De moderne wereld draait op chips. Van de smartphone in je zak tot de geleidingssystemen in de lucht- en ruimtevaarttechniek, het kleine halfgeleider apparaat is de onbezongen held van het digitale tijdperk. Maar wat is de held achter de held? Het is de onzichtbare, vaak vluchtige wereld van speciale gassen. Concreet, fluorchemie speelt een centrale rol in de halfgeleider productie proces dat eenvoudigweg niet kan worden vervangen.

Als u een toeleveringsketen beheert of toezicht houdt op de productkwaliteit in een halfgeleider gieterij, u weet dat de foutmarge nul is. Een enkele piek in vocht of een microscopisch klein deeltje kan een productierun van miljoenen dollars ruïneren. Dit artikel gaat dieper in op de rol van fluor bevattend gassen – waarom we ze gebruiken, de specifieke chemie die ze effectief maakt, en het cruciale belang van stabiliteit en zuiverheid van de toeleveringsketen. We zullen onderzoeken hoe deze hoogzuivere gassen worden gebruikt etsen en depositiestappen, en waarom het betrekken ervan bij een betrouwbare partner de belangrijkste beslissing is die u dit jaar kunt nemen.

Waarom is de halfgeleiderindustrie zo afhankelijk van fluorhoudende gassen?

Om de te begrijpen halfgeleiderindustrie, moet je naar het periodiek systeem kijken. Silicium is het canvas, maar fluor is de borstel. De halfgeleider fabricage Dit proces omvat het opbouwen van materiaallagen en deze vervolgens selectief verwijderen om circuits te creëren. Dit verwijderingsproces wordt etsen genoemd.

Fluor is het meest elektronegatieve element. Simpel gezegd: het heeft een ongelooflijke honger naar elektronen. Wanneer wij introduceren fluor gas of gefluoreerde verbindingen in een plasmakamer reageren de fluoratomen agressief met silicium en siliciumdioxide. Deze chemische reactie verandert vast silicium in vluchtige gassen (zoals siliciumtetrafluoride) die gemakkelijk kunnen worden weggepompt. Zonder deze chemische reactiviteit zouden we niet de microscopisch kleine geulen en contactgaten kunnen creëren die nodig zijn voor de moderne tijd elektronische apparaten.

In productie van grote volumes, snelheid en precisie zijn alles. Fluorhoudende gassen bieden de hoge etssnelheden die nodig zijn om de doorvoer op peil te houden, terwijl ze ook de selectiviteit bieden om door één materiaal te snijden zonder de laag eronder te beschadigen. Het is een delicate evenwichtsoefening chemie en natuurkunde.

Wat maakt fluorchemie zo uniek voor etsen met hoge precisie?

Je zou je kunnen afvragen: waarom zou je geen chloor of broom gebruiken? Voor bepaalde lagen doen we dat wel. Echter, fluorchemie biedt een uniek voordeel bij het etsen van materialen op siliciumbasis. De binding tussen silicium en fluor is ongelooflijk sterk. Wanneer fluor bevattend plasma raakt de wafel, de reactie is exotherm en spontaan.

De magie gebeurt in de plasma. In een halfgeleider proces kamer passen we hoge energie toe op een stabiel gas zoals koolstoftetrafluoride (CF4) of zwavelhexafluoride (SF6). Hierdoor wordt het gas uit elkaar gehaald, waardoor reactief materiaal vrijkomt fluor radicalen. Deze radicalen vallen het oppervlak van het lichaam aan wafeltje.

"De precisie van de etsen definieert de prestaties van de chip. Als de zuiverheid van uw gas fluctueert, fluctueert uw etssnelheid en daalt uw opbrengst."

Dit leidt tot het concept van anisotroop etsen – recht naar beneden snijden zonder zijwaarts te eten. Door te mengen fluor met andere procesgassenkunnen ingenieurs het profiel van de sleuf perfect controleren. Deze mogelijkheid is essentieel nu we naar kleinere knooppunten (7nm, 5nm en lager) gaan, waar zelfs een nanometerafwijking een mislukking is.

Hoe sturen gassen in de productie van halfgeleiders geavanceerde etsprocessen aan?

Etsprocessen zijn de beeldhouwgereedschappen van de fantastisch. Er zijn twee hoofdtypen: nat etsen (met behulp van vloeibare chemicaliën zoals waterstoffluoride) en droog etsen (met behulp van plasma). Modern geavanceerde halfgeleider knooppunten vertrouwen bijna uitsluitend op droog plasma-etsen omdat het veel nauwkeuriger is.

Op een typische plasma-etsen volgorde, een gefluoreerd gas wordt geïntroduceerd. Laten we eens kijken naar de gebruikte variëteit:

• Koolstoftetrafluoride (CF4): Het werkpaard voor oxide-etsen.
• Octafluorcyclobutaan (C4F8): Wordt gebruikt om een polymeerlaag op de zijwanden van de greppel aan te brengen, waardoor deze wordt beschermd terwijl de bodem dieper wordt geëtst.
• Zwavelhexafluoride (SF6): Bekend om extreem snelle siliciumetssnelheden.

De interactie tussen de plasma en de substraat is complex. Het omvat een fysiek bombardement door ionen en een chemische reactie door radicalen. De apparatuur voor de productie van halfgeleiders moeten de stroom, de druk en het mengsel van deze gassen strikt controleren. Als de speciaal gas bevat onzuiverheden zoals vocht, het kan fluorwaterstofzuur vormen in de toevoerleidingen of de kamer, wat corrosie en deeltjesdefecten veroorzaakt.

Waarom is stikstoftrifluoride de koning onder de kamerreinigingstoepassingen?

Terwijl etsen en reinigen hand in hand gaan, is het reinigen van de productieapparatuur net zo belangrijk als het verwerken van de wafer. Tijdens Chemische dampafzetting (CVD)Materialen zoals silicium of wolfraam worden op de wafer afgezet. Deze materialen bedekken echter ook de wanden van de kamer. Als dit residu zich ophoopt, schilfert het af en valt op de wafels, waardoor defecten ontstaan.

Kom binnen Stikstoftrifluoride (NF3).

Jaren geleden werd de industrie gebruikt gefluoreerde kas gassen zoals C2F6 voor kamerreiniging. NF3 is echter de standaard geworden voor kamerreinigingsprocessen vanwege het hoge rendement. Wanneer NF3 wordt afgebroken in een afgelegen plasmabron, genereert het een enorme hoeveelheid fluor atomen. Deze atomen schrobben de kamerwanden schoon, waardoor vaste resten worden omgezet in gas dat wordt weggepompt.

Stikstoftrifluoride heeft de voorkeur omdat het een hogere benuttingsgraad heeft (er wordt daadwerkelijk meer gas verbruikt) en een lagere uitstoot dan oudere schoonmaakmiddelen. Voor een facility manager betekent dit minder stilstand voor onderhoud en een snellere doorloop.

Welke gefluoreerde verbindingen zijn essentieel voor productie in grote volumes?

De toeleveringsketen van halfgeleiders is afhankelijk van een mandje met specifieke fluorhoudende gassen. Elk heeft een specifiek "recept" of toepassing. Bij Jiangsu Huazhong-gaszien we een enorme vraag naar het volgende:

Deze gefluoreerde verbindingen zijn het levensbloed van productie van grote volumes. Zonder een gestage stroom hiervan gassen in halfgeleiders productie, de lijnen stoppen. Zo simpel is het. Dit is de reden waarom inkoopmanagers zoals Eric Miller voortdurend toezicht houden op de toeleveringsketen voor verstoringen.

Waarom vormen hoogzuivere gassen de ruggengraat van de halfgeleideropbrengst?

Ik kan dit niet genoeg benadrukken: zuiverheid is alles.

Wanneer we het hebben over hoogzuivere gassenhebben we het niet over "industriële kwaliteit" die wordt gebruikt voor lassen. We hebben het over een zuiverheid van 5N (99,999%) of 6N (99,9999%).

Waarom? Omdat een halfgeleider apparaat heeft kenmerken gemeten in nanometers. Een enkel molecuul van een metaalverontreiniging of een spoortje vocht (H2O) kan kortsluiting veroorzaken of voorkomen dat een laag zich hecht.

• Vocht: Reageert met fluor om HF te creëren, dat het gastoevoersysteem aantast.
• Zuurstof: Oxideert het silicium ongecontroleerd.
• Zware metalen: Vernietig de elektrische eigenschappen van de transistor.

Als leverancier is het onze taak ervoor te zorgen dat de hoogzuiver xenon of Lachgas van elektronische kwaliteit je ontvangt voldoet aan strikt industriestandaarden. Voor de detectie maken wij gebruik van geavanceerde gaschromatografie sporen van onzuiverheden tot delen per miljard (ppb). Voor een koper is het zien van het Analysecertificaat (COA) niet alleen maar papierwerk; het is de garantie dat hun halfgeleider fabricage zullen niet te maken krijgen met een catastrofale crash van de rente.

Hoe gaat de industrie om met de uitstoot van broeikasgassen en het GWP?

Er is een olifant in de kamer: het milieu. Veel gefluoreerde gassen een hoge hebben Potentieel voor opwarming van de aarde (GWP). Bijvoorbeeld Zwavelhexafluoride (SF6) is een van de meest krachtige broeikasgassen bekend bij de mens, met een GWP dat duizenden malen hoger is dan CO2.

De halfgeleiderindustrie staat onder enorme druk om zijn ecologische voetafdruk te verkleinen. Dit heeft geleid tot twee grote verschuivingen:

1. Vermindering: Fab installeren enorme ‘burnboxes’ of scrubbers op hun uitlaatleidingen. Deze systemen breken het niet-gereageerde af broeikasgas voordat het in de atmosfeer terechtkomt.
2. Vervanging: Onderzoekers zoeken naar alternatieven etsen gassen met een lager GWP. Het is echter chemisch moeilijk om een ​​molecuul te vinden dat net zo goed presteert als C4F8 of SF6 zonder de impact op het milieu.

Stikstoftrifluoride was een stap in de goede richting voor het reinigen, omdat het gemakkelijker afbreekt dan oudere PFC's, waardoor er in totaal minder wordt geproduceerd emissie als de bestrijdingssystemen correct werken. Reduceren uitstoot van broeikasgassen is niet langer alleen maar een PR-zet; het is een wettelijke vereiste in de EU en de VS.

Is de toeleveringsketen van halfgeleiders kwetsbaar voor tekorten aan speciaal gas?

Als de afgelopen jaren ons iets hebben geleerd, is het dat de toeleveringsketen is kwetsbaar. Fabrikanten van halfgeleiders hebben te maken gehad met tekorten aan alles, van neon tot fluorpolymeren.

Het aanbod van fluor gas en de derivaten ervan zijn afhankelijk van de winning van vloeispaat (calciumfluoride). China is een belangrijke mondiale bron van deze grondstof. Wanneer geopolitieke spanningen oplopen of logistieke routes verstopt raken, is de beschikbaarheid hiervan van cruciaal belang procesgassen daalt en de prijzen schieten omhoog.

Voor een koper als Eric is de angst voor ‘overmacht’ reëel. Om dit te verzachten, diversifiëren slimme bedrijven hun leveranciers. Ze zijn op zoek naar partners die hun eigen land bezitten iso-tanks en hebben logistieke netwerken opgezet. Betrouwbaarheid binnen logistiek is net zo belangrijk als de zuiverheid van het gas. Je kunt het puurste hebben C4F8-gas in de wereld, maar als het vastzit in een haven, is het nutteloos voor de fantastisch.

Wat zijn de veiligheidsprotocollen voor het omgaan met waterstoffluoride en andere giftige materialen?

Veiligheid is de basis van onze branche. Veel fluor bevattend gassen zijn giftig, verstikkend of zeer reactief. Waterstoffluoride (HF), vaak gebruikt bij nat etsen of gegenereerd als bijproduct, is bijzonder gevaarlijk. Het dringt door in de huid en tast de botstructuur aan.

Het omgaan met deze materialen vereist een strenge training en gespecialiseerde apparatuur.

• Cilinders: Moet DOT/ISO-gecertificeerd zijn en regelmatig worden geïnspecteerd op interne corrosie.
• Kleppen: Membraankleppen worden gebruikt om lekkage te voorkomen.
• Sensoren: Halfgeleiderfabrieken zijn bedekt met gasdetectiesensoren die bij het minste lek een alarm activeren.

Wanneer we een cilinder vullen met Lachgas van elektronische kwaliteit of een giftig etsmiddel, we behandelen het als een geladen wapen. We zorgen ervoor dat de cilinder inwendig gepolijst is om deeltjes te voorkomen en dat de klep afgedekt en afgedicht is. Voor onze klanten, wetende dat de draaggas of het etsmiddel in een veilige, conforme verpakking arriveert, is een grote opluchting.

Wat staat ons te wachten voor de materialen die worden gebruikt in het fabricageproces van halfgeleiders?

De productie van halfgeleiders routekaart is agressief. Terwijl chips overgaan naar 3D-structuren zoals Gate-All-Around (GAA)-transistoren, neemt de complexiteit van etsen en reinigen neemt toe. We zien een vraag naar meer exotisch gefluoreerd gas mengsels die met atomaire precisie diepe, smalle gaten kunnen etsen.

Atoomlaagetsen (ALE) is een opkomende techniek die materiaal atomaire laag per keer verwijdert. Dit vereist een ongelooflijk nauwkeurige dosering van reactieve gassen. Bovendien zal de drang naar ‘groene’ productie waarschijnlijk de adoptie van nieuwe producten stimuleren fluorchemie dat dezelfde prestaties biedt met minder GWP.

De toekomst is aan degenen die kunnen innoveren in zowel gassynthese als -zuivering. Als halfgeleider materialen evolueren, moeten de gassen die worden gebruikt om ze te vormen ook evolueren.

Belangrijkste afhaalrestaurants

• Fluor is essentieel: Fluorchemie is hiervoor de belangrijkste enabler etsen En schoon stapt binnen halfgeleider productie.
• Zuiverheid is koning: Hoge zuiverheid (6N) is niet onderhandelbaar om defecten te voorkomen en te garanderen processtabiliteit.
• Verscheidenheid aan gassen: Verschillende gassen zoals CF4, SF6 en Stikstoftrifluoride specifieke rollen vervullen verzinsel.
• Milieu-impact: Beheer uitstoot van broeikasgassen En vermindering is een cruciale uitdaging voor de sector.
• Leveringszekerheid: Een robuust toeleveringsketen en betrouwbare partners zijn noodzakelijk om productieonderbrekingen te voorkomen.

Bij Jiangsu Huazhong Gas begrijpen we deze uitdagingen omdat we er elke dag mee te maken hebben. Of je het nu nodig hebt Xenon met hoge zuiverheid voor uw nieuwste etsproces of betrouwbare levering van standaard industriële gassen zijn wij er om de technologie te ondersteunen die de toekomst bouwt.