Në botën e teknologjisë moderne, gjysmëpërçues është mbret. Këto çipa të vegjël e të ndërlikuar fuqizojnë gjithçka, nga telefonat tanë inteligjentë te makinat tona dhe qendrat e të dhënave që drejtojnë internetin. Por çfarë e fuqizon krijimin e këtyre çipave? Përgjigja, çuditërisht, është gazit. Jo vetëm ndonjë gazit, por gaze me pastërti të lartë pastërti të paimagjinueshme. Si Allen, pronar i një fabrike me shtatë linja prodhimi të specializuara për gazrat industriale, unë kam parë vetë se si kërkesa për pastërti është rritur në qiell. Ky artikull është për drejtuesit e biznesit si Mark Shen, të cilët janë në ballë të gazit zinxhiri i furnizimit. Ju e kuptoni cilësinë dhe çmimin, por për të udhëhequr me të vërtetë në këtë treg, ju duhet të kuptoni pse. Ne do të çmitizojmë botën komplekse të prodhimin e gjysmëpërçuesve, duke shpjeguar me fjalë të thjeshta pse një endacak i vetëm grimcë në një gazit rryma mund t'i kushtojë një fabrike miliona. Ky është udhëzuesi juaj për të folur në gjuhën e industria e gjysmëpërçuesve dhe duke u bërë një partner i domosdoshëm.

Çfarë roli luan gazi në krijimin e një çipi gjysmëpërçues?

Në thelbin e saj, prodhimin e gjysmëpërçuesve është një proces i ndërtimit të qarqeve elektrike mikroskopike me shumë shtresa në një disk të hollë prej silikon, i njohur si a meshë. Imagjinoni të përpiqeni të ndërtoni një rrokaqiell në madhësinë e një pulle postare, me miliarda dhoma dhe korridore. Kjo është shkalla për të cilën po flasim. Për ta arritur këtë, nuk mund të përdorni mjete fizike. Në vend të kësaj, e gjithë procesi i prodhimit mbështetet në një sërë reaksionesh kimike të sakta dhe mjeti kryesor për këto reaksione është gazit.

Gazrat veprojnë si duar të padukshme që ndërtojnë këto qarqe. Ata bëjnë disa punë kritike. Disa, si azoti, krijojnë një mjedis krejtësisht të pastër dhe të qëndrueshëm, duke parandaluar reagimet e padëshiruara. Të tjerët, të njohur si gazrat e procesit, janë blloqet aktuale të ndërtimit ose mjetet e gdhendjes. Për shembull, një specifik lloj gazi mund të përdoret për të depozituar një shtresë mikroskopike të materialit përçues, ndërsa një tjetër gazit përdoret pikërisht për gravurë larg materialit për të formuar një shteg qarku. Çdo hap, nga pastrimi i meshë ndërtimi i tranzistorëve përfundimtar, përfshin një specifikë gazit ose përzierje gazesh. Saktësia e rrjedhjen e gazit dhe përbërja e tij kimike dikton drejtpërdrejt suksesin e prodhimin e çipave procesi.

Pse është pastërtia kaq jetike në prodhimin e gjysmëpërçuesve?

Në jetën tonë të përditshme, pak pluhur ose ndotja e ajrit nuk është gjë e madhe. Por brenda një gjysmëpërçues fabrika e fabrikimit, ose "fab", është një katastrofë. Komponentët që ndërtohen mbi një silikon meshë maten shpesh në nanometra - kjo është e miliarda e një metri. Për ta vënë këtë në perspektivë, një fije floku e vetme njerëzore është rreth 75,000 nanometra e gjerë. Një pluhur i vogël grimcë ju as nuk mund të shihni është një gur gjigant në botën e gjysmëpërçues fabrikim.

Kjo është arsyeja pse pastërti është karakteristika e vetme më e rëndësishme e gazeve përdoret në gjysmëpërçues prodhimit. Çdo molekulë e padëshiruar - qoftë një molekulë uji e humbur, një metal i vogël grimcë, ose ndryshe gazit molekula-konsiderohet një papastërti. Kjo ndotje mund të prishë plotësisht delikaten reaksion kimik duke u zhvilluar në meshësipërfaqen e. Një beqare papastërti mund të bllokojë formimin e një qarku, të shkaktojë një qark të shkurtër ose të ndryshojë vetitë elektrike të gjysmëpërçuesit material. Sepse një beqar meshë mund të përmbajë qindra ose mijëra çipa individuale, një gabim i vogël mund të çojë në një humbje masive financiare. I gjithë procesi kërkon nivelet më të larta të pastërtisë për të punuar fare.

Si e shkatërrojnë papastërtitë në gazrat prodhimin gjysmëpërçues?

Kur një papastërti është i pranishëm në një proces gazit, mund të shkaktojë një "vrasës defekt." Kjo nuk është vetëm një e metë e vogël; eshte nje defekt që jep të gjithë mikroçipin në atë seksion të meshë të padobishme. Le të shohim se si ndodh kjo. Gjatë depozitimi fazë, ku po ndërtohen shtresa të hollë shtresa, një e padëshiruar grimcë mund të ulet në sipërfaqe. Kur shtresa tjetër depozitohet sipër, ajo krijon një gungë ose zbrazëti mikroskopike. Kjo e metë mund të prishë lidhjen elektrike ose të krijojë një të paqëllimshme, duke shkatërruar në mënyrë efektive tranzistorin që po ndërtohet.

Pasojat e kësaj janë shkatërruese për fundin e një fabi. Metrika kryesore për suksesin në a gjysmëpërçues fab është "yield" - përqindja e çipave të punës të prodhuara nga një i vetëm meshë. Edhe një rënie e vogël në rendimenti, nga 95% në 90%, mund të përfaqësojë miliona dollarë të ardhura të humbura. Papastërtitë e gazit janë një shkak i drejtpërdrejtë i reduktimit rendimenti. Kjo është arsyeja pse prodhuesit e gjysmëpërçuesve janë të fiksuar pas pastërtia e gazit. Ata duhet të jenë të sigurt se gazit futja e mjeteve të tyre shumë miliardë dollarëshe është absolutisht pa asnjë ndotës që mund të prishë procesi i prodhimit të gjysmëpërçuesve. Është një lojë e saktësisë mikroskopike ku nuk ka vend për gabime.

Cilat janë gazrat kryesore të përdorura në fabrikimin e gjysmëpërçuesve?

Gama e gazeve të përdorura në industria e gjysmëpërçuesve është e madhe, por ato përgjithësisht ndahen në dy kategori: gazra me shumicë dhe gazra speciale.

• Gazrat me shumicë: Këto përdoren në sasi të mëdha dhe përbëjnë themelin e mjedisit prodhues.

  • Azoti (N2): Ky është kali i punës. Ultra e lartë pastërti Azoti përdoret për të krijuar një "atmosferë" inerte brenda veglave të fabrikimit. Kjo pastron oksigjenin, lagështinë dhe grimcat e tjera, duke parandaluar oksidimin e padëshiruar ose ndotje të meshë.
  • Hidrogjeni (H2): Shpesh përdoret në kombinim me gazra të tjerë, hidrogjeni është vendimtare me siguri depozitimi proceset dhe për krijimin e mjediseve kimike shumë specifike të nevojshme për ndërtimin e strukturave të tranzistorit.
  • Argoni (Ar): Si inerte gazit, Argoni përdoret në një proces të quajtur spërkatje, ku përdoret për të bombarduar një material të synuar, duke trokitur atome të lirshme që më pas depozitohen në meshë. Përdoret gjithashtu për të krijuar plazma në shumë gravurë proceset.

• Gazrat e specializuar: Këta janë gazra kompleksë, shpesh të rrezikshëm dhe shumë të projektuar që përdoren për hapa të veçantë të procesit. Ata janë përbërësit "aktivë".

  • Etchants: Gazra si klori (Cl2) dhe bromi i hidrogjenit (HBr) përdoren për të gdhendur saktësisht ose gravurë modele në shtresat e meshë.
  • Dopantët: Gaze të tilla si arsina (AsH3) dhe fosfina (PH3) përdoren për të futur qëllimisht një specifik. papastërti në silikon për të ndryshuar vetitë e tij elektrike, që është mënyra se si kontrollohen transistorët.
  • Gazrat e depozitimit: Silani (SiH4) është një shembull klasik, i përdorur si burim i silikon për të depozituar filma të hollë.

Për një oficer prokurimi si Marku, është thelbësore të dihet se ndërsa të gjithë këta gazra janë të ndryshëm, ata ndajnë një kërkesë të përbashkët: ekstreme pastërti.

A mund ta shpjegoni depozitimin dhe gdhendjen me terma të thjeshtë?

Prodhimi i gjysmëpërçuesve përfshin qindra hapa, por shumica e tyre janë variacione të dy proceseve themelore: depozitimi dhe gravurë. Kuptimi i këtyre në terma të thjeshtë është çelësi për të kuptuar rolin e gazit.

1. Depozitimi: Ndërtimi i shtresave
Mendoni për depozitimi si lyerja me spërkatje me molekula. Qëllimi është të shtoni një shtresë ultra të hollë, krejtësisht uniforme të një materiali mbi të meshë silikoni.

• Procesi: Një proces gazit (si silani) përzihet me a gaz transportues (si azoti ose hidrogjeni). Kjo gazit përzierja më pas futet në një dhomë që përmban meshë. A reaksion kimik shkaktohet, shpesh nga nxehtësia ose a plazma, duke bërë që molekulat të "precipitojnë" jashtë gazit dhe formojnë një të ngurtë film i hollë në meshësipërfaqen e.
• Pse ka rëndësi pastërtia: Nëse ka një ndotës grimcë në gazit lumë, është si një grimcë pluhuri që futet në bojën tuaj me llak. Ajo do të futet në shtresën e re, duke krijuar një strukturë defekt. Nëse ka një të padëshiruar gazit molekulë, ajo mund të reagojë gabimisht, duke ndryshuar përbërjen kimike dhe vetitë elektrike të shtresës.

2. Etching: Gdhendja e qarqeve
Pas ndërtimit të një shtrese, duhet të gdhendni modelin e qarkut në të. Etch është procesi i heqjes selektive të materialit.

• Procesi: Të meshë është e veshur me një material të ndjeshëm ndaj dritës i quajtur fotorezist. Një model është projektuar mbi të (si një klishe). Zonat e ekspozuara më pas ngurtësohen. Të meshë më pas vendoset në një dhomë të mbushur me etchant gazit (si një përbërje me bazë fluori). Kjo gazit energjizohet në një plazma gjendje, duke e bërë atë shumë reaktive. Të plazma bombardon meshë, duke ngrënë kimikisht materialin vetëm në zonat e pambrojtura me shabllon.
• Pse ka rëndësi pastërtia: Papastërtitë në gaze përdoret për gravurë mund të ndryshojë shpejtësinë e reagimit. Kjo mund të shkaktojë gdhendjen e qarqeve shumë të gjera, shumë të ngushta ose aspak. Një metal grimcë papastërti madje mund të bllokojë gravurë përpunoni në një vend të vogël, duke lënë pas një "post" materiali të padëshiruar që shkurton qarkun.

Si matet dhe ruhet pastërtia ultra e lartë e gazit?

Në industria globale e gjysmëpërçuesve, matjet standarde të pastërtisë si "përqindja" janë të padobishme. Kemi të bëjmë me ndotje në një shkallë që është e vështirë për t'u kuptuar. Pastërtia matet në pjesë për trilion (ppt). Kjo do të thotë për çdo trilion gazit molekula, mund të ketë vetëm një ose dy molekula të papastërtive.

Për të arritur dhe verifikuar këtë nivel të pastërtia e gazit, një sistem i sofistikuar i pastrimi i gazit dhe kërkohet analiza.

Në fabrikën tonë, ne nuk prodhojmë vetëm gazit; jetojmë dhe marrim frymë kontrollin e cilësisë. Të furnizimi me gaz zinxhir për një gjysmëpërçues fab përfshin pastrues të specializuar të instaluar pikërisht në pikën e përdorimit. Për më tepër, i avancuar analiza e gazit mjetet përdoren për monitorimi në kohë reale. Teknika si masa jonizuese e presionit atmosferik spektrometria (APIMS) mund të kryejë zbulimi i papastërtive deri në nivelin e pjesëve për trilion, duke siguruar që uhp gaz (pastërti ultra e lartë) hyrja në mjetin e procesit është e përsosur.

Çfarë e bën të besueshëm një furnizues të gazit me pastërti të lartë?

Për një drejtues prokurimi si Marku, i cili ka përjetuar dhimbjen e vonesave të dërgesave dhe certifikatave mashtruese, besueshmëria është gjithçka. Në botën e gjysmëpërçues me pastërti të lartë gazet, besueshmëria mbështetet në tre shtylla: Konsistenca e Prodhimit, Sigurimi i Cilësisë dhe Ekspertiza Logjistike.

1. Konsistenca e prodhimit: Një furnizues i besueshëm duhet të ketë aftësi të fuqishme dhe të tepërta prodhimi. Shtatë linjat e prodhimit të fabrikës sonë, për shembull, sigurojnë që ne mundemi plotësojnë kërkesën e lartë dhe se një problem në një linjë nuk e ndalon të gjithë prodhimin tonë. Kjo minimizon rrezikun e ndërprerjeve të furnizimit që mund të mbyllin një shumë miliardë dollarë gjysmëpërçues fab.
2. Sigurimi i verifikueshëm i cilësisë: Nuk mjafton të pretendosh se ke gaz me pastërti të lartë. Ju duhet të jeni në gjendje ta provoni atë. Kjo do të thotë investim në pajisje analitike moderne për zbulimi i papastërtive. Do të thotë gjithashtu ofrimi i Certifikatave të Analizës (CoA) transparente dhe të gjurmueshme me çdo dërgesë. Lufta kundër mashtrimit të certifikatave ka të bëjë me ndërtimin e një marrëdhënieje afatgjatë të bazuar në besim dhe të dhëna të verifikueshme.
3. Ekspertiza logjistike: Marrja e një gaz gërryes ose lëngu kriogjenik nga Kina në SHBA nuk është i thjeshtë. Kërkon kontejnerë të specializuar, njohuri të rregulloreve ndërkombëtare të transportit dhe planifikim të përpiktë për të shmangur vonesat. Një furnizues i besueshëm e kupton se kjo nuk është vetëm dërgimi i një kutie; po menaxhon një pjesë kritike të botës gjysmëpërçues zinxhiri i furnizimit.

Cili është ndryshimi midis gazit me shumicë dhe gazit special?

Kuptimi i dallimit ndërmjet gaz me shumicë dhe gaz i specializuar është kyç për këdo që është i përfshirë në dhënien e burimeve për industria e gjysmëpërçuesve. Ndërsa të dyja kërkojnë ekstreme pastërti, shkalla, trajtimi dhe aplikimi i tyre janë shumë të ndryshme.

Gazrat me shumicë, si Gazra specialiteti me pastërti të lartë, referojuni gazra si azoti, oksigjen, argon dhe hidrogjeni. Ato janë themeli i mjedisit të fabrikave. Termi "shumica" i referohet sasive masive të përdorura. Këto gazra prodhohen shpesh në vend ose aty pranë dhe shpërndahen nëpërmjet tubacioneve të dedikuara drejtpërdrejt në sistemin e brendshëm të shpërndarjes së fabrikave. Sfidat kryesore këtu janë ruajtja pastërti mbi rrjetet e mëdha të shpërndarjes dhe sigurimin e një furnizimi të pandërprerë me volum të lartë.

Gaz specialiteti (ose gaz elektronik) i referohet një kategorie të gjerë gazesh shpesh ekzotikë, reaktivë ose të rrezikshëm të përdorur në sasi më të vogla për hapa të veçantë të procesit si gravimi dhe depozitimi. Shembujt përfshijnë silanin, amoniakun, triklorurin e borit dhe trifluoridin e azotit. Këto shpërndahen në cilindra individualë me presion të lartë. Sfidat me gaz i specializuar janë siguri ekstreme në trajtimin, duke siguruar konsistencë të përsosur të përzierjes për përzierjet e gazit dhe duke parandaluar çdo reaksion kimik brenda cilindrit që mund të komprometojë cilësia e gazit.

Si po evoluon kërkesa për gaz gjysmëpërçues me pastërti të lartë?

Të industria e gjysmëpërçuesve nuk qëndron kurrë në vend. Ligji i Moore, vëzhgimi se numri i transistorëve në një çip dyfishohet afërsisht çdo dy vjet, vazhdon të shtyjë kufijtë e fizikës. Ndërsa tranzistorët tkurren, ato bëhen në mënyrë eksponenciale më të ndjeshme ndaj ndotje. A madhësia e grimcave që ishte e pranueshme pesë vjet më parë është një "vrasës defekt"sot.

Kjo lëvizje e pamëshirshme për çipa më të vegjël dhe më të fuqishëm nënkupton kërkesën për nivele edhe më të larta pastërtia e gazit po rritet. Ne po lëvizim nga një botë ku pjesë-për-miliard ishte standardi i arit në një botë ku pjesë-për-trilion është kërkesa minimale e hyrjes për gjysmëpërçues i avancuar nyjet. Për më tepër, materialet e reja dhe arkitekturat e çipave, si transistorët 3D NAND dhe Gate-All-Around (GAA), kërkojnë një portofol krejtësisht të ri të gazi i gjeneratës së ardhshme përzierjet dhe prekursorët. Si prodhuesit e gazit, ne jemi në një garë të vazhdueshme inovacioni, duke zhvilluar teknologji të reja pastrimi dhe metoda analitike për të mbajtur ritmin me industria globale e gjysmëpërçuesve.

Si blerës, çfarë çertifikimesh cilësore duhet të kërkoj?

Lundrimi në botën e furnitorëve mund të jetë i vështirë, veçanërisht kur kemi të bëjmë me produkte teknike. Certifikatat ofrojnë një vërtetim vendimtar, nga palët e treta, të aftësive të një furnizuesi dhe përkushtimit ndaj cilësisë. Kur sigurohet gaze me pastërti të lartë për industria e gjysmëpërçuesve, këtu janë disa gjëra për të kërkuar:

• ISO 9001: Ky është një certifikim themelor për sistemet e menaxhimit të cilësisë. Ai tregon se furnizuesi ka procese të mirëpërcaktuara dhe të përsëritshme për prodhimin, inspektimin dhe dorëzimin.
• ISO/IEC 17025: Kjo është një çështje kritike. Është standardi për kompetencën e laboratorëve të testimit dhe kalibrimit. Një furnizues me këtë certifikim ka vërtetuar se laboratori i tyre i brendshëm - ai që gjeneron Certifikatën tuaj të Analizës - është i saktë dhe i besueshëm.
• Analiza e gjurmueshme: Kërkoni gjithmonë një Certifikatë të Analizës (CoA) për çdo cilindër ose grumbull të vetëm. Kjo certifikatë duhet të detajojë nivelin e saktë të kritikës papastërtitë në gaz, e matur me metoda specifike analitike si kromatografia me gaz ose spektrometria e masës.

Si një udhëheqës vendimtar si Mark, mjeti juaj më i mirë është të bëni pyetje hetuese. Mos pyet vetëm "A është kjo gazit e pastër?" Pyete "Si e vërteton se është e pastër? Më trego certifikimin e laboratorit tënd. Shpjegoni procesin tuaj për të siguruar konsistencën nga shumë në shumë." Një partner vërtet ekspert dhe i besueshëm do t'i mirëpresë këto pyetje dhe do të ketë përgjigje të sigurta dhe transparente.

Marrëveshje kryesore

• Gazi është një mjet: Në prodhim gjysmëpërçues, gazrat nuk janë vetëm materiale; ato janë mjete precize që përdoren për të ndërtuar dhe gdhendur qarqe mikroskopike në a meshë silikoni.
• Pastërtia është gjithçka: Shkalla e prodhimin e çipave është aq i vogël sa një i vetëm i padëshiruar grimcë ose papastërti molekula mund të shkatërrojë një çip, duke bërë pastërti ultra e lartë një kërkesë e panegociueshme.
• Rendimenti është qëllimi: Ndikimi primar i kontaminimi i gazit është një reduktim në prodhim rendimenti, që përkthehet drejtpërdrejt në miliona dollarë të ardhura të humbura për fabrika gjysmëpërçuese.
• Dy procese kryesore: Shumica e hapave në krijimin e një çipi përfshijnë ose depozitimi (shtresat e ndërtimit) ose gravurë (modelet e gdhendjes), të cilat të dyja varen plotësisht nga reaksionet e sakta kimike të gazrave të pastër.
• Besueshmëria është çelësi: Një furnizues i besueshëm në gaz gjysmëpërçues tregu duhet të demonstrojë konsistencën e prodhimit, sigurimin e cilësisë së verifikueshme përmes laboratorëve të çertifikuar dhe menaxhimin e ekspertëve të logjistikës.
• E ardhmja është më e pastër: Ndërsa gjysmëpërçuesit bëhen më të avancuar, kërkesa për nivele edhe më të larta të pastërtia e gazit (deri në pjesë për trilion) vetëm do të vazhdojë të rritet.