Šiuolaikinių technologijų pasaulyje, puslaidininkis yra karalius. Šie maži, sudėtingi lustai maitina viską nuo mūsų išmaniųjų telefonų iki mūsų automobilių ir duomenų centrų, kuriuose veikia internetas. Bet kokios galios sukuria šiuos lustus? Atsakymas, stebėtinai, yra dujų. Ne bet koks dujų, bet didelio grynumo dujos neįsivaizduojamos švaros. Kaip Allenas, gamyklos, turinčios septynias gamybos linijas, kurios specializuojasi pramoninių dujų gamyboje, savininkas, savo akimis mačiau, kaip smarkiai išaugo grynumo paklausa. Šis straipsnis skirtas verslo lyderiams, tokiems kaip Markas Shenas, kurie yra lyderiai dujų tiekimo grandinė. Jūs suprantate kokybę ir kainą, bet norėdami iš tikrųjų pirmauti šioje rinkoje, turite suprasti kodėl. Mes išaiškinsime sudėtingą pasaulį puslaidininkių gamyba, paprastai paaiškindamas, kodėl vienas paklydęs dalelė a dujų srautas gamyklai gali kainuoti milijonus. Tai yra jūsų kalbos kalbėjimo vadovas puslaidininkių pramonė ir tapti nepakeičiamu partneriu.

Kokį vaidmenį dujos vaidina kuriant puslaidininkinį lustą?

Jo esmė, puslaidininkių gamyba yra mikroskopinių daugiasluoksnių elektros grandinių kūrimo ploname diske procesas silicio, žinomas kaip a vaflį. Įsivaizduokite, kad bandote pastatyti pašto ženklo dydžio dangoraižį su milijardais kambarių ir koridorių. Tai yra mastas, apie kurį mes kalbame. Norėdami tai pasiekti, negalite naudoti fizinių įrankių. Vietoj to, visas gamybos procesas remiasi daugybe tikslių cheminių reakcijų, o pagrindinė šių reakcijų priemonė yra dujų.

Dujos veikia kaip nematomos rankos, kurios kuria šias grandines. Jie atlieka keletą svarbių darbų. Kai kurie, pavyzdžiui azoto, sukurti tobulai švarią ir stabilią aplinką, užkertant kelią nepageidaujamoms reakcijoms. Kiti, žinomi kaip proceso dujos, yra tikrieji statybiniai blokai arba raižybos įrankiai. Pavyzdžiui, konkretus dujų rūšis gali būti naudojamas mikroskopiniam laidžios medžiagos sluoksniui nusodinti, o kitas dujų yra įpratęs tiksliai etch pašalinkite medžiagą, kad susidarytų grandinės kelias. Kiekvienas žingsnis nuo valymo vaflį sukurti galutinius tranzistorius, apima specifinį dujų arba dujų mišinys. Tikslumas dujų srautas o jo cheminė sudėtis tiesiogiai nulemia sėkmę lustų gamyba procesas.

Kodėl grynumas yra toks svarbus puslaidininkių gamyboje?

Mūsų kasdienybėje šiek tiek dulkių arba oro tarša nėra didelis reikalas. Tačiau viduje a puslaidininkis gamykla, arba „fab“, tai katastrofa. Komponentai yra pastatyti ant a silicio vaflį dažnai matuojami nanometrais – tai milijardosiomis metro dalimis. Žvelgiant į perspektyvą, vieno žmogaus plauko plotis yra apie 75 000 nanometrų. Mažytės dulkelės dalelė Jūs net nematote, kad pasaulyje yra milžiniškas riedulys puslaidininkis pagaminimas.

Štai kodėl grynumas yra vienintelė svarbiausia dujų charakteristika naudojamas puslaidininkiuose gamyba. Bet kokia nepageidaujama molekulė – ar tai būtų paklydusios vandens molekulės, ar mažas metalas dalelė, arba kitaip dujų molekulė – laikoma priemaiša. Tai užteršimas gali visiškai sutrikdyti gležną cheminė reakcija vykstantys ant vaflį's paviršius. Vienintelis priemaiša gali blokuoti grandinės susidarymą, sukelti trumpąjį jungimą arba pakeisti puslaidininkių elektrinės savybės medžiaga. Nes viengungis vaflį gali būti šimtai ar tūkstančiai atskirų žetonų, viena mažytė klaida gali sukelti didžiulius finansinius nuostolius. Visas procesas reikalauja aukščiausias grynumo lygis išvis dirbti.

Kaip dujose esančios priemaišos sutrikdo puslaidininkių gamybą?

Kai an priemaiša yra procese dujų, tai gali sukelti „žudiką defektas“. Tai ne tik mažas trūkumas; tai a defektas kuri pateikia visą mikroschemą toje dalyje vaflį nenaudingas. Pažiūrėkime, kaip tai vyksta. Per nusėdimas fazė, kai plonos plėvelės statomos sluoksnis po sluoksnio, nepageidautina dalelė gali nusileisti ant paviršiaus. Kai ant viršaus nusodinamas kitas sluoksnis, susidaro mikroskopinis iškilimas arba tuštuma. Šis trūkumas gali nutraukti elektros jungtį arba sukurti nenumatytą jungtį, veiksmingai sunaikindamas statomą tranzistorių.

To pasekmės yra pražūtingos iki galo. Pagrindinis sėkmės rodiklis a puslaidininkis fab yra "išeiga" - darbinių lustų, pagamintų iš vieno, procentas vaflį. Net nedidelis kritimas derlius, nuo 95 % iki 90 %, gali reikšti milijonus dolerių prarastų pajamų. Dujų priemaišos yra tiesioginė sumažėjimo priežastis derlius. Štai kodėl puslaidininkių gamintojai yra apsėsti dujų grynumas. Jie turi būti tikri, kad dujų įvesti savo kelių milijardų dolerių įrankius yra visiškai nemokama teršalas kuris gali sugadinti nuo bėgių puslaidininkių gamybos procesas. Tai mikroskopinio tikslumo žaidimas, kuriame nėra vietos klaidoms.

Kokios pagrindinės dujos naudojamos puslaidininkių gamyboje?

Naudojamų dujų diapazonas puslaidininkių pramonė yra didžiulis, tačiau paprastai jos skirstomos į dvi kategorijas: biriąsias ir specialiąsias dujas.

• Birios dujos: Jie naudojami didžiuliais kiekiais ir sudaro gamybos aplinkos pagrindą.

  • Azotas (N₂): Tai darbinis arklys. Itin aukštas grynumas Azotas naudojamas sukurti inertišką „atmosferą“ gamybos įrankių viduje. Tai išvalo deguonį, drėgmę ir kitas daleles, užkertant kelią nepageidaujamai oksidacijai ar užteršimas iš vaflį.
  • Vandenilis (H₂): Dažnai naudojamas kartu su kitomis dujomis, vandenilis yra labai svarbus tam tikriems nusėdimas procesus ir sukurti labai specifinę cheminę aplinką, reikalingą tranzistorių struktūroms sukurti.
  • Argonas (Ar): Kaip inertiškas dujųArgonas naudojamas procese, vadinamame purškimu, kai jis naudojamas bombarduoti tikslinę medžiagą, išmušant atomus, kurie vėliau nusėda ant vaflį. Jis taip pat naudojamas kuriant plazma daugelyje etch procesus.

• Specialios dujos: Tai sudėtingos, dažnai pavojingos ir labai modifikuotos dujos, naudojamos konkretiems proceso etapams. Jie yra „aktyvūs“ ingredientai.

  • Echants: Dujos, pvz., chloras (Cl₂) ir vandenilio bromidas (HBr), naudojamos tiksliai iškirpti arba etch raštus į sluoksnius vaflį.
  • Priedai: Dujos, tokios kaip arzinas (AsH₃) ir fosfinas (PH₃), naudojamos tyčia įvesti specifinį priemaiša į silicio pakeisti jo elektrines savybes – taip valdomi tranzistoriai.
  • Nusėdimo dujos: Silanas (SiH₄) yra klasikinis pavyzdys, naudojamas kaip šaltinis silicio plonoms plėvelėms nusodinti.

Tokiam viešųjų pirkimų pareigūnui kaip Markas labai svarbu žinoti, kad nors visos šios dujos yra skirtingos, jos turi vieną bendrą reikalavimą: ekstremalios. grynumas.

Ar galite paprastais žodžiais paaiškinti nusodinimą ir ėsdinimą?

Puslaidininkių gamyba apima šimtus žingsnių, tačiau dauguma jų yra dviejų pagrindinių procesų variantai: nusėdimas ir etch. Suprasti juos paprastai yra labai svarbu suprasti vaidmenį dujų.

1. Nusodinimas: sluoksnių kūrimas
Pagalvok nusėdimas kaip purškiamas dažymas molekulėmis. Tikslas yra pridėti itin ploną, idealiai vienodą medžiagos sluoksnį silicio plokštelė.

• Procesas: Procesas dujų (kaip silanas) sumaišomas su a nešančiosios dujos (kaip azoto arba vandenilis). Tai dujų Tada mišinys įpilamas į kamerą, kurioje yra vaflį. A cheminė reakcija suveikia, dažnai karščio arba a plazma, todėl molekulės „nusėda“ iš dujų ir suformuokite kietą medžiagą plona plėvelė ant vaflį's paviršius.
• Kodėl svarbu grynumas: Jei yra teršalų dalelė esančiame dujų upelis, tai tarsi dulkių dėmė patenka į jūsų purškiamus dažus. Jis bus įterptas į naują sluoksnį, sukuriant struktūrą defektas. Jei yra nepageidaujamas dujų molekulės, ji gali reaguoti neteisingai, pakeisdama sluoksnio cheminę sudėtį ir elektrines savybes.

2. Ofortas: grandinių raižymas
Sukūrę sluoksnį, turite į jį iškirpti grandinės modelį. Etch yra atrankinio medžiagos pašalinimo procesas.

• Procesas: The vaflį yra padengtas šviesai jautria medžiaga, vadinama fotorezistu. Ant jo projektuojamas raštas (kaip trafaretas). Tada atviros vietos sukietėja. The vaflį tada dedamas į kamerą, užpildytą ėsdinimo priemone dujų (kaip fluoro pagrindu pagamintas junginys). Tai dujų yra įjungtas į a plazma būseną, todėl ji labai reaktyvi. The plazma bombarduoja vaflį, cheminiu būdu nuvalydami medžiagą tik trafaretu neapsaugotose vietose.
• Kodėl svarbu grynumas: Priemaišos dujose naudojamas ėsdinimui, gali pakeisti reakcijos greitį. Dėl to grandinės gali būti išraižytos per plačios, per siauros arba visai ne. A metalas dalelė priemaiša netgi gali užblokuoti etch procesas vienoje mažoje vietoje, paliekant nepageidaujamos medžiagos „stulpelį“, kuris trumpam išjungia grandinę.

Kaip matuojamas ir palaikomas itin aukštas dujų grynumas?

Į pasaulinė puslaidininkių pramonė, standartiniai grynumo matavimai, tokie kaip „procentai“, yra nenaudingi. Mes susiduriame su užteršimas sunkiai suvokiamu mastu. Grynumas matuojamas dalių už trilijoną (ppt). Tai reiškia kiekvienam trilijonas dujų molekulių, gali būti tik viena arba dvi priemaišų molekulės.

Norėdami pasiekti ir patikrinti šį lygį dujų grynumas, sudėtinga sistema dujų valymas ir reikalinga analizė.

Savo gamykloje mes ne tik gaminame dujų; mes gyvename ir kvėpuojame kokybės kontrolė. The dujų tiekimas grandinėlė a puslaidininkis Fab apima specializuotus valymo įrenginius, sumontuotus tiesiai naudojimo vietoje. Be to, pažangus dujų analizė įrankiai naudojami stebėjimas realiu laiku. Tokios technikos kaip atmosferos slėgio jonizacijos masė gali atlikti spektrometrija (APIMS). priemaišų aptikimas iki dalių per trilijoną lygio, užtikrinant, kad uhp dujos (itin aukšto grynumo) patekimas į proceso įrankį yra tobulas.

Kas daro didelio grynumo dujų tiekėją patikimą?

Tokiam viešųjų pirkimų vadovui kaip Markas, kuris patyrė skausmą dėl siuntų vėlavimo ir apgaulingų sertifikatų, patikimumas yra viskas. Pasaulyje didelio grynumo puslaidininkis dujų, patikimumas remiasi trimis ramsčiais: gamybos nuoseklumo, kokybės užtikrinimo ir logistikos kompetencijos.

1. Gamybos nuoseklumas: Patikimas tiekėjas turi turėti tvirtus ir perteklinius gamybos pajėgumus. Pavyzdžiui, mūsų gamyklos septynios gamybos linijos užtikrina, kad galime patenkinti didelę paklausą ir kad problema vienoje eilutėje nesustabdo visos mūsų produkcijos. Tai sumažina tiekimo sutrikimų riziką, dėl kurios gali būti sustabdyta kelių milijardų dolerių vertė puslaidininkis fab.
2. Patikrinamas kokybės užtikrinimas: Neužtenka tvirtinti, kad turi didelio grynumo dujos. Turite sugebėti tai įrodyti. Tai reiškia, kad reikia investuoti į naujausią analitinę įrangą priemaišų aptikimas. Tai taip pat reiškia skaidrių, atsekamų analizės sertifikatų (CoA) pateikimą su kiekviena siunta. Kova su sukčiavimu sertifikatais – tai ilgalaikių santykių, pagrįstų pasitikėjimu ir patikrinamais duomenimis, kūrimas.
3. Logistinė ekspertizė: Gauti a ėsdinančios dujos arba kriogeninis skystis iš Kinijos į JAV nėra paprastas. Tam reikia specializuotų konteinerių, tarptautinių laivybos taisyklių išmanymo ir kruopštaus planavimo, kad būtų išvengta vėlavimų. Patikimas tiekėjas supranta, kad tai nėra tik dėžutės siuntimas; ji valdo svarbią pasaulio dalį puslaidininkis tiekimo grandinė.

Kuo skiriasi birių dujų ir specialiųjų dujų?

Suprasti skirtumą tarp birių dujų ir specialios dujos yra labai svarbus visiems, kurie dalyvauja tiekiant puslaidininkių pramonė. Nors abu reikalauja ekstremalaus grynumas, jų mastas, tvarkymas ir pritaikymas labai skiriasi.

Tūrinės dujos, patinka Didelio grynumo specialiosios dujos, žr dujos, tokios kaip azotas, deguonies, argono ir vandenilis. Jie yra fab aplinkos pagrindas. Sąvoka „masinis“ reiškia didelius naudojamus kiekius. Šios dujos dažnai gaminamos vietoje arba netoliese ir specialiais vamzdynais tiekiamos tiesiai į gamyklos vidinę paskirstymo sistemą. Pagrindiniai iššūkiai čia yra išlaikyti grynumas per didelius paskirstymo tinklus ir užtikrinti nenutrūkstamą didelės apimties tiekimą.

Specialios dujos (arba elektroninės dujos) reiškia plačią kategoriją dažnai egzotiškų, reaktyvių arba pavojingų dujų, naudojamų mažesniais kiekiais konkretiems proceso etapams, pvz., ėsdinimui ir nusėdimas. Pavyzdžiui, silanas, amoniakas, boro trichloridas ir azoto trifluoridas. Jie tiekiami atskiruose aukšto slėgio balionuose. Iššūkiai su specialios dujos yra itin saugūs naudojant, užtikrina tobulą dujų mišinių mišinio konsistenciją ir užkerta kelią bet kokioms cheminėms reakcijoms balione, kurios galėtų pakenkti dujų kokybė.

Kaip keičiasi didelio grynumo puslaidininkių dujų paklausa?

The puslaidininkių pramonė niekada nestovi vietoje. Moore'o dėsnis, pastebėjimas, kad tranzistorių skaičius mikroschemoje padvigubėja maždaug kas dvejus metus, ir toliau stumia fizikos ribas. Tranzistoriams mažėjant, jie tampa eksponentiškai jautresni užteršimas. A dalelių dydis tai buvo priimtina prieš penkerius metus yra „žudikas defektas"šiandien.

Šis nenumaldomas mažesnių ir galingesnių lustų ieškojimas reiškia dar aukštesnio lygio paklausą dujų grynumas auga. Mes pereiname iš pasaulio, kuriame dalys už milijardą buvo auksinis standartas, prie pasaulio, kuriame dalys už trilijoną yra minimalus įėjimo reikalavimas pažangus puslaidininkis mazgai. Be to, naujoms medžiagoms ir lustų architektūroms, pvz., 3D NAND ir Gate-All-Around (GAA) tranzistoriams, reikalingas visiškai naujas naujos kartos dujos mišiniai ir pirmtakai. Kaip dujų gamintojai, mes nuolat lenktyniaujame su naujovėmis, kuriame naujas valymo technologijas ir analitinius metodus, kad neatsiliktų nuo pasaulinė puslaidininkių pramonė.

Kaip pirkėjas, kokių kokybės sertifikatų turėčiau ieškoti?

Naršyti tiekėjų pasaulyje gali būti sunku, ypač kai kalbama apie techninius produktus. Sertifikatai suteikia esminį trečiosios šalies tiekėjo galimybių ir įsipareigojimo kokybei patvirtinimą. Perkant didelio grynumo dujos už puslaidininkių pramonė, čia yra keletas dalykų, kurių reikia ieškoti:

• ISO 9001: Tai esminis kokybės vadybos sistemų sertifikatas. Tai rodo, kad tiekėjas turi tiksliai apibrėžtus ir pakartojamus gamybos, tikrinimo ir pristatymo procesus.
• ISO/IEC 17025: Tai yra kritinis dalykas. Tai bandymų ir kalibravimo laboratorijų kompetencijos standartas. Tiekėjas, turintis šį sertifikatą, įrodė, kad jo vidinė laboratorija – ta, kuri generuoja jūsų analizės sertifikatą – yra tiksli ir patikima.
• Atsekama analizė: Visada reikalaukite analizės sertifikato (CoA) kiekvienam balionui ar partijai. Šiame sertifikate turi būti nurodytas tikslus kritinio lygio lygis priemaišų dujose, matuojamas specifiniais analitiniais metodais, pvz dujų chromatografija arba masės spektrometrija.

Kaip ryžtingam lyderiui, tokiam kaip Markas, geriausias jūsų įrankis yra užduoti tiriamuosius klausimus. Tik neklausk „Ar tai dujų grynas?" Paklauskite "Kaip įrodyti, kad jis grynas? Parodykite man savo laboratorijos sertifikatą. Paaiškinkite, kaip užtikrinti partijų nuoseklumą." Tikrai ekspertas ir patikimas partneris mielai atsakys į šiuos klausimus ir gaus patikimus, skaidrius atsakymus.

Key Takeaways

• Dujos yra įrankis: Į puslaidininkių gamyba, dujos yra ne tik medžiagos; jie yra tikslūs įrankiai, naudojami mikroskopinėms grandinėms kurti ir iškirpti silicio plokštelė.
• Grynumas yra viskas: Mastelis lustų gamyba yra toks mažas, kad vienas nepageidaujamas dalelė arba priemaiša molekulė gali sunaikinti lustą, todėl itin didelio grynumo nediskutuotinas reikalavimas.
• Išeiga yra tikslas: Pagrindinis poveikis dujų užterštumas yra gamybos mažinimas derlius, o tai tiesiogiai reiškia milijonus dolerių prarastų pajamų puslaidininkiniai gaminiai.
• Du pagrindiniai procesai: Dauguma lusto kūrimo žingsnių apima ir vieną, ir kitą nusėdimas (statybiniai sluoksniai) arba etch (drožybos modeliai), kurie abu yra visiškai priklausomi nuo tikslių grynų dujų cheminių reakcijų.
• Patikimumas yra svarbiausia: Patikimas tiekėjas puslaidininkines dujas rinka turi įrodyti gamybos nuoseklumą, patikrinamą kokybės užtikrinimą per sertifikuotas laboratorijas ir ekspertų logistikos valdymą.
• Ateitis švaresnė: Kadangi puslaidininkiai tampa vis tobulesni, atsiranda dar aukštesnio lygio paklausa dujų grynumas (iki trilijono dalių) tik augs.