Tumekuwa tukiendesha kiwanda nchini China ambacho kitaalam katika kutengeneza gesi za viwandani. Kutoka kwa eneo langu la kupendeza, nimeshuhudia mabadiliko ya ajabu ya teknolojia, yote yanaendeshwa na kitu ambacho watu wengi hawaoni: gesi za usafi wa hali ya juu. Microchips ndogo kwenye simu yako, kompyuta, na gari ni maajabu ya uhandisi wa kisasa, lakini uundaji wao hauwezekani bila usambazaji sahihi na usio na usawa wa gesi hizi maalum.

Unaelewa umuhimu wa ubora na mnyororo wa kuaminika wa usambazaji, lakini unaweza kujiuliza Kwanini Viwango vya gesi za semiconductor ni juu sana. Je! Kwa nini usafirishaji wa Argon unahitaji kuwa 99.9999% safi? Mwongozo huu utarudisha nyuma pazia kwenye ulimwengu wa upangaji wa semiconductor. Tutachunguza gesi maalum zinazotumiwa, wanafanya nini, na kwa nini usafi wao ndio sababu moja muhimu zaidi. Mwishowe, utakuwa na uelewa wazi zaidi wa bidhaa unazozitoa na uwe na vifaa bora kuwasiliana na wateja wako.

Je! Kwa nini gesi maalum ni muhimu sana kwa utengenezaji wa semiconductor?

Fikiria kujenga skyscraper ambapo nafaka moja ya mchanga iliyowekwa vibaya inaweza kusababisha muundo wote kuanguka. Huo ndio kiwango cha usahihi unaohitajika katika Semiconductor Viwanda Viwanda. "Vitalu vya ujenzi" vya tasnia hii sio matofali na chokaa, lakini atomi, na "zana" mara nyingi ni gesi maalum. Nzima Uundaji ya Mzunguko uliojumuishwa hufanyika kwa kiwango cha microscopic, ambapo tabaka za vifaa, mara nyingi atomi chache tu nene, huwekwa kwenye au kutolewa mbali na Silicon Wafer.

Hizi michakato ya semiconductor ni nyeti sana. Chembe yoyote isiyohitajika au kemikali uchafu Inaweza kuvuruga usanifu maridadi wa microchip, ikitoa haina maana. Hapa ndipo Gesi hutumiwa. Wanaunda mazingira safi ya safi, hutoa malighafi kwa tabaka mpya, na hufanya kama "scalpels" za kemikali ambazo huchonga njia ngumu za umeme. Mchakato wa utengenezaji wa semiconductor ni densi ngumu ya athari za kemikali, na gesi ndio wachezaji wanaoongoza. Bila usambazaji wa gesi hizi za mara kwa mara, za kuaminika, na safi kabisa, vifaa vya elektroniki vya kisasa havingekuwepo.

The Gesi zinazotumiwa katika utengenezaji wa semiconductor sio bidhaa zako za kawaida za viwandani. Wameundwa kufikia viwango vya usafi ambavyo ni ngumu kuelewa, mara nyingi hupimwa katika sehemu kwa bilioni au hata sehemu kwa trilioni. Hii ni kwa sababu utendaji wa vifaa vya semiconductor imefungwa moja kwa moja na ukamilifu wa muundo wao wa atomiki. Molekuli tendaji ya oksijeni au mvuke wa maji katika kile kinachopaswa kuwa kiingilio gesi inaweza kusababisha oxidation, kubadilisha mali ya umeme ya mzunguko na kusababisha kasoro. Hii ndio sababu Sekta ya Gesi Maalum ni muhimu sana kwa ulimwengu wa teknolojia.

Je! Ni aina gani kuu za gesi zinazotumiwa katika utengenezaji wa semiconductor?

Tunapozungumza Gesi katika utengenezaji wa semiconductor, kwa ujumla huanguka katika vikundi vichache muhimu kulingana na kazi yao. Kuelewa vikundi hivi husaidia kufafanua jukumu kila mmoja gesi Inacheza katika tata mchakato wa uzalishaji. Sio gesi moja au mbili tu; ya kisasa Semiconductor Fab inahitaji zaidi ya 30 tofauti gesi na mchanganyiko kufanya kazi.

Kwanza ni gesi nyingi. Hizi ndizo viboreshaji, vinavyotumika kwa idadi kubwa katika kituo chote. Fikiria kama mazingira ya msingi ya kitambaa. Ya kawaida ni:

• Nitrojeni (n₂): Inatumika kwa vyumba vya kusafisha na vifaa ili kuondoa uchafu na kuunda mazingira ya inert.
• Oksijeni (O₂): Inatumika kukuza tabaka za hali ya juu ya silicon dioksidi (SiO₂), ambayo hufanya kama insulators.
• Hydrogen (H₂): Inatumika kwa kusafisha nyuso na haswa uwekaji michakato.
• Argon (AR): An gesi ya kuingiza Inatumika kuunda mazingira thabiti ya michakato kama sputtering.

Ifuatayo ni gesi maalum, pia inajulikana kama Gesi maalum za elektroniki. Hizi ndizo maalum sana, mara nyingi tendaji au hatari, gesi ambazo hufanya kazi muhimu za kuorodhesha na kuwekwa. Zinatumika kwa idadi ndogo lakini zina gharama kubwa zaidi na zinahitaji utunzaji wa uangalifu sana. Hizi zinaweza kugawanywa zaidi katika vikundi kama:

• Gesi za uwekaji: Gesi hizi, kama Silane (Sih₄), ndio chanzo cha nyenzo zinazotumiwa kujenga tabaka za chip. Wao huamua na amana a Filamu nyembamba ya nyenzo kwenye Silicon Wafer.
• Gesi etchant: Hizi ni Gesi tendaji Inatumika kuondoa kwa kuchagua nyenzo. Mfano ni pamoja na misombo ya fluorine kama kaboni tetrafluoride (CF₄) na kloridi ya haidrojeni (HCl). Zinatumika katika Mchakato wa Etching Kuchora mifumo ya mzunguko.
• Gesi zenye dopant: Gesi hizi hutumiwa "dope" Silicon, ambayo inamaanisha kuanzisha kwa makusudi uchafu (a dopant) kubadilisha yake mali ya umeme. Hii ni muhimu kuunda transistors. Kawaida gesi za dopant ni pamoja na arsine (ASH₃) na phosphine (ph₃).

Je! Gesi ya nitrojeni inafanyaje kama kazi kubwa katika fabs za semiconductor?

Ikiwa ungetembea kupitia a Utengenezaji wa semiconductor kituo, cha kawaida zaidi gesi ungekutana ni Nitrojeni. Wakati haishiriki kila wakati katika kuu athari za kemikali Hiyo huunda chip, jukumu lake ni muhimu kabisa kwa kuunda hali za athari hizo kufanikiwa. Nitrojeni hutumiwa kimsingi kwa unertness wake; Haina kuguswa kwa urahisi na vitu vingine, na kuifanya kuwa "filler" kamili gesi.

Matumizi ya msingi kwa Nitrojeni iko katika kusafisha na kuunda mazingira ya inert. Kabla ya nyeti yoyote Mchakato wa Semiconductor Inaweza kuanza, chumba lazima kiwe na uchafu kabisa kama oksijeni, mvuke wa maji, na vumbi. Usafi wa hali ya juu Nitrojeni imejaa kupitia chumba kushinikiza vitu hivi visivyohitajika. Hii inazuia oxidation ya bahati mbaya au athari zingine ambazo zinaweza kuharibu wafer. Kanuni hiyo hiyo inatumika kwa zana na maganda ya usafirishaji (inayojulikana kama foups) ambayo hubeba Vipuli vya Silicon kati ya hatua tofauti za Mchakato wa utengenezaji.

Kwa kuongezea, Nitrojeni ina jukumu muhimu katika Photolithography, mchakato wa kuchapisha muundo wa mzunguko kwenye kaanga. Katika Ultraviolet ya kisasa ya kina (DUV) Lithography, nafasi kati ya lensi na wafer imejazwa na Ultra-pure Nitrojeni (au Argon) kuruhusu taa fupi-wavelength kupita bila kufyonzwa na hewa. Bila mazingira haya ya kuingiza, mchakato haungewezekana. Katika uzoefu wangu kusambaza kwa Fabs, mahitaji ya kuendelea, kiwango cha juu, na usafi wa hali ya juu Nitrojeni Ugavi hauwezi kujadiliwa.

Je! Argon anachukua jukumu gani katika kuunda mazingira bora?

Kama nitrojeni, Argon ni mtukufu gesi, ikimaanisha ni kemikali inert. Hata hivyo, Argon hutumiwa Kwa matumizi maalum ambapo uzito wake mzito wa atomiki hutoa faida. Moja ya muhimu zaidi ya programu hizi ni uwekaji wa sputter, au sputtering. Hii ni mvuke wa mwili mchakato wa uwekaji kutumika kuweka filamu nyembamba za chuma, ambazo huunda wiring ya Mzunguko uliojumuishwa.

Katika sputtering, voltage ya juu inatumika kwenye chumba cha utupu kilichojazwa na Gesi ya Argon. Hii inaunda plasma ya kushtakiwa vyema Argon ions. Ions hizi zinaharakishwa na kupiga ndani ya "lengo" lililotengenezwa kwa chuma tunachotaka kuweka (kama shaba au alumini). Nguvu ya mgongano hugonga atomi za chuma kwenye lengo, ambalo kisha kuruka kwenye chumba na kufunika Silicon Wafer katika safu nyembamba, sawa. Argon ni kamili kwa hii kwa sababu ni nzito ya kutosha kutengua atomi za lengo lakini kwa kemikali inatosha kwamba haitaguswa na filamu ya chuma ambayo inasaidia kuunda. Inatoa kamili Mazingira ya uwekaji wa sputter wa metali.

Matumizi mengine muhimu kwa Argon iko kwenye plasma etching. Katika hii Mchakato wa Etching, Argon mara nyingi huchanganywa na a tendaji etchant gesi. Argon Husaidia kuleta utulivu wa plasma na bomu ya mwili, kusaidia etch ya kemikali na kuunda kupunguzwa sahihi zaidi, wima kwenye nyenzo. Usambazaji wa kuaminika wa Mitungi ya gesi ya Argon ni muhimu kwa kituo chochote kinachofanya metallization au etching ya hali ya juu.

Je! Unaweza kuelezea jinsi haidrojeni inatumika kwa uwekaji na kusafisha?

Wakati nitrojeni na Argon zinathaminiwa kwa kuwa haifanyi kazi, Haidrojeni inathaminiwa kwa kuwa sana tendaji, lakini kwa njia safi sana na iliyodhibitiwa. Hydrojeni hutumiwa sana ndani Semiconductor Viwanda Kwa nyuso za kusafisha na katika aina fulani ya uwekaji inayoitwa ukuaji wa epitaxial. Saizi yake ndogo ya atomiki inaruhusu kupenya na kuguswa kwa njia za gesi zingine haziwezi.

Kabla ya safu mpya inaweza kupandwa kwenye a wafer, uso lazima uwe safi kabisa, chini ya kiwango cha atomiki. Gesi ya haidrojeni inatumika katika mchakato wa joto la juu inayoitwa "hidrojeni kuoka" kuondoa oksidi yoyote ya asili (safu nyembamba, inayotokea kwa dioksidi ya silicon) ambayo imeunda kwenye Silicon uso. haidrojeni Humenyuka na oksijeni, kutengeneza mvuke wa maji (H₂o) ambayo hutolewa nje ya chumba, ikiacha pristine Silicon Uso tayari kwa hatua inayofuata.

Haidrojeni pia ni sehemu muhimu katika epitaxial ukuaji (au "epi"), mchakato ambao unakua safu ya fuwele moja ya Silicon Juu ya Silicon Wafer. Safu hii mpya ina muundo mzuri wa kioo na kudhibitiwa kwa usahihi dopant Viwango. Haidrojeni hufanya kama mtoaji gesi kwa Silicon Chanzo gesi (kama Silane au trichlorosilane). Pia inahakikisha mazingira safi ya ukuaji kwa kugundua atomi yoyote ya oksijeni iliyopotea. Ubora wa safu hii ya epitaxial ni muhimu kwa utendaji wa wasindikaji wa hali ya juu, na kufanya usafi wa Silinda ya haidrojeni usambazaji muhimu kabisa.

Je! Gesi za etchant ni nini na zinachora mizunguko ya microscopic?

Ikiwa uwekaji ni juu ya kujenga tabaka, kuweka ni juu ya kuwachora kwa hiari ili kuunda muundo wa mzunguko. Fikiria kama uchongaji wa microscopic. Baada ya muundo hufafanuliwa kwa kutumia Photolithography, etchant Gesi hutumiwa kutoa Njia ya kemikali ya kuondoa nyenzo kutoka kwa maeneo ambayo hayajalindwa ya wafer. Hii ni moja ya hatua ngumu na muhimu katika Viwanda vya Chip.

The Gesi zinazotumiwa kwenye etching Mchakato ni kawaida fluorine, klorini, au misombo ya msingi wa bromine. Uchaguzi wa gesi Inategemea nyenzo zilizowekwa.

• Gesi-msingi wa fluorine (k.m., CF₄, SF₆, NF₃) ni bora kwa etching Silicon na dioksidi ya silicon.
• Gesi zenye msingi wa klorini .

Hizi Gesi tendaji huletwa kwenye chumba cha plasma. Plasma inavunja gesi Molekuli mbali sana tendaji ions na radicals. Radicals hizi basi huguswa na uso wa wafer, kutengeneza kiwanja kipya ambacho kinaweza kusukuma kwa urahisi, na hivyo "kuweka" nyenzo. Usahihi unaohitajika ni mkubwa; Lengo ni etch Moja kwa moja chini (anisotropically) bila kupitisha safu ya muundo. Kisasa Semiconductor Fabs Tumia tata mchanganyiko wa gesi na kudhibiti kwa uangalifu hali ya plasma kufanikisha hili.

Je! Ni nini uwekaji wa kemikali (CVD) na ni gesi gani zinazohusika?

Uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD) ni jiwe la msingi mchakato wa uwekaji katika Semiconductor Viwanda. Ni njia ya msingi inayotumika kuunda filamu nyembamba za kuhami na zenye kusisimua ambazo zinaunda kifaa cha semiconductor. Wazo la msingi ni mtiririko a gesi (au mchanganyiko wa gesi) juu ya moto wafer. Joto husababisha gesi Kuguswa au kutengana juu ya uso wa kafe, na kuacha filamu thabiti ya nyenzo zinazotaka.

Kila moja ya athari hizi zinahitaji hali nzuri na kubwa sana Gesi za hali ya juu. Kwa mfano, wakati wa kuweka safu ya polysilicon kwa kutumia silane, oksijeni yoyote uchafu katika gesi Mkondo ungesababisha dioksidi ya silicon kuunda badala yake, kuharibu mali ya safu. Hii ndio sababu sisi, kama muuzaji, tunazingatia sana juu ya utakaso na uchambuzi wa haya gesi za uwekaji. Maktaba nzima ya Gesi maalum za usafi wa hali ya juu Tunatoa imekusudiwa kukidhi mahitaji haya magumu.

Je! Kwa nini usafi wa hali ya juu ni jambo muhimu zaidi kwa gesi za semiconductor?

Siwezi kupita hii: katika Sekta ya Semiconductor, usafi ni kila kitu. Neno Usafi wa hali ya juu haimaanishi 99% au hata 99.9%. Kwa Semiconductor gesi, tunazungumza Usafi wa hali ya juu (UHP), ambayo kawaida ni 99.999% (mara nyingi huitwa "nines tano") au ya juu. Kwa muhimu mchakato wa gesi, mahitaji yanaweza kuwa 99.9999% ("Nines sita") au juu zaidi. Sababu ni rahisi: uchafu huua utendaji.

Vipengele kwenye microchip ya kisasa hupimwa katika nanometers (bilioni ya mita). Kwa kiwango hiki, chembe moja ya kigeni au molekuli isiyohitajika ni kama mwamba katikati ya barabara kuu. An uchafu unaweza:

• Badilisha mali ya umeme: Ion ya sodiamu iliyopotea inaweza kubadilisha kizingiti cha transistor, na kusababisha kuwasha au kuzima kwa wakati usiofaa.
• Unda kasoro za kimuundo: Molekuli ya oksijeni inaweza kuvuruga kimiani kamili ya glasi wakati wa ukuaji wa epitaxial, na kuunda "kutengana" ambayo inazuia mtiririko wa elektroni.
• Sababu mizunguko fupi: Chembe ya metali inaweza kuziba mistari miwili ya karibu, na kuunda fupi.
• Punguza mavuno: Uchafu zaidi uliopo, idadi ya juu ya chips zenye kasoro kwenye kila moja wafer, ambayo inathiri moja kwa moja faida.

Hii ndio sababu, kama mtengenezaji, uwekezaji wetu mkubwa ni katika utakaso na vifaa vya uchambuzi. Kila kundi la gesi lazima Kupimwa ili kuhakikisha kuwa inakidhi sehemu-kwa-bilioni (PPB) au sehemu-kwa-trillion (PPT) maelezo yanayotakiwa na wateja wetu. Hitaji la gesi za usafi wa hali ya juu ndio kinachoendesha nzima Soko la gesi maalum kwa umeme.

Je! Tunahakikishaje ubora na usambazaji wa kuaminika wa gesi za hali ya juu?

Kwa afisa wa ununuzi kama Marko, hili ni swali muhimu zaidi. Bei kubwa haina maana ikiwa gesi Ubora hauendani au usafirishaji umechelewa. Nimesikia hadithi za kutisha: wauzaji wanaotoa vyeti vya ulaghai vya uchambuzi, au usafirishaji wa gesi maalum kushikiliwa katika mila kwa wiki, na kusababisha mstari wa uzalishaji kusimama. Kushughulikia vidokezo hivi vya maumivu ni msingi wa falsafa yetu ya biashara.

Kuhakikisha ubora huanza na utakaso mchakato. Tunatumia mifumo ya hali ya juu kama kunereka kwa cryogenic na vifaa maalum vya adsorbent ili kuondoa uchafu. Lakini mchakato hauishii hapo. Hatua muhimu zaidi ni uthibitisho. Tunatumia vyombo vya uchambuzi wa hali ya juu kama vile vichapo vya gesi ya chromatograph-molekuli (GC-MS) kujaribu kila silinda moja kabla ya kusafirishwa. Tunawapa wateja wetu cheti cha kina na halisi cha uchambuzi (COA) kwa kila kundi, na kuhakikisha Usafi wa gesi.

A usambazaji wa kuaminika Chain ni nusu nyingine ya equation. Hii inahusisha:

• Maandalizi ya silinda ya nguvu: Mitungi ya Gesi za usafi wa hali ya juu kupitia mchakato maalum wa kusafisha na kupita ili kuhakikisha kuwa kontena yenyewe haichafu gesi.
• Vifaa vya busara: Tunafanya kazi na washirika wenye uzoefu wa vifaa ambao wanaelewa kanuni za usafirishaji wa shinikizo kubwa na wakati mwingine vifaa vyenye hatari kimataifa. Tunatoa nyaraka zote muhimu ili kuhakikisha kibali laini cha forodha.
• Mawasiliano wazi: Timu zetu za mauzo na msaada zinafunzwa kutoa sasisho za kawaida. Utajua kila wakati hali ya agizo lako, kutoka kwa uzalishaji hadi uwasilishaji wa mwisho. Tunaelewa kuwa kutabirika usambazaji wa gesi za usafi wa hali ya juu ni muhimu kwa wateja wetu kusimamia ratiba zao za uzalishaji. Tunatoa hata anuwai mchanganyiko wa gesi Chaguzi za kukidhi mahitaji maalum ya mchakato.

Je! Baadaye inashikilia nini kwa gesi kwenye tasnia ya semiconductor?

The Sekta ya Semiconductor Kamwe haisimama. Kama ilivyotabiriwa na sheria ya Moore, chipmaker wanasukuma kila wakati kuunda vifaa vidogo, haraka, na vyenye nguvu zaidi. Ubunifu huu usio na mwisho unaathiri moja kwa moja gesi na mchanganyiko kutumika katika utengenezaji wao. Tunapohamia Kizazi kijacho cha semiconductor Teknolojia, pamoja na ukubwa wa kipengele kupungua kwa nanometers chache tu, mahitaji ya usafi wa gesi yatakuwa zaidi.

Tunaona mwelekeo kuelekea vifaa vipya zaidi Silicon, kama vile gallium nitride (GaN) na silicon carbide (SIC), ambayo inahitaji mpya na tofauti mchakato wa gesi kwa etching na utuaji. Kuna pia hatua kuelekea usanifu ngumu zaidi wa 3D, kama Finfet na lango-pande zote (GAA) transistors, ambazo zinahitaji usahihi zaidi katika uwekaji na etch hatua. Hii inamaanisha Gesi maalum Viwanda lazima kila wakati kubuni kukuza molekuli mpya na kufikia viwango vya juu zaidi vya utakaso.

Kwa mtazamo wangu kama muuzaji, siku zijazo ni juu ya ushirikiano. Haitoshi tena kuuza silinda ya gesi. Lazima tufanye kazi kwa karibu na wateja wetu katika Viwanda vya Elektroniki Sekta ya kuelewa barabara zao za baadaye za teknolojia. Hii inaruhusu sisi kutarajia hitaji la mpya Gesi za hali ya juu na kuwekeza katika uzalishaji na uwezo wa uchambuzi kuwasambaza. Mashujaa wasioonekana wa semiconductor Ulimwengu - gesi -zitaendelea kuwa mstari wa mbele katika maendeleo ya kiteknolojia.

Njia muhimu za kuchukua

Unapotoa gesi za viwandani kwa soko linalohitaji la semiconductor, hapa kuna vitu muhimu zaidi kukumbuka:

• Usafi ni muhimu: Jambo moja muhimu zaidi ni Usafi wa hali ya juu. Uchafuzi, hata katika viwango vya kila bilioni, unaweza kusababisha kutofaulu kwa kifaa na kupunguza mavuno ya uzalishaji.
• Gesi zina kazi maalum: Gesi hazibadiliki. Ni zana maalum zinazotumika kwa michakato tofauti kama kuunda anga za anga (nitrojeni, argon), tabaka za ujenzi (gesi za uwekaji Kama Silane), na mizunguko ya kuchonga (Gesi za Etchant kama CF₄).
• Mlolongo wa usambazaji ni muhimu: Mtoaji wa kuaminika hufanya zaidi ya kuuza bidhaa tu. Wanahakikisha ubora kupitia upimaji mgumu, hutoa udhibitisho halisi, kusimamia vifaa ngumu, na kudumisha mawasiliano wazi ili kuzuia ucheleweshaji wa gharama kubwa.
• Ujuzi wa kiufundi unaongeza thamani: Uelewa Kwanini fulani gesi inatumika na Kwanini Usafi wake ni muhimu sana hukuruhusu kuwa mshirika mzuri zaidi kwa wateja wako, kuhalalisha ubora na kujenga uaminifu wa muda mrefu.
• Sekta hiyo inajitokeza: Kushinikiza kwa chips ndogo na zenye nguvu zaidi inamaanisha mahitaji ya mpya, hata safi gesi maalum itaendelea kukua tu. Kushirikiana na muuzaji anayeonekana mbele ni ufunguo wa kukaa mbele.