Στη βιομηχανία ημιαγωγών, η σκόνη βολφραμίου 6Ν και άνω είναι ένα αναντικατάστατο κρίσιμο υλικό. Είναι τόσο η βασική πρώτη ύλη για το ηλεκτρονικό ειδικό αέριο εξαφθοριούχου βολφραμίου όσο και το υλικό πηγής ανάντη για τους στόχους εκτόξευσης βολφραμίου. Η καθαρότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και τα επίπεδα ακαθαρσίας οξυγόνου καθορίζουν άμεσα την απόδοση των προηγμένων-τσιπ διεργασιών. Καθώς οι κόμβοι διεργασίας προχωρούν προς τα 3-7nm και τα επίπεδα στοίβαξης μνήμης συνεχίζουν να αυξάνονται, η στρατηγική βιομηχανική αξία της σκόνης βολφραμίου εξαιρετικά-υψηλής{11} καθαρότητας συνεχίζει να γίνεται πιο εμφανής. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει τις τεχνικές δυσκολίες στην προετοιμασία της σκόνης βολφραμίου εξαιρετικά{12}}υψηλής καθαρότητας και τα βασικά βιομηχανικά πλεονεκτήματα της Κίνας και θα παρουσιάσει τις τμηματικές εφαρμογές και τη βιομηχανική της αξία σε σενάρια πυρήνων ημιαγωγών.
Δυσκολίες στην προετοιμασία ημιαγωγών-Υψηλού βαθμού-Κόνης βολφραμίου καθαρότητας
Το συμπύκνωμα βολφραμίου είναι η πηγή για την παρασκευή υλικών με βάση-βολφραμίου και φυσικά περιέχει διάφορα στοιχεία ακαθαρσίας όπως μολυβδαίνιο, σίδηρο, κάλιο, νάτριο, πυρίτιο, φώσφορο, αρσενικό, καθώς και ουράνιο και θόριο. Για την κατασκευή τσιπ ημιαγωγών, αυτές οι ίχνη ακαθαρσιών μπορεί να έχουν μοιραίες επιπτώσεις στην απόδοση και την απόδοση της συσκευής. Για παράδειγμα:
● Μολυβδαίνιο: Εάν υπολείπεται σε σκόνη βολφραμίου, θα εισέλθει στο εσωτερικό του τσιπ με εναπόθεση λεπτής μεμβράνης, προκαλώντας διαρροή και μετατόπιση παραμέτρων της συσκευής και, σε σοβαρές περιπτώσεις, με αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα-του τσιπ.
● Αλκαλικά μέταλλα όπως το Na και το K: Υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, είναι επιρρεπή σε μετατόπιση ιόντων στο στρώμα οξειδίου πύλης των συσκευών MOS, προκαλώντας μετατόπιση τάσης κατωφλίου και αυξημένο ρεύμα διαρροής.
● Μεταβατικά μέταλλα όπως Fe, Ni και Cu: Μπορούν να δημιουργήσουν βαθιά-ελαττώματα επιπέδου στο διάκενο του πυριτίου, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του φορέα.
● Μη-μεταλλικές ακαθαρσίες όπως οξυγόνο και άνθρακας: Επηρεάζουν την πυκνότητα στόχο ή σχηματίζουν επιβλαβείς δεύτερες φάσεις... Επομένως, η σκόνη βολφραμίου-υψηλού βαθμού καθαρότητας-ημιαγωγών έχει αυστηρά όρια καθαρότητας, ειδικά για προηγμένα 7nm και 3nm προηγμένα λογικά τσιπ, 5N (99,999%) ή ακόμη και 6N (99,9999%) εξαιρετικά-υψηλά- επίπεδα καθαρότητας. Το μολυβδαίνιο, τα αλκαλικά μέταλλα και οι ραδιενεργές ακαθαρσίες πρέπει να ελέγχονται σε επίπεδο ppm ή ακόμα και ppb, ενώ οι ακαθαρσίες αερίων όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας χρειάζονται επίσης αυστηρό έλεγχο. Το συνηθισμένο βιομηχανικό συμπύκνωμα βολφραμίου που έχει λιώσει εντελώς δεν μπορεί να πληροί τα ηλεκτρονικά πρότυπα της βιομηχανίας και πρέπει να προστεθεί μια πλήρης διαδικασία βαθύ καθαρισμού. Προς το παρόν, η κύρια διαδρομή καθαρισμού για ημιαγωγική-υψηλής ποιότητας-σκόνη βολφραμίου καθαρότητας είναι: το συμπύκνωμα βολφραμίου μετατρέπεται πρώτα σε διάλυμα άλατος βολφραμίου μέσω αλκαλικής αποσύνθεσης ή όξινης αποσύνθεσης. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούνται συνδυασμένες διαδικασίες ανταλλαγής ιόντων και εκχύλισης με διαλύτη για τον διαχωρισμό και την απομάκρυνση διαφόρων επιβλαβών ακαθαρσιών όπως μολυβδαίνιο, αλκαλιμέταλλα, πυρίτιο, αρσενικό και φώσφορο σε μοριακό επίπεδο, λαμβάνοντας ένα καθαρισμένο διάλυμα βολφραμικού αμμωνίου υψηλής{18}καθαρότητας. Μετά από εξάτμιση και κρυστάλλωση, λαμβάνονται κρύσταλλοι APT υψηλής{19}καθαρότητας με καθαρότητα 99,95% και άνω. η υψηλής
Επομένως, η σκόνη βολφραμίου{0}}υψηλής ποιότητας-ημιαγωγού έχει αυστηρά όρια καθαρότητας, ειδικά για προηγμένα λογικά τσιπ 7 nm και 3 nm και αποθήκευση υψηλού-τελικού, που απαιτούν 5N (99,999%) ή ακόμη και 6N (99,9999}1999% υπερκαθαρότητα. Το μολυβδαίνιο, τα αλκαλικά μέταλλα και οι ραδιενεργές ακαθαρσίες πρέπει να ελέγχονται σε επίπεδο ppm ή ακόμα και ppb, ενώ οι ακαθαρσίες αερίων όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας χρειάζονται επίσης αυστηρό έλεγχο. Το συνηθισμένο βιομηχανικό συμπύκνωμα βολφραμίου που έχει λιώσει εντελώς δεν μπορεί να πληροί τα ηλεκτρονικά πρότυπα της βιομηχανίας και πρέπει να προστεθεί μια πλήρης διαδικασία βαθύ καθαρισμού. Επί του παρόντος, η κύρια διαδρομή καθαρισμού για ημιαγωγική-υψηλής ποιότητας-σκόνη βολφραμίου καθαρότητας είναι: το συμπύκνωμα βολφραμίου μετατρέπεται πρώτα σε διάλυμα άλατος βολφραμίου μέσω αλκαλικής αποσύνθεσης ή όξινης αποσύνθεσης. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούνται συνδυασμένες διαδικασίες ανταλλαγής ιόντων και εκχύλισης με διαλύτη για τον διαχωρισμό και την απομάκρυνση διαφόρων επιβλαβών ακαθαρσιών όπως το μολυβδαίνιο, τα μέταλλα αλκαλίων, το πυρίτιο, το αρσενικό και ο φώσφορος σε μοριακό επίπεδο, λαμβάνοντας ένα καθαρισμένο διάλυμα βολφραμικού αμμωνίου υψηλής{16}καθαρότητας. Μετά την εξάτμιση και την κρυστάλλωση, λαμβάνονται κρύσταλλοι APT υψηλής{17}καθαρότητας με καθαρότητα 99,95% και άνω. η υψηλής
Ωστόσο, αυτή η διαδικασία έχει εξαιρετικά υψηλά τεχνικά εμπόδια:
(1) Το δύσκολο πρόβλημα του βαθύ διαχωρισμού βολφραμίου-μολυβδαινίου: Το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο είναι γειτονικά στοιχεία στην ίδια ομάδα και οι χημικές συμπεριφορές τους στις ιοντικές ακτίνες και το υδατικό διάλυμα είναι εξαιρετικά παρόμοιες, καθιστώντας πολύ δύσκολο τον πλήρη διαχωρισμό τους με συμβατικές μεθόδους καθίζησης και κρυστάλλωσης. (2) Βαθιά αφαίρεση αλκαλικών μετάλλων και ιχνών βαρέων μετάλλων: Το κάλιο και το νάτριο απορροφώνται πολύ εύκολα στους πόρους της ρητίνης και στα κενά των κρυστάλλων και είναι δύσκολο να ξεπλυθούν εντελώς. Τα βοηθητικά υλικά μπορούν επίσης να εισάγουν δευτερογενείς ακαθαρσίες, που απαιτούν ανταλλαγή ιόντων πολλαπλών-σταδίων και επαναλαμβανόμενη ανακρυστάλλωση για τη μείωση τους στο επίπεδο ppb. (3) Έλεγχος ελεγχόμενης μείωσης της θερμοκρασίας πολλαπλών-σταδίων-: Μετά από πύρωση σε υψηλή-θερμοκρασία του APT, απαιτείται πρώτα ήπια θέρμανση για την αναγωγή του τριοξειδίου του βολφραμίου σε διοξείδιο του βολφραμίου. Μετά από αυτό, η θερμοκρασία αυξάνεται περαιτέρω για να μειωθεί πλήρως σε καθαρή μεταλλική σκόνη βολφραμίου. Επειδή η σκόνη βολφραμίου είναι εξαιρετικά ευαίσθητη σε παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, το παράθυρο επεξεργασίας της είναι πολύ στενό. Μικρές αλλαγές στον ρυθμό ροής υδρογόνου, στο περιβάλλον αερίου κλιβάνου και στην καμπύλη θερμοκρασίας θα επηρεάσουν το μέγεθος των σωματιδίων και την καθαρότητα της τελικής σκόνης βολφραμίου. (4) Πλήρης-αποτροπή διεργασιών δευτερογενούς μόλυνσης: Από την έκπλυση, την εκχύλιση, την κρυστάλλωση έως τη φρύξη και την αναγωγή υδρογόνου, τα υλικά εξοπλισμού, την καθαρότητα των αντιδραστηρίων και την περιβαλλοντική καθαριότητα θα εισάγουν νέες ακαθαρσίες, θέτοντας εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την επιλογή εξοπλισμού, τον έλεγχο βοηθητικών υλικών και τα επίπεδα καθαριότητας του εργαστηρίου. Εκτός από τη χημική καθαρότητα, η σκόνη βολφραμίου ημιαγωγών χρειάζεται επίσης αυστηρό έλεγχο του μεγέθους των σωματιδίων, της κατανομής μεγέθους σωματιδίων, του βαθμού συσσωμάτωσης και των ακαθαρσιών οξυγόνου και αερίων άνθρακα. Υπό την προϋπόθεση της υψηλής καθαρότητας, η εξισορρόπηση των φυσικών δεικτών σκόνης και η επίτευξη της συνέπειας κατά παρτίδες-σε-παρτίδες στη μαζική παραγωγή είναι δύσκολη.
Βασικά πλεονεκτήματα της βιομηχανίας σκόνης βολφραμίου βολφραμίου καθαρότητας-υψηλής ποιότητας-της Κίνας
Τέλος πόρων: Οι παγκόσμιοι πόροι βολφραμίου είναι εξαιρετικά συγκεντρωμένοι και η Κίνα έχει-υψηλής ποιότητας βάση πόρων μεταλλευμάτων βολφραμίου, που αντιπροσωπεύει το 52% των παγκόσμιων αποθεμάτων. Συγκεκριμένα, το μετάλλευμα μαύρου βολφραμίου σε περιοχές εξόρυξης όπως το νότιο Jiangxi έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε εγγενή ακαθαρσίες μολυβδαινίου και άριστες εγγενείς συνθήκες πρώτων υλών, παρέχοντας-διασφάλιση πηγής υψηλής ποιότητας για ημιαγωγό{4}}υψηλής ποιότητας-καθαρότητας APT και υψηλής Τέλος βιομηχανίας: Βασιζόμενη σε ένα πλήρες βιομηχανικό σύστημα μεταλλουργίας βολφραμίου, η Κίνα έχει ήδη ανοίξει την πλήρη αλυσίδα "μεταλλεύματος βολφραμίου - APT - υψηλής{10}}καθαρότητας οξειδίου βολφραμίου - 6Ν υψηλής-καθαρότητας σκόνης βολφραμίου - βολφραμίου στόχου εξάφθορου." Μετά από δεκαετίες επανάληψης σε υδρομεταλλουργικές διεργασίες, έχουν επιτευχθεί εγχώριες ώριμες εφαρμογές στην αφαίρεση θειούχου μολυβδαινίου, την ανταλλαγή ιόντων πολλαπλών-σταδίων και τον βαθύ καθαρισμό με εκχύλιση διαλύτη, επιλύοντας τα βασικά σημεία τεχνικού πόνου του διαχωρισμού βολφραμίου-και της αφαίρεσης ιχνών μολυβδαινίου. Μεταξύ αυτών, η China Tungsten and Hightech και η Xiamen Tungsten έχουν γίνει οι μόνες δύο εταιρείες στον κόσμο που είναι ικανές να παράγουν σταθερά μαζικά-σκόνη βολφραμίου υψηλής{19}καθαρότητας άνω των 6N. Επιπλέον, η σκόνη βολφραμίου υψηλής καθαρότητας-έχει υψηλή δραστηριότητα και μεγάλη ειδική επιφάνεια. Μετά την επαφή με τον αέρα, είναι εξαιρετικά εύκολο να οξειδωθεί και να προσροφηθεί γρήγορα η υγρασία και οι ακαθαρσίες, οδηγώντας άμεσα σε μειωμένη καθαρότητα και υποβάθμιση της απόδοσης της σκόνης, καθιστώντας την ανίκανη να πληροί τα πρότυπα χρήσης διεργασιών ημιαγωγών. Ο συμβατικός κύκλος αποτελεσματικού αποθέματος για σκόνη βολφραμίου υψηλής ποιότητας{-ημιαγωγών-καθαρότητας στη βιομηχανία είναι μόνο 3 έως 5 μήνες και οι συνθήκες αποθήκευσης είναι εξαιρετικά σκληρές. Πρέπει να διατηρείται{30}}σφραγισμένο σε κενό αέρος και να φυλάσσεται σε αδρανή ατμόσφαιρα αργού υψηλής{31}καθαρότητας, σε συνδυασμό με αποκλειστικές καθαρές εγκαταστάσεις αποθήκευσης. Το κόστος ανακαίνισης αποθήκευσης και το κόστος λειτουργίας και συντήρησής του υπερβαίνει κατά πολύ εκείνο των συνηθισμένων πρώτων υλών μετάλλων και-η μακροπρόθεσμη αποθήκευση είναι σχετικά αντιοικονομική. Αυτό το χαρακτηριστικό ενισχύει περαιτέρω το μονοπωλιακό πλεονέκτημα της Κίνας στην παγκόσμια αλυσίδα εφοδιασμού.
Εφαρμογές της σκόνης βολφραμίου υψηλής καθαρότητας-σε σενάρια πυρήνων ημιαγωγών
Η σκόνη βολφραμίου{0}}υψηλής ποιότητας-ημιαγωγού είναι η βασική πρώτη ύλη για δύο βασικά αναλώσιμα: ηλεκτρονικό ειδικό αέριο εξαφθοριούχου βολφραμίου (WF₆) και στόχους εκτόξευσης βολφραμίου. Είναι ένα απαραίτητο πυρίμαχο μεταλλικό υλικό για προηγμένα λογικά τσιπ και τσιπ μνήμης υψηλών-τερμάτων και έχει αναντικατάστατη αξία εφαρμογής σε προηγμένα λογικά τσιπ 3nm/7nm, μνήμη flash 3D NAND και μνήμη υψηλού εύρους ζώνης HBM. (1) Χρησιμοποιείται για την παρασκευή ηλεκτρονικού ειδικού αερίου εξαφθοριούχου βολφραμίου (WF6): Χρησιμοποιώντας σκόνη βολφραμίου υψηλής καθαρότητας και αέριο φθόριο υψηλής πρόδρομο αέριο εναπόθεσης. Κατά την κατασκευή του πλακιδίου, το εξαφθοριούχο βολφράμιο αποσυντίθεται για να δημιουργήσει μεταλλικό βολφράμιο, το οποίο χρησιμοποιείται για την πλήρωση του μεγάλου αριθμού βυσμάτων βολφραμίου μέσα στο τσιπ για την επίτευξη κάθετης διασύνδεσης μεταξύ κυκλωμάτων σε διαφορετικά στρώματα. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για μεταλλικό στρώμα φραγμού και εναπόθεση λεπτής μεμβράνης γραμμής λέξης. Με την εκρηκτική ανάπτυξη της βιομηχανίας υπολογιστών τεχνητής νοημοσύνης, ο αριθμός των επιπέδων στοίβαξης στη μνήμη υψηλού εύρους ζώνης HBM{16}}αυξάνεται και η μνήμη flash 3D NAND συνεχίζει να επαναλαμβάνεται σε περισσότερα από 200 επίπεδα. Ο αριθμός των κατακόρυφων διόδων πολλαπλασιάζεται και η ζήτηση για εξαφθοριούχο βολφραμίου και ανάντη σκόνη βολφραμίου υψηλής καθαρότητας{20} εξακολουθεί να αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς. (2) Χρησιμοποιείται για την προετοιμασία στόχων βολφραμίου ημιαγωγών: Σχηματίζεται σκόνη βολφραμίου υψηλής{23}καθαρότητας, πυροσυσσωματώνεται και υποβάλλεται σε μηχανική επεξεργασία ακριβείας για τη λήψη στόχων βολφραμίου. Βασιζόμενοι στη διαδικασία ψεκασμού μαγνητρονίων PVD, λεπτές μεμβράνες μετάλλου βολφραμίου εναποτίθενται στην επιφάνεια του πλακιδίου για στρώματα φραγμού, ηλεκτρόδια και φιλμ διασύνδεσης μέσα σε λογικά τσιπ και τσιπ μνήμης. Οι προηγμένες διεργασίες στα 7 nm και 3 nm έχουν αυστηρές απαιτήσεις για καθαρότητα στόχου, ομοιομορφία κόκκων και πυκνότητα. Η πηγή του στόχου είναι σκόνη βολφραμίου υψηλής Οι υπερβολικές ακαθαρσίες θα επιφέρουν μια σειρά προβλημάτων όπως ελαττώματα σωματιδίων, διαρροή και μειωμένη απόδοση.