Ключови приложения и стойност на обработените с ниобий части в производството на полупроводници

В производството на полупроводници процеси като топлинна обработка на пластини, отгряване след имплантиране на йони и дифузия често трябва да се извършват при температури от 800 градуса -1200 градуса или дори по-високи и имат почти строги изисквания за точност на позициониране на пластини и чистота на околната среда. Традиционните материали от неръждаема стомана и керамика са склонни към деформация и освобождават примеси при високи температури, което затруднява адаптирането към нуждите на висок клас производствени процеси. Обработените с ниобий части перфектно решават тази болезнена точка.

Точката на топене на ниобия е висока до 2468 градуса и той все още може да поддържа отлична структурна здравина и изключително нисък коефициент на топлинно разширение (около 7,3 × 10⁻⁶/градус) при високи температури, което означава, че пластиновата скоба с V-жлеб, изработена от ниобий, няма да претърпи значителна деформация поради термично разширение и свиване по време на многократно високи{4}}температурни цикли. V-образната жлебна структура може да пасне точно на ръба на пластината, да постигне точност на позициониране на микрон-ниво и да избегне неравномерно нагряване, причинено от деформация на пластината при високо-температурни процеси, като по този начин гарантира еднаквост на легирането на повърхността на пластината, окисляването и други процеси. В същото време ниобият е химически стабилен при високи температури и не реагира със силиций, кислород или повечето технологични газове. Не отделя метални примеси върху повърхността на вафлата, което значително намалява риска от замърсяване на процеса. Той се превърна в основен компонент за зареждане и позициониране на пластини във високо{12}}температурни дифузионни пещи и оборудване за бърза термична обработка (RTP).

Плазмените процеси като сухо ецване, физическо отлагане на пари (PVD), химическо отлагане на пари (CVD) и т.н. са ключови звена в постигането на трансфер на модел и растеж на филма в процеса на производство на полупроводникови чипове. Този тип процес разчита на високо-енергийна плазмена среда. Компонентите вътре в камерата не само трябва да издържат на непрекъснатото бомбардиране на плазмата, но също така трябва да издържат на ерозията на корозивни технологични газове като флуор-и хлор-базирани, като същевременно се избягва освобождаването на примесни йони, които да замърсят пластината.

Корозионната устойчивост на ниобия към флуорна и хлорна плазма е далеч по-добра от традиционните материали като неръждаема стомана и алуминиеви сплави. Той може ефективно да устои на корозия и разпръскване в плазмени среди и да намали замърсяването с частици, причинено от загуба на компоненти. Следователно обработените с ниобий части често се използват като опори за електроди, плазмени щитове, компоненти на ръбови пръстени и т.н. в камерата. От една страна, тези компоненти могат да оптимизират електрическото поле и разпределението на въздушния поток в камерата, да подобрят еднородността на плазмата и по този начин да осигурят последователността на процесите на ецване и отлагане; от друга страна, характеристиките с ниска скорост на разпрашаване на ниобия могат значително да намалят миграцията на метални примеси към повърхността на пластината, да намалят дефектите на филма и да осигурят гаранция за добива на усъвършенствани технологични чипове. В допълнение, високата вакуумна съвместимост на ниобиевия материал му позволява да има изключително ниска скорост на отделяне на газове в среда на камера с висок вакуум. Освободеният газ няма да повлияе на степента на вакуум в камерата, осигурявайки стабилна работа на плазмения процес.

С развитието на авангардни-полупроводникови технологии като свръхпроводящи квантови устройства, ниско-температурни CMOS и ниско-температурни детектори, процесната среда се простира до изключително ниски температури и висок вакуум, поставяйки нови предизвикателства пред ни-температурните характеристики на компонентните материали. Свръхпроводимата критична температура на ниобия е около 9,2K. Той може да покаже отлични свръхпроводящи свойства в температурния диапазон на течния хелий (4,2K). В същото време той все още може да поддържа добри механични свойства в среди с изключително ниска температура без риск от крехко счупване, което го прави идеален материал за ниско{9}}температурно оборудване за полупроводников процес.

При подготовката и оборудването за изпитване на свръхпроводящи квантови устройства обработените с ниобий части често се използват като фиксиращи части, топлопроводими части и електродни компоненти в ниско-температурни камери. Неговите стабилни размерни характеристики при ниска-температура могат да гарантират, че компонентите няма да се деформират по време на многократно повишаване на температурата и процеси на охлаждане, като поддържат точното позициониране на устройството и камерата; изключително ниската скорост на отделяне на газ може да избегне адсорбцията и освобождаването на газ в среда с ниска-температура и да осигури висок вакуум в камерата. В същото време ниобиеви свръхпроводящи компоненти могат да намалят загубата на енергия при ниски-температурни среди, да подобрят ефективността на предаване на сигнала на устройството и да осигурят ключова подкрепа за научноизследователската и развойна дейност и масовото производство на свръхпроводяща полупроводникова технология.