Na Kitajskem vodimo tovarno, ki je specializirana za proizvodnjo industrijskih plinov. S svojega zornega kota sem bil priča neverjetnemu razvoju tehnologije, ki jo poganja nekaj, česar večina ljudi nikoli ne vidi: plini ultra visoke čistosti. Majhni mikročipi v vašem telefonu, računalniku in avtomobilu so čudeži sodobnega inženiringa, vendar je njihova izdelava nemogoča brez natančne in brezhibne oskrbe s temi posebnimi plini.

Razumete pomen kakovosti in zanesljive dobavne verige, vendar se morda sprašujete zakaj standardi za polprevodniške pline so tako astronomsko visoki. Zakaj mora biti pošiljka argona čista 99,9999 %? Ta vodnik bo odgrnil zastor v svet izdelave polprevodnikov. Raziskali bomo določene uporabljene pline, kaj počnejo in zakaj je njihova čistost najpomembnejši dejavnik. Na koncu boste imeli veliko jasnejšo predstavo o izdelkih, ki jih nabavite, in bolje opremljeni za sporočanje njihove vrednosti svojim strankam.

Zakaj so posebni plini tako kritični za izdelavo polprevodnikov?

Predstavljajte si, da zgradite nebotičnik, pri katerem bi lahko eno samo narobe postavljeno zrno peska povzročilo zrušitev celotne zgradbe. To je raven natančnosti, ki se zahteva v proizvodnja polprevodnikov industrija. "Gradniki" te industrije niso opeke in malta, temveč atomi, "orodja" pa so pogosto zelo specializirani plini. Celotno izmišljotina od an integrirano vezje se zgodi v mikroskopskem merilu, kjer se plasti materialov, pogosto le nekaj atomov debele, odložijo na ali jedkajo stran od silikonska rezina.

te polprevodniški procesi so neverjetno občutljivi. Vsak nezaželen delec ali kemikalija nečistoča lahko porušijo občutljivo arhitekturo mikročipa in ga naredijo neuporabnega. Tukaj je uporabljajo se plini. Ustvarjajo izjemno čista okolja, zagotavljajo surovine za nove plasti in delujejo kot kemični "skalpeli", ki klešejo zapletene poti za elektriko. The postopek izdelave polprevodnikov je kompleksen ples kemične reakcije, plini pa so glavni plesalci. Brez stalne, zanesljive in izjemno čiste oskrbe s temi plini sodobne elektronike preprosto ne bi bilo.

The plini, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov niso vaši standardni industrijski izdelki. Zasnovani so tako, da dosegajo težko razumljive ravni čistosti, ki se pogosto merijo v delcih na milijardo ali celo v delcih na bilijon. To je zato, ker uspešnost polprevodniške naprave je neposredno povezana s popolnostjo njihove atomske strukture. Reaktivna molekula kisika ali vodne pare v tem, kar bi moralo biti inertno plin lahko povzroči oksidacijo, spreminjanje električne lastnosti vezja in vodi do napak. To je razlog, zakaj je industrija posebnih plinov je tako pomembna za svet tehnologije.

Katere so glavne kategorije plinov, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov?

Ko govorimo o plini v proizvodnji polprevodnikov, na splošno spadajo v nekaj ključnih kategorij glede na njihovo funkcijo. Razumevanje teh skupin pomaga razjasniti vlogo vsake od njih plin igra v kompleksu proizvodni proces. Ne gre le za enega ali dva plina; moderna polprevodniška fab zahteva več kot 30 različnih plinov in mešanic za delovanje.

Najprej so plini v razsutem stanju. To so vlečni konji, ki se uporabljajo v ogromnih količinah po celotnem objektu. Zamislite si jih kot temeljno vzdušje tovarne. Najpogostejši so:

• Dušik (N₂): Uporablja se za čiščenje komor in opreme za odstranjevanje kontaminantov in ustvarjanje inertnega okolja.
• Kisik (O₂): Uporablja se za gojenje visokokakovostnih plasti silicijevega dioksida (SiO₂), ki delujejo kot izolatorji.
• Vodik (H₂): Uporablja se za čiščenje površin in v posebnih odlaganje procesov.
• Argon (Ar): An inertni plin uporablja se za ustvarjanje stabilnega okolja za postopke, kot je brizganje.

Naslednje so posebni plini, znan tudi kot elektronski posebni plini. To so pogosto zelo specifični reaktiven ali nevarni plini, ki opravljajo kritične naloge jedkanja in nanašanja. Uporabljajo se v manjših količinah, vendar imajo veliko višje stroške in zahtevajo izjemno previdno ravnanje. Te lahko nadalje razdelimo v skupine, kot so:

• Odlaganje plinov: Ti plini, kot je silan (SiH₄), so vir materiala, ki se uporablja za izdelavo plasti čipa. Razgrajujejo in odlagajo a tanek film materiala na silikonska rezina.
• Jedkalni plini: To so reaktivni plini uporablja se za selektivno odstranjevanje materiala. Primeri vključujejo fluorove spojine, kot je ogljikov tetrafluorid (CF₄) in vodikov klorid (HCl). Uporabljajo se v postopek jedkanja za izrezovanje vzorcev vezja.
• Dopantni plini: Ti plini se uporabljajo za "doping". silicij, kar pomeni namerno uvajanje določenega nečistoča (a dopant), da ga spremenite električne lastnosti. To je temeljnega pomena za ustvarjanje tranzistorjev. pogosta dopantni plini vključujejo arzin (AsH₃) in fosfin (PH3).

Kako plin dušik deluje kot delovni konj v tovarnah polprevodnikov?

Če bi šli skozi a izdelava polprevodnikov objekt, najbolj vseprisoten plin bi naleteli je Dušik. Čeprav ne sodeluje vedno v glavnem kemične reakcije ki sestavljajo čip, je njegova vloga nujno potrebna za ustvarjanje pogojev za uspeh teh reakcij. Uporablja se dušik predvsem zaradi svoje inertnosti; ne reagira takoj z drugimi elementi, zaradi česar je popolno "polnilo" plin.

Primarna uporaba za Dušik je v čiščenju in ustvarjanju inertne atmosfere. Pred vsakim občutljivim polprevodniški proces Če lahko začnete, mora biti komora popolnoma brez onesnaževalcev, kot so kisik, vodna para in prah. Visoka čistost Dušik splakne skozi komoro, da iztisne te neželene elemente. To preprečuje nenamerno oksidacijo ali druge reakcije, ki bi uničile oblat. Enako načelo velja za orodja in transportne stroke (znane kot FOUP), ki prenašajo silicijeve rezine med različnimi stopnjami proizvodni proces.

Poleg tega Dušik igra ključno vlogo pri fotolitografija, postopek tiskanja zasnove vezja na rezino. V sodobnem globokem ultravijoličnem (DUV) litografija, prostor med lečo in oblat je napolnjena z ultra-čisto Dušik (oz Argon), da lahko svetloba kratke valovne dolžine prehaja skozi, ne da bi jo zrak absorbiral. Brez tega inertnega okolja bi bil proces nemogoč. Po mojih izkušnjah z dobavo tovarnam je povpraševanje po neprekinjenem, velikem obsegu in visoki čistosti Dušik dobava ni predmet dogovora.

Kakšno vlogo ima argon pri ustvarjanju popolnega okolja?

Tako kot dušik, Argon je plemenitaš plin, kar pomeni, da je kemično inerten. vendar Uporablja se argon za specifične aplikacije, kjer je njegova večja atomska teža prednost. Ena najpomembnejših teh aplikacij je nanašanje z razprševanjem ali razprševanje. To je fizična para postopek nanašanja uporablja se za polaganje tankih kovinskih filmov, ki tvorijo ožičenje integrirano vezje.

Pri razprševanju se v vakuumski komori, napolnjeni z Plin argon. To ustvarja pozitivno nabito plazmo Argon ioni. Ti ioni se pospešijo in udarijo v "tarčo" iz kovine, ki jo želimo odložiti (na primer baker ali aluminij). Sila trka zbije kovinske atome s tarče, ki nato poletijo po komori in prekrijejo silikonska rezina v tanki, enakomerni plasti. Argon je kot nalašč za to, ker je dovolj težak, da učinkovito izpodrine ciljne atome, vendar je dovolj kemično inerten, da ne bo reagiral s kovinskim filmom, ki ga pomaga ustvariti. Zagotavlja popolno okolje za nanašanje kovin z brizganjem.

Druga ključna uporaba za Argon je v plazemskem jedkanju. V tem postopek jedkanja, Argon se pogosto meša z a reaktiven jedkalnik plin. The Argon pomaga stabilizirati plazmo in fizično bombardirati površino, pomaga pri kemičnem jedkanju in ustvarja natančnejše navpične reze v materialu. Zanesljiva dobava Plinske jeklenke argon je ključnega pomena za vsak objekt, ki izvaja metalizacijo ali napredno jedkanje.

Ali lahko razložite, kako se vodik uporablja za nanašanje in čiščenje?

Medtem ko sta dušik in argon cenjena kot nereaktivna, vodik je cenjen zaradi visokega reaktiven, vendar na zelo čist in nadzorovan način. Uporablja se vodik obsežno v proizvodnja polprevodnikov za čiščenje površin in v določeni vrsti odlaganje imenujemo epitaksialna rast. Njegova majhna atomska velikost mu omogoča, da prodre in reagira na načine, ki jih drugi plini ne morejo.

Preden lahko na a oblat, mora biti površina popolnoma čista, vse do atomske ravni. Plin vodik se uporablja v visokotemperaturnem procesu, imenovanem "vodikova peka", za odstranitev morebitnega naravnega oksida (tanka, naravno prisotna plast silicijevega dioksida), ki je nastal na silicij površino. The vodik reagira s kisikom in tvori vodno paro (H₂O), ki se nato izčrpa iz komore, pri čemer ostane nedotaknjena silicij površina pripravljena za naslednji korak.

vodik je tudi ključna sestavina v epitaksialno rast (ali "epi"), proces, pri katerem raste enokristalna plast silicij na vrhu silikonska rezina. Ta nova plast ima popolno kristalno strukturo in je natančno nadzorovana dopant stopnje. vodik deluje kot nosilec plin za silicij vir plin (kot silan ali triklorosilan). Zagotavlja tudi čisto rastno okolje, tako da odstrani vse potepuške atome kisika. Kakovost te epitaksialne plasti je temeljnega pomena za delovanje vrhunskih procesorjev, zaradi česar je čistost Vodikov valj dobava popolnoma kritična.

Kaj so plini za jedkanje in kako izrezujejo mikroskopska vezja?

Če gre pri nanašanju za ustvarjanje plasti, gre pri jedkanju za njihovo selektivno izrezovanje, da se ustvarijo vzorci vezja. Zamislite si to kot mikroskopsko kiparstvo. Ko je vzorec definiran z uporabo fotolitografija, jedkalnik plini se uporabljajo za zagotavljanje kemično sredstvo za odstranjevanje materiala z nezaščitenih območij oblat. To je eden najbolj zapletenih in kritičnih korakov v izdelava čipov.

The plini, ki se uporabljajo pri jedkanju so običajno spojine na osnovi fluora, klora ali broma. Izbira plin odvisno od materiala, ki ga jedkamo.

• Plini na osnovi fluora (npr. CF₄, SF₆, NF3) so odlični za jedkanje silicij in silicijev dioksid.
• Plini na osnovi klora (npr. Cl₂, BCl3, HCl) se pogosto uporabljajo za jedkanje kovin, kot je aluminij.

te reaktivni plini vnesejo v plazemsko komoro. Plazma zlomi plin molekule narazen v visoko reaktiven ioni in radikali. Ti radikali nato reagirajo s površino oblat, ki tvori novo hlapno spojino, ki jo je mogoče enostavno odčrpati in tako "jedkati" material. Zahtevana natančnost je ogromna; cilj je, da jedkati naravnost navzdol (anizotropno) brez podrezovanja vzorčaste plasti. Moderno polprevodniške tovarne uporaba kompleksa plinske mešanice in skrbno nadzorovanih plazemskih pogojev za dosego tega.

Kaj je kemično naparjanje (CVD) in kateri plini so vključeni?

Kemično naparjanje (CVD) je temelj postopek nanašanja v proizvodnja polprevodnikov. To je primarna metoda, ki se uporablja za ustvarjanje različnih izolacijskih in prevodnih tankih filmov, ki sestavljajo a polprevodniška naprava. Osnovna ideja je pretok a plin (ali zmes plinov) nad segreto oblat. Toplota povzroča plin da reagira ali razpade na površini rezine in za seboj pusti trden film želenega materiala.

Vsaka od teh reakcij zahteva neverjetno stabilne pogoje in izjemno plini visoke čistosti. Na primer, pri nanosu plasti polisilicija z uporabo Silana, poljuben kisik nečistoča v plin tok bi namesto tega povzročil nastanek silicijevega dioksida, kar bi uničilo prevodne lastnosti plasti. Zato se kot dobavitelj tako močno osredotočamo na čiščenje in analizo le-teh usedalni plini. Celotna knjižnica Posebni plini visoke čistosti v razsutem stanju naša ponudba je usmerjena v izpolnjevanje teh strogih zahtev.

Zakaj je izjemno visoka čistost najpomembnejši dejavnik za polprevodniške pline?

Tega ne morem preceniti: v polprevodniška industrija, čistost je vse. Izraz visoke čistosti ne pomeni 99% ali celo 99,9%. Za polprevodniški plini, govorimo o ultra visoke čistosti (UHP), ki je običajno 99,999 % (pogosto imenovano "pet devetk") ali višje. Za nekatere kritične procesni plini, je lahko zahteva 99,9999 % ("šest devetk") ali celo višja. Razlog je preprost: onesnaževalci ubijajo zmogljivost.

Lastnosti sodobnega mikročipa se merijo v nanometrih (milijardinkah metra). V tem obsegu je en sam tuj delec ali neželena molekula kot balvan sredi avtoceste. An nečistoča lahko:

• Spremenite električne lastnosti: Potepuški natrijev ion lahko spremeni mejno napetost tranzistorja in povzroči, da se vklopi ali izklopi ob nepravem času.
• Ustvarite strukturne napake: Molekula kisika lahko zmoti popolno kristalno mrežo med epitaksialno rastjo in ustvari "dislokacijo", ki ovira pretok elektronov.
• Vzrok kratkih stikov: Kovinski delec lahko premosti dve sosednji prevodni liniji in ustvari mrtev kratek stik.
• Zmanjšaj donos: Več kontaminantov je prisotnih, večje je število okvarjenih čipov na vsakem oblat, kar neposredno vpliva na dobičkonosnost.

Zato je naša največja naložba kot proizvajalec v čistilno in analitično opremo. Vsaka serija plin mora testirati, da zagotovimo, da ustreza specifikacijam delcev na bilijon (ppb) ali delcev na bilijon (ppt), ki jih zahtevajo naše stranke. The povpraševanje po plinih visoke čistosti je tisto, kar poganja celotno trg posebnega plina za elektroniko.

Kako zagotovimo kakovostno in zanesljivo dobavo plinov visoke čistosti?

Za uradnika za javna naročila, kot je Mark, je to najpomembnejše vprašanje. Odlična cena je brez pomena, če plin kakovost ni dosledna ali pa pošiljka zamuja. Slišal sem grozljive zgodbe: dobavitelji zagotavljajo lažna potrdila o analizi ali pošiljko posebni plini tedne zadržujejo na carini, kar povzroči zaustavitev proizvodne linije. Reševanje teh bolečih točk je jedro naše poslovne filozofije.

Zagotavljanje kakovosti se začne pri čiščenje postopek. Za odstranjevanje sledov nečistoč uporabljamo napredne sisteme, kot je kriogena destilacija in specializirane adsorbente. Vendar se postopek tu ne konča. Najbolj kritičen korak je preverjanje. Uporabljamo najsodobnejše analitične instrumente, kot so plinski kromatografi in masni spektrometri (GC-MS), da testiramo vsako posamezno jeklenko, preden jo pošljemo. Našim strankam nudimo podrobno in verodostojno potrdilo o analizi (COA) za vsako serijo, kar zagotavlja čistost plina.

A zanesljivo oskrbo veriga je druga polovica enačbe. To vključuje:

• Robustna priprava cilindra: Cilindri za plini ultra visoke čistosti podvrženi posebnemu postopku čiščenja in pasiviranja, da zagotovite, da posoda sama ne onesnaži plin.
• Inteligentna logistika: Sodelujemo z izkušenimi logističnimi partnerji, ki razumejo predpise za mednarodno pošiljanje visokotlačnih in včasih nevarnih materialov. Priskrbimo vso potrebno dokumentacijo za nemoteno carinjenje.
• Jasna komunikacija: Naše prodajne in podporne ekipe so usposobljene za zagotavljanje rednih posodobitev. Vedno boste vedeli status vašega naročila, od proizvodnje do končne dostave. Razumemo, da je predvidljivo dobava plinov visoke čistosti je bistvenega pomena za naše stranke, da upravljajo svoje proizvodne načrte. Ponujamo celo različne mešanica plinov možnosti za izpolnjevanje posebnih potreb procesa.

Kakšna je prihodnost plinov v industriji polprevodnikov?

The polprevodniška industrija nikoli ne miruje. Kot predvideva Moorov zakon, si proizvajalci čipov nenehno prizadevajo ustvariti manjše, hitrejše in zmogljivejše naprave. Ta neusmiljena inovacija neposredno vpliva na plini in zmesi uporabljajo pri njihovi izdelavi. Ko se premaknemo na naslednjo generacijo polprevodnikov tehnologije, z velikostjo elementov, ki se skrči na le nekaj nanometrov, bodo zahteve po čistosti plina postale še bolj ekstremne.

Opažamo trend k novim materialom silicij, kot sta galijev nitrid (GaN) in silicijev karbid (SiC), ki zahtevata nove in drugačne procesni plini za jedkanje in nanašanje. Obstaja tudi premik k bolj zapletenim 3D arhitekturam, kot so tranzistorji FinFET in Gate-All-Around (GAA), ki zahtevajo še večjo natančnost v odlaganje in jedkati koraki. To pomeni posebni plin industrija mora nenehno uvajati inovacije, da razvije nove molekule in doseže še višje ravni čiščenje.

Z moje perspektive kot dobavitelja je prihodnost partnerstvo. Ni več dovolj samo prodati jeklenko plin. Moramo tesno sodelovati z našimi strankami v proizvodnja elektronike sektorju, da bi razumeli njihove prihodnje tehnološke načrte. To nam omogoča, da predvidimo potrebo po novem plini visoke čistosti in vlagati v proizvodne in analitične zmogljivosti za njihovo dobavo. Nevidni junaki polprevodnik svet – plini – bodo še naprej v ospredju tehnološkega napredka.

Ključni zaključki

Ko pridobivate industrijske pline za zahteven trg polprevodnikov, si morate zapomniti naslednje najpomembnejše stvari:

• Čistost je najpomembnejša: Najbolj kritičen dejavnik je ultra visoke čistosti. Onesnaževalci, tudi na ravneh delcev na milijardo, lahko povzročijo katastrofalne okvare naprav in zmanjšajo proizvodne donose.
• Plini imajo posebne naloge: Plini niso zamenljivi. So visoko specializirana orodja, ki se uporabljajo za različne procese, kot je ustvarjanje inertne atmosfere (dušik, argon), gradnjo plasti (usedalni plini kot Silane) in rezbarska vezja (jedkalni plini kot CF₄).
• Dobavna veriga je kritična: Zanesljiv dobavitelj naredi več kot samo prodajo izdelka. Zagotavljajo kakovost s strogim testiranjem, zagotavljajo verodostojne certifikate, upravljajo zapleteno logistiko in vzdržujejo jasno komunikacijo, da preprečijo drage proizvodne zamude.
• Tehnično znanje dodaja vrednost: Razumevanje zakaj določeno plin se uporablja in zakaj njegova čistost je tako ključna, da vam omogoča, da postanete učinkovitejši partner svojim strankam, upravičujete kakovost in gradite dolgoročno zaupanje.
• Industrija se razvija: Prizadevanje za manjše in zmogljivejše čipe pomeni povpraševanje po novih, še čistejših posebni plini bo samo še rasla. Partnerstvo z v prihodnost usmerjenim dobaviteljem je ključno za ohranjanje prednosti.