Principais aplicações e valor das peças processadas com nióbio na fabricação de semicondutores

Na fabricação de semicondutores, processos como tratamento térmico de wafer, recozimento após implantação de íons e difusão geralmente precisam ser realizados em temperaturas de 800 graus -1.200 graus ou até mais, e têm requisitos quase rigorosos para precisão de posicionamento de wafer e pureza ambiental. Os materiais tradicionais de aço inoxidável e cerâmicos são propensos à deformação e à liberação de impurezas em altas temperaturas, dificultando a adaptação às necessidades dos processos de fabricação de alta qualidade. As peças processadas com nióbio resolvem perfeitamente esse problema.

O ponto de fusão do nióbio é tão alto quanto 2.468 graus, e ele ainda pode manter excelente resistência estrutural e um coeficiente de expansão térmica extremamente baixo (cerca de 7,3 × 10⁻⁶/grau) em altas temperaturas, o que significa que o grampo de wafer com ranhura em V feito de nióbio não sofrerá deformação significativa devido à expansão e contração térmica durante ciclos repetidos de alta -temperatura. A estrutura da ranhura em forma de V-pode se ajustar com precisão à borda do wafer, alcançar precisão de posicionamento de nível-mícron e evitar aquecimento desigual causado pela deflexão do wafer em processos de alta-temperatura, garantindo assim a uniformidade da dopagem da superfície do wafer, oxidação e outros processos. Ao mesmo tempo, o nióbio é quimicamente estável a altas temperaturas e não reage com o silício, o oxigênio ou a maioria dos gases de processo. Não libera impurezas metálicas na superfície do wafer, o que reduz bastante o risco de contaminação do processo. Ele se tornou um componente essencial para carregamento e posicionamento de wafers em fornos de difusão de alta-temperatura e equipamentos de processamento térmico rápido (RTP).

Processos de plasma, como gravação a seco, deposição física de vapor (PVD), deposição química de vapor (CVD), etc., são elos fundamentais para alcançar transferência de padrões e crescimento de filme no processo de fabricação de chips semicondutores. Esse tipo de processo depende de um ambiente de plasma de alta-energia. Os componentes dentro da câmara não só precisam resistir ao bombardeio contínuo do plasma, mas também precisam resistir à erosão de gases de processo corrosivos, como à base de flúor-e à base de cloro-, evitando ao mesmo tempo a liberação de íons de impureza para contaminar o wafer.

A resistência à corrosão do nióbio ao plasma de flúor e cloro é muito superior aos materiais tradicionais, como aço inoxidável e ligas de alumínio. Ele pode resistir efetivamente à corrosão e pulverização catódica em ambientes de plasma e reduzir a poluição por partículas causada pela perda de componentes. Portanto, as peças processadas com nióbio são frequentemente usadas como suportes de eletrodos, escudos de plasma, componentes de anéis de borda, etc., na câmara. Por um lado, estes componentes podem otimizar o campo elétrico e a distribuição do fluxo de ar na câmara, melhorar a uniformidade do plasma e, assim, garantir a consistência dos processos de gravação e deposição; por outro lado, as características de baixa taxa de pulverização catódica do nióbio podem reduzir significativamente a migração de impurezas metálicas para a superfície do wafer, reduzir defeitos de filme e fornecer garantia para o rendimento de chips de processo avançado. Além disso, a compatibilidade com alto vácuo do material de nióbio permite que ele tenha uma taxa de liberação de gases extremamente baixa em um ambiente de câmara de alto vácuo. O gás liberado não afetará o grau de vácuo da câmara, garantindo a operação estável do processo de plasma.

Com o desenvolvimento de tecnologias-de ponta de semicondutores, como dispositivos quânticos supercondutores, CMOS de-temperatura baixa e detectores-de baixa temperatura, o ambiente do processo se estende a temperaturas extremamente baixas e alto vácuo, apresentando novos desafios ao desempenho em-baixa temperatura dos materiais componentes. A temperatura crítica supercondutora do nióbio é de cerca de 9,2K. Ele pode apresentar excelentes propriedades supercondutoras na faixa de temperatura do hélio líquido (4,2K). Ao mesmo tempo, ele ainda pode manter boas propriedades mecânicas em ambientes de temperatura extremamente baixa sem o risco de fratura frágil, tornando-o um material ideal para equipamentos de processo de semicondutores de baixa-temperatura.

Nos equipamentos de preparação e teste de dispositivos quânticos supercondutores, as peças processadas de nióbio são frequentemente usadas como peças de fixação, peças condutoras térmicas e componentes de eletrodos em câmaras-de baixa temperatura. Suas características dimensionais estáveis ​​de baixa-temperatura podem garantir que os componentes não se deformem durante repetidos aumentos de temperatura e processos de resfriamento, mantendo o posicionamento preciso do dispositivo e da câmara; a taxa de liberação de gás extremamente baixa pode evitar a adsorção e liberação de gás em ambientes-de baixa temperatura e garantir alto vácuo na câmara. Ao mesmo tempo, os componentes supercondutores de nióbio podem reduzir a perda de energia em ambientes-de baixa temperatura, melhorar a eficiência de transmissão de sinal do dispositivo e fornecer suporte fundamental para pesquisa, desenvolvimento e produção em massa de tecnologia de semicondutores supercondutores.