Requisitos de pureza y tecnología de preparación del gas de fabricación de chips

Requisitos de pureza del gas de fabricación de chips y descripción técnica sobre la tecnología de preparación

En el campo de la fabricación de chips, la pureza del gas es un factor central para determinar la calidad y el rendimiento del producto. Desde la fotolitografía, el grabado hasta la deposición de películas delgadas, las microimpurezas en el gas pueden desencadenar una reacción en cadena, lo que puede conducir a la desviación del rendimiento del chip o incluso al desecho. Los requisitos de pureza del gas, la tecnología de preparación y las medidas de garantía de calidad se describen de la siguiente manera:

I. Requisitos básicos de pureza del gas

1. Estándar de gas común：
   • La pureza de los gases a granel como nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, argón y helio debe alcanzar más de 99,9999999% (9N), y el contenido de impurezas como oxígeno, agua e hidrocarburos totales debe controlarse dentro de 1 ppb (ppb).
   • Los procesos especiales (por ejemplo, los procesos por debajo de 14 nm) requieren una concentración de impurezas individuales por debajo de 0,1 ppb (es decir, 100 ppt), lo que equivale a la dificultad de encontrar un grano de sal en un campo de fútbol.
2. Especificación de gas especial electrónico：
   • La pureza de los gases especiales, como los gases de dopaje (como B2H6, PH3), los gases de grabado (como CF4, NF3) y los gases de deposición (como SiH4, WF6) deben alcanzar el 99,999% (5N) o más.
   • Los procesos de fabricación de alta gama (por ejemplo, litografía EUV) requieren que la pureza del gas especial se mejore a 99,9999% (6N) y la concentración de impurezas se controle en el nivel de ppt (partes por billón).

II. Efecto y control de impurezas

1. Tipos de impurezas clave：
   • Impurezas metálicas (por ejemplo, Fe, Cu): pueden alterar las características eléctricas del semiconductor, lo que resulta en un aumento de la corriente de fuga.
   • Impurezas no metálicas (por ejemplo, O2, H2O): pueden causar oxidación y destruir la uniformidad de la deposición de la película.
   • Contaminantes de partículas (> 0,1 μ m): pueden causar cortocircuitos o circuitos abiertos, lo que afecta directamente el rendimiento del chip.
2. Salvaguardias de pureza：
   • Se adopta un sistema de purificación de varias etapas para eliminar profundamente las impurezas a través de procesos como adsorción, catálisis, aspiración de aire, etc.
   • Configure el equipo de monitoreo en línea para detectar la presión, el caudal, el punto de rocío y la concentración de partículas en tiempo real, y la frecuencia de adquisición de datos es ≥ 1 vez / segundo.

Tecnología básica de preparación de gas

1. Proceso de purificación de materia prima：
   • Método de adsorción: el adsorbente se utiliza para eliminar oxígeno, agua, monóxido de carbono y otras impurezas con una profundidad de eliminación de hasta 0,01 ppbv.
   • Método catalítico: catalizando la reacción de metano con oxígeno a alta temperatura para generar dióxido de carbono y agua, realizando la purificación profunda del nitrógeno.
   • Método de aspiración de aire: adopta materiales de aleación para absorber impurezas a alta temperatura, principalmente para purificar argón y helio y recuperar hidrógeno.
2. Tecnología sintética de precisión：
   • Las condiciones de reacción deben controlarse con precisión mediante el proceso de deposición química de vapor (CVD) para los gases especiales como el silano (SiH4), el amoníaco (NH3).
   • La precisión de la mezcla de gas debe alcanzar el nivel de ppm (partes por millón) o incluso pbb (partes por billón), como la precisión de la mezcla de una gota de pigmento en una piscina.

IV. Integración de sistemas y control de calidad

1. Sistema de suministro de aire：
   • Adopta un sistema de gas especial con control independiente de todo el proceso, que cubre la fuente de gas, el dispositivo de purificación, la red de tuberías y los componentes de detección de fugas.
   • El material de la tubería es acero inoxidable 316L, la rugosidad de la pared interna es ≤ 0,4 μ m, la soldadura se somete a pulido electrolítico.
2. Sistema de inspección de calidad：
   • La cromatografía de gases, ICP-MS (espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente) y otras pruebas de alta precisión se realizan regularmente para garantizar que el contenido de impurezas cumpla con el estándar.
   • Realizar pruebas anuales de presión de tuberías y detección de fugas, la tasa de fugas es superior al 5% para la reparación de la red de tuberías.

V. Tendencias de innovación tecnológica

1. Nuevas técnicas de purificación：
   • Investigación y desarrollo de tecnologías avanzadas como separación de membrana y rectificación a baja temperatura para mejorar la recuperación de gas a más del 95%.
   • Desarrollar un sistema de purificación inteligente que ajusta automáticamente el ciclo de regeneración del adsorbente a través de algoritmos de IA, reduciendo el consumo de energía en un 20% – 30%.
2. Dirección verde de preparación：
   • Promover el sistema de suministro de gas de circuito cerrado, realizar el reciclaje y la utilización de gas especial y reducir las emisiones en más del 30%.
   • Adoptar energía limpia como energía de hidrógeno para impulsar equipos de purificación y reducir la intensidad de emisión de carbono.

Se recomienda que las empresas de fabricación de chips establezcan un sistema de trazabilidad de la calidad del gas para implementar la gestión del ciclo de vida completo de cada lote de gas. Para el sistema de operación continua, se puede configurar una plataforma de monitoreo inteligente para recopilar parámetros como pureza, presión y caudal en tiempo real, y predecir el estado del equipo a través del análisis de datos para realizar el mantenimiento preventivo. Al mismo tiempo, se recomienda llevar a cabo la detección de fugas de la red de tuberías trimestralmente y confiar a una agencia de inspección de terceros para emitir un informe de calidad completo cada año para garantizar el funcionamiento continuo y estable del sistema.