以优化合金方案最大化半导体良率

以优化材料提升半导体制造良率

Masroor Malik，Swagelok半导体市场经理；Shelly Tang，Swagelok首席冶金工程师

高竞争半导体格局下，快速创新势在必行。现代世界高度依赖越来越强大的芯片，利用更微小晶体管产生高算力。摩尔定律指出芯片晶体管数量每两年翻倍，自1970年代以来成立至今，持续影响晶体管发展。

制造商必须在创新需求与自身最大化产出、盈利能力间平衡。麦肯锡近期报告¹指出，降低人工成本、减少材料消耗、削减全球采购支出等常见策略短期有效，但长期未带来盈利增益。

报告建议，半导体制造商可通过改善端到端良率更有效管控成本、维持高盈利。“良率优化长期被视为最关键却最难达成的目标——因而成为半导体运营的竞争优势，”麦肯锡指出。

端到端良率可通过多种途径改善，但半导体制造工艺中一个有时被忽视的领域潜力巨大：将反应卤素气体从存储输送至沉积腔的关键流体系统及组件。随工况愈发苛刻、反应气体愈发轻质激进，这些系统必须提供最高性能——很大程度上取决于其材质。

当今半导体芯片生产环境中，低等级不锈钢往往无法提供必要性能。以下阐述高质量材质流体组件如何助力提升端到端良率，以及半导体制造商指定不锈钢时应考量的因素。

流体气体系统对良率的影响主要取决于两大因素：污染与腐蚀。

首先，随工艺晶体管持续微缩，抗污染能力成为超高纯生产环境日益重要的性能指标。即使极微量微观异物颗粒也可能引发重大问题。合适的流体系统组件有助于限制污染物进入芯片制造工艺，从而提高生产运行中合格芯片产出量。

其次，半导体生产工艺日益采用更激进工艺气体，可能需要更高工作温度，腐蚀风险随之增加。更换腐蚀阀门、接头、管路导致的停机会中断生产、大幅降低总良率。卓越耐腐蚀性可助制造商规避此类停机。安全也是关键考量——系统组件性能不佳可能导致危险泄漏。

不锈钢配方在高性能合金元素与残留元素间达成优化平衡，对半导体生产环境至关重要。

例如，提高不锈钢配方中铬、镍、钼含量，可增强材料强度及抵抗激进系统介质腐蚀的能力。特定残留元素必须保留——如特定硫平衡以确保终端组件最优表面光洁度和焊接性。这是极具挑战的性能属性平衡，要求制造商具备冶金学和材料科学的深厚经验与知识。

然而半导体制造中，洁净度与纯度至关重要。可通过氩氧脱碳（AOD）、真空感应熔炼（VIM）、真空电弧重熔（VAR）等工艺，使用最小化杂质的高纯材料增强洁净度。制造商还应部署严格质控检测方法——如超声波检测、涡流检测等，可发现哪怕最微小的内外部缺陷。后加工处理如电解抛光和钝化可进一步提升组件洁净度。

为减少污染、提升耐腐蚀性、助力端到端生产良率提升，半导体制造商应寻找经验证实的流体系统组件供应商，其需理解关键应用独特需求，提供功能与材质构建经优化的解决方案。

理想供应商应能……

寻找具备上述每项属性的供应商，对追求高竞争空间巅峰产出的半导体制造商值得付出努力。找到提供高性能产品、通过正确材料选择和产品设计最小化污染与腐蚀的供应商，具有显著ROI潜力。

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¹ “Taking the next leap forward in semiconductor yield improvement,” McKinsey & Company, May 2, 2018.

Masroor Malik任Swagelok公司半导体市场经理。22年公司生涯中，在半导体市场为客户提供大量技术支持。毕业于内布拉斯加大学林肯分校及凯斯西储大学韦瑟黑德管理学院。

Shelly Tang任Swagelok公司首席冶金工程师。近20年在各类关键流体系统应用中积累材料科学丰富经验。拥有宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程博士学位。

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