Βασικές εφαρμογές και αξία των επεξεργασμένων μερών από νιόβιο στην κατασκευή ημιαγωγών

Στην κατασκευή ημιαγωγών, διεργασίες όπως η θερμική επεξεργασία πλακιδίων, η ανόπτηση μετά την εμφύτευση ιόντων και η διάχυση πρέπει συχνά να εκτελούνται σε θερμοκρασίες 800 μοιρών -1200 μοιρών ή ακόμη υψηλότερες και έχουν σχεδόν αυστηρές απαιτήσεις για ακρίβεια τοποθέτησης πλακιδίων και περιβαλλοντική καθαρότητα. Τα παραδοσιακά υλικά από ανοξείδωτο χάλυβα και κεραμικά είναι επιρρεπή σε παραμόρφωση και απελευθερώνουν ακαθαρσίες σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας δύσκολη την προσαρμογή στις ανάγκες των διαδικασιών παραγωγής υψηλής τεχνολογίας. Τα επεξεργασμένα με νιόβιο εξαρτήματα λύνουν τέλεια αυτό το σημείο πόνου.

Το σημείο τήξης του νιοβίου είναι τόσο υψηλό όσο 2468 μοίρες και μπορεί ακόμα να διατηρήσει εξαιρετική δομική αντοχή και εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (περίπου 7,3×10-6/βαθμός) σε υψηλές θερμοκρασίες, πράγμα που σημαίνει ότι ο σφιγκτήρας γκοφρέτας V{3}} αυλάκωσης από νιόβιο δεν θα υποστεί επαναλαμβανόμενη συστολή και διαστολή λόγω σημαντικής παραμόρφωσης υψηλών-κύκλων θερμοκρασίας. Η δομή αυλάκωσης σε σχήμα V-μπορεί να ταιριάζει με ακρίβεια στην άκρη του πλακιδίου, να επιτύχει ακρίβεια τοποθέτησης σε επίπεδο μικρομέτρων και να αποφύγει την ανομοιόμορφη θέρμανση που προκαλείται από εκτροπή του πλακιδίου σε διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας{{8}, διασφαλίζοντας έτσι την ομοιομορφία του ντόπινγκ, της οξείδωσης και άλλων διεργασιών της επιφάνειας του πλακιδίου. Ταυτόχρονα, το νιόβιο είναι χημικά σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν αντιδρά με το πυρίτιο, το οξυγόνο ή τα περισσότερα αέρια διεργασίας. Δεν απελευθερώνει μεταλλικές ακαθαρσίες στην επιφάνεια του πλακιδίου, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο μόλυνσης της διαδικασίας. Έχει γίνει βασικό εξάρτημα για τη φόρτωση και τοποθέτηση πλακιδίων σε φούρνους διάχυσης υψηλής θερμοκρασίας και εξοπλισμό ταχείας θερμικής επεξεργασίας (RTP).

Οι διεργασίες πλάσματος όπως η ξηρή χάραξη, η φυσική εναπόθεση ατμού (PVD), η εναπόθεση χημικών ατμών (CVD), κ.λπ., αποτελούν βασικούς κρίκους για την επίτευξη μεταφοράς προτύπων και ανάπτυξης φιλμ στη διαδικασία κατασκευής τσιπ ημιαγωγών. Αυτός ο τύπος διαδικασίας βασίζεται σε ένα περιβάλλον πλάσματος υψηλής-ενέργειας. Τα εξαρτήματα στο εσωτερικό του θαλάμου όχι μόνο πρέπει να αντέχουν στον συνεχή βομβαρδισμό του πλάσματος, αλλά πρέπει επίσης να αντέχουν στη διάβρωση διαβρωτικών αερίων διεργασίας όπως-με βάση το φθόριο και το χλώριο-, αποφεύγοντας την απελευθέρωση ιόντων ακαθαρσίας για τη μόλυνση της γκοφρέτας.

Η αντίσταση στη διάβρωση του νιοβίου στο πλάσμα φθορίου και χλωρίου είναι πολύ ανώτερη από τα παραδοσιακά υλικά όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα αλουμινίου. Μπορεί να αντισταθεί αποτελεσματικά στη διάβρωση και την εκτόξευση σε περιβάλλοντα πλάσματος και να μειώσει τη ρύπανση των σωματιδίων που προκαλείται από την απώλεια συστατικών. Ως εκ τούτου, τα επεξεργασμένα με νιόβιο μέρη χρησιμοποιούνται συχνά ως στηρίγματα ηλεκτροδίων, ασπίδες πλάσματος, εξαρτήματα δακτυλίου ακμών κ.λπ., στον θάλαμο. Από τη μία πλευρά, αυτά τα εξαρτήματα μπορούν να βελτιστοποιήσουν το ηλεκτρικό πεδίο και την κατανομή της ροής αέρα στον θάλαμο, να βελτιώσουν την ομοιομορφία του πλάσματος και, ως εκ τούτου, να εξασφαλίσουν τη συνέπεια των διαδικασιών χάραξης και εναπόθεσης. Από την άλλη πλευρά, τα χαρακτηριστικά χαμηλού ρυθμού εκτόξευσης του νιοβίου μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη μετανάστευση μεταλλικών ακαθαρσιών στην επιφάνεια του πλακιδίου, να μειώσουν τα ελαττώματα του φιλμ και να παρέχουν εγγύηση για την απόδοση των τσιπ προηγμένων διεργασιών. Επιπλέον, η υψηλή συμβατότητα υπό κενό του υλικού νιοβίου του επιτρέπει να έχει εξαιρετικά χαμηλό ρυθμό εξαγωγής αερίων σε περιβάλλον θαλάμου υψηλού κενού. Το αέριο που απελευθερώνεται δεν θα επηρεάσει τον βαθμό κενού του θαλάμου, διασφαλίζοντας τη σταθερή λειτουργία της διαδικασίας πλάσματος.

Με την ανάπτυξη αιχμής{0}}τεχνολογιών ημιαγωγών, όπως υπεραγώγιμες κβαντικές συσκευές, χαμηλής-CMOS θερμοκρασίας και ανιχνευτές χαμηλής-θερμοκρασίας, το περιβάλλον της διεργασίας επεκτείνεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλό κενό, θέτοντας νέες προκλήσεις στην απόδοση των υλικών σε χαμηλή-θερμοκρασία. Η υπεραγώγιμη κρίσιμη θερμοκρασία του νιοβίου είναι περίπου 9,2 Κ. Μπορεί να δείξει εξαιρετικές υπεραγώγιμες ιδιότητες στο εύρος θερμοκρασίας υγρού ηλίου (4,2K). Ταυτόχρονα, μπορεί να διατηρήσει καλές μηχανικές ιδιότητες σε περιβάλλοντα εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας χωρίς τον κίνδυνο εύθραυστου σπασίματος, καθιστώντας το ιδανικό υλικό για εξοπλισμό διεργασίας ημιαγωγών χαμηλής-θερμοκρασίας.

Στην προετοιμασία και τη δοκιμή εξοπλισμού υπεραγώγιμων κβαντικών συσκευών, τα επεξεργασμένα με νιόβιο εξαρτήματα χρησιμοποιούνται συχνά ως εξαρτήματα στερέωσης, θερμικά αγώγιμα μέρη και εξαρτήματα ηλεκτροδίων σε θαλάμους χαμηλής{{0} θερμοκρασίας. Τα σταθερά χαρακτηριστικά διαστάσεων χαμηλής- θερμοκρασίας μπορούν να διασφαλίσουν ότι τα εξαρτήματα δεν παραμορφώνονται κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων διαδικασιών αύξησης της θερμοκρασίας και ψύξης, διατηρώντας την ακριβή θέση της συσκευής και του θαλάμου. ο εξαιρετικά χαμηλός ρυθμός απελευθέρωσης αερίου μπορεί να αποτρέψει την προσρόφηση και απελευθέρωση αερίου σε περιβάλλοντα χαμηλής-θερμοκρασίας και να εξασφαλίσει υψηλό κενό στον θάλαμο. Ταυτόχρονα, τα υπεραγώγιμα εξαρτήματα νιοβίου μπορούν να μειώσουν την απώλεια ενέργειας σε περιβάλλοντα χαμηλής{{5} θερμοκρασίας, να βελτιώσουν την απόδοση μετάδοσης σήματος της συσκευής και να παρέχουν βασική υποστήριξη για την έρευνα και την ανάπτυξη και τη μαζική παραγωγή τεχνολογίας υπεραγώγιμων ημιαγωγών.