Améliorer le rendement des semi-conducteurs avec des alliages optimisés

Améliorer les rendements de fabrication des semi-conducteurs avec des matériaux optimisés

Masroor Malik, responsable du marché des semi-conducteurs, Swagelok, et Shelly Tang, ingénieur principal en métallurgie, Swagelok

L'innovation rapide est une nécessité dans le paysage hautement concurrentiel des semi-conducteurs. Une grande partie du monde moderne dépend du développement de puces de plus en plus puissantes, utilisant des transistors de plus en plus petits pour générer des niveaux élevés de puissance de traitement. La loi de Moore, qui stipule que le nombre de transistors dans une puce donnée double tous les deux ans, est vraie depuis les années 1970 et continue d'avoir un impact sur le développement des transistors aujourd'hui.

Les fabricants doivent bien sûr équilibrer ces demandes d'innovation avec leur propre capacité à maximiser à la fois la production et la rentabilité. Comment faire? Un récent rapport de McKinsey &Company ¹ suggère que plusieurs stratégies courantes - réduire les coûts de main-d'œuvre, réduire la consommation de matériaux et réduire les dépenses d'approvisionnement mondiales - se sont avérées efficaces à court terme, mais n'ont pas confirmé les gains de rentabilité à long terme.

Au lieu de cela, le rapport suggère que les fabricants de semi-conducteurs peuvent gérer plus efficacement les coûts et maintenir une rentabilité plus élevée en améliorant le rendement de bout en bout. "L'optimisation du rendement a longtemps été considérée comme l'un des objectifs les plus critiques, mais les plus difficiles à atteindre, ce qui constitue un avantage concurrentiel dans les opérations de semi-conducteurs", selon McKinsey.

Les rendements de bout en bout peuvent être améliorés de diverses manières, mais il existe un potentiel important dans un domaine parfois négligé du processus de fabrication des semi-conducteurs :les systèmes de fluides critiques et les composants qui transportent les gaz halogènes réactifs du stockage à la chambre de dépôt. À mesure que les conditions de traitement deviennent plus exigeantes et que les gaz réactifs deviennent plus légers et plus agressifs, ces systèmes doivent offrir le plus haut niveau de performance, et cela dépend en grande partie des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués.

Dans l'environnement actuel de production de puces à semi-conducteurs, les aciers inoxydables de moindre qualité ne fournissent souvent pas les niveaux de performances nécessaires. Voici comment les composants du système de fluides fabriqués à partir de matériaux de meilleure qualité peuvent contribuer à des rendements de bout en bout plus élevés, et ce que les fabricants de semi-conducteurs doivent prendre en compte lors de la spécification des aciers inoxydables.

Impact des systèmes fluides sur le potentiel de rendement.

L'impact des systèmes de fluides et de gaz sur les rendements est principalement affecté par deux facteurs clés :la contamination et la corrosion.

Premièrement, à mesure que les transistors de processus deviennent de plus en plus petits, la résistance à la contamination est un attribut de performance de plus en plus important pour les environnements de production à très haute pureté. Même des particules étrangères microscopiques minimes peuvent causer un problème majeur. Le bon composant du système de fluide peut aider à limiter l'entrée de contaminants dans le processus de fabrication des puces, contribuant ainsi à des volumes plus élevés de puces viables au cours d'un cycle de production.

Deuxièmement, comme les processus de production de semi-conducteurs utilisent de plus en plus des gaz de traitement plus agressifs qui peuvent nécessiter des températures de fonctionnement de plus en plus élevées, le potentiel de corrosion augmente. Tout temps d'arrêt résultant de la nécessité de remplacer une vanne, un raccord ou un tube corrodé dans ces systèmes peut arrêter la production et réduire considérablement le rendement global. Une résistance supérieure à la corrosion peut aider les fabricants à éviter ce type de temps d'arrêt. La sécurité est également une considération majeure ici - un composant du système qui ne fonctionne pas correctement peut entraîner une fuite potentiellement dangereuse.

Obtenir des performances supérieures grâce à une sélection stratégique des matériaux.

Une formulation d'acier inoxydable avec un équilibre optimisé d'alliages hautes performances et de contenu résiduel est essentielle pour les environnements de production de semi-conducteurs.

Par exemple, des niveaux élevés de chrome, de nickel et de molybdène dans les formulations d'acier inoxydable augmentent à la fois la résistance du matériau et sa capacité à résister à la corrosion résultant du contact avec des fluides agressifs du système. Une certaine teneur résiduelle doit rester dans la formulation - par exemple, un équilibre spécifique de soufre est nécessaire pour assurer la finition de surface et la soudabilité optimales des composants d'utilisation finale. Il s'agit d'une combinaison difficile d'attributs de performance à équilibrer, et cela nécessite un fabricant avec des niveaux élevés d'expérience et de connaissances en métallurgie et en science des matériaux.

Dans la fabrication de semi-conducteurs, cependant, la propreté et la pureté sont d'une importance critique. La propreté peut être améliorée en utilisant un matériau de haute pureté avec des impuretés minimisées dans l'acier inoxydable grâce à des procédés tels que la décarburation à l'oxygène de l'argon (AOD), la fusion par induction sous vide (VIM) et la refusion à l'arc sous vide (VAR). Des méthodes strictes de contrôle de la qualité et de test doivent également être déployées par le fabricant - des mesures telles que les tests par ultrasons, les tests par courants de Foucault et d'autres méthodes peuvent détecter même les plus petites imperfections internes ou externes susceptibles de compromettre la pureté. Le traitement post-usinage, tel que le polissage électrolytique et la passivation de certains matériaux, peut encore améliorer la propreté des composants.

Ce qu'il faut rechercher auprès de votre fournisseur de composants de système de fluide.

Afin de réduire la contamination, d'améliorer la résistance à la corrosion et de contribuer à des rendements de production de bout en bout plus élevés, les fabricants de semi-conducteurs doivent rechercher des fournisseurs de composants de systèmes fluides éprouvés qui comprennent les besoins uniques de leurs applications critiques et proposent des solutions avec une fonctionnalité et une construction matérielle optimisées. .

Un fournisseur idéal devrait pouvoir…

• Bien comprendre les défis de la science des matériaux et de la fabrication de semi-conducteurs
• Procurez-vous de l'acier inoxydable de la plus haute qualité auprès de fournisseurs éprouvés
• Maintenir des normes strictes en matière de chimie des matériaux et de traitement
• Tester rigoureusement et minutieusement tous les matériaux en acier inoxydable
• Maintenir un contrôle strict des matériaux tout au long du processus de fabrication
• Suivez tous les matériaux en acier inoxydable depuis les matières premières jusqu'à l'expédition pour une traçabilité à 100 %

La recherche d'un fournisseur démontrant chacun de ces attributs vaut la peine pour les fabricants de semi-conducteurs qui souhaitent atteindre une production de pointe dans cet espace hautement concurrentiel. Trouver un fournisseur qui propose des produits performants qui minimisent la contamination et la corrosion grâce à des choix de matériaux et à une conception de produit appropriés offre un potentiel de retour sur investissement important.

Vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont les systèmes de fluides optimisés peuvent vous aider à réaliser des gains de rentabilité à long terme ? Swagelok a des décennies d'expérience dans la fourniture de composants hautes performances à l'industrie des semi-conducteurs. Contactez notre équipe et découvrez comment vous pouvez en bénéficier dès aujourd'hui.

¹ « Faire le prochain bond en avant dans l'amélioration du rendement des semi-conducteurs », McKinsey &Company, 2 mai 2018.

Masroor Malik est responsable du marché des semi-conducteurs pour The Swagelok Company. Au cours de ses vingt-deux années au sein de l'entreprise, il a acquis une expérience technique significative en aidant les clients sur l'ensemble du marché des semi-conducteurs. Il est diplômé de l'Université du Nebraska-Lincoln et de la Weatherhead School of Management de la Case Western Reserve University.

Shelly Tang est ingénieur métallurgiste principal pour The Swagelok Company. Au cours de ses près de 20 ans à ce poste, Shelly possède une expérience considérable en science des matériaux dans une variété d'applications critiques de systèmes de fluides. Elle est titulaire d'un doctorat. diplôme en science et génie des matériaux de la Penn State University.