2. Näme üçin ýarymgeçiriji pudagy düýbünden arassalygy talap edýär?

Ultra ýokary arassalygyň zerurlygyna düşünmek üçin häzirki zaman ýarymgeçiriji önümçiliginiň gerimine düşünmeli. Häzirki wagtda iň ösen çiplerde ini birnäçe nanometr bolan tranzistorlar bar. Muny göz öňüne getirmek üçin adam saçynyň bir ýüpi galyňlygy takmynan 80,000 - 100,000 nanometr.

Atom derejesinde gurluşlar guranyňyzda, ýekeje kislorod molekulasy ýa-da mikroskopik damja suwy katastrofiki şowsuzlyga sebäp bolup biler.

• Okislenme: Islenilmeýän kislorod, elektrik häsiýetlerini üýtgedip, näzik kremniniň gurluşlary bilen täsir edip biler.

• Aýratyn hapalanma: Hatda ýekeje azaşan bölejik hem mikroshemanyň ähli bölümini peýdasyz edip, nanoskale tranzistory gysga utgaşdyryp biler.

• Hasyl azaltmak: Hepdede müňlerçe wafli gaýtadan işleýän fabda, gazyň hapalanmagy sebäpli hasyllylygyň birneme peselmegi onlarça million dollar ýitirilen girdejä öwrülip biler.

Şonuň üçin ýarymgeçiriji suwuk argon arassaçylyk gurşawyna girizilen islendik reaktiw hapalardan düýbünden ýok bolmaly.

3. icarymgeçiriji suwuk argonyň esasy programmalary

Silikon wafli çig maldan taýýar mikroprosessora syýahat ýüzlerçe çylşyrymly ädim ätýär. Ultra ýokary arassa suwuk argon bu syýahatyň iň möhüm tapgyrlaryna çuňňur birleşdirildi.

3.1. Silikon kristal çekmek (Czochralski prosesi)

Islendik mikroçipiň düýbi kremniý wafli. Bu wafli, Czochralski (CZ) usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen ullakan, bir kristal kremniy ingotlardan kesilýär. Bu amalda, ýokary derejede arassalanan polikristally kremniý 1400 ° C-den ýokary temperaturada iň möhüm kwarsda ereýär. Tohum kristaly girizilýär we ýuwaş-ýuwaşdan ýokaryk çekilýär, eritmeden ajaýyp silindr kristal çykýar.

Bu aşa ýylylyk prosesinde eredilen kremniý ýokary reaktiwdir. Kislorod ýa-da azot bilen gatnaşyga girse, kremniniň dioksidi ýa-da kremniý nitrid emele gelip, arassa kristal gurluşyny ýok eder. Bu ýerde argon iň soňky goragçy hökmünde çykyş edýär. Ojak bugarmak bilen yzygiderli arassalanýar aşa ýokary arassa suwuk argon doly inert atmosferasyny döretmek üçin. Argon howadan has agyr bolany üçin, eredilen kremniniň üstünde gorag ýorgan döredýär, emele gelen ingotyň gurluş taýdan kämil we mikroskopiki kemçiliklerden azat bolmagyny üpjün edýär.

3.2. Plazma ýokaşmagy we çökdürilmegi

Häzirki zaman çipleri 3D gatlaklarda gurlupdyr. Munuň özi geçiriji ýa-da izolýasiýa materiallarynyň mikroskopik gatlaklaryny wafliň içine goýmagy, soňra bolsa zynjyr döretmek üçin belli bölekleri aýyrmagy öz içine alýar.

• Tüýdük (Fiziki bug çöketligi - PVD): Argon tüýkürmekde ulanylýan esasy gazdyr. Wakuum kamerasynda argon gazy plazmada ionlaşdyrylýar. Oňyn zarýadlanan argon ionlary soňra maksatly materialda (mis ýa-da titan ýaly) tizlenýär. Agyr argon ionlarynyň kinetiki güýji atomlary nyşana kakýar, soňra bolsa kremniniň wafline deň derejede goýulýar. Argon saýlanýar, sebäbi atom massasy metal atomlaryny himiki taýdan täsir etmezden netijeli ýerleşdirmek üçin örän laýykdyr.

• Çuň reaktiw Ion Etching (DRIE): Haçan-da öndürijiler ýadyň çipleri we ösen gaplamak üçin möhüm bolan kremniniň içine çuňňur, gaty takyk çukurlary çykarmaly bolanda, argon plazmany durnuklaşdyrmak we wafli üstüni fiziki taýdan bombalamak, öndürilen önümleri süpürmek üçin reaktiw gazlar bilen garylýar.

3.3. DUV we EUV litografiýa (Excimer lazerler)

Litografiýa, zynjyryň nagyşlaryny wafli çap etmek üçin ýagtylygy ulanmak prosesi. Zynjyrlaryň kiçelmegi bilen öndürijiler tolkun uzynlygy bilen has gysga ulanmaly boldular. Ine suwuk argon elektronikasy optiki fizika bilen kesişýär.

Çuň ultramelewşe (DUV) daşbasma usuly ArF (Argon Fluoride) eksimer lazerlerine köp bil baglaýar. Bu lazerler, 193 nanometr tolkun uzynlygy bilen ýokary gönükdirilen ýagtylygy döretmek üçin argon, ftor we neon gazlarynyň takyk dolandyrylýan garyndysyny ulanýarlar. Bu lazer boşluklarynda ulanylýan argonyň arassalygy diýseň berkdir. Islendik hapalar lazer optikasyny peseldip, ýagtylygyň intensiwligini peseldip biler we daşbasma prosesiniň bulaşyk ýa-da kemçilikli zynjyrlary çap etmegine sebäp bolup biler.

Has täze “Extreme Ultramelewşe” (EUV) daşbasma ulgamlarynda-da, argon näzik, çylşyrymly aýna ulgamlaryny molekulýar hapalanmazlykdan doly saklamak üçin arassalaýjy gaz hökmünde möhüm rol oýnaýar.

3.4. Anneal we termiki gaýtadan işlemek

Elektrik häsiýetlerini üýtgetmek üçin dopantlar (bor ýa-da fosfor ýaly) kremniniň içine ýerleşdirilenden soň, kristal panjara zeper ýetmegini bejermek we dopantlary işjeňleşdirmek üçin wafli ýokary temperaturada gyzdyrmaly. Düwürtik diýlip atlandyrylýan bu amal, wafliň ýüzüniň okislenmeginiň öňüni almak üçin berk gözegçilikde saklanýan, kislorodsyz gurşawda bolmaly. Ultra arassa argonyň üznüksiz akymy bu howpsuz ýylylyk gurşawyny üpjün edýär.

4. Suwuk Argon elektronikasy: Tehnologiýanyň indiki neslini güýçlendirmek

Termini suwuk argon elektronikasy bu kriogen materiala bagly bolan ýokary tehnologiýaly enjamlaryň ekosistemasyny we önümçilik proseslerini giňden öz içine alýar. Emeli intellekt (AI), zatlaryň interneti (IoT) we awtonom ulaglaryň agdyklyk edýän döwrüne gadam basanymyzda has güýçli, energiýa tygşytlaýan çiplere bolan isleg artýar.

1. AI tizlendirijiler we GPU: Uly dil modelleri ýaly AI modellerini öwretmek üçin zerur bolan ullakan grafiki gaýtadan işleýiş bölümleri (GPU) ajaýyp uly, kemçiliksiz kremniniň ölmegini talap edýär. Ölüm näçe uly bolsa, bir haramlygyň tutuş çipi zaýalap bilmek mümkinçiligi şonça ýokarydyr. UHP argon tarapyndan üpjün edilen kemsiz gurşaw bu ýerde gürleşip bolmaýar.

2. Kwant hasaplamasy: Gözlegçiler kwant kompýuterlerini ösdürip ýetişdirenlerinde, kubit döretmek üçin ulanylýan aşa geçiriji materiallar nola golaý hapalanma bilen önümçilik gurşawyny talap edýär. Argony arassalamak, indiki nesil prosessorlarynyň kriogen taýýarlanyşynda we ýasalmagynda möhümdir.

3. Kuwwat elektronikasy: Elektrik ulaglary Silikon Karbide (SiC) we Gallium Nitride (GaN) elektrik çiplerine bil baglaýarlar. Bu goşma ýarymgeçiriji kristallary ösdürip ýetişdirmek, adaty kremniden has ýokary temperaturany talap edýär we argonyň inert gorag aýratynlyklaryny has möhüm edýär.

5. Üpjünçilik zynjyrynyň we gözlegiň möhümligi

Ultra ýokary arassa suwuk argon öndürmek häzirki zaman himiýa in engineeringenerçiliginiň ajaýyplygydyr. Adatça howadan uly howa bölüniş bölümlerinde (ASU) kriogen fraksiýa distillasiýasy ulanylýar. Şeýle-de bolsa, gaz öndürmek söweşiň ýarysydyr; arassalygyny ýitirmän ýarymgeçiriji guralyna ýetirmek hem kyn.

Tranzit wagtynda hapalanma gözegçiligi

Her bir klapan, turba we saklaýyş tanky aşa ýokary arassa suwuk argon ýörite elektropolirlenen we öňünden arassalanmaly. Ulag tankerinde hatda mikroskopiki syzma bar bolsa, atmosfera basyşy diňe argon çykarmaz; kriogen temperaturasy aslynda atmosfera hapalaryny çekip biler içindegi, tutuş partiýany weýran etmek.

Fab derejesinde suwuk argon wakuum izolýasiýa edilen köp sanly baklarda saklanýar. Soňra arassalanan otaga girmezden ozal ýokary ýöriteleşdirilen buglaýjylardan we ulanylýan gaz arassalaýjylaryndan geçýär.

Üznüksiz, üznüksiz önümçiligi dowam etdirmek üçin ýarymgeçiriji öndürijiler bu berk üpjünçilik zynjyryny özleşdiren ýokary derejeli gaz üpjün edijileri bilen hyzmatdaşlyk etmeli. Bu möhüm materialyň kepillendirilen arassalyk ölçegleri bilen üznüksiz, ygtybarly üpjün edilmegini üpjün etmek, ygtybarly üpjün edijilerden ýöriteleşdirilen senagat gaz çözgütlerini gözlemek üçin iň häzirki zaman desgalar üçin Huyzhong gazy talap edilýän ülňüleriň ýerine ýetirilmegini we önümçiligiň iş wagtynyň ýok edilmegini üpjün edýär.

6. Ykdysady we daşky gurşaw meselesi

Döwrebap gigafab tarapyndan sarp edilýän argonyň gaty göwrümi geň galdyrýar. Largeeke-täk uly ýarymgeçiriji önümçilik desgasy her gün on müňlerçe kub metr ultra arassa gaz sarp edip biler.

Durnuklylyk we gaýtadan işlemek

Argon asylly gaz bolup, ýarymgeçiriji prosesleriň köpüsinde himiki taýdan sarp edilmeýändigi sebäpli (esasan fiziki galkan ýa-da plazma serişdesi hökmünde hereket edýär), argony dikeltmek we gaýtadan işlemek ulgamlary üçin pudagyň içinde barha artýar. Ösen fablar, kristal çekýän peçlerden we tüýdük kameralaryndan argon tükeniksizligini alýan ýerlerde dikeldiş bölümlerini has köp gurýarlar. Soňra bu gaz ýerli derejede arassalanýar. Bu diňe bir fabyň iş çykdajylaryny ep-esli azaltmak bilen çäklenmän, täze argony suwuklandyrmak we uzak aralyklara daşamak bilen baglanyşykly uglerod aýak yzyny hem peseldýär.

7. Ösen düwün önümçiliginde “Argon” -yň geljegi

Ondarymgeçiriji pudagy 2nm, 14A (angstrom) tarap süýşýärkä, tranzistorlaryň arhitekturasy üýtgeýär. FinFET-den Gate-All-Around (GAA) we ahyrynda FET (CFET) goşmaça dizaýnlaryna geçýäris.

Bu 3D gurluşlar atom gatlagynyň (ALD) we atom gatlagynyň (ALE) talap edilmegini talap edýär - kremnini bir gezekde bir atom bilen dolandyrýan prosessler. ALD we ALE-de takyk gözegçilik edilýän argon impulslary reaksiýa kamerasyny himiki dozalaryň arasynda arassalamak üçin ulanylýar, reaksiýalaryň diňe atom üstünde göz öňünde tutulan ýerde bolup geçmegini üpjün edýär.

Takyklyk artdygyça, bil baglamak ýarymgeçiriji suwuk argon güýçlener. Arassaçylyk talaplary hatda häzirki 6N standartlaryndan ýokary bolup, 7N (99.99999%) ýa-da has ýokary derejä çykyp, gazy arassalamak we metrologiýa tehnologiýalarynda has täze täzeliklere itergi berip biler.

Netije

Taýýar mikroprosessorda - sekuntda trillionlarça hasaplamalary ýerine ýetirip bilýän milliardlarça mikroskopik wyklýuçatelleri öz içine alýan kremniniň bir bölegi haýran galmak aňsat. Şeýle-de bolsa, adam in engineeringenerçiliginiň bu iň ýokary derejesi, ony gurýan göze görünmeýän elementlere baglydyr.

Ultra ýokary arassa suwuk argon diňe bir haryt däl; ýarymgeçiriji pudagynyň esasy sütünidir. Silikon kristallarynyň eredilen dogluşyny goramakdan başlap, nanometr ölçegli zynjyrlary öndürýän plazmany açmak üçin argon, Muruň kanunyny dowam etdirmek üçin zerur gurşawy kepillendirýär. Serhetleri hökmünde suwuk argon elektronikasy AI, kwant hasaplamasy we ösen güýç dolandyryşyny goldamak üçin giňeliň, bu ajaýyp arassa, inert suwuklyga bolan isleg global tehnologiki ösüşiň hereketlendiriji güýji bolar.

Sorag-jogap

1-nji sorag: Näme üçin ýarymgeçiriji proseslerde azot ýa-da geliý ýaly beýleki inert gazlardan suwuk argon ileri tutulýar?

J: Azot arzan we umumy arassalaýjy gaz hökmünde giňden ulanylsa-da, aşa ýokary temperaturada hakykatdanam inert däl; eredilen kremniý bilen reaksiýa berip, kremniniň nitrid kemçiliklerini emele getirip biler. Geliý inert, ýöne gaty ýeňil we gymmat. Argon “süýji ýeri” urýar - aşa yssy howalarda-da doly inert, eredilen kremnini örtmek üçin ýeterlik agyr we islenmedik himiki reaksiýalary döretmezden plazmanyň dökülmegi wagtynda atomlary fiziki taýdan ýerleşdirmek üçin ajaýyp atom massasyna eýe.

2-nji sorag: Ultra ýokary arassa suwuk argon ýarymgeçiriji önümçilik zawodlaryna (fabs) hapalanmazdan nädip daşalýar?

J: Tranzit wagtynda arassalygy saklamak esasy maddy-tehniki kynçylykdyr. UHP suwuk argon ýöriteleşdirilen, ýokary izolýasiýa edilen kriogen tanker awtoulaglarynda daşalýar. Bu tanklaryň içki ýüzleri, ähli klapanlar we geçiriji şlanglar ýaly, bölejikleriň dökülmeginiň we bölejikleriniň dökülmeginiň öňüni almak üçin aýna görnüşine elektrikleşdirilýär. Adingüklemezden ozal tutuş ulgam berk vakuum arassalanýar. Fab-a gelensoň, gaz argon wafli ýetmezden ozal himiki getter tehnologiýalaryny ulanýan arassalaýjylardan geçýär.

3-nji sorag: “icarymgeçiriji suwuk argon” üçin haýsy arassalyk derejesi talap edilýär we ol nähili ölçelýär?

J: Ösen ýarymgeçiriji önümçiligi üçin argonyň arassalygy, adatça, iň azyndan “6N” (99,9999% arassa) bolmaly, ýöne käbir öňdebaryjy prosesler 7N talap edýär. Diýmek, kislorod, çyglylyk we uglewodorodlar ýaly hapalar milliona 1 bölek (ppm) ýa-da hatda milliard (ppb) bilen çäklendirilýär. Bu minuslaryň haramlyk derejeleri, fab-da hakyky wagtda yzygiderli gözegçilik edilmegini üpjün edip, Cavity Ring-Down Spektroskopiýa (CRDS) we Gaz Hromatografiýasy ýaly ýokary duýgur analitik enjamlary ulanyp ölçenilýär.