Mēs esam vadījuši rūpnīcu Ķīnā, kas specializējas rūpniecisko gāzu ražošanā. No sava skatu punkta es esmu bijis liecinieks neticamai tehnoloģiju attīstībai, ko darbina kaut kas tāds, ko lielākā daļa cilvēku nekad neredz: īpaši augstas tīrības pakāpes gāzes. Mazās mikroshēmas tālrunī, datorā un automašīnā ir mūsdienu inženierijas brīnumi, taču to izveide nav iespējama bez precīzas un nevainojamas šo īpašo gāzu padeves.

Jūs saprotat, cik svarīga ir kvalitāte un uzticama piegādes ķēde, taču jūs varētu brīnīties kāpēc pusvadītāju gāzu standarti ir tik astronomiski augsti. Kāpēc argona sūtījumam ir jābūt 99,9999% tīram? Šī rokasgrāmata atvilks priekškaru pusvadītāju ražošanas pasaulei. Mēs izpētīsim konkrētās izmantotās gāzes, to darbību un to, kāpēc to tīrība ir vissvarīgākais faktors. Beigās jūs iegūsit daudz skaidrāku izpratni par iegādātajiem produktiem un būsiet labāk sagatavots, lai informētu savus klientus par to vērtību.

Kāpēc speciālās gāzes ir tik būtiskas pusvadītāju ražošanai?

Iedomājieties, ka uzbūvējat debesskrāpi, kur viens nevietā novietots smilšu graudiņš var izraisīt visas konstrukcijas sabrukšanu. Tas ir nepieciešamais precizitātes līmenis pusvadītāju ražošana nozare. Šīs nozares "būvmateriāli" nav ķieģeļi un java, bet atomi, un "instrumenti" bieži ir ļoti specializētas gāzes. Visa safabricēšana no an integrētā shēma notiek mikroskopiskā mērogā, kur materiālu slāņi, kas bieži vien ir tikai dažus atomus biezi, tiek nogulsnēti vai iegravēti no tā. silīcija vafele.

Šie pusvadītāju procesi ir neticami jūtīgi. Jebkura nevēlama daļiņa vai ķīmiska viela piemaisījums var izjaukt mikroshēmas smalko arhitektūru, padarot to nederīgu. Šeit ir vieta tiek izmantotas gāzes. Tie rada īpaši tīru vidi, nodrošina izejmateriālus jauniem slāņiem un darbojas kā ķīmiskie "skalpeļi", kas veido sarežģītus elektrības ceļus. The pusvadītāju ražošanas process ir sarežģīta deja ķīmiskās reakcijas, un gāzes ir vadošie dejotāji. Bez pastāvīgas, uzticamas un īpaši tīras šo gāzu piegādes moderna elektronika vienkārši nepastāvētu.

The gāzes, ko izmanto pusvadītāju ražošanā nav jūsu standarta rūpnieciskie produkti. Tie ir izstrādāti tā, lai tie atbilstu grūti uztveramiem tīrības līmeņiem, ko bieži mēra daļās uz miljardu vai pat daļās uz triljonu. Tas ir tāpēc, ka veiktspēja pusvadītāju ierīces ir tieši saistīta ar to atomu struktūras pilnību. Reaktīvā skābekļa vai ūdens tvaiku molekula, kurai vajadzētu būt inertai gāze var izraisīt oksidāciju, mainot elektriskās īpašības ķēdē un izraisa defektus. Šī iemesla dēļ speciālo gāzu rūpniecība ir tik ļoti svarīga tehnoloģiju pasaulei.

Kādas ir galvenās gāzu kategorijas, ko izmanto pusvadītāju ražošanā?

Kad mēs runājam par gāzes pusvadītāju ražošanā, tie parasti iedalās dažās galvenajās kategorijās, pamatojoties uz to funkciju. Šo grupu izpratne palīdz noskaidrot katras lomu gāze spēlē kompleksā ražošanas process. Tā nav tikai viena vai divas gāzes; moderns pusvadītāju fab prasa vairāk nekā 30 dažādu gāzu un maisījumu darbībai.

Pirmās ir lielapjoma gāzes. Tie ir darba zirgi, kurus izmanto masveida daudzumos visā objektā. Padomājiet par tiem kā par fab pamata atmosfēru. Visizplatītākie ir:

• Slāpeklis (N₂): Izmanto kameru un aprīkojuma attīrīšanai, lai noņemtu piesārņotājus un radītu inertu vidi.
• Skābeklis (O₂): Izmanto augstas kvalitātes silīcija dioksīda (SiO₂) slāņu audzēšanai, kas darbojas kā izolatori.
• Ūdeņradis (H₂): Izmanto virsmu tīrīšanai un īpaši nogulsnēšanās procesiem.
• Argons (Ar): An inertā gāze izmanto, lai izveidotu stabilu vidi tādiem procesiem kā izsmidzināšana.

Nākamie ir speciālās gāzes, kas pazīstams arī kā elektroniskās speciālās gāzes. Tie bieži vien ir ļoti specifiski reaģējošs vai bīstamas gāzes, kas veic svarīgus kodināšanas un nogulsnēšanas uzdevumus. Tos izmanto mazākos daudzumos, taču to izmaksas ir daudz augstākas, un tām nepieciešama ļoti rūpīga apstrāde. Tos var iedalīt grupās, piemēram:

• Nogulsnēšanās gāzes: Šīs gāzes, piemēram, silāns (SiH₄), ir materiāla avots, ko izmanto mikroshēmas slāņu veidošanai. Tie sadalās un nogulsnējas a plāna plēve materiālu uz silīcija vafele.
• Kodinātās gāzes: Tie ir reaktīvās gāzes izmanto, lai selektīvi noņemtu materiālu. Piemēri ir fluora savienojumi, piemēram, oglekļa tetrafluorīds (CF4) un ūdeņraža hlorīds (HCl). Tie tiek izmantoti kodināšanas process lai izgrebtu ķēdes modeļus.
• Piedevas gāzes: Šīs gāzes tiek izmantotas, lai "dopētu". silīcijs, kas nozīmē apzināti ieviest konkrētu piemaisījums (a dopantu), lai to mainītu elektriskās īpašības. Tas ir ļoti svarīgi tranzistoru radīšanai. Bieži dopanta gāzes ietver arsīnu (AsH₃) un fosfīnu (PH₃).

Kā slāpekļa gāze darbojas kā darba zirgs pusvadītāju konstrukcijās?

Ja jums būtu jāiet cauri a pusvadītāju izgatavošana iekārta, visizplatītākā gāze jūs saskaraties ir Slāpeklis. Lai gan tas ne vienmēr piedalās galvenajā ķīmiskās reakcijas kas veido mikroshēmu, tās loma ir absolūti būtiska, lai radītu apstākļus šo reakciju veiksmīgai norisei. Tiek izmantots slāpeklis galvenokārt tās inerces dēļ; tas viegli nereaģē ar citiem elementiem, padarot to par perfektu "pildvielu" gāze.

Primārais lietojums priekš Slāpeklis ir attīrīšanā un inertas atmosfēras radīšanā. Pirms jebkura jutīga pusvadītāju process var sākties, kamerai jābūt pilnīgi brīvai no piesārņotājiem, piemēram, skābekļa, ūdens tvaikiem un putekļiem. Augstas tīrības pakāpes Slāpeklis tiek izskalots cauri kamerai, lai izspiestu šos nevēlamos elementus. Tas novērš nejaušu oksidēšanos vai citas reakcijas, kas varētu sabojāt vafele. Tas pats princips tiek piemērots instrumentiem un transportēšanas podiem (pazīstami kā FOUP), kas tiek pārvadāti silīcija vafeles starp dažādiem posmiem ražošanas process.

Turklāt Slāpeklis spēlē izšķirošu lomu fotolitogrāfija, ķēdes dizaina drukāšanas process uz vafeles. Mūsdienu dziļajā ultravioletajā (DUV) litogrāfija, atstarpe starp objektīvu un vafele ir piepildīts ar īpaši tīru Slāpeklis (vai Argons), lai īsa viļņa gaisma varētu iziet cauri, to neuzsūcot gaiss. Bez šīs inertās vides process nebūtu iespējams. Pēc manas pieredzes, piegādājot rūpnīcām, pieprasījums pēc nepārtrauktas, liela apjoma un augstas tīrības pakāpes Slāpeklis piegāde nav apspriežama.

Kādu lomu spēlē argons ideālas vides veidošanā?

Tāpat kā slāpeklis, Argons ir cēls gāze, kas nozīmē, ka tas ir ķīmiski inerts. tomēr Tiek izmantots argons īpašiem lietojumiem, kur lielākais atomu svars nodrošina priekšrocības. Viens no svarīgākajiem no šiem lietojumiem ir izsmidzināšana jeb izsmidzināšana. Tas ir fizisks tvaiks nogulsnēšanās process izmanto, lai ieklātu plānas metāla plēves, kas veido elektroinstalāciju integrētā shēma.

Izsmidzinot, augstspriegums tiek pielietots vakuuma kamerā, kas piepildīta ar Argona gāze. Tas rada pozitīvi uzlādētu plazmu Argons joni. Šie joni tiek paātrināti un ietriecas "mērķī", kas izgatavots no metāla, kuru mēs vēlamies nogulsnēt (piemēram, varš vai alumīnijs). Sadursmes spēks izsit no mērķa metāla atomus, kas pēc tam lido pāri kamerai un pārklāj silīcija vafele plānā, viendabīgā slānī. Argons ir ideāli piemērots šim nolūkam, jo ​​tas ir pietiekami smags, lai efektīvi izspiestu mērķa atomus, bet ķīmiski pietiekami inerts, lai tas nereaģētu ar metāla plēvi, ko tas palīdz radīt. Tas nodrošina perfektu vide metālu uzputināšanai.

Vēl viens galvenais lietojums Argons atrodas plazmas kodināšanā. Šajā kodināšanas process, Argons bieži tiek sajaukts ar a reaģējošs kodinātājs gāze. The Argons palīdz stabilizēt plazmu un fiziski bombardēt virsmu, palīdzot ķīmiskai kodināšanai un radot precīzākus, vertikālus griezumus materiālā. Uzticama piegāde Argona gāzes baloni ir ļoti svarīga jebkurai iekārtai, kas veic metalizāciju vai progresīvu kodināšanu.

Vai varat paskaidrot, kā ūdeņradi izmanto nogulsnēšanai un tīrīšanai?

Lai gan slāpeklis un argons tiek novērtēti kā nereaģējoši, Ūdeņradis tiek novērtēts kā augsti reaģējošs, bet ļoti tīrā un kontrolētā veidā. Tiek izmantots ūdeņradis plaši iekšā pusvadītāju ražošana virsmu tīrīšanai un noteikta veida nogulsnēšanās sauc par epitaksiālo augšanu. Tā mazais atomu izmērs ļauj tai iekļūt un reaģēt tā, kā citas gāzes nespēj.

Pirms jaunu kārtu var audzēt uz a vafele, virsmai jābūt perfekti tīrai, līdz atomu līmenim. Ūdeņraža gāze tiek izmantots augstas temperatūras procesā, ko sauc par "ūdeņraža cepšanu", lai noņemtu jebkuru dabisko oksīdu (plānu, dabiski sastopamu silīcija dioksīda slāni), kas ir izveidojies uz silīcijs virsmas. The ūdeņradis reaģē ar skābekli, veidojot ūdens tvaikus (H₂O), kas pēc tam tiek izsūknēts no kameras, atstājot neskartu silīcijs virsma ir gatava nākamajam solim.

Ūdeņradis ir arī galvenā sastāvdaļa epitaksiāls augšana (vai "epi"), process, kura laikā veidojas viena kristāla slānis silīcijs virsū silīcija vafele. Šim jaunajam slānim ir perfekta kristāla struktūra un tas ir precīzi kontrolēts dopantu līmeņi. Ūdeņradis darbojas kā nesējs gāze priekš silīcijs avots gāze (piemēram, silāns vai trihlorsilāns). Tas arī nodrošina tīru augšanas vidi, attīrot visus klaiņojošos skābekļa atomus. Šī epitaksiskā slāņa kvalitāte ir būtiska augstākās klases procesoru veiktspējai, tādējādi nodrošinot tīrību Ūdeņraža cilindrs piedāvājums ir absolūti kritisks.

Kas ir kodinātās gāzes un kā tās veido mikroskopiskās shēmas?

Ja uzklāšana ir saistīta ar slāņu veidošanu, kodināšana ir to selektīva izgriešana, lai izveidotu ķēdes modeļus. Padomājiet par to kā par mikroskopisku skulptūru veidošanu. Pēc tam, kad modelis ir definēts, izmantojot fotolitogrāfija, kodinātājs nodrošināšanai tiek izmantotas gāzes ķīmiskie līdzekļi materiāla noņemšanai no neaizsargātajām zonām vafele. Šis ir viens no sarežģītākajiem un kritiskākajiem soļiem mikroshēmu ražošana.

The kodināšanā izmantotās gāzes process parasti ir savienojumi uz fluora, hlora vai broma. Izvēle par gāze atkarīgs no iegravētā materiāla.

• Gāzes uz fluora bāzes (piemēram, CF4, SF₆, NF₃) ir lieliski piemēroti kodināšanai silīcijs un silīcija dioksīds.
• Gāzes uz hlora bāzes (piemēram, Cl₂, BCl3, HCl) bieži izmanto metālu, piemēram, alumīnija, kodināšanai.

Šie reaktīvās gāzes tiek ievadīti plazmas kamerā. Plazma salauž gāze molekulas sadalās ļoti reaģējošs joni un radikāļi. Šie radikāļi pēc tam reaģē ar virsmas vafele, veidojot jaunu gaistošu savienojumu, ko var viegli atsūknēt, tādējādi "izkodinot" materiālu. Nepieciešamā precizitāte ir milzīga; mērķis ir etch taisni uz leju (anizotropiski), nesamazinot rakstaino slāni. Mūsdienīgs pusvadītāju fabs lietošanas komplekss gāzu maisījumi un rūpīgi kontrolēti plazmas apstākļi, lai to panāktu.

Kas ir ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD) un kuras gāzes ir iesaistītas?

Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD) ir stūrakmens nogulsnēšanās process iekšā pusvadītāju ražošana. Tā ir galvenā metode, ko izmanto, lai izveidotu dažādas izolējošas un vadošas plānas plēves, kas veido a pusvadītāju ierīce. Pamatideja ir plūsma a gāze (vai gāzu maisījumu) virs uzkarsētas vafele. Siltums izraisa gāze reaģēt vai sadalīties uz vafeles virsmas, atstājot cietu vajadzīgā materiāla plēvi.

Katrai no šīm reakcijām ir nepieciešami neticami stabili apstākļi un ārkārtīgi augstas tīrības pakāpes gāzes. Piemēram, uzklājot polisilīcija slāni, izmantojot silānu, jebkuru skābekli piemaisījums sadaļā gāze straume izraisītu silīcija dioksīda veidošanos, sabojājot slāņa vadošās īpašības. Tāpēc mēs kā piegādātājs tik ļoti koncentrējamies uz attīrīšana un to analīze nogulsnēšanās gāzes. Visa bibliotēka Lielapjoma augstas tīrības pakāpes speciālās gāzes mūsu piedāvājums ir paredzēts šo stingro prasību izpildei.

Kāpēc īpaši augstas tīrības pakāpe ir vissvarīgākais faktors pusvadītāju gāzēm?

Es nevaru pārvērtēt šo: in pusvadītāju rūpniecība, tīrība ir viss. Termins augstas tīrības pakāpes nenozīmē 99% vai pat 99,9%. Par pusvadītāju gāzes, mēs runājam par īpaši augstas tīrības pakāpes (UHP), kas parasti ir 99,999% (bieži sauc par "pieciem deviņiem") vai vairāk. Dažiem kritiskiem procesa gāzes, prasība var būt 99,9999% ("seši deviņi") vai pat augstāka. Iemesls ir vienkāršs: piesārņotāji nogalina veiktspēju.

Mūsdienu mikroshēmas īpašības tiek mērītas nanometros (metra miljarddaļās). Šādā mērogā atsevišķa sveša daļiņa vai nevēlama molekula ir kā laukakmens lielceļa vidū. An piemaisījums var:

• Mainīt elektriskās īpašības: Klaiņojošs nātrija jons var mainīt tranzistora sliekšņa spriegumu, izraisot tā ieslēgšanos vai izslēgšanos nepareizā laikā.
• Izveidojiet strukturālus defektus: Skābekļa molekula var izjaukt perfektu kristāla režģi epitaksiālās augšanas laikā, radot "dislokāciju", kas kavē elektronu plūsmu.
• Īssavienojumu cēlonis: Metāla daļiņa var savienot divas blakus esošās vadošās līnijas, radot īssavienojumu.
• Samazināt ražu: Jo vairāk piesārņotāju, jo lielāks ir bojāto mikroshēmu skaits katrā vafele, kas tieši ietekmē rentabilitāti.

Tāpēc mūsu kā ražotāja lielākās investīcijas ir attīrīšanas un analītikas iekārtās. Katra partija gāzes misa jāpārbauda, ​​lai nodrošinātu, ka tā atbilst mūsu klientu pieprasītajām daļām uz miljardu (ppb) vai daļām uz triljonu (ppt). The pieprasījums pēc augstas tīrības gāzēm ir tas, kas virza visu specializētais gāzes tirgus elektronikai.

Kā mēs nodrošinām augstas tīrības pakāpes gāzu kvalitatīvu un uzticamu piegādi?

Tādam iepirkumu darbiniekam kā Marks šis ir vissvarīgākais jautājums. Lieliska cena ir bezjēdzīga, ja gāze kvalitāte ir neatbilstoša vai sūtījums kavējas. Esmu dzirdējis šausmu stāstus: piegādātāji sniedz krāpnieciskus analīzes sertifikātus vai sūtījumu speciālās gāzes nedēļām tika aizturēts muitā, kā rezultātā tika apturēta ražošanas līnija. Šo sāpīgo punktu risināšana ir mūsu biznesa filozofijas pamatā.

Kvalitātes nodrošināšana sākas ar attīrīšana process. Mēs izmantojam progresīvas sistēmas, piemēram, kriogēno destilāciju un specializētus adsorbentus, lai noņemtu netīrumus. Bet ar to process nebeidzas. Vissvarīgākais solis ir pārbaude. Mēs izmantojam vismodernākos analītiskos instrumentus, piemēram, gāzes hromatogrāfu-masas spektrometrus (GC-MS), lai pārbaudītu katru cilindru pirms tā nosūtīšanas. Mēs nodrošinām saviem klientiem detalizētu un autentisku analīzes sertifikātu (COA) katrai partijai, garantējot gāzes tīrība.

A uzticama piegāde ķēde ir vienādojuma otra puse. Tas ietver:

• Izturīga cilindra sagatavošana: Cilindri priekš īpaši augstas tīrības pakāpes gāzes iziet īpašu tīrīšanas un pasivēšanas procesu, lai nodrošinātu, ka pats konteiners nepiesārņo gāze.
• Inteliģentā loģistika: Mēs sadarbojamies ar pieredzējušiem loģistikas partneriem, kuri saprot noteikumus par augsta spiediena un dažkārt bīstamu materiālu sūtīšanu starptautiskajā mērogā. Mēs nodrošinām visu nepieciešamo dokumentāciju, lai nodrošinātu vienmērīgu muitošanu.
• Skaidra komunikācija: Mūsu pārdošanas un atbalsta komandas ir apmācītas nodrošināt regulārus atjauninājumus. Jūs vienmēr zināt sava pasūtījuma statusu, sākot no ražošanas līdz gala piegādei. Mēs saprotam, ka tas ir paredzams augstas tīrības pakāpes gāzu piegāde ir svarīgi, lai mūsu klienti varētu pārvaldīt savus ražošanas grafikus. Piedāvājam pat dažādus gāzes maisījums iespējas, lai apmierinātu īpašas procesa vajadzības.

Kāda ir nākotne gāzēm pusvadītāju rūpniecībā?

The pusvadītāju rūpniecība nekad nestāv uz vietas. Kā prognozēja Mūra likums, mikroshēmu ražotāji pastāvīgi cenšas radīt mazākas, ātrākas un jaudīgākas ierīces. Šī nerimstošā inovācija tieši ietekmē gāzes un maisījumi izmanto to ražošanā. Kad mēs virzāmies uz nākamās paaudzes pusvadītāji tehnoloģija, elementu izmēriem samazinoties līdz dažiem nanometriem, prasības attiecībā uz gāzes tīrību kļūs vēl ekstrēmākas.

Mēs redzam tendenci pēc jauniem materiāliem silīcijspiemēram, gallija nitrīds (GaN) un silīcija karbīds (SiC), kam nepieciešami jauni un atšķirīgi procesa gāzes kodināšanai un uzklāšanai. Ir arī virzība uz sarežģītākām 3D arhitektūrām, piemēram, FinFET un Gate-All-Around (GAA) tranzistoriem, kas prasa vēl lielāku precizitāti nogulsnēšanās un etch soļi. Tas nozīmē, speciālā gāze nozarei ir pastāvīgi jāievieš jauninājumi, lai izstrādātu jaunas molekulas un sasniegtu vēl augstāku līmeni attīrīšana.

No manas kā piegādātāja perspektīvas nākotne ir saistīta ar partnerību. Vairs nepietiek tikai pārdot vienu cilindru gāze. Mums ir cieši jāsadarbojas ar mūsu klientiem elektronikas ražošana nozarē, lai izprastu to nākotnes tehnoloģiju ceļvežus. Tas ļauj mums paredzēt nepieciešamību pēc jauna augstas tīrības pakāpes gāzes un ieguldīt ražošanā un analītiskajās spējās, lai tos piegādātu. The neredzamie varoņi pusvadītājs pasaule — gāzes — arī turpmāk būs tehnoloģiskā progresa priekšgalā.

Key Takeaways

Iegādājoties rūpnieciskās gāzes prasīgajam pusvadītāju tirgum, ir jāatceras vissvarīgākās lietas:

• Tīrība ir vissvarīgākā: Vissvarīgākais faktors ir īpaši augstas tīrības pakāpes. Piesārņotāji pat miljarda daļās var izraisīt katastrofālu ierīces atteici un samazināt ražošanas ražu.
• Gāzēm ir noteiktas funkcijas: Gāzes nav savstarpēji aizvietojamas. Tie ir ļoti specializēti rīki, ko izmanto atšķirīgos procesos, piemēram, inertas atmosfēras (slāpeklis, argons) radīšana, celtniecības slāņi (nogulsnēšanās gāzes piemēram, Silāns) un griešanas ķēdes (kodināšanas gāzes piemēram, CF4).
• Piegādes ķēde ir kritiska: Uzticams piegādātājs dara vairāk, nekā tikai pārdod produktu. Tie nodrošina kvalitāti, veicot stingras pārbaudes, nodrošina autentiskus sertifikātus, pārvalda sarežģītu loģistiku un uztur skaidru saziņu, lai novērstu dārgas ražošanas kavēšanās.
• Tehniskās zināšanas pievieno vērtību: Sapratne kāpēc noteiktu gāze tiek izmantots un kāpēc tā tīrība ir tik svarīga, lai jūs varētu būt efektīvāks partneris saviem klientiem, attaisnojot kvalitāti un veidojot ilgtermiņa uzticību.
• Nozare attīstās: Tiekšanās pēc mazākām un jaudīgākām mikroshēmām nozīmē pieprasījumu pēc jaunām, vēl tīrākām speciālās gāzes tikai turpinās augt. Sadarbība ar tālredzīgu piegādātāju ir galvenais, lai paliktu priekšā.