガス、参照 窒素などのガス、酸素、アルゴン、および 水素。これらは工場環境の基盤です。 「バルク」という用語は、使用される大量の量を指します。これらのガスは多くの場合、オンサイトまたはその近くで生成され、専用のパイプラインを介して工場の内部分配システムに直接配送されます。ここでの主な課題は維持です。 純度 広大な流通ネットワークを通じて、中断のない大量供給を保証します。

特殊ガス （または 電子ガス) は、エッチングや 堆積。例には、シラン、アンモニア、三塩化ホウ素、および三フッ化窒素が含まれます。これらは個別の高圧シリンダーで納品されます。の課題 特殊ガス 取り扱いにおいて極めて安全であり、混合ガスの完璧なブレンドの一貫性を保証し、シリンダー内での危険な化学反応を防ぎます。 ガスの品質.

高純度半導体ガスの需要はどのように変化しているのでしょうか?

の 半導体産業 決して立ち止まることはありません。ムーアの法則は、チップ上のトランジスタの数が約 2 年ごとに 2 倍になるという観察であり、物理学の限界を押し広げ続けています。トランジスタが縮小すると、指数関数的に影響を受けやすくなります。 汚染。あ 粒径 5年前には許容されていたものは「殺人者」 欠陥「今日。

より小型でより強力なチップを求めるこの絶え間ない推進は、さらに高いレベルのチップへの要求を意味します。 ガス純度 成長しています。私たちは、10 億分の 1 が黄金律だった世界から、1 兆分の 1 が最低参入要件となる世界に移行しつつあります。 先端半導体 ノード。さらに、3D NAND やゲートオールアラウンド (GAA) トランジスタなどの新しい材料やチップ アーキテクチャには、まったく新しいポートフォリオが必要です。 次世代ガス 混合物と前駆体。として ガスメーカー、私たちは常に革新の競争に参加し、新しい精製技術と分析方法を開発して、 世界の半導体産業.

バイヤーとして、どのような品質認証を探す必要がありますか?

サプライヤーの世界を渡り歩くのは、特に技術的な製品を扱う場合には困難な場合があります。認証は、サプライヤーの能力と品質への取り組みを第三者が検証する重要な手段となります。調達時 高純度ガス のために 半導体産業、次の点を確認してください。

• ISO9001: これは品質マネジメントシステムの基本的な認証です。これは、サプライヤーが生産、検査、納品に関して明確に定義された反復可能なプロセスを持っていることを示しています。
• ISO/IEC 17025: これは重要なことです。これは、試験所および校正機関の能力の基準です。この認定を取得したサプライヤーは、分析証明書を生成する社内ラボが正確で信頼できることを証明しています。
• 追跡可能な分析: 単一シリンダーまたはバッチごとに常に分析証明書 (CoA) を要求します。この証明書には、重大なレベルの正確な詳細が記載されている必要があります。 ガス中の不純物、次のような特定の分析方法によって測定されます。 ガスクロマトグラフィー または質量分析。

マークのような決断力のあるリーダーにとって、最善のツールは、突っ込んだ質問をすることです。ただ「これですか？」と尋ねないでください。 ガス 純粋？」 「それが純粋であることをどのように証明しますか? あなたの研究所の証明書を見せてください。ロット間の一貫性を確保するためのプロセスを説明してください。」と尋ねてください。真の専門家で信頼できるパートナーは、これらの質問を歓迎し、自信を持って透明性のある回答を提供します。

重要なポイント

• ガスはツールです: で 半導体製造、ガスは単なる物質ではありません。それらは、微細な回路を構築し、彫刻するために使用される精密ツールです。 シリコンウェーハ.
• 純粋さがすべてです: の規模 チップ製造 非常に小さいため、不要な 粒子 または 不純物 分子がチップを破壊し、 超高純度 交渉の余地のない要件。
• 収量が目標です: 主な影響 ガス汚染 製造業の削減です 収量、これは直接換算すると、何百万ドルもの収益が失われることになります。 半導体工場.
• 2 つの主なプロセス: チップ製造のほとんどのステップには、次のいずれかが含まれます。 堆積 (レイヤーを構築) または エッチ (彫刻パターン)、どちらも純粋なガスの正確な化学反応に完全に依存しています。
• 信頼性が鍵です: 信頼できるサプライヤー 半導体ガス 市場は、生産の一貫性、認定ラボによる検証可能な品質保証、専門家の物流管理を実証する必要があります。
• 未来はより純粋です: 半導体の進歩に伴い、より高いレベルの半導体が求められます。 ガス純度 （1兆分の1まで）は今後も増加し続けるでしょう。