Maximiser les rendements semi-conducteurs avec des solutions d'alliages optimisés

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

Masroor Malik, Responsable marché semi-conducteurs, Swagelok, et Shelly Tang, Ingénieur métallurgiste principal, Swagelok

L'innovation rapide est une nécessité dans le paysage semi-conducteur hautement concurrentiel. 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 une puissance de traitement élevée. La loi de Moore, qui stipule que le nombre de transistors dans une puce double tous les deux ans, s'est vérifiée depuis les années 1970 et continue d'impacter le développement des transistors aujourd'hui.

Les fabricants doivent bien sûr équilibrer ces exigences d'innovation avec leur capacité à maximiser production et rentabilité. Comment faire ? Un rapport récent de McKinsey & Company¹ suggère que plusieurs stratégies courantes – réduire les coûts de main-d'œuvre, la consommation de matériaux et les dépenses d'approvisionnement mondial – se sont avérées efficaces à court terme, mais n'ont pas généré de gains de rentabilité à long terme.

Le rapport suggère plutôt que les fabricants peuvent gérer les coûts plus efficacement et soutenir 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 difficiles à atteindre – donc un avantage concurrentiel dans les opérations semi-conducteurs », selon McKinsey.

Les rendements de bout en bout peuvent être améliorés de diverses façons, mais il y a un potentiel significatif dans un domaine parfois négligé : les systèmes et composants de fluides critiques qui transportent les gaz réactifs halogènes du stockage à la chambre de dépôt. Alors que les conditions de process deviennent plus exigeantes et que les gaz réactifs deviennent plus légers et agressifs, ces systèmes doivent offrir le plus haut niveau de performance – et beaucoup dépend des matériaux dont ils sont faits.

Dans l'environnement de production de puces d'aujourd'hui, les aciers inoxydables de grade inférieur n'offrent souvent pas les niveaux de performance nécessaires. Voici comment les composants de systèmes de fluides faits de matériaux de haute qualité peuvent contribuer à des rendements de bout en bout plus élevés, et ce que les fabricants doivent considérer lors de la spécification d'aciers inoxydables.

L'impact des systèmes de fluides sur le potentiel de rendement.

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

Premièrement, alors que les transistors continuent de rétrécir, la résistance à la contamination est un attribut de performance de plus en plus important pour les environnements de production ultra-haute pureté. Même des particules étrangères microscopiques minimales peuvent causer un problème majeur. La bonne composante de système de fluides peut aider à limiter l'entrée de contaminants dans le process de fabrication, contribuant à des volumes plus élevés de puces viables pendant un cycle.

Deuxièmement, alors que les processus utilisent des gaz de process de plus en plus agressifs nécessitant des températures d'exploitation de plus en plus hautes, le potentiel de corrosion augmente. Tout temps d'arrêt pour remplacer une vanne, un raccord ou un tube corrodé peut arrêter la production et réduire drastiquement le rendement global. Une résistance à la corrosion supérieure aide à éviter ce temps d'arrêt. La sécurité est aussi une considération majeure – un composant défaillant peut mener à une fuite potentiellement dangereuse.

Atteindre une performance supérieure par une sélection stratégique des matériaux.

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

Par exemple, des niveaux élevés de chrome, nickel et molybdène augmentent à la fois la résistance du matériau et sa capacité à résister à la corrosion par contact avec des milieux agressifs. Certains contenus résiduels doivent rester – par exemple, un équilibre spécifique de soufre est nécessaire pour assurer une finition de surface et une soudabilité optimales. C'est une combinaison difficile à équilibrer, nécessitant un fabricant avec un haut niveau d'expérience et de connaissance en métallurgie et 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 haute pureté avec impuretés minimisées dans l'acier inoxydable par des procédés comme la décarburation argon-oxygène (AOD), la fusion par induction sous vide (VIM) et le re-fusionnage par arc sous vide (VAR). Des méthodes strictes de contrôle qualité et tests doivent aussi être déployées – mesures comme tests ultrasons, tests courants de Foucault, et autres peuvent détecter les plus petites imperfections internes ou externes compromettant la pureté. Le post-usinage, comme l'électropolissage et la passivation pour certains matériaux, peut améliorer davantage la propreté des composants.

Ce qu'il faut rechercher chez votre fournisseur de composants de systèmes de fluides.

Pour réduire la contamination, améliorer la résistance à la corrosion et contribuer à des rendements de production de bout en bout plus élevés, les fabricants doivent chercher des fournisseurs éprouvés qui comprennent les besoins uniques de leurs applications critiques et offrent des solutions avec fonctionnalité et construction matérielle optimisées.

Un fournisseur idéal devrait être capable de…

• Comprendre parfaitement la science des matériaux et les défis de la fabrication semi-conducteurs
• S'approvisionner en acier inoxydable de la plus haute qualité auprès de fournisseurs éprouvés
• Maintenir des standards de chimie et de traitement des matériaux strictement spécifiés
• Tester rigoureusement etthoroughly tous les matériaux d'acier inoxydable
• Maintenir un contrôle strict des matériaux tout au long du processus de fabrication
• Tracer tous les matériaux d'acier inoxydable des matières premières à l'expédition pour une traçabilité à 100 %

Chercher un fournisseur démontrant chacun de ces attributs vaut l'effort pour les fabricants qui veulent atteindre une production maximale dans cet espace hautement concurrentiel. Trouver un fournisseur offrant des produits haute performance qui minimisent contamination et corrosion par des choix de matériaux et conception appropriés a un potentiel de ROI significatif.

Intéressé par la façon dont les systèmes de fluides optimisés peuvent vous aider à atteindre des gains de rentabilité à long terme ? Swagelok a des décennies d'expérience fournissant des composants haute performance à l'industrie semi-conducteurs. Contactez notre équipe et découvrez comment vous pouvez en bénéficier aujourd'hui.

¹ « Taking the next leap forward in semiconductor yield improvement », McKinsey & Company, 2 mai 2018.

Masroor Malik est Responsable marché semi-conducteurs pour The Swagelok Company. En vingt-deux ans, il a une expérience technique significative aidant les clients du marché semi-conducteurs. Il détient des diplômes de l'Université du Nebraska-Lincoln et de la Weatherhead School of Management à Case Western Reserve University.

Shelly Tang est Ingénieur métallurgiste principal pour The Swagelok Company. En près de 20 ans, elle a une expérience significative en science des matériaux pour diverses applications critiques de systèmes de fluides. Elle détient un doctorat en Science et Génie des Matériaux de Penn State University.