2. Хагас дамжуулагчийн үйлдвэр яагаад туйлын цэвэр ариун байдлыг шаарддаг вэ?

Хэт өндөр цэвэршилтийн хэрэгцээг ойлгохын тулд орчин үеийн хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн цар хүрээг ойлгох хэрэгтэй. Өнөөгийн хамгийн дэвшилтэт чипүүд нь хэдхэн нанометр өргөнтэй транзисторуудтай. Үүнийг тайлбарлахын тулд хүний ​​нэг ширхэг үс 80,000-100,000 нанометр зузаантай байдаг.

Атомын түвшинд барилга байгууламж барьж байх үед хүчилтөрөгчийн нэг молекул эсвэл микроскопийн усны дусал нь сүйрэлд хүргэж болзошгүй юм.

• Исэлдэлт: Хүсээгүй хүчилтөрөгч нь цахиурын нарийн бүтэцтэй урвалд орж, цахилгаан шинж чанарыг нь өөрчилдөг.

• Тоосонцрын бохирдол: Ганц төөрсөн тоосонцор ч гэсэн нано хэмжээний транзисторыг богино холболт үүсгэж, микрочипийн бүхэл бүтэн хэсгийг ашиггүй болгож чадна.

• Ургац буурах: Долоо хоногт хэдэн мянган ширхэг вафель боловсруулдаг үйлдвэрт хийн бохирдлын улмаас ургац бага зэрэг буурах нь хэдэн арван сая долларын орлого алдахад хүргэдэг.

Тиймээс, хагас дамжуулагч шингэн аргон Цэвэр өрөөний орчинд нэвтрүүлэх нь ямар нэгэн урвалд орох бохирдуулагч бодисгүй байх ёстой.

3. Хагас дамжуулагч шингэн аргоны үндсэн хэрэглээ

Түүхий эдээс бэлэн микропроцессор хүртэлх цахиур ялтсын зам нь олон зуун нарийн төвөгтэй алхмуудыг шаарддаг. Хэт өндөр цэвэршилттэй шингэн аргон нь энэхүү аяллын хамгийн чухал үе шатуудад гүн гүнзгий шингэсэн байдаг.

3.1. Цахиурын болор татах (Чохральскийн процесс)

Аливаа микрочипийн үндэс нь цахиур хавтан юм. Эдгээр ялтсуудыг Czochralski (CZ) аргаар ургуулсан асар том, нэг талст цахиурын ембүүгээс хэрчсэн. Энэ процесст өндөр цэвэршүүлсэн поликристалл цахиурыг 1400 хэмээс дээш температурт кварцын тигелд хайлуулдаг. Үрийн талстыг оруулаад аажмаар дээшээ татаж, хайлмалаас төгс цилиндр хэлбэртэй талстыг гаргаж авдаг.

Энэхүү хэт дулааны үйл явцын үед хайлсан цахиур нь өндөр урвалд ордог. Хэрэв хүчилтөрөгч эсвэл азоттой харьцвал цахиурын давхар исэл эсвэл цахиурын нитрид үүсгэж, цэвэр талст бүтцийг устгана. Энд аргон нь эцсийн хамгаалагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Зуухыг байнга ууршуулж цэвэрлэнэ хэт өндөр цэвэршилттэй шингэн аргон бүрэн идэвхгүй уур амьсгалыг бий болгох. Аргон нь агаараас хүнд тул хайлсан цахиур дээр хамгаалалтын хөнжил үүсгэснээр үүссэн ембүү нь бүтцийн хувьд төгс, бичил харуурын согоггүй байх болно.

3.2. Плазмын сийлбэр ба хуримтлал

Орчин үеийн чипүүд нь 3D давхаргад бүтээгдсэн. Энэ нь цахилгаан дамжуулагч эсвэл тусгаарлагч материалын микроскоп давхаргыг валют дээр байрлуулж, дараа нь хэлхээ үүсгэхийн тулд тодорхой хэсгүүдийг сийлбэрлэх явдал юм.

• Шүрших (физик уурын хуримтлал – PVD): Аргон бол шүршихэд ашигладаг үндсэн хий юм. Вакуум камерт аргон хий нь ионжуулж плазм болгон хувиргадаг. Эдгээр эерэг цэнэгтэй аргон ионууд нь зорилтот материалд (зэс эсвэл титан гэх мэт) хурдасдаг. Хүнд аргон ионуудын илт кинетик хүч нь атомуудыг байнаасаа салгаж, дараа нь цахиурын хавтан дээр жигд хуримтлагддаг. Аргоныг сонгосон учир нь түүний атомын масс нь металлын атомуудыг химийн урвалд оруулахгүйгээр үр дүнтэй задлахад төгс тохирдог.

• Гүн реактив ион сийлбэр (DRIE): Үйлдвэрлэгчид санах ойн чип, дэвшилтэт сав баглаа боодолд чухал ач холбогдолтой гүн, өндөр нарийвчлалтай шуудууг цахиур болгон сийлбэрлэх шаардлагатай үед аргон нь ихэвчлэн реактив хийтэй холилдож, сийвэнг тогтворжуулж, вафельний гадаргууг физикээр бөмбөгдөж, сийлсэн дагалдах бүтээгдэхүүнийг шүүрддэг.

3.3. DUV ба EUV литографи (Эксимер лазер)

Литографи нь өрөм дээр хэлхээний хэв маягийг хэвлэхийн тулд гэрлийг ашиглах үйл явц юм. Хэлхээ багассан тул үйлдвэрлэгчид улам бүр богино долгионы урттай гэрлийг ашиглах шаардлагатай болсон. Энэ бол хаана байна шингэн аргон электроник оптик физиктэй огтлолцдог.

Гүн хэт ягаан туяа (DUV) литографи нь ArF (Argon Fluoride) эксимер лазер дээр ихээхэн тулгуурладаг. Эдгээр лазерууд нь аргон, фтор, неон хийн нарийн хяналттай хольцыг ашиглан 193 нанометр долгионы урттай өндөр фокустай гэрлийг үүсгэдэг. Эдгээр лазерын хөндийд ашигладаг аргоны цэвэр байдал нь маш хатуу байдаг. Аливаа хольц нь лазерын оптикийг доройтуулж, гэрлийн эрчмийг бууруулж, литографийн процессыг бүдгэрүүлсэн эсвэл гэмтэлтэй хэлхээг хэвлэхэд хүргэдэг.

Шинэ хэт ягаан туяаны (EUV) литографийн системд ч аргон нь нарийн, нарийн төвөгтэй толин тусгал системийг молекулын бохирдлоос бүрэн ангид байлгахын тулд цэвэрлэх хийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

3.4. Дулааны боловсруулалт ба дулааны боловсруулалт

Цахиурт нэмэлт бодис (бор эсвэл фосфор гэх мэт) суулгасны дараа цахилгаан шинж чанарыг нь өөрчлөхийн тулд талст торны эвдрэлийг засч, нэмэлт бодисыг идэвхжүүлэхийн тулд хавтанг өндөр температурт халаах шаардлагатай. Хатаах гэж нэрлэгддэг энэхүү процесс нь вафельний гадаргууг исэлдүүлэхээс сэргийлэхийн тулд хатуу хяналттай, хүчилтөрөгчгүй орчинд явагдах ёстой. Хэт цэвэр аргоны тасралтгүй урсгал нь энэхүү аюулгүй дулаан орчныг бүрдүүлдэг.

4. Шингэн аргон электроник: Дараагийн үеийн техникийг эрчим хүчээр хангах

Нөхцөл шингэн аргон электроник Энэхүү криоген материалаас хамаарах өндөр технологийн төхөөрөмж, үйлдвэрлэлийн процессын экосистемийг өргөн хүрээнд хамардаг. Хиймэл оюун ухаан (AI), эд зүйлсийн интернет (IoT) болон бие даасан тээврийн хэрэгсэл давамгайлсан эрин үе рүү шилжиж байгаа энэ үед илүү хүчирхэг, эрчим хүчний хэмнэлттэй чипний эрэлт хэрэгцээ эрс нэмэгдэж байна.

1. AI хурдасгуур ба GPU: Том хэлний загварууд гэх мэт хиймэл оюун ухааны загваруудыг сургахад шаардлагатай асар том график боловсруулах нэгжүүд (GPU) нь гайхалтай том, согоггүй цахиурын хөшиг шаарддаг. Хэмжээ том байх тусам нэг хольц нь чипийг бүхэлд нь сүйтгэх магадлал өндөр болно. UHP аргоноор хангасан өөгүй орчинг энд тохиролцох боломжгүй юм.

2. Квантын тооцоолол: Судлаачид квант компьютерийг хөгжүүлэхийн хэрээр кубит үүсгэхэд ашигладаг хэт дамжуулагч материалууд нь бараг тэг бохирдолтой үйлдвэрлэлийн орчинг шаарддаг. Аргон цэвэрлэх нь эдгээр дараагийн үеийн процессоруудыг криогенээр бэлтгэх, үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.

3. Эрчим хүчний электроник: Цахилгаан автомашинууд цахиурын карбид (SiC) болон галлиум нитрид (GaN) цахилгаан чип дээр тулгуурладаг. Эдгээр нийлмэл хагас дамжуулагч талстыг ургуулахад стандарт цахиураас ч илүү өндөр температур шаардагддаг бөгөөд энэ нь аргоны идэвхгүй хамгаалалтын шинж чанарыг улам бүр чухал болгодог.

5. Нийлүүлэлтийн сүлжээ ба эх үүсвэрийн шүүмжлэл

Хэт өндөр цэвэр шингэн аргон үйлдвэрлэх нь орчин үеийн химийн инженерчлэлийн гайхамшиг юм. Энэ нь ихэвчлэн их хэмжээний агаар тусгаарлах төхөөрөмжид (ASUs) криоген фракцийн нэрэлтийг ашиглан агаараас гаргаж авдаг. Гэсэн хэдий ч хий үйлдвэрлэх нь зөвхөн хагас тулаан юм; цэвэр байдлыг алдагдуулахгүйгээр хагас дамжуулагч хэрэгсэлд хүргэх нь мөн адил хэцүү байдаг.

Дамжин өнгөрөх үеийн бохирдлын хяналт

Хавхлага, хоолой, хадгалах сав бүрийг шүргэх хэт өндөр цэвэршилттэй шингэн аргон тусгайлан цахилгаан өнгөлж, урьдчилан цэвэрлэсэн байх ёстой. Хэрэв тээврийн цистерн бичил харуурын алдагдалтай бол атмосферийн даралт нь аргоныг гадагшлуулахгүй; криоген температур нь үнэндээ атмосферийн хольцыг татаж чаддаг -аар / -оор, бүхэл бүтэн багцыг сүйтгэх.

Фабын түвшинд шингэн аргоныг вакуум тусгаарлагчтай их хэмжээний саванд хадгалдаг. Дараа нь цэвэр өрөөнд орохын өмнө маш нарийн мэргэжлийн ууршуулагч болон хэрэглээний цэгийн хий цэвэршүүлэгчээр дамжуулдаг.

Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэгчид тасралтгүй, тасралтгүй үйлдвэрлэлийг хадгалахын тулд энэхүү хатуу нийлүүлэлтийн сүлжээг эзэмшсэн дээд түвшний хийн нийлүүлэгчидтэй хамтран ажиллах ёстой. Энэхүү чухал материалыг баталгаатай цэвэр байдлын хэмжүүрээр тасралтгүй, найдвартай нийлүүлэхийг эрэлхийлж буй орчин үеийн байгууламжуудын хувьд итгэмжлэгдсэн үйлчилгээ үзүүлэгчдээс үйлдвэрлэлийн тусгай хийн шийдлүүдийг судлах. Huazhong хий нарийн стандартыг хангаж, үйлдвэрлэлийн зогсолтыг арилгадаг.

6. Эдийн засаг, байгаль орчны талаар анхаарах зүйлс

Орчин үеийн гигафабын хэрэглэдэг асар их хэмжээний аргон нь гайхалтай юм. Хагас дамжуулагчийн нэг том үйлдвэр өдөрт хэдэн арван мянган шоо метр хэт цэвэр хий хэрэглэж болно.

Тогтвортой байдал ба дахин боловсруулалт

Аргон нь язгуур хий бөгөөд ихэнх хагас дамжуулагч процесст химийн хувьд ашиглагддаггүй (ихэвчлэн физик бамбай эсвэл плазмын орчинд ажилладаг) учраас аргоныг сэргээх, дахин боловсруулах системд үйлдвэрлэл улам бүр нэмэгдэж байна. Дэвшилтэт үйлдвэрүүд болор татах зуух болон шүрших камерын аргоны яндангаас гаргаж авдаг сэргээн босгох төхөөрөмжийг газар дээр нь улам бүр суурилуулж байна. Дараа нь энэ хийг орон нутагт дахин цэвэршүүлдэг. Энэ нь үйлдвэрийн үйл ажиллагааны зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулаад зогсохгүй шинэ аргоныг шингэрүүлж, хол зайд тээвэрлэхтэй холбоотой нүүрстөрөгчийн ул мөрийг бууруулдаг.

7. Дэвшилтэт зангилааны үйлдвэрлэл дэх аргоны ирээдүй

Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл 2 нм, 14А (ангстром) болон түүнээс дээш зайд шилжихийн хэрээр транзисторын бүтэц өөрчлөгдөж байна. Бид FinFET-ээс Gate-All-Around (GAA) руу шилжиж, эцэст нь нэмэлт FET (CFET) загвар руу шилжиж байна.

Эдгээр 3D бүтцэд атомын давхаргын хуримтлал (ALD) болон атомын давхаргын сийлбэр (ALE) шаардагддаг бөгөөд энэ нь цахиурыг нэг удаад шууд утгаараа нэг атомаар удирддаг процессууд юм. ALD болон ALE-д аргоны нарийн хяналттай импульсийг химийн тунгийн хоорондох урвалын камерыг цэвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь зөвхөн атомын гадаргуу дээр яг тохирсон хэсэгт л урвал явагдахыг баталгаажуулдаг.

Нарийвчлал нэмэгдэх тусам найдлага нэмэгдэнэ хагас дамжуулагч шингэн аргон улам эрчимжих болно. Цэвэр байдлын шаардлага нь одоогийн 6N стандартыг давж, 7N (99.99999%) ба түүнээс дээш түвшинд хүрч, хий цэвэршүүлэх, хэмжил зүйн технологийн цаашдын шинэчлэлийг бий болгож чадна.

Байгуулах

Секундэд хэдэн триллион тооцоолол хийх чадвартай хэдэн тэрбум микроскопийн унтраалга агуулсан цахиурын хэсэг болох бэлэн болсон микропроцессорыг гайхшруулахад хялбар байдаг. Гэсэн хэдий ч хүний ​​​​инженерийн энэхүү оргил нь түүнийг бүтээж буй үл үзэгдэх элементүүдээс бүрэн хамаардаг.

Хэт өндөр цэвэршилттэй шингэн аргон зүгээр нэг бараа биш; энэ нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн тулгуур багана юм. Аргон нь Цахиурын талстуудын хайлсан төрөлтөөс хамгаалахаас эхлээд нанометрийн хэлхээг үүсгэх плазмыг идэвхжүүлэх хүртэл Мурын хуулийг амьд байлгахад шаардлагатай цэвэр орчныг баталгаажуулдаг. -ийн хилийн дагуу шингэн аргон электроник Хиймэл оюун ухаан, квант тооцоолол, эрчим хүчний дэвшилтэт менежментийг дэмжихийн тулд энэхүү төгс цэвэр, идэвхгүй шингэний эрэлт хэрэгцээ нь дэлхийн технологийн дэвшлийг хөдөлгөгч хүч хэвээр байх болно.

Түгээмэл асуултууд

Асуулт 1: Зарим хагас дамжуулагч процесст яагаад шингэн аргоныг азот, гели зэрэг бусад идэвхгүй хийнээс илүүд үздэг вэ?

Х: Хэдийгээр азот нь хямд бөгөөд ерөнхий цэвэрлэгээний хий болгон өргөн хэрэглэгддэг боловч хэт өндөр температурт энэ нь үнэхээр идэвхгүй биш юм; хайлсан цахиуртай урвалд орж цахиурын нитридын согог үүсгэдэг. Гели нь идэвхгүй боловч маш хөнгөн бөгөөд үнэтэй. Аргон нь "амттай цэг"-т хүрдэг - энэ нь хэт өндөр температурт ч бүрэн идэвхгүй, хайлсан цахиурыг үр дүнтэй бүрхэхэд хангалттай жинтэй, плазмын цацрах процессын үед химийн хүсээгүй урвал үүсгэхгүйгээр атомуудыг физикээр салгах төгс атомын масстай.

Асуулт 2: Хэт өндөр цэвэршилттэй шингэн аргоныг хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх үйлдвэрт (фаб) бохирдуулахгүйгээр хэрхэн тээвэрлэдэг вэ?

Х: Тээврийн явцад цэвэр ариун байдлыг хадгалах нь ложистикийн томоохон сорилт юм. UHP шингэн аргоныг тусгай зориулалтын, өндөр дулаалгатай криоген цистернээр тээвэрлэдэг. Эдгээр савны дотоод гадаргуу, түүнчлэн бүх хавхлага, дамжуулах хоолойг цахилгаанаар өнгөлж, хий ялгарах, тоосонцор урсахаас сэргийлж толин тусгал өнгөлсөн байна. Ачаалахын өмнө бүхэл бүтэн системд вакуум цэвэрлэгээ хийдэг. Үйлдвэрт хүрэлцэн ирэхэд хий нь аргон хавтанд хүрэхээс өмнө ppt түвшний (триллион тутамд нэг хэсэг) бохирдлыг арилгахын тулд химийн шингээгч технологийг ашигладаг ашиглалтын цэгийн цэвэршүүлэгчээр дамжин өнгөрдөг.

Асуулт 3: “Хагас дамжуулагч шингэн аргон”-д яг ямар цэвэршилт шаардлагатай вэ, үүнийг хэрхэн хэмждэг вэ?

Х: Хагас дамжуулагчийн дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн хувьд аргоны цэвэршилт ерөнхийдөө хамгийн багадаа "6N" (99.9999% цэвэр) байх ёстой боловч зарим сүүлийн үеийн процессууд 7N шаарддаг. Энэ нь хүчилтөрөгч, чийг, нүүрсустөрөгч зэрэг хольцыг сая тутамд 1 хэсэг (ppm) эсвэл бүр тэрбум тутамд (ppb) хэсэг болгон хязгаарладаг гэсэн үг юм. Эдгээр өчүүхэн хольцын хэмжээг үйлдвэрт бодит цагийн горимд хэмжиж, чанарын тасралтгүй хяналтыг хангах хөндийн цагираг-доош спектроскопи (CRDS) болон масс спектрометр бүхий хийн хроматографи (GC-MS) зэрэг маш мэдрэмтгий аналитик төхөөрөмжийг ашиглан хэмждэг.