Kľúčové aplikácie a hodnota dielov spracovaných nióbom vo výrobe polovodičov

Pri výrobe polovodičov sa procesy ako tepelné spracovanie plátkov, žíhanie po implantácii iónov a difúzia často musia vykonávať pri teplotách 800 stupňov -1200 stupňov alebo dokonca vyšších a majú takmer prísne požiadavky na presnosť polohovania plátkov a čistotu prostredia. Tradičné nerezové a keramické materiály sú náchylné na deformáciu a uvoľňovanie nečistôt pri vysokých teplotách, čo sťažuje prispôsobenie sa potrebám špičkových výrobných procesov. Diely spracované nióbom dokonale riešia tento bolestivý bod.

Teplota topenia nióbu je až 2468 stupňov a stále si dokáže udržať vynikajúcu štrukturálnu pevnosť a extrémne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (asi 7,3 × 10⁻⁶/ stupeň) pri vysokých teplotách, čo znamená, že V-drážková doštičková svorka vyrobená z nióbu nebude podliehať výraznej deformácii v dôsledku cyklu tepelnej rozťažnosti a kontrakcie4} počas opakovaných vysokých{{3}teplotných kontrakcií} Štruktúra drážky v tvare V- presne zapadá do okraja doštičky, dosahuje presnosť polohovania na mikrónovej{7}}úrovni a zabraňuje nerovnomernému zahrievaniu spôsobenému vychýlením doštičky pri vysokoteplotných-procesoch, čím sa zabezpečí rovnomernosť dopovania, oxidácie a iných procesov na povrchu doštičky. Zároveň je niób chemicky stabilný pri vysokých teplotách a nereaguje s kremíkom, kyslíkom ani s väčšinou procesných plynov. Neuvoľňuje kovové nečistoty na povrch plátku, čo výrazne znižuje riziko kontaminácie procesu. Stal sa základným komponentom na vkladanie a umiestňovanie plátkov vo vysokoteplotných difúznych peciach{12} a zariadeniach na rýchle tepelné spracovanie (RTP).

Plazmové procesy, ako je suché leptanie, fyzikálna depozícia z pár (PVD), chemická depozícia z plynnej fázy (CVD) atď., sú kľúčovými článkami pri dosahovaní prenosu vzorov a rastu filmu v procese výroby polovodičových čipov. Tento typ procesu sa spolieha na prostredie plazmy s vysokou-energiou. Komponenty vo vnútri komory musia odolať nielen nepretržitému bombardovaniu plazmou, ale musia odolať aj erózii korozívnych procesných plynov, ako je fluór-a chlór-, pričom sa musia vyhýbať uvoľňovaniu iónov nečistôt, ktoré by kontaminovali plátok.

Odolnosť nióbu proti korózii voči fluóru a chlórovej plazme je oveľa lepšia ako u tradičných materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ a hliníkové zliatiny. Dokáže účinne odolávať korózii a rozprašovaniu v plazmovom prostredí a znižuje znečistenie časticami spôsobené stratou komponentov. Preto sa diely spracované nióbom často používajú ako nosiče elektród, plazmové štíty, komponenty okrajových krúžkov atď. v komore. Na jednej strane môžu tieto komponenty optimalizovať elektrické pole a distribúciu prúdenia vzduchu v komore, zlepšiť rovnomernosť plazmy, a tým zabezpečiť konzistentnosť procesov leptania a nanášania; na druhej strane charakteristiky nízkej rýchlosti rozprašovania nióbu môžu výrazne znížiť migráciu kovových nečistôt na povrch plátku, znížiť defekty filmu a poskytnúť záruku výťažnosti čipov z pokročilých procesov. Okrem toho vysoká vákuová kompatibilita nióbového materiálu mu umožňuje mať extrémne nízku rýchlosť odplynenia v prostredí vysokej vákuovej komory. Uvoľnený plyn neovplyvní stupeň vákua v komore, čím sa zabezpečí stabilná prevádzka plazmového procesu.

S vývojom{0}}špičkových polovodičových technológií, ako sú supravodivé kvantové zariadenia, nízko-teplotné CMOS a nízko{2}}teplotné detektory, sa procesné prostredie rozširuje na extrémne nízke teploty a vysoké vákuum, čo predstavuje nové výzvy pre nízkoteplotný výkon komponentov materiálov. Supravodivá kritická teplota nióbu je asi 9,2 K. Môže vykazovať vynikajúce supravodivé vlastnosti v teplotnom rozsahu kvapalného hélia (4,2 K). Zároveň si stále dokáže zachovať dobré mechanické vlastnosti v prostredí s extrémne nízkou teplotou bez rizika krehkého lomu, čo z neho robí ideálny materiál pre nízkoteplotné zariadenia na výrobu polovodičov.

V zariadeniach na prípravu a testovanie supravodivých kvantových zariadení sa časti spracované nióbom často používajú ako upevňovacie časti, tepelne vodivé časti a súčasti elektród v komorách s nízkou teplotou-. Jeho stabilné nízkoteplotné-rozmerové charakteristiky môžu zabezpečiť, že sa komponenty nedeformujú počas opakovaných procesov zvyšovania teploty a chladenia, pričom zachováva presné umiestnenie zariadenia a komory; extrémne nízka rýchlosť uvoľňovania plynu môže zabrániť adsorpcii a uvoľňovaniu plynu v prostredí s nízkou teplotou- a zabezpečiť vysoké vákuum v komore. Nióbové supravodivé komponenty môžu zároveň znížiť energetické straty v nízkoteplotnom prostredí, zlepšiť účinnosť prenosu signálu zariadenia a poskytnúť kľúčovú podporu pre výskum, vývoj a hromadnú výrobu supravodivých polovodičových technológií.