Ang modernong mundo ay tumatakbo sa mga chips. Mula sa smartphone sa iyong bulsa hanggang sa mga guidance system sa aerospace engineering, ang maliit aparato ng semiconductor ay ang unsung hero ng digital age. Ngunit ano ang bayani sa likod ng bayani? Ito ang hindi nakikita, madalas na pabagu-bago ng isip na mundo ng mga espesyal na gas. Sa partikular, kimika ng fluorine gumaganap ng isang mahalagang papel sa Semiconductor Manufacturing proseso na hindi na lang mapapalitan.

Kung pinamamahalaan mo ang isang supply chain o pinangangasiwaan ang kalidad ng produkto sa a Semiconductor foundry, alam mo na ang margin para sa error ay zero. Ang isang spike sa moisture o isang microscopic particle ay maaaring makasira sa multimillion-dollar production run. Ang artikulong ito ay sumisid ng malalim sa papel ng naglalaman ng fluorine gas—bakit natin ginagamit ang mga ito, ang partikular na chemistry na ginagawang epektibo ang mga ito, at ang kritikal na kahalagahan ng katatagan at kadalisayan ng supply chain. Tuklasin natin kung paano ang mga ito Mga gas na may mataas na kadalisayan ay ginagamit sa etch at mga hakbang sa pag-deposito, at kung bakit ang pagkuha ng mga ito mula sa isang maaasahang kasosyo ang pinakamahalagang desisyon na magagawa mo ngayong taon.

Bakit nakadepende ang industriya ng semiconductor sa mga gas na naglalaman ng fluorine?

Upang maunawaan ang Industriya ng Semiconductor, kailangan mong tingnan ang periodic table. Silicon ay ang canvas, ngunit Fluorine ay ang brush. Ang Semiconductor katha Ang proseso ay nagsasangkot ng pagbuo ng mga layer ng mga materyales at pagkatapos ay piliing inaalis ang mga ito upang lumikha ng mga circuit. Ang proseso ng pagtanggal na ito ay tinatawag na etching.

Fluorine ay ang pinaka electronegative na elemento. Sa simpleng mga salita, ito ay hindi kapani-paniwalang gutom para sa mga electron. Pag pakilala namin fluorine gas o mga fluorinated compound sa isang silid ng plasma, ang mga atomo ng fluorine ay agresibong tumutugon sa silikon at silikon dioxide. Ang kemikal na reaksyong ito ay ginagawang pabagu-bago ng isip ang mga solidong silicon (tulad ng silicon tetrafluoride) na madaling maalis. Kung wala ang kemikal na reaktibiti na ito, hindi namin magagawa ang mga microscopic na trench at mga contact hole na kinakailangan para sa modernong mga elektronikong aparato.

Sa mataas na dami ng pagmamanupaktura, bilis at katumpakan ang lahat. Mga gas na naglalaman ng fluorine ibigay ang mataas na rate ng pag-ukit na kinakailangan upang mapanatili ang throughput, habang nag-aalok din ng selectivity upang maputol ang isang materyal nang hindi nasisira ang layer sa ilalim nito. Ito ay isang maselang pagkilos ng pagbabalanse ng kimika at pisika.

Ano ang dahilan kung bakit kakaiba ang fluorine chemistry para sa high-precision etching?

Maaari mong itanong, bakit hindi gumamit ng chlorine o bromine? Ginagawa namin, para sa ilang mga layer. gayunpaman, kimika ng fluorine nag-aalok ng natatanging kalamangan kapag nag-uukit ng mga materyales na nakabatay sa silikon. Ang bono sa pagitan ng silikon at fluorine ay hindi kapani-paniwalang malakas. kailan naglalaman ng fluorine Ang plasma ay tumama sa wafer, ang reaksyon ay exothermic at kusang-loob.

Ang mahika ay nangyayari sa Plasma. Sa isang Proseso ng Semiconductor chamber, naglalagay kami ng mataas na enerhiya sa isang matatag na gas tulad ng Carbon Tetrafluoride (CF4) o Sulfur Hexafluoride (SF6). Pinaghiwa-hiwalay nito ang gas, naglalabas ng reaktibo Fluorine mga radikal. Ang mga radikal na ito ay umaatake sa ibabaw ng wafer.

"Ang katumpakan ng etch tumutukoy sa pagganap ng chip. Kung ang iyong gas purity ay nagbabago, ang iyong etch rate ay nagbabago, at ang iyong yield ay bumagsak."

Ito ay humahantong sa konsepto ng anisotropic pag-ukit—pagputol nang diretso nang hindi kumakain ng patagilid. Sa pamamagitan ng paghahalo Fluorine kasama ng iba proseso ng mga gas, perpektong makokontrol ng mga inhinyero ang profile ng trench. Ang kakayahang ito ay mahalaga habang lumilipat tayo sa mas maliliit na node (7nm, 5nm, at mas mababa), kung saan kahit isang nanometer ng deviation ay isang pagkabigo.

Paano ang mga gas sa pagmamanupaktura ng semiconductor ay nagtutulak ng mga advanced na proseso ng etch?

Mga proseso ng pag-ukit ay ang mga kagamitan sa paglililok ng fabs. Mayroong dalawang pangunahing uri: wet etch (gamit ang mga likidong kemikal tulad ng hydrogen fluoride) at dry etch (gamit ang plasma). Moderno Advanced na Semiconductor halos eksklusibong umaasa ang mga node sa dry plasma etching dahil ito ay mas tumpak.

Sa isang tipikal pag-ukit ng plasma pagkakasunod-sunod, a fluorinated gas ay ipinakilala. Tingnan natin ang iba't ibang ginamit:

• Carbon Tetrafluoride (CF4): Ang workhorse para sa oxide etching.
• Octafluorocyclobutane (C4F8): Ginagamit upang magdeposito ng polymer layer sa mga sidewalls ng trench, na pinoprotektahan ang mga ito habang ang ilalim ay nakaukit nang mas malalim.
• Sulfur Hexafluoride (SF6): Kilala sa napakabilis na mga rate ng pag-ukit ng silicon.

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng Plasma At ang substrate ay kumplikado. Ito ay nagsasangkot ng pisikal na pambobomba ng mga ion at kemikal na reaksyon ng mga radikal. Ang kagamitan sa paggawa ng semiconductor dapat mahigpit na kontrolin ang daloy, presyon, at pinaghalong mga gas na ito. Kung ang Specialty Gas naglalaman ng mga impurities tulad ng moisture, maaari itong bumuo ng hydrofluoric acid sa loob ng mga linya ng paghahatid o silid, na nagiging sanhi ng kaagnasan at mga depekto ng butil.

Bakit ang Nitrogen Trifluoride ang king of chamber cleaning applications?

Habang pag-ukit at paglilinis magkasabay, ang paglilinis ng kagamitan sa pagmamanupaktura ay kasinghalaga ng pagproseso ng ostiya. Sa panahon ng Chemical Vapor Deposition (CVD), ang mga materyales tulad ng silicon o tungsten ay idineposito sa wafer. Gayunpaman, pinahiran din ng mga materyales na ito ang mga dingding ng silid. Kung mabubuo ang nalalabi na ito, ito ay matutuklap at mahuhulog sa mga ostiya, na nagiging sanhi ng mga depekto.

Pumasok Nitrogen Trifluoride (NF3).

Mga taon na ang nakalilipas, ginamit ang industriya fluorinated greenhouse mga gas tulad ng C2F6 para sa paglilinis ng silid. Gayunpaman, ang NF3 ay naging pamantayan para sa mga proseso ng paglilinis ng silid dahil sa mataas na kahusayan nito. Kapag pinaghiwa-hiwalay sa isang malayuang pinagmumulan ng plasma, ang NF3 ay bumubuo ng napakalaking halaga ng mga atomo ng fluorine. Ang mga atomo na ito ay kuskusin ang mga dingding ng silid na malinis, na ginagawang mga solidong nalalabi sa gas na ibinubomba palabas.

Nitrogen trifluoride mas gusto ito dahil mas mataas ang rate ng paggamit nito (mas marami sa gas ang aktwal na ginagamit) at mas mababang mga emisyon kumpara sa mas lumang mga ahente sa paglilinis. Para sa isang tagapamahala ng pasilidad, nangangahulugan ito ng mas kaunting downtime para sa pagpapanatili at mas mabilis na throughput.

Aling mga fluorinated compound ang mahalaga para sa paggawa ng mataas na dami?

Ang semiconductor supply chain umaasa sa isang basket ng tiyak mga gas na naglalaman ng fluorine. Ang bawat isa ay may partikular na "recipe" o aplikasyon. Sa Jiangsu Huazhong Gas, nakikita namin ang napakalaking pangangailangan para sa mga sumusunod:

Ito mga fluorinated compound ay ang buhay ng mataas na dami ng pagmamanupaktura. Nang walang tuluy-tuloy na daloy ng mga ito mga gas sa semiconductor produksyon, huminto ang mga linya. Ganun lang kasimple. Ito ang dahilan kung bakit ang mga tagapamahala ng pagbili tulad ni Eric Miller ay patuloy na sinusubaybayan ang supply chain para sa mga pagkagambala.

Bakit ang mga high-purity na gas ang backbone ng semiconductor yield?

Hindi ko ma-stress ito ng sapat: Purity is everything.

Kapag pinag -uusapan natin Mga gas na may mataas na kadalisayan, hindi namin pinag-uusapan ang "industrial grade" na ginagamit para sa welding. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa 5N (99.999%) o 6N (99.9999%) na kadalisayan.

Bakit? Dahil a aparato ng semiconductor may mga tampok na sinusukat sa nanometer. Ang isang molekula ng isang karumihan ng metal o isang bakas na dami ng kahalumigmigan (H2O) ay maaaring maging sanhi ng isang maikling circuit o maiwasan ang isang layer mula sa pagdikit.

• kahalumigmigan: Nagre-react ng Fluorine upang lumikha ng HF, na nakakasira sa sistema ng paghahatid ng gas.
• Oxygen: Hindi makontrol ang pag-oxidize ng silikon.
• Malakas na Metal: Wasakin ang mga de-koryenteng katangian ng transistor.

Bilang isang tagapagtustos, ang aming trabaho ay tiyakin na ang mataas na kadalisayan Xenon o Electronic Grade Nitrous Oxide tumanggap ka nakakatugon mahigpit Mga Pamantayan sa Industriya. Gumagamit kami ng advanced na gas chromatography upang matukoy bakas ang mga impurities pababa sa parts per billion (ppb). Para sa isang mamimili, ang pagtingin sa Certificate of Analysis (COA) ay hindi lamang papeles; ito ang garantiya na ang kanilang Semiconductor katha ay hindi haharap sa isang sakuna na pag-crash ng ani.

Paano pinangangasiwaan ng industriya ang mga greenhouse gas emissions at GWP?

May isang elepante sa silid: ang kapaligiran. marami mga fluorinated na gas magkaroon ng mataas Potensyal ng Global Warming (GWP). Halimbawa, Sulfur hexafluoride (SF6) ay isa sa pinaka malakas na greenhouse gases kilala ng tao, na may GWP na libu-libong beses na mas mataas kaysa sa CO2.

Ang industriya ng pagmamanupaktura ng semiconductor ay nasa ilalim ng napakalaking presyon upang bawasan ang carbon footprint nito. Ito ay humantong sa dalawang pangunahing pagbabago:

1. Pagbabawas: Fabs ay nag-i-install ng malalaking "burn box" o scrubber sa kanilang mga linya ng tambutso. Ang mga sistemang ito ay sumisira sa mga hindi gumagalaw Greenhouse gas bago ito ilabas sa atmospera.
2. Pagpapalit: Ang mga mananaliksik ay naghahanap ng alternatibo etch mga gas na may mas mababang GWP. Gayunpaman, ang paghahanap ng isang molekula na gumaganap pati na rin ang C4F8 o SF6 na walang epekto sa kapaligiran ay mahirap sa kemikal.

Nitrogen trifluoride ay isang hakbang sa tamang direksyon para sa paglilinis dahil mas madaling masira ito kaysa sa mga mas lumang PFC, na nagreresulta sa mas kaunting pangkalahatang paglabas kung gumagana nang tama ang mga abatement system. Pagbawas paglabas ng gas ng greenhouse ay hindi na lamang isang PR move; ito ay isang kinakailangan sa regulasyon sa EU at US.

Ang semiconductor supply chain ba ay vulnerable sa specialty gas shortages?

Kung ang huling ilang taon ay may itinuro sa atin, ito ay ang supply chain ay marupok. Mga tagagawa ng semiconductor ay nahaharap sa mga kakulangan ng lahat mula sa neon hanggang mga fluoropolymer.

Ang supply ng fluorine gas at ang mga derivatives nito ay nakasalalay sa pagmimina ng fluorspar (calcium fluoride). Ang Tsina ay isang pangunahing pandaigdigang pinagmumulan ng hilaw na materyal na ito. Kapag tumaas ang geopolitical tensions o bumabara ang mga ruta ng logistik, ang pagkakaroon ng mga kritikal na ito proseso ng mga gas bumababa, at tumataas ang presyo.

Para sa isang mamimili tulad ni Eric, ang takot sa "Force Majeure" ay totoo. Upang mapagaan ito, pinag-iba-iba ng matatalinong kumpanya ang kanilang mga supplier. Naghahanap sila ng mga kasosyo na nagmamay-ari ng kanilang sarili iso-tank at nakapagtatag ng mga network ng logistik. Pagiging maaasahan sa logistik ay kasinghalaga ng kadalisayan ng gas. Maaari kang magkaroon ng pinakamalinis C4F8 gas sa mundo, ngunit kung ito ay natigil sa isang daungan, ito ay walang silbi sa fab.

Ano ang mga protocol sa kaligtasan para sa paghawak ng Hydrogen Fluoride at iba pang nakakalason na materyales?

Ang kaligtasan ay ang pundasyon ng ating industriya. marami naglalaman ng fluorine ang mga gas ay maaaring nakakalason, asphyxiant, o mataas ang reaktibo. Hydrogen Fluoride (HF), kadalasang ginagamit sa wet etch o nabuo bilang isang byproduct, ay partikular na mapanganib. Tumagos ito sa balat at umaatake sa istraktura ng buto.

Ang paghawak sa mga materyales na ito ay nangangailangan ng mahigpit na pagsasanay at espesyal na kagamitan.

• Cylinders: Dapat na sertipikado ng DOT/ISO at regular na siniyasat para sa panloob na kaagnasan.
• Mga balbula: Ang mga diaphragm valve ay ginagamit upang maiwasan ang pagtagas.
• Mga sensor: Mga gawa sa semiconductor ay sakop ng mga sensor ng pag-detect ng gas na nagpapalitaw ng mga alarma sa kaunting pagtagas.

Kapag pinunan namin ang isang silindro Electronic Grade Nitrous Oxide o isang nakakalason na etchant, tinatrato namin ito tulad ng isang punong sandata. Tinitiyak namin na ang silindro ay pinakintab sa loob upang maiwasan ang mga particulate at na ang balbula ay natatakpan at selyado. Para sa aming mga customer, alam na ang Carrier Gas o ang etchant ay dumating sa ligtas, sumusunod na packaging ay isang malaking tulong.

Ano ang naghihintay para sa mga materyales na ginamit sa proseso ng paggawa ng semiconductor?

Ang Produksyon ng Semiconductor agresibo ang roadmap. Habang lumilipat ang mga chips sa mga istrukturang 3D tulad ng Gate-All-Around (GAA) transistors, ang pagiging kumplikado ng pag-ukit at paglilinis tumataas. Nakikita natin ang pangangailangan para sa mas kakaiba fluorinated gas mga mixture na maaaring mag-ukit ng malalim at makitid na mga butas na may katumpakan ng atom.

Atomic Layer Etching (ALE) ay isang umuusbong na pamamaraan na nag-aalis ng materyal ng isang atomic layer sa isang pagkakataon. Nangangailangan ito ng hindi kapani-paniwalang tumpak na dosing ng Reactive Gases. Higit pa rito, ang pagtulak para sa "berde" na pagmamanupaktura ay malamang na magtutulak sa pagpapatibay ng bago kimika ng fluorine na nag-aalok ng parehong pagganap na may mas mababa GWP.

Ang hinaharap ay pag-aari ng mga maaaring magpabago sa parehong gas synthesis at purification. Bilang Mga Materyales ng Semiconductor evolve, ang mga gas na ginamit upang hubugin ang mga ito ay dapat ding mag-evolve.

Key takeaways

• Ang Fluorine ay Mahalaga: Fluorine na kimika ay ang key enabler para sa etch at malinis hakbang papasok Semiconductor Manufacturing.
• Ang kadalisayan ay Hari: Mataas na kadalisayan (6N) ay non-negotiable upang maiwasan ang mga depekto at matiyak katatagan ng proseso.
• Iba't ibang mga Gas: Iba't ibang mga gas tulad ng CF4, SF6, at Nitrogen trifluoride maglingkod sa mga tiyak na tungkulin sa katha.
• Epekto sa Kapaligiran: Pamamahala paglabas ng gas ng greenhouse at pagbabawas ay isang kritikal na hamon sa industriya.
• Seguridad ng Supply: Isang matatag supply chain at maaasahang mga kasosyo ay kinakailangan upang maiwasan ang mga paghinto ng produksyon.

Sa Jiangsu Huazhong Gas, naiintindihan namin ang mga hamong ito dahil araw-araw namin itong ipinamumuhay. Kung kailangan mo High Purity Xenon para sa iyong pinakabagong proseso ng pag-ukit o maaasahang paghahatid ng mga karaniwang pang-industriyang gas, narito kami upang suportahan ang teknolohiyang bumubuo sa hinaharap.