半导体超高纯气体分析

 

超高纯度(UHP)气体是半导体行业的命脉。随着前所未有的需求和全球供应链中断推高超高压气体的价格，新的半导体设计和制造实践正在提高所需的污染控制水平。对于半导体制造商而言，能够确保 UHP 气体的纯度比以往任何时候都更加重要。

 

超高纯度气体在半导体行业的重要性

 

超高纯度 (UHP) 气体在现代半导体制造中绝对至关重要。

 

UHP 气体的主要应用之一是惰性化：UHP 气体用于在半导体元件周围提供保护气氛，从而保护它们免受大气中水分、氧气和其他污染物的有害影响。然而，惰性化只是气体在半导体工业中执行的许多不同功能之一。从初级等离子气体到蚀刻和退火中使用的反应性气体，超高压气体用于许多不同的目的，并且在整个半导体供应链中都是必不可少的。

 

半导体工业中的一些“核心”气体包括氮气（用作通用清洗和惰性气体）、氩气（用作蚀刻和沉积反应中的主要等离子气体）、氦气（用作具有特殊热量的惰性气体-转移特性）和氢（在退火、沉积、外延和等离子清洗中起多种作用）。

 

随着半导体技术的发展和变化，制造过程中使用的气体也发生了变化。如今，半导体制造厂使用的气体范围很广，从氪和氖等惰性气体到三氟化氮 (NF 3 )、六氟化钨 (WF 6 ) 等活性物质。

 

对纯度的需求日益增加

 

自从第一个商用微芯片发明以来，全世界都见证了半导体器件的性能以惊人的接近指数的速度增长。在过去的五年中，实现这种性能改进的最可靠方法之一是通过“尺寸缩放”：减小现有芯片架构的关键尺寸，以便将更多晶体管挤入给定空间。除此之外，新芯片架构的开发和尖端材料的使用已经在设备性能方面产生了飞跃。

 

今天，尖端半导体的关键尺寸现在非常小，以至于尺寸缩放不再是提高器件性能的可行方法。相反，半导体研究人员正在寻找新型材料和 3D 芯片架构形式的解决方案。

 

数十年不懈的重新设计意味着今天的半导体设备比旧的微芯片强大得多——但它们也更加脆弱。300 毫米晶圆制造技术的出现提高了半导体制造所需的杂质控制水平。即使是制造过程中最轻微的污染（尤其是稀有或惰性气体）也可能导致灾难性的设备故障——因此，气体纯度现在比以往任何时候都更加重要。

 

对于典型的半导体制造厂来说，超高纯度气体已经是仅次于硅本身的最大材料费用。随着对半导体的需求飙升至新的高度，预计这些成本只会增加。欧洲的事件对紧张的超高压天然气市场造成了额外的破坏。乌克兰是世界上最大的高纯度霓虹灯出口国之一；俄罗斯的入侵意味着这种稀有气体的供应正在受到限制。这反过来又导致氪和氙等其他惰性气体的短缺和价格上涨。