Kinijoje valdome gamyklą, kuri specializuojasi pramoninių dujų gamyboje. Žiūrint iš savo pusės, mačiau neįtikėtiną technologijų evoliuciją, kurią varo tai, ko dauguma žmonių niekada nemato: itin didelio grynumo dujos. Mažytės mikroschemos jūsų telefone, kompiuteryje ir automobilyje yra šiuolaikinės inžinerijos stebuklai, tačiau jų sukurti neįmanoma be tikslaus ir nepriekaištingo šių specialių dujų tiekimo.

Jūs suprantate kokybės ir patikimos tiekimo grandinės svarbą, tačiau galite susimąstyti kodėl puslaidininkinių dujų standartai yra tokie astronomiškai aukšti. Kodėl argono siunta turi būti 99,9999 % grynumo? Šis vadovas atitrauks uždangą nuo puslaidininkių gamybos pasaulio. Išnagrinėsime konkrečias naudojamas dujas, ką jos veikia ir kodėl jų grynumas yra svarbiausias veiksnys. Galų gale jūs daug aiškiau suprasite savo tiekiamus produktus ir galėsite geriau informuoti savo klientus apie jų vertę.

Kodėl specialios dujos yra tokios svarbios puslaidininkių gamybai?

Įsivaizduokite, kad statote dangoraižį, kur dėl vieno ne vietoje padėto smėlio grūdelio visa konstrukcija gali sugriūti. Tai reikalaujamas tikslumo lygis puslaidininkių gamyba pramonė. Šios pramonės „statybiniai blokai“ yra ne plytos ir skiedinys, o atomai, o „įrankiai“ dažnai yra labai specializuotos dujos. Visą pagaminimas iš an integrinis grandynas Tai vyksta mikroskopiniu mastu, kai medžiagų sluoksniai, dažnai tik kelių atomų storio, nusėda ant arba išgraviruojami nuo silicio plokštelė.

Šios puslaidininkiniai procesai yra neįtikėtinai jautrūs. Bet kokios nepageidaujamos dalelės ar cheminė medžiaga priemaiša gali sutrikdyti subtilią mikroschemos architektūrą, todėl ji tampa nenaudinga. Štai kur naudojamos dujos. Jie sukuria itin švarią aplinką, suteikia žaliavų naujiems sluoksniams ir veikia kaip cheminiai „skalpeliai“, kurie raižo sudėtingus elektros energijos kelius. The puslaidininkių gamybos procesas yra sudėtingas šokis cheminės reakcijos, o dujos yra pagrindinės šokėjos. Be nuolatinio, patikimo ir išskirtinai gryno šių dujų tiekimo šiuolaikinės elektronikos tiesiog nebūtų.

The puslaidininkių gamyboje naudojamos dujos nėra jūsų standartiniai pramonės gaminiai. Jie sukurti taip, kad atitiktų sunkiai suvokiamus grynumo lygius, dažnai matuojamas dalimis milijardui ar net trilijono dalimis. Taip yra todėl, kad atlikimas puslaidininkiniai įtaisai yra tiesiogiai susiję su jų atominės struktūros tobulumu. Reaktyvi deguonies arba vandens garų molekulė, kuri turėtų būti inertiška dujų gali sukelti oksidaciją, keičiant elektrines savybes grandinės ir dėl to atsiranda defektų. Štai kodėl specializuota dujų pramonė yra labai svarbus technologijų pasauliui.

Kokios yra pagrindinės puslaidininkių gamyboje naudojamų dujų kategorijos?

Kai kalbame apie dujos puslaidininkių gamyboje, jie paprastai skirstomi į kelias pagrindines kategorijas pagal jų funkciją. Šių grupių supratimas padeda išsiaiškinti kiekvienos vaidmenį dujų žaidžia komplekse gamybos procesas. Tai ne tik viena ar dvi dujos; modernus puslaidininkių fab reikia daugiau nei 30 skirtingų dujų ir mišinių funkcionavimui.

Pirmieji yra birių dujų. Tai darbiniai arkliai, naudojami dideliais kiekiais visame objekte. Pagalvokite apie juos kaip apie pagrindinę fab atmosferą. Dažniausios yra:

• Azotas (N₂): Naudojamas išvalant kameras ir įrangą, siekiant pašalinti teršalus ir sukurti inertišką aplinką.
• Deguonis (O2): Naudojamas aukštos kokybės silicio dioksido (SiO₂) sluoksniams, kurie veikia kaip izoliatoriai, auginti.
• Vandenilis (H₂): Naudojamas paviršiams valyti ir specialiai nusėdimas procesus.
• Argonas (Ar): An inertinės dujos naudojamas sukurti stabilią aplinką tokiems procesams kaip purškimas.

Toliau yra specialios dujos, taip pat žinomas kaip elektroninės specialios dujos. Tai labai specifiniai, dažnai reaktyvus arba pavojingos dujos, kurios atlieka svarbiausias ėsdinimo ir nusodinimo užduotis. Jie naudojami mažesniais kiekiais, tačiau kainuoja daug daugiau ir reikalauja itin kruopštaus tvarkymo. Juos dar galima suskirstyti į tokias grupes kaip:

• Nusėdimo dujos: Šios dujos, kaip ir silanas (SiH₄), yra medžiagos, naudojamos lusto sluoksniams kurti, šaltinis. Jie suyra ir nusėda a plona plėvelė medžiagos ant silicio plokštelė.
• ėsdinimo dujos: Tai yra reaktyviosios dujos naudojamas selektyviai pašalinti medžiagą. Pavyzdžiai yra fluoro junginiai, tokie kaip anglies tetrafluoridas (CF4) ir vandenilio chloridas (HCl). Jie naudojami ėsdinimo procesas raižyti grandinės modelius.
• Dopanto dujos: Šios dujos naudojamos „dopingui“. silicio, o tai reiškia tyčia įvesti konkretų priemaiša (a priedo), kad jį pakeistumėte elektrines savybes. Tai būtina kuriant tranzistorius. Dažnas priemaišų dujos apima arsiną (AsH₃) ir fosfiną (PH₃).

Kaip azoto dujos veikia kaip darbinis arkliukas puslaidininkių gaminiuose?

Jei eitumėte per a puslaidininkių gamyba įrenginys, labiausiai paplitęs dujų jūs susidurtumėte su Azotas. Nors ji ne visada dalyvauja pagrindinėje cheminės reakcijos kurie kuria lustą, jo vaidmuo yra labai svarbus kuriant sąlygas toms reakcijoms sėkmingai. Naudojamas azotas pirmiausia dėl savo inertiškumo; jis lengvai nereaguoja su kitais elementais, todėl yra puikus „užpildas“ dujų.

Pagrindinis naudojimas skirtas Azotas yra valymas ir inertiškos atmosferos kūrimas. Prieš bet kokį jautrų puslaidininkinis procesas gali prasidėti, kamera turi būti visiškai be teršalų, tokių kaip deguonis, vandens garai ir dulkės. Aukšto grynumo Azotas praplaunamas per kamerą, kad išstumtų šiuos nepageidaujamus elementus. Tai apsaugo nuo atsitiktinės oksidacijos ar kitų reakcijų, kurios gali sugadinti vaflį. Tas pats principas taikomas nešiojamiems įrankiams ir transportavimo dėklams (žinomiems kaip FOUP). silicio plokštelės tarp skirtingų etapų gamybos procesas.

Be to, Azotas vaidina lemiamą vaidmenį fotolitografija, grandinės dizaino spausdinimo ant plokštelės procesas. Šiuolaikiniame giliame ultravioletiniame (DUV) litografija, tarpas tarp objektyvo ir vaflį yra pripildytas itin gryno Azotas (arba Argonas), kad trumpųjų bangų šviesa prasiskverbtų pro ją nesugeriant oro. Be šios inertiškos aplinkos procesas būtų neįmanomas. Mano patirtis teikia tiekimą gamykloms, nuolatinio, didelės apimties ir didelio grynumo paklausa Azotas tiekimas nederinamas.

Kokį vaidmenį argonas vaidina kuriant tobulą aplinką?

Kaip azotas, Argonas yra bajoras dujų, tai reiškia, kad tai chemiškai inertiškas. Tačiau Naudojamas argonas tam tikroms reikmėms, kur didesnis atominis svoris suteikia pranašumą. Vienas iš svarbiausių šių programų yra purškimas arba purškimas. Tai yra fiziniai garai nusodinimo procesas naudojamas plonoms metalinėms plėvelėms kloti, kurios sudaro laidus integrinis grandynas.

Purškiant vakuuminėje kameroje, pripildytoje aukšta įtampa Argono dujos. Taip susidaro teigiamai įkrauta plazma Argonas jonų. Šie jonai įsibėgėja ir susidaužo į „taikinį“, pagamintą iš metalo, kurį norime nusodinti (pvz., vario ar aliuminio). Susidūrimo jėga numuša metalo atomus nuo taikinio, kurie tada skrenda per kamerą ir padengia silicio plokštelė plonu, vienodu sluoksniu. Argonas puikiai tinka, nes yra pakankamai sunkus, kad efektyviai išstumtų tikslinius atomus, tačiau chemiškai pakankamai inertiškas, kad nereaguotų su metalo plėvele, kurią padeda sukurti. Tai suteikia tobulą aplinka metalų dulkinimui.

Kitas pagrindinis naudojimo būdas Argonas yra plazminio ėsdinimo metu. Šiame ėsdinimo procesas, Argonas dažnai maišomas su a reaktyvus ofortas dujų. The Argonas padeda stabilizuoti plazmą ir fiziškai bombarduoti paviršių, padeda cheminiam ėsdinimui ir sukuria tikslesnius, vertikalius medžiagos pjūvius. Patikimas tiekimas Argono dujų balionai yra labai svarbus bet kokiam įrenginiui, atliekančiam metalizavimą arba pažangų ėsdinimą.

Ar galite paaiškinti, kaip vandenilis naudojamas nusodinimui ir valymui?

Nors azotas ir argonas vertinami kaip nereaguojantys, Vandenilis yra vertinamas kaip aukštai reaktyvus, bet labai švariai ir kontroliuojamai. Naudojamas vandenilis plačiai įtraukta puslaidininkių gamyba paviršiams valyti ir tam tikro tipo nusėdimas vadinamas epitaksiniu augimu. Jo mažas atominis dydis leidžia jam prasiskverbti ir reaguoti taip, kaip negali kitos dujos.

Prieš pradedant auginti naują sluoksnį ant a vaflį, paviršius turi būti visiškai švarus, iki atominio lygio. Vandenilio dujos naudojamas aukštos temperatūros procese, vadinamame "vandenilio kepimu", siekiant pašalinti bet kokį natūralų oksidą (ploną, natūraliai susidarantį silicio dioksido sluoksnį), susidarantį ant silicio paviršius. The vandenilis reaguoja su deguonimi, sudarydami vandens garus (H₂O), kurie vėliau išpumpuojami iš kameros, palikdami nesugadintą silicio paviršius paruoštas kitam žingsniui.

Vandenilis taip pat yra pagrindinis komponentas epitaksinis augimas (arba „epi“), procesas, kurio metu išauga vieno kristalo sluoksnis silicio ant viršaus silicio plokštelė. Šis naujas sluoksnis turi tobulą kristalų struktūrą ir tiksliai valdomas priedo lygius. Vandenilis veikia kaip vežėjas dujų už silicio šaltinis dujų (pvz., silanas ar trichlorsilanas). Jis taip pat užtikrina švarią augimo aplinką, pašalindamas bet kokius pasiklydusius deguonies atomus. Šio epitaksinio sluoksnio kokybė yra labai svarbi aukščiausios klasės procesorių našumui, todėl jų grynumas Vandenilio cilindras tiekimas yra labai svarbus.

Kas yra ėsdinimo dujos ir kaip jos išpjauna mikroskopines grandines?

Jei nusodinimas yra susijęs su sluoksnių formavimu, ėsdinimas yra skirtas pasirinktinai juos iškirpti, kad būtų sukurti grandinės modeliai. Pagalvokite apie tai kaip apie mikroskopinį skulptūrą. Po to, kai modelis yra apibrėžtas naudojant fotolitografija, ofortas tiekti naudojamos dujos cheminė priemonė medžiagai pašalinti iš neapsaugotų vietų vaflį. Tai vienas sudėtingiausių ir svarbiausių žingsnių lustų gamyba.

The ėsdinant naudojamos dujos Procesas paprastai yra fluoro, chloro arba bromo junginiai. Pasirinkimas iš dujų priklauso nuo graviruojamos medžiagos.

• Fluoro pagrindu pagamintos dujos (pvz., CF4, SF₆, NF₃) puikiai tinka ėsdinti silicio ir silicio dioksidas.
• Chloro pagrindu pagamintos dujos (pvz., Cl₂, BCl3, HCl) dažnai naudojami metalams, tokiems kaip aliuminis, ėsdinti.

Šios reaktyviosios dujos įvedami į plazmos kamerą. Plazma sulaužo dujų molekulės išsiskiria į labai reaktyvus jonai ir radikalai. Tada šie radikalai reaguoja su paviršiumi vaflį, suformuojant naują lakią junginį, kurį galima lengvai išsiurbti ir taip „išėsdinti“ medžiagą. Reikalingas tikslumas yra didžiulis; tikslas yra etch tiesiai žemyn (anizotropiškai), nesumažinant raštuoto sluoksnio. Modernus puslaidininkiniai gaminiai naudoti kompleksą dujų mišiniai ir kruopščiai kontroliuojamos plazmos sąlygos, kad tai būtų pasiekta.

Kas yra cheminis nusodinimas iš garų (CVD) ir kokios dujos dalyvauja?

Cheminis nusodinimas iš garų (CVD) yra kertinis akmuo nusodinimo procesas in puslaidininkių gamyba. Tai pagrindinis metodas, naudojamas kuriant įvairias izoliacines ir laidžias plonas plėveles, kurios sudaro a puslaidininkinis įtaisas. Pagrindinė idėja yra tekėti a dujų (arba dujų mišinio) ant įkaitinto vaflį. Šiluma sukelia dujų reaguoti arba suirti ant plokštelės paviršiaus, paliekant vientisą norimos medžiagos plėvelę.

Kiekvienai iš šių reakcijų reikia neįtikėtinai stabilių sąlygų ir ypač didelio grynumo dujos. Pavyzdžiui, nusodinant polisilicio sluoksnį naudojant silaną, bet kokį deguonį priemaiša esančiame dujų Srautas sukeltų silicio dioksido susidarymą, sugadindamas sluoksnio laidžiąsias savybes. Štai kodėl mes, kaip tiekėjai, daug dėmesio skiriame valymas ir jų analizė nusėdimo dujos. Visa biblioteka Didelio grynumo specialiosios dujos Mes siūlome, kad atitiktų šiuos griežtus reikalavimus.

Kodėl itin aukštas grynumas yra svarbiausias puslaidininkinių dujų faktorius?

Negaliu to pervertinti: į puslaidininkių pramonė, grynumas yra viskas. Terminas didelio grynumo nereiškia 99% ar net 99,9%. Už puslaidininkines dujas, mes kalbame apie itin didelio grynumo (UHP), kuris paprastai yra 99,999 % (dažnai vadinamas „penkiais devyniais“) arba didesnis. Kai kuriems kritiškiems proceso dujos, reikalavimas gali būti 99,9999 % („šeši devyneri“) arba net didesnis. Priežastis paprasta: teršalai naikina našumą.

Šiuolaikinės mikroschemos savybės matuojamos nanometrais (milijardinėmis metro dalimis). Šiuo mastu viena pašalinė dalelė arba nepageidaujama molekulė yra tarsi riedulys viduryje greitkelio. An priemaiša gali:

• Keisti elektrines savybes: Klaidžiojantis natrio jonas gali pakeisti tranzistoriaus slenkstinę įtampą, todėl jis įsijungia arba išsijungia netinkamu laiku.
• Sukurkite konstrukcinius defektus: Deguonies molekulė gali sutrikdyti tobulą kristalinę gardelę epitaksinio augimo metu, sukurdama „dislokaciją“, kuri trukdo elektronų srautui.
• Trumpojo jungimo priežastys: Metalo dalelė gali sujungti dvi gretimas laidžias linijas, sukurdama trumpą jungtį.
• Sumažinti derlių: Kuo daugiau teršalų, tuo didesnis sugedusių lustų skaičius ant kiekvieno vaflįo tai tiesiogiai veikia pelningumą.

Štai kodėl mūsų, kaip gamintojo, didžiausia investicija yra valymo ir analizės įranga. Kiekviena partija dujų misa būti išbandytas siekiant užtikrinti, kad jis atitiktų dalių už milijardą (ppb) arba dalių už trilijoną (ppt) specifikacijas, kurių reikalauja mūsų klientai. The didelio grynumo dujų paklausa yra tai, kas varo visą specializuota dujų rinka elektronikai.

Kaip užtikriname kokybišką ir patikimą didelio grynumo dujų tiekimą?

Tokiam viešųjų pirkimų pareigūnui kaip Markas tai yra svarbiausias klausimas. Didelė kaina neturi prasmės, jei dujų kokybė nenuosekli arba siunta vėluojama. Girdėjau siaubo istorijas: tiekėjai, pateikiantys apgaulingus analizės sertifikatus arba siuntą specialios dujos savaites buvo laikomas muitinėje, todėl gamybos linija buvo sustabdyta. Šių problemų sprendimas yra mūsų verslo filosofijos pagrindas.

Kokybės užtikrinimas prasideda nuo valymas procesas. Priemaišų pėdsakams pašalinti naudojame pažangias sistemas, tokias kaip kriogeninis distiliavimas ir specializuotos adsorbuojančios medžiagos. Tačiau procesas tuo nesibaigia. Svarbiausias žingsnis yra patikrinimas. Naudojame naujausius analitinius prietaisus, tokius kaip dujų chromatografai-masės spektrometrai (GC-MS), kad patikrintume kiekvieną balioną prieš jį išsiunčiant. Mes savo klientams pateikiame išsamų ir autentišką analizės sertifikatą (COA) kiekvienai partijai, garantuojame dujų grynumas.

A patikimas tiekimas grandinė yra kita lygties pusė. Tai apima:

• Tvirtas cilindro paruošimas: Cilindrai, skirti itin didelio grynumo dujos atlikti specialų valymo ir pasyvavimo procesą, kad pati talpa neužterštų dujų.
• Išmanioji logistika: Dirbame su patyrusiais logistikos partneriais, kurie supranta aukšto slėgio ir kartais pavojingų medžiagų gabenimo tarptautiniu mastu taisykles. Suteikiame visą reikalingą dokumentaciją, užtikrinančią sklandų muitinės formalumus.
• Aiškus bendravimas: Mūsų pardavimo ir palaikymo komandos yra apmokytos teikti reguliarius atnaujinimus. Visada žinosite savo užsakymo būseną nuo pagaminimo iki galutinio pristatymo. Suprantame, kad tai nuspėjama didelio grynumo dujų tiekimas yra būtina, kad mūsų klientai galėtų valdyti savo gamybos grafikus. Siūlome net įvairių dujų mišinys galimybės patenkinti konkrečius proceso poreikius.

Kokia yra puslaidininkių pramonės dujų ateitis?

The puslaidininkių pramonė niekada nestovi vietoje. Kaip prognozuoja Moore'o įstatymas, lustų gamintojai nuolat stengiasi kurti mažesnius, greitesnius ir galingesnius įrenginius. Ši negailestinga naujovė daro tiesioginį poveikį dujos ir mišiniai naudojami jų gamyboje. Kai pereiname prie naujos kartos puslaidininkiai technologija, kai elementų dydžiai sumažės iki kelių nanometrų, dujų grynumo reikalavimai taps dar ekstremalesni.

Pastebime tendenciją kurti naujas medžiagas silicio, pavyzdžiui, galio nitridas (GaN) ir silicio karbidas (SiC), kuriems reikia naujų ir skirtingų proceso dujos ėsdinimui ir nusodinimui. Taip pat pereinama prie sudėtingesnių 3D architektūrų, tokių kaip „FinFET“ ir „Gate-All-Around“ (GAA) tranzistoriai, kuriems reikia dar didesnio tikslumo. nusėdimas ir etch žingsniai. Tai reiškia, specialios dujos pramonė turi nuolat diegti naujoves, kad sukurtų naujas molekules ir pasiektų dar aukštesnį jų lygį valymas.

Mano, kaip tiekėjo, perspektyvos ateitis yra partnerystė. Nebeužtenka tik parduoti cilindrą dujų. Turime glaudžiai bendradarbiauti su savo klientais elektronikos gamyba sektoriuje, kad suprastų savo ateities technologijų gaires. Tai leidžia numatyti naujų poreikių didelio grynumo dujos ir investuoti į gamybinius ir analitinius pajėgumus jiems tiekti. Nematomi herojai puslaidininkis pasaulis – dujos – ir toliau bus technologinės pažangos priešakyje.

Key Takeaways

Kai tiekiate pramonines dujas reikliai puslaidininkių rinkai, reikia atsiminti svarbiausius dalykus:

• Grynumas yra svarbiausia: Vienintelis svarbiausias veiksnys yra itin didelio grynumo. Teršalai, net esant milijardinėms dalims, gali sukelti katastrofišką įrenginio gedimą ir sumažinti gamybos pajamingumą.
• Dujos turi specifines užduotis: Dujos nekeičiamos. Tai labai specializuoti įrankiai, naudojami skirtingiems procesams, tokiems kaip inertinės atmosferos (azoto, argono) kūrimas, statybų sluoksniai (nusėdimo dujos kaip silanas) ir raižybos grandines (ėsdinimo dujos kaip CF4).
• Tiekimo grandinė yra labai svarbi: Patikimas tiekėjas daro daugiau nei tik parduoda produktą. Jie užtikrina kokybę atlikdami griežtus bandymus, išduoda autentiškus sertifikatus, valdo sudėtingą logistiką ir palaiko aiškų ryšį, kad išvengtų brangių gamybos vėlavimų.
• Techninės žinios suteikia pridėtinės vertės: Supratimas kodėl tam tikras dujų yra naudojamas ir kodėl Jo grynumas yra labai svarbus, todėl galite būti efektyvesniu savo klientų partneriu, pateisinančiu kokybę ir kuriančiu ilgalaikį pasitikėjimą.
• Pramonė vystosi: Mažesnių ir galingesnių lustų siekimas reiškia naujų, dar švaresnių lustų poreikį specialios dujos tik augs ir toliau. Partnerystė su į ateitį žiūrinčiu tiekėju yra labai svarbi norint išlikti priekyje.