2. Эмне үчүн жарым өткөргүч өнөр жайы абсолюттук тазалыкты талап кылат

Өтө жогорку тазалыктын зарылдыгын түшүнүү үчүн заманбап жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүнүн масштабын түшүнүү керек. Бүгүнкү күндөгү эң өнүккөн чиптерде туурасы бир нече нанометрге жеткен транзисторлор бар. Муну түшүнүү үчүн, адамдын бир тал чачынын калыңдыгы болжол менен 80 000-100 000 нанометрди түзөт.

Атомдук деңгээлдеги структураларды куруп жатканыңызда, кычкылтектин бир молекуласы же суунун микроскопиялык тамчысы катастрофалык бузулууга алып келиши мүмкүн.

• кычкылдануу: Керексиз кычкылтек назик кремний структуралары менен реакцияга кирип, алардын электрдик касиеттерин өзгөртүшү мүмкүн.

• Бөлүкчөлөр менен булгануу: Атүгүл бир адашкан бөлүкчө нано масштабдуу транзисторду кыска туташтырып, микрочиптин бүтүндөй бир бөлүгүн жараксыз кылып коё алат.

• Түшүмдүүлүктүн төмөндөшү: Жумасына миңдеген пластиналарды кайра иштеткен фабрикада газдын булгануусунан улам түшүмдүн бир аз төмөндөшү он миллиондогон доллар жоголгон кирешеге айланышы мүмкүн.

Ошондуктан, жарым өткөргүч суюк аргон таза бөлмө чөйрөсүнө киргизилген ар кандай реактивдүү булгоочу заттардын түп тамырынан жок болушу керек.

3. Жарым өткөргүч суюк аргондун негизги колдонмолору

Кремний пластинкасынын чийки заттан даяр микропроцессорго чейинки сапары жүздөгөн татаал кадамдарды камтыйт. Ультра жогорку тазалыктагы суюк аргон бул жолдун бир нече эң маанилүү этаптарына терең интеграцияланган.

3.1. Кремний кристалын тартуу (Чохральски процесси)

Ар кандай микрочиптин негизи кремний пластинкасы болуп саналат. Бул пластиналар Чочральски (CZ) ыкмасы менен өстүрүлгөн массалык, бир кристалл кремний куймаларынан кесилген. Бул процессте жогорку тазаланган поликристалл кремний кварц тигельде 1400°Сден ашкан температурада эрийт. Бир урук кристалл киргизилип, акырындык менен өйдө тартылып, эритмеден кемчиликсиз цилиндрдик кристалл тартылат.

Бул экстремалдык жылуулук процессинде эритилген кремний жогорку реактивдүү болот. Ал кычкылтек же азот менен байланышта болсо, анда ал кремний диоксиди же кремний нитриди пайда болуп, таза кристаллдык түзүлүштү жок кылат. Бул жерде аргон акыркы коргоочу болуп саналат. Меш үзгүлтүксүз бууланган менен тазаланат өтө жогорку тазалыктагы суюк аргон толугу менен инерттүү атмосфера түзүү. Аргон абадан оор болгондуктан, ал эриген кремнийдин үстүнөн коргоочу жабууну пайда кылып, пайда болгон куйма структуралык жактан кемчиликсиз жана микроскопиялык кемчиликтерсиз болушун камсыздайт.

3.2. Плазманын сызыгы жана тундурмасы

Заманбап чиптер 3D катмарларында курулган. Бул пластинкага өткөргүч же изоляциялык материалдардын микроскопиялык катмарларын коюуну жана андан кийин схемаларды түзүү үчүн белгилүү бөлүктөрдү жок кылууну камтыйт.

• Чачыратуу (Физикалык Бууну Чогуу – PVD): Аргон чачуу үчүн колдонулган негизги газ болуп саналат. Вакуумдук камерада аргон газы плазмага иондоштурулат. Бул оң заряддуу аргон иондору кийин максаттуу материалга (жез же титан сыяктуу) ылдамдалат. Оор аргон иондорунун тунук кинетикалык күчү атомдорду бутага түшүрүп, алар кремний пластинкасына бирдей жайгаштырылат. Аргон тандалып алынган, анткени анын атомдук массасы металл атомдорун алар менен химиялык реакцияга кирбестен, эффективдүү сүрүп чыгарууга эң сонун ылайыктуу.

• Терең реактивдүү иондук оюу (DRIE): Өндүрүүчүлөр эстутум микросхемалары жана өркүндөтүлгөн таңгактоо үчүн өтө маанилүү болгон кремнийге терең, өтө так траншеяларды оюп алыш керек болгондо, аргон көбүнчө реактивдүү газдар менен аралашып, плазманы турукташтырууга жана пластинанын бетин физикалык бомбалоого жардам берип, чийилген кошумча продукттарды шыпырып жиберет.

3.3. DUV жана EUV литографиясы (эксимердик лазерлер)

Литография - бул пластинкага схемаларды басып чыгаруу үчүн жарыкты колдонуу процесси. Схемалар кичирейгендиктен, өндүрүүчүлөр барган сайын кыскарган толкун узундуктары менен жарыкты колдонууга аргасыз болушту. Бул жерде суюк аргон электроника оптикалык физика менен кесилишет.

Терең ультрафиолет (DUV) литографиясы негизинен ArF (Argon Fluoride) эксимердик лазерлерине таянат. Бул лазерлер 193 нанометр толкун узундугу менен жогорку фокусталган жарыкты түзүү үчүн аргон, фтор жана неон газдарынын так башкарылган аралашмасын колдонушат. Бул лазер көңдөйлөрүндө колдонулган аргондун тазалыгы укмуштуудай катуу. Ар кандай аралашмалар лазердик оптиканы начарлатып, жарыктын интенсивдүүлүгүн азайтып, литография процессинде бүдөмүк же бузулган схемаларды басып чыгарышы мүмкүн.

Жада калса жаңы Extreme Ultraviolet (EUV) литография системаларында аргон назик, өтө татаал күзгү системаларын молекулярдык булгануудан толук сактоо үчүн тазалоочу газ катары маанилүү ролду ойнойт.

3.4. Күйүү жана термикалык иштетүү

Кремнийге анын электрдик касиеттерин өзгөртүү үчүн кошумча заттар (бор же фосфор сыяктуу) имплантациялангандан кийин, кристалл тордун бузулушун калыбына келтирүү жана коштоочу заттарды активдештирүү үчүн пластинаны жогорку температурага чейин ысытуу керек. Бул процесс, күйгүзүү деп аталган, пластинанын бетинин кычкылданышына жол бербөө үчүн катуу көзөмөлгө алынган, кычкылтексиз чөйрөдө болушу керек. Ультра таза аргондун үзгүлтүксүз агымы бул коопсуз жылуулук чөйрөсүн камсыз кылат.

4. Суюк Аргон Электроникасы: Технологиянын кийинки муунун кубаттоо

Термин суюк аргон электроника бул криогендик материалга көз каранды болгон жогорку технологиялык түзүлүштөрдүн жана өндүрүш процесстеринин экосистемасын кеңири камтыйт. Жасалма интеллект (AI), нерселердин интернети (IoT) жана автономдуу унаалар үстөмдүк кылган доорго өтүп жатканыбызда, кубаттуураак, энергияны үнөмдөөчү чиптерге суроо-талап асмандап баратат.

1. AI тездеткичтери жана GPU: Чоң тилдүү моделдер сыяктуу AI моделдерин үйрөтүү үчүн талап кылынган массалык графикалык иштетүү бирдиктери (GPU) укмуштай чоң, кемчиликсиз кремний өлчөгүчтөрдү талап кылат. Өлчөм канчалык чоң болсо, бир ыпластык бүт чипти бузуп алуу мүмкүнчүлүгү ошончолук жогору болот. UHP аргон тарабынан берилген кемчиликсиз чөйрө бул жерде сүйлөшүүгө болбойт.

2. Кванттык эсептөө: Изилдөөчүлөр кванттык компьютерлерди иштеп чыгууда, кубиттерди түзүү үчүн колдонулган супер өткөргүч материалдар нөлгө жакын булгануусу бар өндүрүш чөйрөсүн талап кылат. Аргонду тазалоо бул кийинки муундагы процессорлорду криогендик даярдоодо жана жасоодо маанилүү.

3. Электр энергиясы: Электр унаалары кремний карбиди (SiC) жана галлий нитридинин (GaN) кубаттуу микросхемаларына таянат. Бул кошулма жарым өткөргүч кристаллдарды өстүрүү үчүн стандарттуу кремнийге караганда дагы жогорку температура талап кылынат, бул аргондун инерттүү коргоочу касиеттерин ого бетер маанилүү кылат.

5. Жеткирүү чынжырынын жана булактардын сындуулугу

Өтө жогорку тазалыктагы суюк аргонду өндүрүү - заманбап химиялык инженериянын керемети. Ал, адатта, абадан массалык аба бөлүүчү агрегаттарда (ASUs) криогендик фракциялык дистилляцияны колдонуу менен алынат. Бирок, газ өндүрүү - бул күрөштүн жарымы гана; аны жарым өткөргүч аспапка тазалыгын жоготпостон жеткирүү да бирдей кыйынчылыкты жаратат.

Транзит учурунда булганууну көзөмөлдөө

Тийип турган ар бир клапан, түтүк жана сактоочу резервуар өтө жогорку тазалыктагы суюк аргон атайын электропласть жана алдын ала тазалоо керек. Эгерде транспорттук танкерде микроскопиялык агып кетсе, атмосфералык басым аргонду сыртка чыгарбайт; криогендик температуралар чындыгында атмосфералык кирлерди тарта алат in, бүтүндөй партияны кыйратат.

Фаб деңгээлинде суюк аргон массивдик вакуумдук изоляцияланган көлөмдөгү резервуарларда сакталат. Андан кийин таза бөлмөгө кирердин алдында жогорку адистештирилген бууланткычтардан жана газ тазалоочу аппараттардан өткөрүлөт.

Үзгүлтүксүз, үзгүлтүксүз өндүрүштү камсыз кылуу үчүн жарым өткөргүч өндүрүүчүлөр бул катаал жеткирүү чынжырын өздөштүргөн жогорку деңгээлдеги газ берүүчүлөр менен өнөктөш болушу керек. Кепилденген тазалык көрсөткүчтөрү менен бул маанилүү материалды үзгүлтүксүз, ишенимдүү камсыз кылууну көздөгөн заманбап объекттер үчүн, ишенимдүү провайдерлерден адистештирилген өнөр жай газ чечимдерин изилдөө. Huazhong Gas талаптардын так аткарылышын жана ендуруштун токтоп калууларынын жоюлушун камсыз кылат.

6. Экономикалык жана экологиялык кароолор

Заманбап гигафаб колдонгон аргондун чоң көлөмү таң калтырат. Жарым өткөргүчтөрдү чыгаруучу ири ишкана күн сайын ондогон миң куб метр ультра таза газды керектей алат.

Туруктуулук жана кайра иштетүү

Аргон асыл газ жана көпчүлүк жарым өткөргүч процесстеринде химиялык жактан керектелбегендиктен (ал көбүнчө физикалык калканч же плазма чөйрөсү катары иштейт), аргонду калыбына келтирүү жана кайра иштетүү системалары үчүн өнөр жайдын ичинде күчөп баратат. Өркүндөтүлгөн фабрикалар кристаллды тартуу мештеринен жана чачыратуу камераларынан аргондун газын кармап турган калыбына келтирүү агрегаттарын барган сайын орнотуп жатышат. Андан кийин бул газ жергиликтүү түрдө кайра тазаланат. Бул фабриканын эксплуатациялык чыгымдарын бир кыйла азайтып гана койбостон, жаңы аргонду суюлтууга жана алыскы аралыктарга ташуу менен байланышкан көмүртектин изин азайтат.

7. Advanced Node Manufacturing аргон келечеги

Жарым өткөргүч өнөр жайы 2 нм, 14А (ангстром) жана андан ары карай жылган сайын, транзисторлордун архитектурасы өзгөрүүдө. Биз FinFETтен Gate-All-Around (GAA) жана акырында кошумча FET (CFET) дизайндарына өтүп жатабыз.

Бул 3D түзүмдөр атомдук катмардын чөктүрүлүшүн (ALD) жана атомдук катмардын оюусун (ALE) талап кылат — кремнийди бир эле учурда түзмө-түз бир атом менен башкарган процесстер. ALD жана ALEде аргондун так башкарылган импульстары реакциялар камерасын химиялык дозалардын ортосундагы тазалоо үчүн колдонулат, бул реакциялар атомдун бетинде болжолдонгон жерде гана болушун камсыз кылат.

Тактык жогорулаган сайын, ага таянуу жарым өткөргүч суюк аргон гана күчөй берет. Тазалык талаптары азыркы 6N стандарттарынан ашып, 7N (99,99999%) же андан жогору чөйрөгө түртүп, газды тазалоо жана метрология технологияларында мындан аркы инновацияларга түрткү бериши мүмкүн.

Корутунду

Даяр микропроцессорго таң калуу оңой - секундасына триллиондогон эсептөөлөрдү жүргүзүүгө жөндөмдүү миллиарддаган микроскопиялык өчүргүчтөрдү камтыган кремний бөлүгү. Бирок, адам инженериясынын бул туу чокусу толугу менен аны курган көзгө көрүнбөгөн элементтерден көз каранды.

Ультра жогорку тазалыктагы суюк аргон жөн гана товар эмес; ал жарым өткөргүч өнөр жайынын негизги тиреги болуп саналат. Кремний кристаллдарынын эриген жаралышын коргоодон баштап, нанометрдик масштабдагы схемаларды түзүүчү плазманы иштетүүгө чейин, аргон Мур Мыйзамын сактап калуу үчүн зарыл болгон таза чөйрөнү кепилдейт. Чек аралары катары суюк аргон электроника AI, кванттык эсептөөлөрдү жана өнүккөн кубаттуулукту башкарууну колдоо үчүн кеңейтилгенде, бул эң таза, инерттүү суюктукка болгон суроо-талап дүйнөлүк технологиялык прогресстин кыймылдаткыч күчү болуп кала берет.

Көп берилүүчү суроолор

Q1: Эмне үчүн кээ бир жарым өткөргүч процесстеринде азот же гелий сыяктуу башка инерттүү газдарга караганда суюк аргон артыкчылыкка ээ?

A: Азот арзаныраак жана жалпы тазалоочу газ катары кеңири колдонулса да, ал өтө жогорку температурада чындап инерттүү эмес; ал кремний нитридинин кемчиликтерин пайда кылуу үчүн эриген кремний менен реакцияга кирет. Гелий инерттүү, бирок абдан жеңил жана кымбат. Аргон "таттуу жерине" тийет — ал экстремалдык температурада да толугу менен инерттүү, эриген кремнийди эффективдүү жабууга жетишерлик оор жана керексиз химиялык реакцияларды жаратпастан плазманын чачыратуу процессинде атомдорду физикалык жактан сүрүп чыгаруу үчүн идеалдуу атомдук массага ээ.

Q2: Кантип өтө жогорку тазалыктагы суюк аргон жарым өткөргүчтөрдү жасоочу заводдорго (фаб) булганбай ташылат?

A: Транзит учурунда тазалыкты сактоо логистикалык чоң көйгөй. UHP суюк аргон адистештирилген, жогорку изоляцияланган криогендик цистерналарда ташылат. Бул резервуарлардын ички беттери, ошондой эле бардык клапандар жана өткөргүч шлангдар газдын чыгып кетүүсүнө жана бөлүкчөлөрдүн төгүлүшүнө жол бербөө үчүн күзгүгө чейин электр жылтыратылган. Жүктөө алдында бүт система катуу вакуумдук тазалоодон өтөт. Фабрикага келгенде газ аргон вафлиге жеткенге чейин ар кандай ppt деңгээлиндеги (триллионго бөлүкчөлөр) кирлерди жок кылуу үчүн химиялык алуу технологияларын колдонгон колдонуу пунктунан тазалоочу аппараттардан өтөт.

С3: "Жарым өткөргүч суюк аргон" үчүн кандай тазалыктын деңгээли талап кылынат жана ал кантип өлчөнөт?

A: Өркүндөтүлгөн жарым өткөргүчтөрдү өндүрүү үчүн аргондун тазалыгы көбүнчө жок дегенде “6N” (99,9999% таза) болушу керек, бирок кээ бир алдыңкы процесстер 7N талап кылат. Бул кычкылтек, ным жана углеводороддор сыяктуу аралашмалар миллиондо 1 бөлүк (ppm) же ал тургай миллиардда бир бөлүгү (ppb) менен чектелет дегенди билдирет. Бул минускулдук аралашмалардын деңгээли чыныгы убакыт режиминде фабрикада өтө сезгич аналитикалык жабдууларды, мисалы, Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) жана газ хроматографиясы менен масс-спектрометрия (GC-MS) менен өлчөнөт, сапаттын үзгүлтүксүз көзөмөлүн камсыз кылат.