Exigences de pureté et technologie de préparation du gaz de fabrication de puces

Description technique sur les exigences de pureté du gaz de fabrication de puces et la technologie de préparation

Dans le domaine de la fabrication de puces, la pureté des gaz est un facteur central pour déterminer la qualité et les performances des produits. Des processus clés tels que la photolithographie, la gravure au dépôt de film mince, les impuretés traces dans le gaz peuvent déclencher une réaction en chaîne, entraînant une déviation des performances de la puce et même la mise au rebut. Les exigences de pureté des gaz, la technologie de préparation et les mesures de garantie de la qualité sont spécifiées comme suit :

I. Exigences de base de pureté des gaz

1. Normes générales de gaz：
   • La pureté des gaz en vrac tels que l’azote, l’hydrogène, l’oxygène, l’argon et l’hélium doit être supérieure à 99,999999 % (9N), dans laquelle la teneur en impuretés telles que l’oxygène, l’eau et les hydrocarbures totaux doit être contrôlée à l’intérieur de 1 ppb (partie par milliard).
   • Les procédés spéciaux, tels que les procédés de fabrication en dessous de 14 nm, nécessitent une concentration d’impuretés individuelles inférieure à 0,1 ppb (c’est – à – dire 100 ppt), ce qui est équivalent à la difficulté de trouver un grain de sel dans un terrain de football standard.
2. Spécifications de gaz électroniques spéciales：
   • La pureté des gaz spéciaux tels que les gaz dopants (par exemple, B2H6, PH3), les gaz de gravure (par exemple, CF4, NF3) et les gaz de dépôt (par exemple, SiH4, WF6) doit être supérieure à 99,999 % (5N).
   • Les procédés de fabrication haut de gamme (par exemple, la lithographie EUV) nécessitent une pureté de gaz spécial de 99,9999% (6N) et une concentration d’impuretés contrôlée au niveau de ppt (partie par billion).

II. Influence et contrôle des impuretés

1. Types d’impuretés clés：
   • Les impuretés métalliques (par exemple, Fe, Cu) modifient les propriétés électriques du semi-conducteur, entraînant une augmentation du courant de fuite.
   • Les impuretés non métalliques (par exemple, O2, H2O) peuvent provoquer une réaction d’oxydation et perturber l’uniformité du dépôt du film.
   • Contaminants particulaires (> 0,1 μ m) : peut provoquer un court-circuit ou un circuit ouvert, affectant directement le rendement de la puce.
2. Mesures de pureté：
   • Les impuretés sont éliminées en profondeur par adsorption, catalyse et aspiration, etc.
   • L’équipement de surveillance en ligne est configuré pour détecter la pression, le débit, le point de rosée et la concentration de particules en temps réel, et la fréquence d’acquisition de données est supérieure à 1 fois / seconde.

III. Technologie de base de la préparation du gaz

1. Processus de purification des matières premières：
   • Méthode d’adsorption : Les adsorbants tels que le tamis moléculaire et le charbon actif sont utilisés pour éliminer l’oxygène, l’eau, le monoxyde de carbone et d’autres impuretés, et la profondeur d’élimination peut atteindre 0,01 ppbv.
   • Méthode catalytique : catalyser la réaction du méthane avec de l’oxygène à haute température pour générer du dioxyde de carbone et de l’eau pour réaliser la purification profonde de l’azote.
   • Méthode d’aspiration : utilisez des matériaux d’alliage pour absorber les impuretés à haute température, principalement utilisés pour la purification de l’argon et de l’hélium et la récupération de l’hydrogène.
2. Technologie de synthèse précise：
   • Pour les gaz spéciaux tels que le silane (SiH4) et l’ammoniac (NH3), les conditions de réaction doivent être contrôlées avec précision par le processus de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
   • La précision de la préparation du mélange de gaz doit atteindre des ppm (partie par million) ou même des pbb (partie par milliard), comme la précision de la préparation d’une goutte de pigment dans une piscine.

IV. Intégration du système et contrôle de qualité

1. Conception du système d’alimentation en gaz：
   • Le système de gaz spécial avec un contrôle indépendant de l’ensemble du processus est utilisé, couvrant la source de gaz, l’unité de purification, le réseau de tuyaux et les composants de détection de fuites.
   • Le matériau du tuyau est l’acier inoxydable 316L, la rugosité de la paroi intérieure est ≤ 0,4 μ m, et la soudure est traitée par polissage électrolytique.
2. Système d’essai de qualité：
   • La chromatographie en phase gazeuse, ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif) et d’autres tests de haute précision sont effectués régulièrement pour s’assurer que la teneur en impuretés est conforme aux normes.
   • Mettre en œuvre l’essai annuel de pression de tuyauterie et la détection des fuites, le taux de fuite dépasse 5% pour la réparation du réseau de tuyauterie.

V. Tendance de l’innovation technologique

1. Nouvelle technologie de purification：
   • Recherche et développement de technologies avancées telles que la séparation par membrane et la rectification à basse température, améliorant le taux de récupération du gaz à plus de 95 %.
   • Développement d’un système de purification intelligent qui ajuste automatiquement le cycle de régénération de l’adsorbant par l’algorithme AI, réduisant ainsi la consommation d’énergie de 20% à 30 %.
2. Direction de la préparation verte：
   • Promouvoir le système d’alimentation en gaz en boucle fermée, réaliser le recyclage du gaz spécial et réduire les émissions de plus de 30 %.
   • L’énergie propre telle que l’hydrogène est utilisée pour entraîner l’équipement de purification et réduire l’intensité des émissions de carbone.

Il est recommandé que les fabricants de puces établissent un système de traçabilité de la qualité des gaz et mettent en œuvre la gestion du cycle de vie complet de chaque lot de gaz. Pour le système de fonctionnement continu, une plate-forme de surveillance intelligente peut être configurée pour collecter des paramètres tels que la pureté, la pression et le débit en temps réel, et prédire l’état de l’équipement par l’analyse des données pour réaliser la maintenance préventive. Dans le même temps, il est recommandé d’effectuer une détection de fuite du réseau de pipelines tous les trimestres et de confier un organisme d’essai tiers pour émettre un rapport de qualité complet chaque année afin d’assurer le fonctionnement continu et stable du système.