Mejore el rendimiento de los semiconductores con aleaciones optimizadas

Mejora de los rendimientos de fabricación de semiconductores con materiales optimizados

Masroor Malik, gerente de mercado de semiconductores, Swagelok, y Shelly Tang, ingeniera metalúrgica principal principal, Swagelok

La innovación rápida es una necesidad en el panorama altamente competitivo de los semiconductores. Gran parte del mundo moderno depende del desarrollo de chips cada vez más potentes, que utilizan transistores cada vez más pequeños para generar altos niveles de potencia de procesamiento. La ley de Moore, que establece que la cantidad de transistores en un chip determinado se duplica cada dos años, se ha cumplido desde la década de 1970 y continúa afectando el desarrollo de transistores en la actualidad.

Por supuesto, los fabricantes deben equilibrar estas demandas de innovación con su propia capacidad para maximizar tanto la producción como la rentabilidad. ¿Cómo hacerlo? Un informe reciente de McKinsey &Company ¹ sugiere que varias estrategias comunes (reducir los costos de mano de obra, reducir el consumo de materiales y reducir el gasto global en adquisiciones) han demostrado su eficacia a corto plazo, pero no han producido ganancias de rentabilidad a largo plazo.

En cambio, sugiere el informe, los fabricantes de semiconductores pueden administrar los costos de manera más efectiva y mantener una mayor rentabilidad al mejorar el rendimiento de extremo a extremo. “La optimización del rendimiento se ha considerado durante mucho tiempo como uno de los objetivos más críticos, aunque difíciles de alcanzar, por lo tanto, una ventaja competitiva en las operaciones de semiconductores”, según McKinsey.

Los rendimientos de extremo a extremo se pueden mejorar de varias maneras, pero existe un potencial significativo en un área del proceso de fabricación de semiconductores que a veces se pasa por alto:los sistemas de fluidos críticos y los componentes que transportan los gases halógenos reactivos desde el almacenamiento hasta la cámara de deposición. A medida que las condiciones del proceso se vuelven más exigentes y los gases reactivos se vuelven más livianos y agresivos, estos sistemas deben ofrecer el más alto nivel de rendimiento, y mucho de eso depende de los materiales con los que están hechos.

En el entorno actual de producción de chips semiconductores, los aceros inoxidables de grado inferior a menudo no proporcionan los niveles de rendimiento necesarios. Aquí se explica cómo los componentes de sistemas de fluidos fabricados con materiales de mayor calidad pueden contribuir a mayores rendimientos de principio a fin y qué deben tener en cuenta los fabricantes de semiconductores al especificar aceros inoxidables.

Impacto de los sistemas de fluidos en el potencial de rendimiento.

El impacto de los sistemas de fluidos y gases en los rendimientos se ve afectado principalmente por dos factores clave:la contaminación y la corrosión.

En primer lugar, a medida que los transistores de proceso se hacen cada vez más pequeños, la resistencia a la contaminación es un atributo de rendimiento cada vez más importante para los entornos de producción de ultra alta pureza. Incluso las partículas extrañas mínimas y microscópicas pueden causar un problema importante. Los componentes correctos del sistema de fluidos pueden ayudar a limitar la entrada de contaminantes en el proceso de fabricación de chips, contribuyendo así a mayores volúmenes de chips viables durante un ciclo de producción.

En segundo lugar, a medida que los procesos de producción de semiconductores utilizan cada vez más gases de proceso más agresivos que pueden requerir temperaturas de funcionamiento cada vez más altas, aumenta el potencial de corrosión. Cualquier tiempo de inactividad resultante de la necesidad de reemplazar una válvula, un accesorio o un tubo corroído en estos sistemas puede detener la producción y reducir drásticamente el rendimiento general. La resistencia superior a la corrosión puede ayudar a los fabricantes a evitar este tipo de tiempo de inactividad. La seguridad también es una consideración importante aquí:un componente del sistema que no funciona correctamente puede provocar una fuga potencialmente peligrosa.

Lograr un mayor rendimiento a través de la selección estratégica de materiales.

Una formulación de acero inoxidable con un equilibrio optimizado de aleaciones de alto rendimiento y contenido residual es fundamental para los entornos de producción de semiconductores.

Por ejemplo, los niveles elevados de cromo, níquel y molibdeno en las formulaciones de acero inoxidable aumentan tanto la resistencia como la capacidad del material para resistir la corrosión resultante del contacto con medios agresivos del sistema. Cierto contenido residual debe permanecer en la formulación; por ejemplo, se necesita un equilibrio específico de azufre para garantizar el acabado superficial y la soldabilidad óptimos del componente de uso final. Esta es una combinación desafiante de atributos de rendimiento para equilibrar, y requiere un fabricante con altos niveles de experiencia y conocimiento en metalurgia y ciencia de materiales.

Sin embargo, en la fabricación de semiconductores, la limpieza y la pureza tienen una importancia crítica. La limpieza se puede mejorar mediante el uso de material de alta pureza con impurezas minimizadas en acero inoxidable mediante procesos como la descarburación con oxígeno y argón (AOD), la fusión por inducción al vacío (VIM) y la refundición por arco al vacío (VAR). El fabricante también debe implementar estrictos controles de calidad y métodos de prueba:medidas como pruebas ultrasónicas, pruebas de corrientes de Foucault y otros métodos pueden detectar incluso las imperfecciones internas o externas más pequeñas que pueden comprometer la pureza. El procesamiento posterior al mecanizado, como el electropulido y la pasivación de ciertos materiales, puede mejorar aún más la limpieza de los componentes.

Qué buscar de su proveedor de componentes del sistema de fluidos.

Con el fin de reducir la contaminación, mejorar la resistencia a la corrosión y contribuir a mayores rendimientos de producción de extremo a extremo, los fabricantes de semiconductores deben buscar proveedores de componentes de sistemas de fluidos probados que entiendan las necesidades únicas de sus aplicaciones críticas y ofrezcan soluciones con funcionalidad optimizada y construcción de materiales. .

Un proveedor ideal debería ser capaz de…

• Comprender a fondo la ciencia de los materiales y los desafíos de fabricación de semiconductores
• Obtenga acero inoxidable de la más alta calidad de proveedores probados
• Mantenga estándares estrictos de procesamiento y química de materiales
• Pruebe rigurosa y minuciosamente todos los materiales de acero inoxidable
• Mantenga un control estricto sobre los materiales durante todo el proceso de fabricación
• Haga un seguimiento de todos los materiales de acero inoxidable desde la materia prima hasta el envío para una trazabilidad del 100 %

Buscar un proveedor que demuestre cada uno de estos atributos vale la pena para los fabricantes de semiconductores que desean lograr el máximo rendimiento en este espacio altamente competitivo. Encontrar un proveedor que ofrezca productos de alto rendimiento que minimicen la contaminación y la corrosión a través de la elección adecuada de materiales y el diseño del producto tiene un potencial de retorno de la inversión significativo.

¿Está interesado en obtener más información sobre cómo los sistemas de fluidos optimizados pueden ayudarlo a lograr ganancias de rentabilidad a largo plazo? Swagelok tiene décadas de experiencia proporcionando componentes de alto rendimiento para la industria de los semiconductores. Póngase en contacto con nuestro equipo y descubra cómo puede beneficiarse hoy.

¹ "Dar el siguiente paso adelante en la mejora del rendimiento de los semiconductores", McKinsey &Company, 2 de mayo de 2018.

Masroor Malik es director del mercado de semiconductores de The Swagelok Company. En sus veintidós años con la empresa, tiene una importante experiencia técnica ayudando a los clientes en todo el mercado de semiconductores. Tiene títulos de la Universidad de Nebraska-Lincoln y de la Escuela de Administración Weatherhead de la Universidad Case Western Reserve.

Shelly Tang es ingeniera metalúrgica principal principal de The Swagelok Company. En sus casi 20 años en este cargo, Shelly tiene una experiencia significativa en ciencia de materiales en una variedad de aplicaciones críticas de sistemas de fluidos. Ella tiene un Ph.D. Licenciatura en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Penn State.