Verbesserung der Halbleiterausbeute mit optimierten Legierungen

Verbesserung der Ausbeute bei der Halbleiterherstellung mit optimierten Materialien

Masroor Malik, Semiconductor Market Manager, Swagelok, und Shelly Tang, Lead Principal Metallurgical Engineer, Swagelok

Schnelle Innovation ist eine Notwendigkeit in der hart umkämpften Halbleiterlandschaft. Ein Großteil der modernen Welt hängt von der Entwicklung immer leistungsfähigerer Chips ab, die immer kleinere Transistoren verwenden, um eine hohe Verarbeitungsleistung zu erzeugen. Das Mooresche Gesetz, das besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem bestimmten Chip alle zwei Jahre verdoppelt, gilt seit den 1970er Jahren und beeinflusst die Transistorentwicklung bis heute.

Hersteller müssen diese Anforderungen an Innovation natürlich mit ihrer eigenen Fähigkeit zur Maximierung von Produktionsleistung und Rentabilität in Einklang bringen. Wie es geht? Ein aktueller Bericht von McKinsey &Company ¹ schlägt vor, dass sich mehrere gängige Strategien – Senkung der Arbeitskosten, Reduzierung des Materialverbrauchs und Reduzierung der globalen Beschaffungsausgaben – kurzfristig als wirksam erwiesen haben, aber keine langfristigen Rentabilitätsgewinne bestätigt haben.

Stattdessen, so der Bericht, können Halbleiterhersteller die Kosten effektiver verwalten und eine höhere Rentabilität aufrechterhalten, indem sie die End-to-End-Ausbeute verbessern. „Die Ertragsoptimierung gilt seit langem als eines der kritischsten, aber schwer zu erreichenden Ziele – und damit als Wettbewerbsvorteil im Halbleiterbetrieb“, so McKinsey.

Die End-to-End-Ausbeute kann auf verschiedene Weise verbessert werden, aber es gibt ein erhebliches Potenzial in einem manchmal übersehenen Bereich des Halbleiterherstellungsprozesses:kritische Fluidsysteme und Komponenten, die Halogenreaktantengase vom Speicher zur Abscheidungskammer transportieren. Da die Prozessbedingungen anspruchsvoller werden und die Reaktionsgase leichter und aggressiver werden, müssen diese Systeme ein Höchstmaß an Leistung bieten – und vieles davon hängt von den Materialien ab, aus denen sie hergestellt sind.

In der heutigen Produktionsumgebung für Halbleiterchips bieten minderwertige Edelstähle oft nicht die erforderliche Leistung. Hier erfahren Sie, wie Fluidsystemkomponenten aus höherwertigen Materialien zu höheren End-to-End-Erträgen beitragen können und was Halbleiterhersteller bei der Spezifikation von Edelstählen berücksichtigen sollten.

Einfluss von Flüssigkeitssystemen auf das Ertragspotenzial.

Die Auswirkungen von Fluid- und Gassystemen auf die Erträge werden hauptsächlich von zwei Schlüsselfaktoren beeinflusst:Verschmutzung und Korrosion.

Erstens, da Prozesstransistoren immer kleiner werden, ist Kontaminationsbeständigkeit ein zunehmend wichtiges Leistungsmerkmal für Produktionsumgebungen mit ultrahoher Reinheit. Selbst minimale, mikroskopisch kleine Fremdpartikel können ein großes Problem verursachen. Die richtigen Fluidsystemkomponenten können dazu beitragen, das Eindringen von Verunreinigungen in den Chipherstellungsprozess zu begrenzen und so zu höheren Volumina an brauchbaren Chips während eines Produktionslaufs beizutragen.

Zweitens nimmt das Korrosionspotential zu, da Halbleiterproduktionsprozesse zunehmend aggressivere Prozessgase verwenden, die zunehmend höhere Betriebstemperaturen erfordern können. Jede Ausfallzeit, die sich aus der Notwendigkeit ergibt, ein korrodiertes Ventil, eine Armatur oder einen Schlauch in diesen Systemen zu ersetzen, kann die Produktion stoppen und die Gesamtausbeute drastisch reduzieren. Hervorragende Korrosionsbeständigkeit kann Herstellern helfen, diese Art von Ausfallzeiten zu vermeiden. Auch die Sicherheit spielt hier eine große Rolle – eine nicht ordnungsgemäß funktionierende Systemkomponente kann zu einem potenziell gefährlichen Leck führen.

Erzielung einer höheren Leistung durch strategische Materialauswahl.

Eine Edelstahlformulierung mit einem optimierten Gleichgewicht aus Hochleistungslegierungen und Restgehalten ist für Halbleiterproduktionsumgebungen von entscheidender Bedeutung.

Zum Beispiel erhöhen erhöhte Gehalte an Chrom, Nickel und Molybdän in Edelstahlformulierungen sowohl die Festigkeit des Materials als auch die Fähigkeit, Korrosion durch Kontakt mit aggressiven Systemmedien zu widerstehen. Ein gewisser Restgehalt muss in der Formulierung verbleiben – beispielsweise ist ein spezifisches Schwefelgleichgewicht erforderlich, um die optimale Oberflächenveredelung und Schweißbarkeit der Endanwendungskomponenten sicherzustellen. Dies ist eine herausfordernde Kombination von Leistungsattributen, die in Einklang gebracht werden muss, und erfordert einen Hersteller mit einem hohen Maß an Erfahrung und Kenntnissen in Metallurgie und Materialwissenschaften.

Bei der Halbleiterherstellung sind Sauberkeit und Reinheit jedoch von entscheidender Bedeutung. Die Sauberkeit kann durch die Verwendung von hochreinem Material mit minimierten Verunreinigungen in Edelstahl durch Prozesse wie Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD), Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM) und Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VAR) verbessert werden. Strenge Qualitätskontrollen und Testmethoden sollten auch vom Hersteller eingesetzt werden – Maßnahmen wie Ultraschallprüfung, Wirbelstromprüfung und andere Methoden können selbst kleinste interne oder externe Mängel erkennen, die die Reinheit beeinträchtigen können. Durch maschinelle Nachbearbeitung, wie z. B. Elektropolieren und Passivieren bei bestimmten Materialien, kann die Bauteilsauberkeit weiter verbessert werden.

Worauf Sie bei Ihrem Lieferanten von Fluidsystemkomponenten achten sollten.

Um die Kontamination zu reduzieren, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und zu höheren End-to-End-Produktionserträgen beizutragen, sollten Halbleiterhersteller nach bewährten Lieferanten von Fluidsystemkomponenten suchen, die die einzigartigen Anforderungen ihrer kritischen Anwendungen verstehen und Lösungen mit optimierter Funktionalität und Materialkonstruktion anbieten .

Ein idealer Lieferant sollte in der Lage sein…

• Verstehen Sie die Herausforderungen der Materialwissenschaften und der Halbleiterherstellung genau
• Beschaffen Sie Edelstahl höchster Qualität von bewährten Lieferanten
• Halten Sie streng festgelegte Materialchemie- und Verarbeitungsstandards ein
• Prüfen Sie alle Edelstahlmaterialien rigoros und gründlich
• Behalten Sie während des gesamten Herstellungsprozesses eine strenge Kontrolle über die Materialien bei
• Verfolgen Sie alle Edelstahlmaterialien vom Rohmaterial bis zum Versand für eine 100 %ige Rückverfolgbarkeit

Die Suche nach einem Lieferanten, der alle diese Eigenschaften aufweist, lohnt sich für Halbleiterhersteller, die in diesem hart umkämpften Bereich Spitzenleistungen erzielen wollen. Die Suche nach einem Lieferanten, der leistungsstarke Produkte anbietet, die Kontamination und Korrosion durch die richtige Materialauswahl und das richtige Produktdesign minimieren, hat ein erhebliches ROI-Potenzial.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie optimierte Flüssigkeitssysteme Ihnen helfen können, langfristige Rentabilitätssteigerungen zu erzielen? Swagelok verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Bereitstellung von Hochleistungskomponenten für die Halbleiterindustrie. Kontaktieren Sie unser Team und finden Sie noch heute heraus, wie Sie davon profitieren können.

¹ „Der nächste Sprung nach vorn bei der Verbesserung der Halbleiterausbeute“, McKinsey &Company, 2. Mai 2018.

Masroor Malik ist Semiconductor Market Manager für The Swagelok Company. In seinen zweiundzwanzig Jahren im Unternehmen verfügt er über umfangreiche technische Erfahrung bei der Unterstützung von Kunden auf dem gesamten Halbleitermarkt. Er hat Abschlüsse der University of Nebraska-Lincoln und der Weatherhead School of Management der Case Western Reserve University.

Shelly Tang ist Lead Principal Metallurgical Engineer bei The Swagelok Company. In ihren fast 20 Jahren in dieser Funktion verfügt Shelly über umfangreiche Erfahrung in der Materialwissenschaft in einer Vielzahl kritischer Fluidsystemanwendungen. Sie hat einen Ph.D. Abschluss in Materialwissenschaft und -technik von der Penn State University.