Aplicacions clau i valor de les peces processades amb niobi en la fabricació de semiconductors

En la fabricació de semiconductors, processos com ara el tractament tèrmic de les hòsties, el recuit després de la implantació d'ions i la difusió sovint s'han de realitzar a temperatures de 800 graus -1200 graus o fins i tot més, i tenen requisits gairebé estrictes per a la precisió de posicionament de les hòsties i la puresa ambiental. Els materials tradicionals d'acer inoxidable i ceràmica són propensos a la deformació i alliberen impureses a altes temperatures, cosa que dificulta l'adaptació a les necessitats dels processos de fabricació de gamma alta. Les peces processades amb niobi solucionen perfectament aquest punt de dolor.

El punt de fusió del niobi és tan alt com 2468 graus, i encara pot mantenir una excel·lent resistència estructural i un coeficient d'expansió tèrmica extremadament baix (al voltant de 7,3 × 10⁻⁶/ grau) a altes temperatures, cosa que significa que la pinça de l'hòstia de ranura en V feta de niobi no patirà una expansió deformació repetida de contracció significativa durant la repetició de la contracció. cicles d'alta-temperatura. L'estructura de ranura en forma de V -pode ajustar-se amb precisió a la vora de l'hòstia, aconseguir una precisió de posicionament a nivell de micres-i evitar l'escalfament desigual causat per la deflexió de l'hòstia en processos d'alta-temperatura, garantint així la uniformitat del dopatge de la superfície de l'hòstia, l'oxidació i altres processos. Al mateix temps, el niobi és químicament estable a altes temperatures i no reacciona amb el silici, l'oxigen o la majoria dels gasos de procés. No allibera impureses metàl·liques a la superfície de l'hòstia, la qual cosa redueix molt el risc de contaminació del procés. S'ha convertit en un component bàsic per a la càrrega i el posicionament d'hòsties en forns de difusió d'alta temperatura-i equips de processament tèrmic ràpid (RTP).

Els processos de plasma, com ara el gravat en sec, la deposició física de vapor (PVD), la deposició química de vapor (CVD), etc., són enllaços clau per aconseguir la transferència de patrons i el creixement de la pel·lícula en el procés de fabricació de xips de semiconductors. Aquest tipus de procés es basa en un entorn de plasma d'alta-energia. Els components de l'interior de la cambra no només han de suportar el bombardeig continu del plasma, sinó que també han de suportar l'erosió dels gasos corrosius del procés com ara fluor-i clor-, alhora que s'evita l'alliberament d'ions d'impuresa per contaminar l'hòstia.

La resistència a la corrosió del niobi al plasma de fluor i clor és molt superior als materials tradicionals com l'acer inoxidable i els aliatges d'alumini. Pot resistir eficaçment la corrosió i la pulverització en entorns de plasma i reduir la contaminació de partícules causada per la pèrdua de components. Per tant, les peces processades amb niobi s'utilitzen sovint com a suport d'elèctrodes, blindatges de plasma, components d'anells de vora, etc., a la cambra. D'una banda, aquests components poden optimitzar el camp elèctric i la distribució del flux d'aire a la cambra, millorar la uniformitat del plasma i, per tant, garantir la consistència dels processos de gravat i deposició; d'altra banda, les característiques de baixa velocitat de pulverització del niobi poden reduir significativament la migració d'impureses metàl·liques a la superfície de l'hòstia, reduir els defectes de la pel·lícula i proporcionar una garantia per al rendiment dels xips de procés avançat. A més, l'alta compatibilitat amb el buit del material de niobi li permet tenir una taxa de desgasificació extremadament baixa en un entorn de cambra d'alt buit. El gas alliberat no afectarà el grau de buit de la cambra, assegurant el funcionament estable del procés de plasma.

Amb el desenvolupament de-tecnologies de semiconductors d'avantguarda com ara dispositius quàntics superconductors, CMOS de baixa-temperatura i detectors de baixa-temperatura, l'entorn del procés s'estén a temperatures extremadament baixes i buit elevat, cosa que suposa nous reptes per al rendiment a baixa-temperatura dels materials components. La temperatura crítica superconductora del niobi és d'uns 9,2 K. Pot mostrar excel·lents propietats superconductores en el rang de temperatura d'heli líquid (4,2 K). Al mateix temps, encara pot mantenir bones propietats mecàniques en entorns de temperatura extremadament baixa sense risc de fractura fràgil, el que el converteix en un material ideal per a equips de procés de semiconductors de baixa-temperatura.

En l'equip de preparació i prova de dispositius quàntics superconductors, les peces processades amb niobi s'utilitzen sovint com a peces de fixació, peces conductores tèrmiques i components d'elèctrodes a les cambres de baixa-temperatura. Les seves característiques dimensionals estables a baixa -temperatura poden garantir que els components no es deformin durant els processos repetits d'augment de temperatura i refredament, mantenint el posicionament precís del dispositiu i la cambra; la taxa d'alliberament de gas extremadament baixa pot evitar l'adsorció i l'alliberament de gas en entorns de baixa-temperatura i garantir un buit elevat a la cambra. Al mateix temps, els components superconductors de niobi poden reduir la pèrdua d'energia en entorns de baixa-temperatura, millorar l'eficiència de transmissió del senyal del dispositiu i proporcionar un suport clau per a la investigació, el desenvolupament i la producció massiva de tecnologia de semiconductors superconductors.