Ne kemi drejtuar një fabrikë në Kinë që është e specializuar në prodhimin e gazrave industrialë. Nga pikëpamja ime, unë kam dëshmuar evolucionin e jashtëzakonshëm të teknologjisë, e gjitha e mundësuar nga diçka që shumica e njerëzve nuk e shohin kurrë: gazra me pastërti ultra të lartë. Mikroçipet e vogla në telefonin, kompjuterin dhe makinën tuaj janë mrekulli të inxhinierisë moderne, por krijimi i tyre është i pamundur pa një furnizim të saktë dhe të përsosur të këtyre gazrave të specializuar.

Ju e kuptoni rëndësinë e cilësisë dhe një zinxhiri të besueshëm furnizimi, por mund të pyesni veten pse standardet për gazrat gjysmëpërçues janë aq astronomikisht të larta. Pse një dërgesë e Argonit duhet të jetë 99,9999% e pastër? Ky udhëzues do të tërheqë perden në botën e fabrikimit të gjysmëpërçuesve. Ne do të eksplorojmë gazrat specifikë të përdorur, çfarë bëjnë ata dhe pse pastërtia e tyre është faktori i vetëm më kritik. Deri në fund, do të keni një kuptim shumë më të qartë të produkteve që merrni dhe do të jeni më të pajisur për të komunikuar vlerën e tyre tek klientët tuaj.

Pse janë gazrat specialë kaq kritikë për fabrikimin e gjysmëpërçuesve?

Imagjinoni të ndërtoni një rrokaqiell ku një kokërr rërë e gabuar mund të shkaktojë shembjen e të gjithë strukturës. Ky është niveli i saktësisë që kërkohet në prodhim gjysmëpërçues industrisë. "Blloqet ndërtuese" të kësaj industrie nuk janë tulla dhe llaç, por atomet, dhe "mjetet" janë shpesh gaze shumë të specializuara. Të gjithë fabrikim të një qark i integruar ndodh në një shkallë mikroskopike, ku shtresat e materialeve, shpesh vetëm disa atome të trasha, depozitohen ose gërmohen larg një meshë silikoni.

Këto proceset gjysmëpërçuese janë tepër të ndjeshme. Çdo grimcë ose kimikate e padëshiruar papastërti mund të prishë arkitekturën delikate të mikroçipit, duke e bërë atë të padobishëm. Ky është vendi ku përdoren gazra. Ata krijojnë mjedise ultra të pastra, sigurojnë lëndët e para për shtresa të reja dhe veprojnë si "bisturë" kimikë që gdhendin shtigjet e ndërlikuara të energjisë elektrike. Të procesi i prodhimit të gjysmëpërçuesve është një valle komplekse e reaksionet kimike, dhe gazrat janë kërcimtarët kryesorë. Pa një furnizim konstant, të besueshëm dhe jashtëzakonisht të pastër të këtyre gazrave, elektronika moderne thjesht nuk do të ekzistonte.

Të gazrat e përdorur në prodhimin e gjysmëpërçuesve nuk janë produktet tuaja standarde industriale. Ato janë projektuar për të përmbushur nivelet e pastërtisë që janë të vështira për t'u kuptuar, shpesh të matura në pjesë për miliard apo edhe pjesë për trilion. Kjo për shkak se performanca e pajisje gjysmëpërçuese është e lidhur drejtpërdrejt me përsosmërinë e strukturës së tyre atomike. Një molekulë reaktive e oksigjenit ose avullit të ujit në atë që duhet të jetë inerte gazit mund të shkaktojë oksidim, duke ndryshuar vetitë elektrike të qarkut dhe çon në defekte. Kjo është arsyeja pse industria e gazrave speciale është kaq jetike për botën e teknologjisë.

Cilat janë kategoritë kryesore të gazeve të përdorura në prodhimin e gjysmëpërçuesve?

Kur flasim për gazrat në prodhimin e gjysmëpërçuesve, ato përgjithësisht ndahen në disa kategori kryesore bazuar në funksionin e tyre. Kuptimi i këtyre grupeve ndihmon në sqarimin e rolit të secilit gazit luan në kompleks procesi i prodhimit. Nuk janë vetëm një ose dy gaze; një moderne gjysmëpërçues fab kërkon mbi 30 të ndryshme gazet dhe përzierjet për të funksionuar.

Së pari janë gaze me shumicë. Këto janë kuajt e punës, të përdorura në sasi masive në të gjithë objektin. Mendoni për to si atmosferën themelore të fabrikave. Më të zakonshmet janë:

• Azoti (N2): Përdoret për pastrimin e dhomave dhe pajisjeve për të hequr ndotësit dhe për të krijuar një mjedis inert.
• Oksigjen (O2): Përdoret për rritjen e shtresave të dioksidit të silikonit (SiO2) me cilësi të lartë, të cilat veprojnë si izolues.
• Hidrogjeni (H2): Përdoret për pastrimin e sipërfaqeve dhe në veçanti depozitimi proceset.
• Argoni (Ar): Një gaz inert përdoret për të krijuar një mjedis të qëndrueshëm për procese si spërkatja.

Tjetra janë gaze speciale, i njohur edhe si gazet e specializuara elektronike. Këto janë shumë specifike, shpesh reaktive ose të rrezikshëm, gazra që kryejnë detyrat kritike të gdhendjes dhe depozitimit. Ato përdoren në sasi më të vogla, por kanë një kosto shumë më të lartë dhe kërkojnë trajtim jashtëzakonisht të kujdesshëm. Këto mund të ndahen më tej në grupe si:

• Gazrat e depozitimit: Këto gazra, si Silani (SiH4), janë burimi i materialit të përdorur për të ndërtuar shtresat e çipit. Ato zbërthehen dhe depozitohen a film i hollë e materialit në meshë silikoni.
• Gazrat e Etchant: Këto janë gazet reaktive përdoret për të hequr materialin në mënyrë selektive. Shembujt përfshijnë komponimet e fluorit si Tetrafluoridi i Karbonit (CF4) dhe klorur hidrogjeni (HCl). Ato përdoren në procesi i gravurës për të gdhendur modelet e qarkut.
• Gazrat ndotës: Këto gazra përdoren për të "drogën" e silikon, që do të thotë futja e qëllimshme e një specifike papastërti (a ndopanse) për ta ndryshuar atë vetitë elektrike. Kjo është thelbësore për krijimin e transistorëve. E zakonshme gazrat ndotës përfshijnë Arsinën (AsH3) dhe Fosfinën (PH3).

Si vepron gazi i azotit si një kalë pune në fabrikat gjysmëpërçuese?

Nëse do të kalonit nëpër një fabrikim gjysmëpërçues objekti, më i përhapuri gazit ju do të hasni është Azoti. Ndërsa jo gjithmonë merr pjesë në kryesore reaksionet kimike që ndërtojnë çipin, roli i tij është absolutisht thelbësor për krijimin e kushteve që ato reagime të kenë sukses. Përdoret azoti kryesisht për inertitetin e saj; nuk reagon lehtësisht me elementë të tjerë, duke e bërë atë "mbushëse" perfekte gazit.

Përdorimi parësor për Azoti është në pastrimin dhe krijimin e një atmosfere inerte. Përpara çdo të ndjeshme procesi gjysmëpërçues mund të fillojë, dhoma duhet të jetë plotësisht e pastër nga ndotës si oksigjeni, avujt e ujit dhe pluhuri. Pastërti e lartë Azoti është shpëlarë nëpër dhomë për të shtyrë jashtë këta elementë të padëshiruar. Kjo parandalon oksidimin aksidental ose reaksione të tjera që do të prishnin meshë. I njëjti parim zbatohet për veglat dhe kutitë e transportit (të njohura si FOUP) që mbartin vafera silikoni ndërmjet fazave të ndryshme të procesi i prodhimit.

Për më tepër, Azoti luan një rol kritik në fotolitografi, procesi i printimit të dizajnit të qarkut në vaferë. Në ultravjollcë të thellë moderne (DUV) litografi, hapësira ndërmjet thjerrëzës dhe meshë është e mbushur me ultra të pastër Azoti (ose Argoni) për të lejuar që drita me gjatësi vale të shkurtër të kalojë pa u zhytur nga ajri. Pa këtë mjedis inert, procesi do të ishte i pamundur. Në përvojën time në furnizimin e fabrikave, kërkesa për një vëllim të vazhdueshëm, të lartë dhe pastërti të lartë Azoti furnizimi është i panegociueshëm.

Çfarë roli luan Argoni në krijimin e mjedisit perfekt?

Ashtu si azoti, Argoni është një fisnik gazit, që do të thotë se është kimikisht inerte. Megjithatë, Përdoret argoni për aplikime specifike ku pesha e tij më e rëndë atomike ofron një avantazh. Një nga më të rëndësishmet nga këto aplikacione është depozitimi i spërkatjes, ose spërkatja. Ky është një avull fizik procesi i depozitimit përdoret për të hedhur filma të hollë metalikë, të cilët formojnë instalimet elektrike të qark i integruar.

Në spërkatje, një tension i lartë aplikohet në një dhomë vakum të mbushur me Gaz argon. Kjo krijon një plazmë të ngarkuar pozitivisht Argoni jonet. Këto jone përshpejtohen dhe përplasen në një "objektiv" të bërë nga metali që duam të depozitojmë (si bakri ose alumini). Forca e përplasjes rrëzon atomet metalike nga objektivi, të cilët më pas fluturojnë nëpër dhomë dhe veshin meshë silikoni në një shtresë të hollë dhe uniforme. Argoni është e përkryer për këtë, sepse është mjaft e rëndë për të zhvendosur në mënyrë efektive atomet e synuara, por kimikisht mjaft inerte saqë nuk do të reagojë me filmin metalik që po ndihmon të krijohet. Ajo ofron perfektin mjedis për depozitimin me spërkatje të metaleve.

Një tjetër përdorim kyç për Argoni është në gravurë plazmatike. Në këtë procesi i gravurës, Argoni shpesh përzihet me një reaktive etchant gazit. Të Argoni ndihmon në stabilizimin e plazmës dhe bombardimin fizik të sipërfaqes, duke ndihmuar gdhendjen kimike dhe duke krijuar prerje më të sakta vertikale në material. Një furnizim i besueshëm i Cilindrat e gazit argon është thelbësore për çdo objekt që kryen metalizim ose gravurë të avancuar.

A mund të shpjegoni se si përdoret hidrogjeni për depozitim dhe pastrim?

Ndërsa azoti dhe argoni vlerësohen për të qenë joreaktivë, Hidrogjeni vlerësohet për të qenë shumë reaktive, por në mënyrë shumë të pastër dhe të kontrolluar. Përdoret hidrogjeni gjerësisht në prodhim gjysmëpërçues për pastrimin e sipërfaqeve dhe në një lloj specifik të depozitimi quhet rritje epitaksiale. Madhësia e tij e vogël atomike e lejon atë të depërtojë dhe të reagojë në mënyra që gazrat e tjerë nuk munden.

Përpara se një shtresë e re të mund të rritet në një meshë, sipërfaqja duhet të jetë krejtësisht e pastër, deri në nivelin atomik. Gaz hidrogjen përdoret në një proces me temperaturë të lartë të quajtur "pjekje me hidrogjen" për të hequr çdo oksid vendas (një shtresë e hollë, natyrale e dioksidit të silikonit) që është formuar në silikon sipërfaqe. Të hidrogjeni reagon me oksigjenin, duke formuar avull uji (H2O) i cili më pas pompohet nga dhoma, duke lënë një të paprekur. silikon sipërfaqe gati për hapin tjetër.

Hidrogjeni është gjithashtu një komponent kyç në epitaksiale rritje (ose "epi"), një proces që rritet një shtresë me një kristal të silikon në krye të meshë silikoni. Kjo shtresë e re ka një strukturë kristalore perfekte dhe të kontrolluar saktësisht ndopanse nivelet. Hidrogjeni vepron si bartës gazit për silikon burimi gazit (si silani ose triklorosilani). Siguron gjithashtu një mjedis të pastër rritjeje duke pastruar çdo atome të humbur të oksigjenit. Cilësia e kësaj shtrese epitaksiale është thelbësore për performancën e procesorëve të nivelit të lartë, duke e bërë pastërtinë e Cilindri i hidrogjenit furnizimi absolutisht kritik.

Cilat janë gazrat e etchant dhe si gdhendin qarqet mikroskopike?

Nëse depozitimi ka të bëjë me ndërtimin e shtresave, gravurja ka të bëjë me gdhendjen selektive të tyre për të krijuar modelet e qarkut. Mendojeni si skulpturë mikroskopike. Pasi një model është përcaktuar duke përdorur fotolitografi, etchant gazet përdoren për të siguruar mjetet kimike për të hequr materialin nga zonat e pambrojtura të meshë. Ky është një nga hapat më kompleks dhe kritik në prodhimin e çipave.

Të gazrat e përdorur në gravurë procesi janë zakonisht komponime të bazuara në fluor, klor ose brom. Zgjedhja e gazit varet nga materiali që gdhendet.

• Gazet me bazë fluorin (p.sh., CF4, SF6, NF3) janë të shkëlqyera për gravurë silikon dhe dioksidi i silikonit.
• Gazrat me bazë klori (p.sh., Cl2, BCl3, HCl) përdoren shpesh për gdhendjen e metaleve si alumini.

Këto gazet reaktive futen në dhomën e plazmës. Plazma thyen gazit molekulat veçohen në shumë reaktive jonet dhe radikalet. Këto radikale më pas reagojnë me sipërfaqen e meshë, duke formuar një përbërje të re të paqëndrueshme që mund të pompohet lehtësisht, duke "gdhendur" materialin. Saktësia e kërkuar është e pamasë; qëllimi është që gravurë drejt poshtë (anizotropikisht) pa e nënprerë shtresën e modeluar. Moderne fabrika gjysmëpërçuese përdorin komplekse përzierjet e gazit dhe kushtet e plazmës të kontrolluara me kujdes për ta arritur këtë.

Çfarë është depozitimi kimik i avullit (CVD) dhe cilët gazra janë të përfshirë?

Depozitimi i avullit kimik (CVD) është një gur themeli procesi i depozitimit në prodhim gjysmëpërçues. Është metoda kryesore e përdorur për të krijuar shtresa të ndryshme të hollë izoluese dhe përcjellëse që përbëjnë një pajisje gjysmëpërçuese. Ideja bazë është të rrjedhë a gazit (ose një përzierje gazesh) mbi një nxehtë meshë. Nxehtësia shkakton gazit të reagojë ose të dekompozohet në sipërfaqen e vaferës, duke lënë pas një shtresë të fortë të materialit të dëshiruar.

Secili prej këtyre reagimeve kërkon kushte tepër të qëndrueshme dhe jashtëzakonisht gaze me pastërti të lartë. Për shembull, kur depozitoni një shtresë polisilikoni duke përdorur Silane, çdo oksigjen papastërti në gazit rryma do të shkaktonte formimin e dioksidit të silikonit në vend të kësaj, duke prishur vetitë përçuese të shtresës. Kjo është arsyeja pse ne, si furnizues, fokusohemi kaq shumë në pastrimi dhe analiza e këtyre gazet e depozitimit. E gjithë biblioteka e Gazra specialiteti me pastërti të lartë ne ofrojmë është e orientuar drejt përmbushjes së këtyre kërkesave të rrepta.

Pse pastërtia ultra e lartë është faktori më i rëndësishëm për gazrat gjysmëpërçues?

Nuk mund ta mbivlerësoj këtë: në industria e gjysmëpërçuesve, pastërti është gjithçka. Termi me pastërti të lartë nuk do të thotë 99% apo edhe 99.9%. Për gazet gjysmëpërçues, po flasim pastërti ultra e lartë (UHP), e cila është zakonisht 99,999% (shpesh quhet "pesë nëntë") ose më e lartë. Për disa kritike gazrat e procesit, kërkesa mund të jetë 99,9999% ("gjashtë nëntë") ose edhe më e lartë. Arsyeja është e thjeshtë: ndotësit vrasin performancën.

Karakteristikat në një mikroçip modern maten në nanometra (të miliardat e një metri). Në këtë shkallë, një grimcë e vetme e huaj ose një molekulë e padëshiruar është si një gur në mes të një autostrade. Një papastërti mund të:

• Ndryshoni vetitë elektrike: Një jon natriumi i humbur mund të ndryshojë tensionin e pragut të një transistori, duke bërë që ai të ndizet ose fiket në kohën e gabuar.
• Krijoni defekte strukturore: Një molekulë oksigjeni mund të prishë rrjetën e përsosur kristalore gjatë rritjes epitaksiale, duke krijuar një "zhvendosje" që pengon rrjedhën e elektroneve.
• Shkaku i qarkut të shkurtër: Një grimcë metalike mund të lidh dy linja përcjellëse ngjitur, duke krijuar një short të vdekur.
• Ulja e rendimentit: Sa më shumë ndotës të pranishëm, aq më i lartë është numri i çipave me defekt në secilën prej tyre meshë, e cila ndikon drejtpërdrejt në rentabilitetin.

Kjo është arsyeja pse, si prodhues, investimi ynë më i madh është në pastrimin dhe pajisjet analitike. Çdo grumbull i duhet të gazit të testohet për t'u siguruar që plotëson specifikimet pjesë-për-miliard (ppb) ose pjesë-për-trilion (ppt) të kërkuara nga klientët tanë. Të kërkesa për gazra me pastërti të lartë është ajo që drejton të gjithë treg special gazi për elektronikë.

Si të sigurojmë furnizim cilësor dhe të besueshëm të gazrave me pastërti të lartë?

Për një zyrtar prokurimi si Marku, kjo është pyetja më e rëndësishme. Një çmim i madh është i pakuptimtë nëse gazit cilësia është e paqëndrueshme ose dërgesa është me vonesë. Kam dëgjuar histori tmerri: furnitorë që ofrojnë certifikata mashtruese të analizave, ose një dërgesë të gaze speciale duke u mbajtur në doganë për javë të tëra, duke bërë që një linjë prodhimi të ndalonte. Adresimi i këtyre pikave të dhimbjes është në thelb të filozofisë sonë të biznesit.

Sigurimi i cilësisë fillon me pastrimi procesi. Ne përdorim sisteme të avancuara si distilimi kriogjenik dhe materiale të specializuara adsorbuese për të hequr gjurmët e papastërtive. Por procesi nuk mbaron me kaq. Hapi më kritik është verifikimi. Ne përdorim instrumente analitike më të avancuara si Gas Chromatograph-Spectrometers Mass (GC-MS) për të testuar çdo cilindër përpara se të dërgohet. Ne u ofrojmë klientëve tanë një Certifikatë të detajuar dhe autentike të analizës (COA) për çdo grup, duke garantuar pastërtia e gazit.

A furnizim i besueshëm zinxhiri është gjysma tjetër e ekuacionit. Kjo përfshin:

• Përgatitja e fortë e cilindrit: Cilindra për gaze me pastërti ultra të lartë i nënshtrohen një procesi të posaçëm pastrimi dhe pasivimi për të siguruar që vetë kontejneri të mos e ndotë atë gazit.
• Logjistika inteligjente: Ne punojmë me partnerë logjistikë me përvojë, të cilët i kuptojnë rregullat për transportin ndërkombëtar të materialeve me presion të lartë dhe ndonjëherë të rrezikshëm. Ne ofrojmë të gjithë dokumentacionin e nevojshëm për të siguruar zhdoganim të qetë.
• Komunikim i qartë: Ekipet tona të shitjeve dhe mbështetjes janë trajnuar për të ofruar përditësime të rregullta. Ju gjithmonë do ta dini statusin e porosisë suaj, nga prodhimi deri në dorëzimin përfundimtar. Ne e kuptojmë se një e parashikueshme furnizimi me gazra me pastërti të lartë është thelbësore që klientët tanë të menaxhojnë oraret e tyre të prodhimit. Ne madje ofrojmë të ndryshme përzierje gazi opsione për të përmbushur nevojat specifike të procesit.

Çfarë ka e ardhmja për gazrat në industrinë e gjysmëpërçuesve?

Të industria e gjysmëpërçuesve nuk qëndron kurrë në vend. Siç parashikohet nga Ligji i Moore, prodhuesit e çipave po përpiqen vazhdimisht të krijojnë pajisje më të vogla, më të shpejta dhe më të fuqishme. Kjo risi e pamëshirshme ndikon drejtpërdrejt në gazet dhe përzierjet përdoren në prodhimin e tyre. Ndërsa kalojmë në gjenerata e ardhshme e gjysmëpërçuesve teknologjia, me madhësitë e veçorive që zvogëlohen në vetëm disa nanometra, kërkesat për pastërtinë e gazit do të bëhen edhe më ekstreme.

Ne po shohim një tendencë drejt materialeve të reja përtej silikon, të tilla si nitridi i galiumit (GaN) dhe karbidi i silikonit (SiC), të cilat kërkojnë të reja dhe të ndryshme gazrat e procesit për gravurë dhe depozitim. Ekziston gjithashtu një lëvizje drejt arkitekturave më komplekse 3D, si transistorët FinFET dhe Gate-All-Around (GAA), të cilët kërkojnë saktësi edhe më të madhe në depozitimi dhe gravurë hapat. Kjo do të thotë gaz i specializuar industria duhet të inovojë vazhdimisht për të zhvilluar molekula të reja dhe për të arritur nivele edhe më të larta të pastrimi.

Nga këndvështrimi im si furnizues, e ardhmja ka të bëjë me partneritetin. Nuk mjafton më të shesësh vetëm një cilindër gazit. Ne duhet të punojmë ngushtë me klientët tanë në prodhim elektronik sektori për të kuptuar udhërrëfyesin e tyre të ardhshëm teknologjik. Kjo na lejon të parashikojmë nevojën për të reja gaze me pastërti të lartë dhe investojnë në aftësitë prodhuese dhe analitike për furnizimin e tyre. Heronjtë e padukshëm të gjysmëpërçues bota - gazrat - do të vazhdojnë të jenë në ballë të përparimit teknologjik.

Marrëveshje kryesore

Ndërsa merrni gazra industrialë për tregun e kërkuar të gjysmëpërçuesve, këtu janë gjërat më të rëndësishme për t'u mbajtur mend:

• Pastërtia është parësore: Faktori i vetëm më kritik është pastërti ultra e lartë. Ndotësit, edhe në nivele pjesë-për-miliard, mund të shkaktojnë dështim katastrofik të pajisjes dhe të ulin rendimentet e prodhimit.
• Gazet kanë punë specifike: Gazrat nuk janë të këmbyeshëm. Ato janë mjete shumë të specializuara që përdoren për procese të veçanta si krijimi i atmosferave inerte (Azot, Argon), ndërtimi i shtresave (gazet e depozitimit si Silane), dhe qarqet e gdhendjes (gaze etchant si CF4).
• Zinxhiri i furnizimit është kritik: Një furnizues i besueshëm bën më shumë sesa thjesht të shesë një produkt. Ata sigurojnë cilësi përmes testimit rigoroz, ofrojnë certifikime autentike, menaxhojnë logjistikën komplekse dhe mbajnë komunikim të qartë për të parandaluar vonesat e kushtueshme të prodhimit.
• Njohuritë teknike shtojnë vlerë: Kuptimi pse një të caktuar gazit përdoret dhe pse pastërtia e tij është kaq thelbësore ju lejon të jeni një partner më efektiv për klientët tuaj, duke justifikuar cilësinë dhe duke ndërtuar besimin afatgjatë.
• Industria po zhvillohet: Shtytja për çipa më të vegjël dhe më të fuqishëm nënkupton kërkesën për të reja, madje edhe më të pastra gaze speciale vetëm do të vazhdojë të rritet. Partneriteti me një furnizues largpamës është çelësi për të qëndruar përpara.