Водиме фабрика во Кина која е специјализирана за производство на индустриски гасови. Од моја гледна точка, бев сведок на неверојатната еволуција на технологијата, која се напојува од нешто што повеќето луѓе никогаш не го гледаат: гасови со ултра висока чистота. Малите микрочипови во вашиот телефон, компјутер и автомобил се чуда на модерното инженерство, но нивното создавање е невозможно без прецизно и беспрекорно снабдување со овие специјални гасови.

Ја разбирате важноста на квалитетот и сигурен синџир на снабдување, но можеби се прашувате зошто стандардите за полупроводнички гасови се толку астрономски високи. Зошто пратката со Аргон треба да биде 99,9999% чиста? Овој водич ќе ја повлече завесата на светот на производството на полупроводници. Ќе ги истражиме специфичните гасови што се користат, што прават тие и зошто нивната чистота е единствениот најкритичен фактор. До крајот, ќе имате многу појасно разбирање за производите што ги набавувате и ќе бидете подобро опремени да ја пренесете нивната вредност на вашите клиенти.

Зошто специјалните гасови се толку критични за производството на полупроводници?

Замислете да изградите облакодер каде што едно погрешно поставено зрно песок може да предизвика колапс на целата структура. Тоа е нивото на прецизност што се бара во производство на полупроводници индустријата. „Градежните блокови“ на оваа индустрија не се тули и малтер, туку атоми, а „алатките“ често се високо специјализирани гасови. Целиот изработка на ан интегрирано коло се случува на микроскопско ниво, каде слоеви на материјали, често со дебелина од само неколку атоми, се депонираат или се гравираат подалеку од силиконски нафора.

Овие полупроводнички процеси се неверојатно чувствителни. Секоја несакана честичка или хемикалија нечистотија може да ја наруши деликатната архитектура на микрочипот, правејќи го бескорисен. Ова е местото каде се користат гасови. Тие создаваат ултра чисти средини, обезбедуваат суровини за нови слоеви и делуваат како хемиски „скалпели“ кои ги резбаат сложените патишта за електрична енергија. На процес на производство на полупроводници е сложен танц на хемиски реакции, а гасовите се водечки танчери. Без постојано, доверливо и исклучително чисто снабдување со овие гасови, модерната електроника едноставно не би постоела.

На гасови кои се користат во производството на полупроводници не се вашите стандардни индустриски производи. Тие се дизајнирани да ги задоволат нивоата на чистота што е тешко да се разберат, често мерени во делови на милијарда или дури делови на трилион. Тоа е затоа што перформансите на полупроводнички уреди е директно поврзана со совршенството на нивната атомска структура. Реактивна молекула на кислород или водена пареа во она што треба да биде инертно гас може да предизвика оксидација, менување на електрични својства на колото и доведува до дефекти. Ова е причината зошто на специјализирана индустрија за гасови е толку витално за светот на технологијата.

Кои се главните категории на гасови што се користат во производството на полупроводници?

Кога зборуваме за гасови во производството на полупроводници, тие генерално спаѓаат во неколку клучни категории врз основа на нивната функција. Разбирањето на овие групи помага да се разјасни улогата на секоја од нив гас игра во комплексот процесот на производство. Тоа не е само еден или два гасови; модерен полупроводнички фаб бара над 30 различни гасови и мешавини да функционираат.

Први се рефус гасови. Тоа се работните коњи кои се користат во огромни количини низ објектот. Сфатете ги како основна атмосфера на фабриката. Најчести се:

• Азот (N2): Се користи за чистење на комори и опрема за отстранување на загадувачите и создавање инертна средина.
• Кислород (O2): Се користи за одгледување висококвалитетни слоеви од силициум диоксид (SiO2), кои делуваат како изолатори.
• Водород (H2): Се користи за чистење на површини и во специфични таложење процеси.
• Аргон (Ar): Ан инертен гас се користи за создавање стабилна средина за процеси како што е распрскување.

Следни се специјални гасови, исто така познат како електронски специјални гасови. Овие се многу специфични, често реактивни или опасни, гасови кои ги извршуваат критичните задачи на офорт и таложење. Тие се користат во помали количини, но имаат многу повисока цена и бараат исклучително внимателно ракување. Тие можат понатаму да се поделат во групи како што се:

• Гасови од таложење: Овие гасови, како Силан (SiH4), се извор на материјалот што се користи за изградба на слоевите на чипот. Тие се распаѓаат и таложат а тенок филм на материјалот на силиконски нафора.
• Гасови за евтини: Овие се реактивни гасови се користи за селективно отстранување на материјалот. Примерите вклучуваат флуорни соединенија како јаглерод тетрафлуорид (CF4) и водород хлорид (HCl). Тие се користат во процес на офорт да ги издлаби обрасците на кола.
• Допантни гасови: Овие гасови се користат за „допирање“ на силикон, што значи намерно воведување на одредена нечистотија (а допант) за да го смените електрични својства. Ова е од фундаментално значење за создавање транзистори. Заеднички допантните гасови вклучуваат арсин (AsH3) и фосфин (PH3).

Како азотниот гас делува како работен коњ во полупроводничките фабрики?

Ако треба да поминете низ а изработка на полупроводници објект, најприсутен гас би се сретнале е Азот. Иако не секогаш учествува во главната хемиски реакции кои го градат чипот, неговата улога е апсолутно суштинска за создавање услови за тие реакции да успеат. Се користи азот првенствено поради неговата инертност; не реагира лесно со други елементи, што го прави совршен „филер“ гас.

Примарната употреба за Азот е во прочистување и создавање инертна атмосфера. Пред секој чувствителен полупроводнички процес може да започне, комората мора да биде целосно ослободена од загадувачи како кислород, водена пареа и прашина. Висока чистота Азот се испушта низ комората за да се истуркаат овие несакани елементи. Ова спречува случајна оксидација или други реакции кои би го уништиле нафора. Истиот принцип се применува на алатите и транспортните подлоги (познати како FOUPs) што носат силиконски наполитанки помеѓу различни фази на процес на производство.

Понатаму, Азот игра клучна улога во фотолитографија, процес на печатење на дизајнот на колото на нафората. Во модерните длабоки ултравиолетови (DUV) литографија, просторот помеѓу објективот и нафора е исполнет со ултра-чиста Азот (или Аргон) за да се дозволи светлината со кратка бранова должина да помине без да се апсорбира од воздухот. Без оваа инертна средина, процесот би бил невозможен. Според моето искуство со снабдување со фабрики, побарувачката за континуиран, висок волумен и висока чистота Азот снабдувањето не може да се преговара.

Каква улога игра Аргон во создавањето на совршена средина?

Како азот, Аргон е благородник гас, што значи дека е хемиски инертен. Сепак, Се користи аргон за специфични апликации каде што неговата потешка атомска тежина дава предност. Една од најважните од овие апликации е таложење со прскање, или прскање. Ова е физичка пареа процес на таложење се користи за поставување на тенки метални филмови, кои ја формираат жицата на интегрирано коло.

При прскање, висок напон се применува во вакуумска комора исполнета со Гас аргон. Ова создава позитивно наелектризирана плазма Аргон јони. Овие јони се забрзуваат и се удираат во „мета“ направена од металот што сакаме да го депонираме (како бакар или алуминиум). Силата на судирот ги отфрла металните атоми од целта, кои потоа летаат низ комората и ја обложуваат силиконски нафора во тенок, униформен слој. Аргон е совршен за ова бидејќи е доволно тежок за ефективно да ги отстрани целните атоми, но хемиски доволно инертен што нема да реагира со металната фолија што помага да се создаде. Обезбедува совршено средина за распрскување таложење на метали.

Друга клучна употреба за Аргон е во плазма офорт. Во овој процес на офорт, Аргон често се меша со а реактивни гравир гас. На Аргон помага да се стабилизира плазмата и физички да се бомбардира површината, помагајќи во хемиското гравирање и создавање попрецизни, вертикални пресеци на материјалот. Сигурно снабдување на Цилиндри за гас со аргон е од клучно значење за секој објект кој врши метализација или напредно офорт.

Можете ли да објасните како водородот се користи за таложење и чистење?

Додека азотот и аргонот се ценети затоа што се нереактивни, Водород е ценет затоа што е високо реактивни, но на многу чист и контролиран начин. Се користи водород опширно во производство на полупроводници за чистење на површини и во специфичен тип на таложење наречен епитаксијален раст. Неговата мала атомска големина му овозможува да навлезе и да реагира на начини на кои другите гасови не можат.

Пред да може да се одгледува нов слој на а нафора, површината мора да биде совршено чиста, до атомско ниво. Водороден гас се користи во процес на висока температура наречена „печење водород“ за да се отстрани секој народен оксид (тенок, природно настанат слој од силициум диоксид) што се формирал на силикон површина. На водород реагира со кислородот, формирајќи водена пареа (H2O) која потоа се испумпува од комората, оставајќи чиста силикон површина подготвена за следниот чекор.

Водород е исто така клучна компонента во епитаксијален раст (или "epi"), процес кој расте еден-кристален слој на силикон на врвот на силиконски нафора. Овој нов слој има совршена кристална структура и прецизно контролиран допант нивоа. Водород делува како носител гас за силикон извор гас (како силин или трихлоросилан). Исто така, обезбедува чиста средина за раст со чистење на сите залутани атоми на кислород. Квалитетот на овој епитаксијален слој е од суштинско значење за перформансите на процесорите од високата класа, што ја прави чистотата на Водороден цилиндар снабдувањето е апсолутно критично.

Кои се Етан-гасовите и како тие резбаат микроскопски кола?

Ако таложењето е за градење слоеви, офорт е за селективно резбање за да се создадат шеми на кола. Сфатете го тоа како микроскопско вајање. Откако ќе се дефинира шема со користење фотолитографија, офорт гасови се користат за обезбедување хемиските средства за отстранување на материјалот од незаштитените области на нафора. Ова е еден од најсложените и најкритичните чекори во производство на чипови.

На гасови кои се користат во офорт процесот се типично соединенија базирани на флуор, хлор или бром. Изборот на гас зависи од материјалот што се гравира.

• Гасови на база на флуор (на пр., CF4, SF6, NF3) се одлични за офорт силикон и силициум диоксид.
• Гасови на база на хлор (на пр., Cl2, BCl3, HCl) често се користат за гравирање на метали како алуминиум.

Овие реактивни гасови се внесуваат во плазма комора. Плазмата го крши гас молекулите се разделуваат во високо реактивни јони и радикали. Овие радикали потоа реагираат со површината на нафора, формирајќи ново испарливо соединение кое може лесно да се испумпува, а со тоа да се „ограви“ материјалот. Потребната прецизност е огромна; целта е да гравирање право надолу (анизотропно) без да се потсече шарениот слој. Модерен фабрики за полупроводници користат комплекс гасни мешавини и внимателно контролирани услови на плазма за да се постигне ова.

Што е хемиско таложење на пареа (CVD) и кои гасови се вклучени?

Хемиско таложење на пареа (CVD) е камен-темелник процес на таложење во производство на полупроводници. Тоа е примарен метод што се користи за создавање на различни изолациски и проводни тенки фолии што го сочинуваат a полупроводнички уред. Основната идеја е да тече а гас (или мешавина од гасови) на загреан нафора. Топлината предизвикува гас да реагира или да се распадне на површината на обландата, оставајќи зад себе цврст филм од саканиот материјал.

Секоја од овие реакции бара неверојатно стабилни услови и исклучително гасови со висока чистота. На пример, кога се депонира полисилициумски слој со употреба на Силан, кој било кислород нечистотија во гас млазот би предизвикал наместо тоа да се формира силициум диоксид, уништувајќи ги спроводливите својства на слојот. Ова е причината зошто ние, како добавувач, се фокусираме толку многу на прочистување и анализа на овие таложење гасови. Целата библиотека на Масовни специјални гасови со висока чистота ние нудиме е насочена кон исполнување на овие строги барања.

Зошто ултра-високата чистота е најважниот фактор за полупроводничките гасови?

Не можам да го пренагласам ова: во полупроводничка индустрија, чистота е се. Терминот висока чистота не значи 99% или дури 99,9%. За полупроводнички гасови, зборуваме за ултра висока чистота (UHP), што е обично 99,999% (често се нарекува „пет деветки“) или повисоко. За некои критични процесни гасови, барањето може да биде 99,9999% („шест деветки“) или уште поголемо. Причината е едноставна: загадувачите ги убиваат перформансите.

Карактеристиките на модерен микрочип се мерат во нанометри (милијардити дел од метар). Во оваа скала, една странска честичка или несакана молекула е како камен среде автопат. Ан нечистотија може:

• Променете ги електричните својства: Залутаниот натриум јон може да го промени прагот на напонот на транзисторот, предизвикувајќи тој да се вклучи или исклучи во погрешно време.
• Создадете структурни дефекти: Молекулата на кислород може да ја наруши совршената кристална решетка за време на епитаксијалниот раст, создавајќи „дислокација“ што го попречува протокот на електрони.
• Причина за краток спој: Метална честичка може да премости две соседни спроводни линии, создавајќи мртов краток спој.
• Намалете го приносот: Колку повеќе загадувачи се присутни, толку е поголем бројот на неисправни чипови на секој нафора, што директно влијае на профитабилноста.

Затоа, како производител, нашата најголема инвестиција е во прочистување и аналитичка опрема. Секоја серија од гас мора да се тестира за да се осигура дека ги исполнува спецификациите на делови на милијарда (ppb) или делови на трилион (ppt) што ги бараат нашите клиенти. На побарувачка за гасови со висока чистота е она што го движи целото специјализиран пазар за гас за електроника.

Како да обезбедиме квалитетно и сигурно снабдување со гасови со висока чистота?

За службеник за набавки како Марк, ова е најважното прашање. Одлична цена е бесмислена ако гас квалитетот е неконзистентен или пратката доцни. Ги слушнав хорор приказните: добавувачи кои обезбедуваат лажни сертификати за анализа или пратка на специјални гасови беше задржан на царина со недели, поради што производствената линија запре. Решавањето на овие болни точки е сржта на нашата деловна филозофија.

Обезбедувањето квалитет започнува со прочистување процес. Ние користиме напредни системи како што се криогена дестилација и специјализирани адсорбентни материјали за отстранување на нечистотии во трагови. Но, процесот не завршува тука. Најкритичниот чекор е верификацијата. Ние користиме најсовремени аналитички инструменти како гасен хроматограф-масен спектрометри (GC-MS) за да го тестираме секој цилиндар пред да биде испорачан. На нашите клиенти им обезбедуваме детален и автентичен сертификат за анализа (COA) за секоја серија, гарантирајќи ја чистота на гасот.

A сигурно снабдување синџирот е другата половина од равенката. Ова вклучува:

• Подготовка на робустен цилиндар: Цилиндри за гасови со ултра висока чистота подлежи на посебен процес на чистење и пасивација за да се осигура дека самиот сад не го контаминира гас.
• Интелигентна логистика: Работиме со искусни логистички партнери кои ги разбираат прописите за испорака на материјали под висок притисок, а понекогаш и опасни материјали на меѓународно ниво. Ја обезбедуваме целата потребна документација за да обезбедиме непречено царинење.
• Јасна комуникација: Нашите тимови за продажба и поддршка се обучени да обезбедуваат редовни ажурирања. Секогаш ќе го знаете статусот на вашата нарачка, од производство до конечна испорака. Ние разбираме дека е предвидливо снабдување со гасови со висока чистота е од суштинско значење за нашите клиенти да управуваат со нивните сопствени распореди за производство. Ние дури и нудиме различни мешавина на гас опции за задоволување на специфичните потреби на процесот.

Што носи иднината за гасовите во полупроводничката индустрија?

На полупроводничка индустрија никогаш не стои. Како што е предвидено со законот на Мур, производителите на чипови постојано вршат притисок да создадат помали, побрзи и помоќни уреди. Оваа немилосрдна иновација директно влијае на гасови и мешавини се користат во нивното изработка. Како што се движиме кон следната генерација на полупроводници технологија, со намалување на големината на карактеристиките на само неколку нанометри, барањата за чистота на гасот ќе станат уште поекстремни.

Гледаме тренд кон нови материјали подалеку силикон, како што се галиум нитрид (GaN) и силициум карбид (SiC), кои бараат нови и различни процесни гасови за офорт и таложење. Исто така, постои чекор кон посложени 3D архитектури, како FinFET и Gate-All-Around (GAA) транзистори, кои бараат уште поголема прецизност во таложење и гравирање чекори. Ова значи дека специјален гас индустријата мора постојано да иновира за да развие нови молекули и да постигне уште повисоки нивоа на прочистување.

Од моја перспектива како снабдувач, иднината е за партнерство. Веќе не е доволно само да се продаде цилиндар од гас. Мораме тесно да соработуваме со нашите клиенти во производство на електроника сектор да ги разберат нивните идни технолошки патокази. Ова ни овозможува да ја предвидиме потребата за ново гасови со висока чистота и инвестираат во производните и аналитичките способности за нивно снабдување. Невидливите херои на полупроводник светот - гасовите - ќе продолжат да бидат во првите редови на технолошкиот напредок.

Клучни производи за носење

Додека набавувате индустриски гасови за бараниот пазар на полупроводници, еве ги најважните работи што треба да ги запомните:

• Чистотата е најважна: Единствениот најкритичен фактор е ултра висока чистота. Загадувачите, дури и на нивоа на делови на милијарда, може да предизвикаат катастрофален дефект на уредот и да го намалат приносот на производството.
• Гасовите имаат специфични работни места: Гасовите не се заменливи. Тие се високо специјализирани алатки кои се користат за различни процеси како што се создавање инертни атмосфери (азот, аргон), градење слоеви (таложење гасови како Silane), и кола за резба (гасови од етант како CF4).
• Синџирот на снабдување е критичен: Доверливиот добавувач прави повеќе од само продажба на производ. Тие обезбедуваат квалитет преку ригорозни тестирања, обезбедуваат автентични сертификати, управуваат со сложена логистика и одржуваат јасна комуникација за да спречат скапи доцнења во производството.
• Техничкото знаење додава вредност: Разбирање зошто одреден гас се користи и зошто неговата чистота е толку клучна ви овозможува да бидете поефективен партнер на вашите клиенти, оправдувајќи го квалитетот и градејќи долгорочна доверба.
• Индустријата се развива: Притисокот за помали и помоќни чипови значи побарувачка за нови, уште почисти специјални гасови само ќе продолжи да расте. Партнерството со добавувач кој гледа напред е клучот за да останете напред.