Thế giới hiện đại chạy bằng chip. Từ điện thoại thông minh trong túi của bạn đến hệ thống hướng dẫn trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, thiết bị nhỏ bé này thiết bị bán dẫn là người hùng thầm lặng của thời đại kỹ thuật số. Nhưng anh hùng đằng sau anh hùng là gì? Đó là thế giới vô hình, thường xuyên biến động của các loại khí đặc biệt. Cụ thể, hóa học flo đóng một vai trò then chốt trong sản xuất chất bán dẫn quá trình mà đơn giản là không thể thay thế được.

Nếu bạn đang quản lý chuỗi cung ứng hoặc giám sát chất lượng sản phẩm trong một chất bán dẫn xưởng đúc, bạn biết rằng tỷ lệ sai sót là bằng không. Một sự tăng đột biến của độ ẩm hoặc một hạt cực nhỏ có thể phá hỏng quá trình sản xuất trị giá hàng triệu đô la. Bài viết này đi sâu vào vai trò của chứa flo khí—lý do chúng tôi sử dụng chúng, thành phần hóa học cụ thể giúp chúng hoạt động hiệu quả và tầm quan trọng đặc biệt của sự ổn định và tinh khiết của chuỗi cung ứng. Chúng ta sẽ khám phá cách những điều này khí có độ tinh khiết cao được sử dụng trong khắc và các bước lắng đọng cũng như lý do tìm nguồn cung ứng từ một đối tác đáng tin cậy là quyết định quan trọng nhất mà bạn có thể đưa ra trong năm nay.

Tại sao ngành công nghiệp bán dẫn lại phụ thuộc vào khí chứa flo đến vậy?

Để hiểu được công nghiệp bán dẫn, bạn phải nhìn vào bảng tuần hoàn. Silicon là vải vẽ, nhưng chất flo là bàn chải. các chế tạo chất bán dẫn Quá trình này bao gồm việc xây dựng các lớp vật liệu và sau đó loại bỏ chúng một cách có chọn lọc để tạo ra các mạch điện. Quá trình loại bỏ này được gọi là khắc.

Flo là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất. Nói một cách đơn giản, nó cực kỳ khao khát điện tử. Khi chúng tôi giới thiệu khí flo hoặc hợp chất florua vào buồng plasma, các nguyên tử flo phản ứng mạnh với silicon và silicon dioxide. Phản ứng hóa học này biến silicon rắn thành khí dễ bay hơi (như silicon tetraflorua) có thể dễ dàng bơm đi. Nếu không có phản ứng hóa học này, chúng ta không thể tạo ra các rãnh siêu nhỏ và các lỗ tiếp xúc cần thiết cho công nghệ hiện đại. thiết bị điện tử.

TRONG sản xuất số lượng lớn, tốc độ và độ chính xác là tất cả. Khí chứa flo cung cấp tốc độ ăn mòn cao cần thiết để duy trì năng suất, đồng thời mang lại khả năng chọn lọc để cắt xuyên qua một vật liệu mà không làm hỏng lớp bên dưới vật liệu đó. Đó là một hành động cân bằng tinh tế của hóa học và vật lý.

Điều gì làm cho hóa chất flo trở nên đặc biệt dành cho kỹ thuật khắc có độ chính xác cao?

Bạn có thể hỏi, tại sao không sử dụng clo hoặc brom? Chúng tôi làm, đối với một số lớp nhất định. Tuy nhiên, hóa học flo mang lại một lợi thế độc đáo khi khắc các vật liệu dựa trên silicon. Liên kết giữa silicon và flo rất bền. Khi nào chứa flo plasma chạm vào tấm bán dẫn, phản ứng tỏa nhiệt và tự phát.

Điều kỳ diệu xảy ra trong huyết tương. trong một quá trình bán dẫn trong buồng, chúng tôi cung cấp năng lượng cao cho khí ổn định như Carbon Tetrafluoride (CF4) hoặc Sulfur Hexafluoride (SF6). Điều này phá vỡ khí ra, giải phóng chất phản ứng chất flo các gốc tự do. Các gốc này tấn công bề mặt của bánh xốp.

“Độ chính xác của khắc xác định hiệu suất của chip. Nếu độ tinh khiết khí của bạn dao động, tốc độ ăn mòn của bạn sẽ dao động và năng suất của bạn sẽ giảm."

Điều này dẫn đến khái niệm về dị hướng khắc—cắt thẳng xuống mà không ăn sang một bên. Bằng cách trộn chất flo với người khác quá trình khí, các kỹ sư có thể kiểm soát hình dạng của rãnh một cách hoàn hảo. Khả năng này rất cần thiết khi chúng tôi chuyển sang các nút nhỏ hơn (7nm, 5nm trở xuống), trong đó độ lệch dù chỉ một nanomet cũng không thành công.

Khí trong sản xuất chất bán dẫn thúc đẩy quá trình ăn mòn tiên tiến như thế nào?

quá trình khắc là những công cụ điêu khắc của tuyệt vời. Có hai loại chính: khắc ướt (dùng hóa chất lỏng như hydro florua) và khắc khô (sử dụng plasma). hiện đại chất bán dẫn tiên tiến các nút hầu như chỉ dựa vào phương pháp khắc plasma khô vì nó chính xác hơn nhiều.

Trong một điển hình khắc plasma trình tự, một khí florua được giới thiệu. Chúng ta hãy nhìn vào sự đa dạng được sử dụng:

• Cacbon Tetraflorua (CF4): Công cụ phù hợp cho việc khắc oxit.
• Octafluorocyclobutan (C4F8): Được sử dụng để phủ một lớp polymer lên các thành bên của rãnh, bảo vệ chúng trong khi phần đáy được khắc sâu hơn.
• Lưu huỳnh Hexaflorua (SF6): Được biết đến với tốc độ khắc silicon cực nhanh.

Sự tương tác giữa các huyết tương và chất nền là phức tạp. Nó liên quan đến sự bắn phá vật lý của các ion và phản ứng hóa học của các gốc tự do. các thiết bị sản xuất chất bán dẫn phải kiểm soát chặt chẽ lưu lượng, áp suất và hỗn hợp các khí này. Nếu khí đặc biệt chứa các tạp chất như hơi ẩm, nó có thể tạo thành axit flohydric trong đường dẫn phân phối hoặc buồng, gây ra sự ăn mòn và các khuyết tật về hạt.

Tại sao Nitrogen Trifluoride là vua của các ứng dụng làm sạch buồng?

Trong khi khắc và làm sạch song song với nhau, việc vệ sinh thiết bị sản xuất cũng quan trọng như việc xử lý tấm bán dẫn. Trong thời gian Lắng đọng hơi hóa học (CVD), các vật liệu như silicon hoặc vonfram được lắng đọng trên tấm bán dẫn. Tuy nhiên, những vật liệu này cũng phủ lên thành buồng. Nếu chất cặn này tích tụ, nó sẽ bong ra và rơi xuống các tấm wafer, gây ra các khuyết tật.

Nhập Nitơ Triflorua (NF3).

Cách đây nhiều năm, ngành công nghiệp đã sử dụng nhà kính chứa florua các loại khí như C2F6 để làm sạch buồng. Tuy nhiên, NF3 đã trở thành tiêu chuẩn cho quá trình làm sạch buồng vì hiệu quả cao của nó. Khi bị phân hủy ở nguồn plasma ở xa, NF3 tạo ra một lượng lớn nguyên tử flo. Những nguyên tử này chà sạch thành buồng, biến cặn rắn thành khí được bơm ra ngoài.

Nitơ Triflorua được ưa thích vì nó có tỷ lệ sử dụng cao hơn (thực tế sử dụng nhiều khí hơn) và lượng khí thải thấp hơn so với cũ chất tẩy rửa. Đối với người quản lý cơ sở, điều này có nghĩa là thời gian ngừng hoạt động để bảo trì ít hơn và thông lượng nhanh hơn.

Những hợp chất flo nào cần thiết cho sản xuất khối lượng lớn?

các chuỗi cung ứng chất bán dẫn dựa vào một giỏ cụ thể khí chứa flo. Mỗi loại đều có một "công thức" hoặc ứng dụng cụ thể. Tại Giang Tô Huazhong Gas, chúng tôi nhận thấy nhu cầu lớn về những thứ sau:

Những cái này hợp chất florua là huyết mạch của sản xuất số lượng lớn. Nếu không có dòng chảy ổn định của những thứ này chất khí trong chất bán dẫn sản xuất, dây chuyền dừng lại. Nó đơn giản thế thôi. Đây là lý do tại sao các nhà quản lý mua hàng như Eric Miller thường xuyên theo dõi chuỗi cung ứng cho sự gián đoạn.

Tại sao khí có độ tinh khiết cao là xương sống của năng suất bán dẫn?

Tôi không thể nhấn mạnh điều này đủ: Sự tinh khiết là tất cả.

Khi chúng ta nói về khí có độ tinh khiết cao, chúng ta không nói về "loại công nghiệp" dùng để hàn. Chúng ta đang nói về độ tinh khiết 5N (99,999%) hoặc 6N (99,9999%).

Tại sao? Bởi vì một thiết bị bán dẫn có các tính năng được đo bằng nanomet. Một phân tử tạp chất kim loại hoặc một lượng nhỏ hơi ẩm (H2O) có thể gây đoản mạch hoặc ngăn không cho lớp bám dính.

• Độ ẩm: Phản ứng với chất flo tạo ra HF ăn mòn hệ thống phân phối khí.
• Ôxy: Oxy hóa silicon không kiểm soát được.
• Kim loại nặng: Phá hủy các tính chất điện của bóng bán dẫn.

Với tư cách là nhà cung cấp, công việc của chúng tôi là đảm bảo rằng Xenon có độ tinh khiết cao hoặc Oxit Nitơ cấp điện tử bạn nhận được đáp ứng nghiêm ngặt tiêu chuẩn ngành. Chúng tôi sử dụng sắc ký khí tiên tiến để phát hiện dấu vết tạp chất xuống còn phần tỷ (ppb). Đối với người mua, việc xem Chứng nhận Phân tích (COA) không chỉ là giấy tờ; đó là sự đảm bảo rằng họ chế tạo chất bán dẫn sẽ không phải đối mặt với sự sụp đổ lợi suất thảm khốc.

Ngành quản lý phát thải khí nhà kính và GWP như thế nào?

Có một con voi trong phòng: môi trường. Nhiều khí florua có mức cao Tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP). Ví dụ, Lưu huỳnh Hexaflorua (SF6) là một trong những khí nhà kính mạnh con người biết đến, với GWP cao hơn hàng nghìn lần so với CO2.

các ngành sản xuất chất bán dẫn đang chịu áp lực rất lớn để giảm lượng khí thải carbon. Điều này đã dẫn đến hai sự thay đổi lớn:

1. Giảm bớt: tuyệt vời đang lắp đặt những "hộp đốt" hoặc máy lọc khổng lồ trên đường ống xả của họ. Các hệ thống này phá vỡ các chất không phản ứng khí nhà kính trước khi nó được thải vào khí quyển.
2. Thay thế: Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm giải pháp thay thế khắc khí có GWP thấp hơn. Tuy nhiên, việc tìm ra một phân tử hoạt động tốt như C4F8 hoặc SF6 mà không gây tác động đến môi trường là điều khó khăn về mặt hóa học.

Nitơ Triflorua là một bước đi đúng hướng trong việc làm sạch vì nó dễ bị phân hủy hơn các PFC cũ, dẫn đến tổng thể ít hơn khí thải liệu hệ thống giảm thải có hoạt động chính xác hay không. Giảm phát thải khí nhà kính không còn chỉ là một động thái PR; đó là một yêu cầu pháp lý ở EU và Hoa Kỳ.

Chuỗi cung ứng chất bán dẫn có dễ bị thiếu khí đặc biệt không?

Nếu vài năm vừa qua đã dạy chúng ta điều gì thì đó chính là chuỗi cung ứng thật dễ vỡ. Nhà sản xuất chất bán dẫn đã phải đối mặt với sự thiếu hụt mọi thứ từ đèn neon đến chất fluoropolyme.

Việc cung cấp khí flo và các dẫn xuất của nó phụ thuộc vào việc khai thác fluorit (canxi florua). Trung Quốc là nguồn cung cấp nguyên liệu thô này trên toàn cầu. Khi căng thẳng địa chính trị gia tăng hoặc các tuyến đường hậu cần bị tắc nghẽn, sự sẵn có của những nguồn lực quan trọng này quá trình khí giảm và giá tăng vọt.

Đối với một người mua như Eric, nỗi lo sợ “Bất khả kháng” là có thật. Để giảm thiểu điều này, các công ty hiểu biết đang đa dạng hóa nhà cung cấp của họ. Họ đang tìm kiếm những đối tác sở hữu riêng xe tăng iso và đã thiết lập mạng lưới hậu cần. Độ tin cậy trong hậu cần cũng quan trọng như độ tinh khiết của khí. Bạn có thể có được sự tinh khiết nhất khí C4F8 trên thế giới, nhưng nếu nó bị mắc kẹt ở một cảng thì nó vô dụng đối với tuyệt vời.

Các quy trình an toàn để xử lý Hydro Fluoride và các vật liệu độc hại khác là gì?

An toàn là nền tảng của ngành công nghiệp của chúng tôi. Nhiều chứa flo các loại khí độc hại, gây ngạt thở hoặc có tính phản ứng cao. Hydro Florua (HF), thường được sử dụng trong khắc axit ướt hoặc được tạo ra như một sản phẩm phụ, đặc biệt nguy hiểm. Nó xâm nhập vào da và tấn công cấu trúc xương.

Xử lý những vật liệu này đòi hỏi phải được đào tạo nghiêm ngặt và có thiết bị chuyên dụng.

• Xi lanh: Phải được chứng nhận DOT/ISO và thường xuyên kiểm tra độ ăn mòn bên trong.
• Van: Van màng được sử dụng để ngăn chặn rò rỉ.
• Cảm biến: Nhà máy bán dẫn được bao phủ bởi các cảm biến phát hiện khí kích hoạt cảnh báo khi có rò rỉ nhỏ nhất.

Khi chúng ta đổ đầy một hình trụ bằng Oxit Nitơ cấp điện tử hoặc chất khắc axit độc hại, chúng ta coi nó như một vũ khí đã nạp đạn. Chúng tôi đảm bảo xi lanh được đánh bóng bên trong để ngăn chặn các hạt và van được đóng nắp và bịt kín. Đối với khách hàng của chúng tôi, biết rằng khí mang hoặc etchant được giao đến trong bao bì an toàn, tuân thủ là một điều nhẹ nhõm lớn.

Điều gì đang chờ đợi các vật liệu được sử dụng trong quá trình chế tạo chất bán dẫn?

các sản xuất chất bán dẫn lộ trình là tích cực. Khi chip chuyển sang cấu trúc 3D như bóng bán dẫn Gate-All-Around (GAA), độ phức tạp của khắc và làm sạch tăng lên. Chúng ta đang thấy nhu cầu về những thứ kỳ lạ hơn khí florua hỗn hợp có thể khắc các lỗ sâu, hẹp với độ chính xác nguyên tử.

Khắc lớp nguyên tử (ALE) là một kỹ thuật mới nổi giúp loại bỏ vật liệu từng lớp nguyên tử. Điều này đòi hỏi liều lượng cực kỳ chính xác của khí phản ứng. Hơn nữa, việc thúc đẩy sản xuất "xanh" có thể sẽ thúc đẩy việc áp dụng các phương pháp mới hóa học flo cung cấp hiệu suất tương tự với mức thấp hơn GWP.

Tương lai thuộc về những người có thể đổi mới cả về tổng hợp và tinh chế khí. Như vật liệu bán dẫn tiến hóa thì các chất khí dùng để tạo hình chúng cũng phải tiến hóa.

Bài học chính

• Flo là thiết yếu: hóa học flo là yếu tố then chốt cho khắc Và sạch sẽ bước vào sản xuất chất bán dẫn.
• Sự tinh khiết là Vua: Độ tinh khiết cao (6N) là không thể thương lượng để ngăn ngừa sai sót và đảm bảo quá trình ổn định.
• Các loại khí: Các loại khí khác nhau như CF4, SF6, và Nitơ Triflorua đảm nhận các vai trò cụ thể trong chế tạo.
• Tác động môi trường: Quản lý phát thải khí nhà kính Và sự giảm nhẹ là một thách thức quan trọng của ngành.
• An ninh cung cấp: Mạnh mẽ chuỗi cung ứng và các đối tác đáng tin cậy là cần thiết để tránh tình trạng ngừng sản xuất.

Tại Jiangsu Huazhong Gas, chúng tôi hiểu những thách thức này vì chúng tôi phải đối mặt với chúng hàng ngày. Cho dù bạn cần Xenon có độ tinh khiết cao Đối với quy trình ăn mòn mới nhất của bạn hoặc việc cung cấp khí công nghiệp tiêu chuẩn đáng tin cậy, chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ công nghệ xây dựng tương lai.