Mūsdienu tehnoloģiju pasaulē, pusvadītājs ir karalis. Šīs mazās, sarežģītās mikroshēmas nodrošina visu, sākot no mūsu viedtālruņiem līdz mūsu automašīnām un datu centriem, kuros darbojas internets. Bet kas nodrošina šo mikroshēmu izveidi? Atbilde, pārsteidzoši, ir gāze. Ne tikai jebkura gāze, bet augstas tīrības pakāpes gāzes par neiedomājamu tīrību. Kā Allens, rūpnīcas īpašnieks ar septiņām ražošanas līnijām, kas specializējas rūpniecisko gāzu ražošanā, esmu redzējis, kā pieprasījums pēc tīrības ir strauji pieaudzis. Šis raksts ir paredzēts tādiem uzņēmumu vadītājiem kā Marks Šens, kuri ir uzņēmuma priekšgalā gāze piegādes ķēde. Jūs saprotat kvalitāti un cenu, taču, lai patiesi vadītu šajā tirgū, jums ir jāsaprot kāpēc. Mēs atklāsim sarežģīto pasauli pusvadītāju ražošana, vienkārši izskaidrojot, kāpēc viens nomaldījies daļiņa a gāze straume var izmaksāt rūpnīcai miljonus. Šis ir jūsu ceļvedis, kā runāt vietējā valodā pusvadītāju rūpniecība un kļūt par neaizstājamu partneri.

Kāda loma ir gāzei pusvadītāju mikroshēmas izgatavošanā?

Tās pamatā pusvadītāju ražošana ir mikroskopisku, daudzslāņu elektrisko ķēžu veidošanas process uz plāna diska silīcijs, kas pazīstams kā a vafele. Iedomājieties, ka mēģināt uzbūvēt debesskrāpi pastmarkas lielumā ar miljardiem istabu un gaiteņiem. Tas ir mērogs, par kuru mēs runājam. Lai to panāktu, jūs nevarat izmantot fiziskus rīkus. Tā vietā viss ražošanas process balstās uz virkni precīzu ķīmisku reakciju, un šo reakciju galvenais nesējs ir gāze.

Gāzes darbojas kā neredzamas rokas, kas veido šīs ķēdes. Viņi veic vairākus svarīgus darbus. Daži, piemēram slāpeklis, izveido perfekti tīru un stabilu vidi, novēršot nevēlamas reakcijas. Citas, kas pazīstamas kā procesa gāzes, ir faktiskie celtniecības bloki vai griešanas instrumenti. Piemēram, konkrēts gāzes veids var izmantot, lai nogulsnētu mikroskopisku vadoša materiāla slāni, savukārt citu gāze ir pieradis pie precīzi etch prom materiālu, lai izveidotu ķēdes ceļu. Katrs solis, sākot no tīrīšanas vafele lai izveidotu galīgos tranzistorus, ietver īpašu gāze vai gāzu maisījums. Precizitāte gāzes plūsma un tā ķīmiskais sastāvs tieši nosaka panākumus mikroshēmu ražošana process.

Kāpēc tīrība ir tik svarīga pusvadītāju ražošanā?

Msu ikdienas dzv maz puteku vai gaisa piesārņojums nav nekas liels. Bet iekšā a pusvadītājs ražošanas rūpnīca jeb "fab" tā ir katastrofa. Komponenti, kas tiek veidoti uz a silīcijs vafele bieži mēra nanometros — tas ir metra miljarddaļās. Raugoties perspektīvā, viens cilvēka mati ir aptuveni 75 000 nanometru plats. Sīki putekļi daļiņa jūs pat nevarat redzēt, ka pasaulē ir milzu laukakmens pusvadītājs safabricēšana.

Šī iemesla dēļ tīrība ir vienīgā vissvarīgākā gāzu īpašība izmanto pusvadītājos ražošanu. Jebkura nevēlama molekula — neatkarīgi no tā, vai tā ir klaiņojoša ūdens molekula, mazs metāls daļiņa, vai citu gāze molekula — tiek uzskatīta par piemaisījums. Šis piesārņojums var pilnībā izjaukt delikāto ķīmiskā reakcija notiek uz vafeles virsmu. Vientuļa piemaisījums var bloķēt ķēdes veidošanos, izraisīt īssavienojumu vai mainīt pusvadītāju elektriskās īpašības materiāls. Jo vientuļa vafele var saturēt simtiem vai tūkstošiem atsevišķu mikroshēmu, viena niecīga kļūda var radīt milzīgus finansiālus zaudējumus. Viss process prasa augstākais tīrības līmenis vispār strādāt.

Kā piemaisījumi gāzēs bojā pusvadītāju ražošanu?

Kad an piemaisījums ir klāt procesā gāze, tas var izraisīt "slepkavu defekts”. Tas nav tikai neliels trūkums; tas ir a defekts kas atveido visu mikroshēmu šajā sadaļā vafele bezjēdzīgi. Apskatīsim, kā tas notiek. Laikā nogulsnēšanās fāze, kur plānās kārtiņas tiek veidotas slāni pa slānim, nevēlama daļiņa var nolaisties virspusē. Kad nākamais slānis tiek uzklāts uz augšu, tas rada mikroskopisku izciļņu vai tukšumu. Šis defekts var pārraut elektrisko savienojumu vai izveidot neparedzētu savienojumu, efektīvi iznīcinot būvējamo tranzistoru.

Sekas tam ir postošas, lai fab būtībā. Galvenais panākumu rādītājs a pusvadītājs fab ir "raža" — no viena ražota darba šķeldas procentuālā daļa vafele. Pat neliels kritums raža, no 95% līdz 90%, var būt miljoniem dolāru zaudēti ieņēmumi. Gāzes piemaisījumi ir tiešs samazināšanās iemesls raža. Šī iemesla dēļ pusvadītāju ražotāji ir apsēsti ar gāzes tīrība. Viņiem ir jābūt pārliecinātiem, ka gāze viņu vairāku miljardu dolāru vērto rīku ievadīšana ir pilnīgi brīva no jebkura piesārņotājs kas varētu izsist no sliedēm pusvadītāju ražošanas process. Tā ir spēle ar mikroskopisku precizitāti, kurā nav pieļaujamas kļūdas.

Kādas ir galvenās gāzes, ko izmanto pusvadītāju ražošanā?

Izmantoto gāzu diapazons pusvadītāju rūpniecība ir plašs, taču tās parasti iedala divās kategorijās: beztaras gāzes un speciālās gāzes.

• Lielapjoma gāzes: Tos izmanto milzīgos daudzumos un veido ražošanas vides pamatu.

  • Slāpeklis (N₂): Šis ir darba zirgs. Īpaši augsts tīrība Slāpeklis tiek izmantots, lai radītu inertu "atmosfēru" ražošanas instrumentu iekšpusē. Tas attīra skābekli, mitrumu un citas daļiņas, novēršot nevēlamu oksidēšanos vai piesārņojums no vafele.
  • Ūdeņradis (H₂): Bieži lieto kopā ar citām gāzēm, ūdeņradis noteiktiem ir izšķiroša nozīme nogulsnēšanās procesiem un ļoti specifiskas ķīmiskās vides izveidošanai, kas nepieciešama tranzistoru struktūru veidošanai.
  • Argons (Ar): Kā inerts gāze, Argonu izmanto procesā, ko sauc par izsmidzināšanu, kur to izmanto mērķa materiāla bombardēšanai, izsitot atomus, kas pēc tam nogulsnējas uz vafele. To izmanto arī, lai izveidotu plazma daudzās etch procesiem.

• Speciālās gāzes: Tās ir sarežģītas, bieži bīstamas un īpaši izstrādātas gāzes, ko izmanto īpašos procesa posmos. Tās ir "aktīvās" sastāvdaļas.

  • Kodinātāji: Gāzes, piemēram, hlors (Cl₂) un ūdeņraža bromīds (HBr), tiek izmantotas, lai precīzi izgrieztu vai etch modeļus slāņos vafele.
  • Dopanti: Gāzes, piemēram, arsīns (AsH₃) un fosfīns (PH₃), tiek izmantotas, lai apzināti ievadītu īpašu piemaisījums iekšā silīcijs lai mainītu tā elektriskās īpašības, tādējādi tiek vadīti tranzistori.
  • Nogulsnēšanās gāzes: Silāns (SiH₄) ir klasisks piemērs, ko izmanto kā avotu silīcijs lai uzklātu plānas kārtiņas.

Tādam iepirkumu darbiniekam kā Marks ir ļoti svarīgi zināt, ka, lai gan visas šīs gāzes ir atšķirīgas, tām ir viena kopīga prasība: ārkārtējs. tīrība.

Vai jūs varat vienkārši izskaidrot uzklāšanu un kodināšanu?

Pusvadītāju ražošana ietver simtiem soļu, bet lielākā daļa no tiem ir divu pamatprocesu variācijas: nogulsnēšanās un etch. To izpratne vienkāršā izteiksmē ir svarīga, lai izprastu lomu gāze.

1. Uzklāšana: slāņu veidošana
Padomājiet par nogulsnēšanās kā izsmidzināšana ar molekulām. Mērķis ir pievienot īpaši plānu, perfekti vienmērīgu materiāla slāni silīcija vafele.

• Process: Process gāze (tāpat kā silāns) sajauc ar a nesējgāze (piemēram slāpeklis vai ūdeņradis). Šis gāze maisījums tiek ievadīts kamerā, kurā ir vafele. A ķīmiskā reakcija tiek iedarbināts, bieži vien siltuma vai a plazma, izraisot molekulu "izgulsnēšanos" no gāze un veido cietu plāna plēve uz vafeles virsmu.
• Kāpēc tīrībai ir nozīme: Ja ir piesārņojums daļiņa sadaļā gāze straume, tas ir kā putekļu traips, kas nokļūst jūsu aerosola krāsā. Tas tiks iegults jaunajā slānī, izveidojot struktūru defekts. Ja ir kāds nevēlams gāze molekula, tā var reaģēt nepareizi, mainot slāņa ķīmisko sastāvu un elektriskās īpašības.

2. Oforts: ķēžu griešana
Pēc slāņa izveidošanas tajā jāiegriež ķēdes raksts. Etch ir materiāla selektīvas noņemšanas process.

• Process: The vafele ir pārklāts ar gaismas jutīgu materiālu, ko sauc par fotorezistu. Uz tā tiek projicēts raksts (kā trafarets). Pēc tam atklātās vietas tiek sacietētas. The vafele pēc tam ievieto kamerā, kas piepildīta ar kodinātāju gāze (piemēram, savienojums uz fluora bāzes). Šis gāze tiek pieslēgts a plazma stāvoklī, padarot to ļoti reaģējošu. The plazma bombardē vafele, ķīmiski apēstot materiālu tikai zonās, kuras neaizsargā trafarets.
• Kāpēc tīrībai ir nozīme: Piemaisījumi gāzēs Kodināšanai izmantotais var mainīt reakcijas ātrumu. Tādējādi ķēdes var tikt izgrieztas pārāk platas, pārāk šauras vai nemaz. Metāls daļiņa piemaisījums varētu pat bloķēt etch process vienā mazā vietā, atstājot aiz sevis nevēlama materiāla "pastu", kas īssavieno ķēdi.

Kā tiek mērīta un uzturēta īpaši augsta gāzes tīrība?

In globālā pusvadītāju rūpniecība, standarta tīrības mērījumi, piemēram, "procenti", ir bezjēdzīgi. Mums ir darīšana ar piesārņojums grūti aptveramā mērogā. Tīrību mēra daļas uz triljonu (ppt). Tas nozīmē katram triljoni gāze molekulas, var būt tikai viena vai divas piemaisījumu molekulas.

Lai sasniegtu un pārbaudītu šo līmeni gāzes tīrība, sarežģīta sistēma gāzes attīrīšana un ir nepieciešama analīze.

Mūsu rūpnīcā mēs ne tikai ražojam gāze; mēs dzīvojam un elpojam kvalitātes kontrole. The gāzes padeve ķēde priekš a pusvadītājs fab ietver specializētus attīrītājus, kas uzstādīti tieši lietošanas vietā. Turklāt uzlabotas gāzes analīze instrumenti tiek izmantoti reāllaika uzraudzība. Tādas metodes kā atmosfēras spiediena jonizācijas masa var veikt spektrometriju (APIMS). piemaisījumu noteikšana līdz daļai uz triljonu līmenim, nodrošinot uhp gāze (īpaši augstas tīrības pakāpes) ievadīšana procesa rīkā ir ideāla.

Kas padara augstas tīrības gāzes piegādātāju uzticamu?

Tādam iepirkumu vadītājam kā Marks, kurš ir pieredzējis sūtījumu kavējumu un viltotu sertifikātu radītās sāpes, uzticamība ir viss. Pasaulē augstas tīrības pakāpes pusvadītājs gāzēm, uzticamība balstās uz trim pīlāriem: ražošanas konsekvence, kvalitātes nodrošināšana un loģistikas ekspertīze.

1. Ražošanas konsistence: Uzticamam piegādātājam ir jābūt stabilām un liekām ražošanas iespējām. Mūsu rūpnīcas septiņas ražošanas līnijas, piemēram, nodrošina, ka mēs varam apmierināt lielo pieprasījumu un ka problēma vienā rindā neaptur visu mūsu izlaidi. Tas samazina piegādes traucējumu risku, kas varētu apturēt vairāku miljardu dolāru vērto vērtību pusvadītājs fab.
2. Pārbaudāma kvalitātes nodrošināšana: Nepietiek apgalvot, ka jums ir augstas tīrības pakāpes gāze. Jums ir jāspēj to pierādīt. Tas nozīmē investīcijas mūsdienīgā analītiskajā iekārtā piemaisījumu noteikšana. Tas nozīmē arī caurspīdīgu, izsekojamu analīzes sertifikātu (CoA) nodrošināšanu ar katru sūtījumu. Sertifikātu krāpšanas apkarošana ir ilgtermiņa attiecību veidošana, pamatojoties uz uzticību un pārbaudāmiem datiem.
3. Loģistikas ekspertīze: Iegūstot a kodīga gāze vai kriogēns šķidrums no Ķīnas uz ASV nav vienkārši. Tam nepieciešami specializēti konteineri, zināšanas par starptautiskajiem kuģniecības noteikumiem un rūpīga plānošana, lai izvairītos no kavēšanās. Uzticams piegādātājs saprot, ka tas nav tikai kastes nosūtīšana; tā pārvalda būtisku globālās pasaules daļu pusvadītājs piegādes ķēde.

Kāda ir atšķirība starp beztaras gāzi un speciālo gāzi?

Izpratne par atšķirību starp beztaras gāze un speciālā gāze ir galvenais ikvienam, kas iesaistīts piegādes nodrošināšanā pusvadītāju rūpniecība. Lai gan abiem ir nepieciešama ekstrēma tīrība, to mērogs, apstrāde un pielietojums ir ļoti atšķirīgi.

Lielapjoma gāzes, patīk Lielapjoma augstas tīrības pakāpes speciālās gāzes, skatiet gāzes, piemēram, slāpeklis, skābeklis, argons un ūdeņradis. Tie ir fab vides pamats. Termins "beztaras" attiecas uz masveida izmantotajiem daudzumiem. Šīs gāzes bieži tiek ražotas uz vietas vai tuvumā un pa speciāliem cauruļvadiem tiek piegādātas tieši uz ražotnes iekšējo sadales sistēmu. Galvenās problēmas šeit ir uzturēšana tīrība plašos izplatīšanas tīklos un nodrošinot nepārtrauktu, liela apjoma piegādi.

Speciālā gāze (vai elektroniskā gāze) attiecas uz plašu bieži eksotisku, reaktīvu vai bīstamu gāzu kategoriju, ko izmanto mazākos daudzumos konkrētiem procesa posmiem, piemēram, kodināšanai un nogulsnēšanās. Piemēri ir silāns, amonjaks, bora trihlorīds un slāpekļa trifluorīds. Tie tiek piegādāti atsevišķos augstspiediena cilindros. Izaicinājumi ar speciālā gāze ir ārkārtīga drošība, nodrošinot nevainojamu maisījuma konsistenci gāzu maisījumiem un novēršot jebkādas ķīmiskas reakcijas balonā, kas varētu apdraudēt gāzes kvalitāte.

Kā mainās pieprasījums pēc augstas tīrības pakāpes pusvadītāju gāzes?

The pusvadītāju rūpniecība nekad nestāv uz vietas. Mūra likums, novērojums, ka tranzistoru skaits mikroshēmā dubultojas aptuveni ik pēc diviem gadiem, turpina virzīt fizikas robežas. Tranzistori sarūk, tie kļūst eksponenciāli jutīgāki pret piesārņojums. A daļiņu izmērs kas bija pieņemams pirms pieciem gadiem, ir "slepkava defekts"šodien.

Šī nerimstošā tieksme pēc mazākām un jaudīgākām mikroshēmām nozīmē pieprasījumu pēc vēl augstāka līmeņa gāzes tīrība aug. Mēs pārejam no pasaules, kurā daļa uz miljardu bija zelta standarts, uz pasauli, kurā daļa uz triljonu ir minimālā ieejas prasība uzlabots pusvadītājs mezgli. Turklāt jauniem materiāliem un mikroshēmu arhitektūrām, piemēram, 3D NAND un Gate-All-Around (GAA) tranzistori, ir nepieciešams pilnīgi jauns portfelis nākamās paaudzes gāze maisījumi un prekursori. Kā gāzes ražotājiem, mēs esam pastāvīgā inovāciju sacīkstē, izstrādājot jaunas attīrīšanas tehnoloģijas un analītiskās metodes, lai ietu kopsolī ar globālā pusvadītāju rūpniecība.

Kādi kvalitātes sertifikāti man būtu jāmeklē kā pircējam?

Navigācija piegādātāju pasaulē var būt grūta, īpaši, ja runa ir par tehniskajiem produktiem. Sertifikācija nodrošina būtisku trešās puses apstiprinājumu piegādātāja spējām un apņemšanās nodrošināt kvalitāti. Veicot ieguvi augstas tīrības pakāpes gāzes priekš pusvadītāju rūpniecība, šeit ir dažas lietas, kas jāmeklē:

• ISO 9001: Šis ir kvalitātes vadības sistēmu pamatsertifikāts. Tas parāda, ka piegādātājam ir precīzi definēti un atkārtojami ražošanas, pārbaudes un piegādes procesi.
• ISO/IEC 17025: Tas ir kritisks. Tas ir testēšanas un kalibrēšanas laboratoriju kompetences standarts. Piegādātājs ar šo sertifikātu ir pierādījis, ka viņa iekšējā laboratorija, kas ģenerē jūsu analīzes sertifikātu, ir precīza un uzticama.
• Izsekojamā analīze: Vienmēr pieprasiet analīzes sertifikātu (CoA) katram balonam vai partijai. Šajā sertifikātā jānorāda precīzs kritiskā līmeņa līmenis piemaisījumi gāzē, ko mēra ar īpašām analītiskām metodēm, piemēram, gāzu hromatogrāfija vai masas spektrometrija.

Kā izlēmīgam vadītājam, piemēram, Markam, jūsu labākais līdzeklis ir uzdot izmeklējošus jautājumus. Nejautājiet tikai "Vai tas ir gāze tīrs?" Jautājiet: "Kā jūs pierādat, ka tas ir tīrs? Parādiet man savas laboratorijas sertifikātu. Izskaidrojiet savu procesu, lai nodrošinātu partiju konsekvenci." Patiesi eksperts un uzticams partneris atzinīgi novērtēs šos jautājumus un sniegs pārliecinošas, pārskatāmas atbildes.

Key Takeaways

• Gāze ir rīks: In pusvadītāju ražošana, gāzes nav tikai materiāli; tie ir precīzi instrumenti, ko izmanto, lai izveidotu un izgrieztu mikroskopiskas shēmas uz a silīcija vafele.
• Tīrība ir viss: Mērogs mikroshēmu ražošana ir tik mazs, ka viens nevēlams daļiņa vai piemaisījums molekula var iznīcināt mikroshēmu, padarot īpaši augstas tīrības pakāpes neapspriežama prasība.
• Ienesīgums ir mērķis: Primārā ietekme uz gāzes piesārņojums ir ražošanas samazinājums raža, kas tieši nozīmē miljoniem dolāru zaudētus ieņēmumus pusvadītāju fabs.
• Divi galvenie procesi: Lielākā daļa mikroshēmas izgatavošanas darbību ietver vai nu nogulsnēšanās (ēkas slāņi) vai etch (grebuma raksti), kas abi ir pilnībā atkarīgi no precīzām tīru gāzu ķīmiskajām reakcijām.
• Uzticamība ir galvenais: Uzticams piegādātājs pusvadītāju gāze tirgum ir jāpierāda ražošanas konsekvence, pārbaudāma kvalitātes nodrošināšana, izmantojot sertificētas laboratorijas, un ekspertu loģistikas vadība.
• Nākotne ir tīrāka: Tā kā pusvadītāji kļūst arvien attīstītāki, pieprasījums pēc vēl augstāka līmeņa gāzes tīrība (līdz daļām uz triljonu) tikai turpinās pieaugt.