U industriji poluprovodnika, 6N i više ultra-visoke-prašak od volframa je nezamjenjiv kritični materijal. To je i osnovna sirovina za elektronski specijalni gas od heksafluorida i uzvodni izvorni materijal za mete za raspršivanje volframa. Njegova čistoća, veličina čestica i nivoi nečistoća kiseonika direktno određuju prinos naprednih-procesnih čipova. Kako procesni čvorovi napreduju prema 3-7nm, a slojevi za slaganje memorije nastavljaju da rastu, strateška industrijska vrijednost volframovog praha ultra{9}}visoke{11}}će čistoće i dalje postaje sve istaknutija. Ovaj članak će analizirati tehničke poteškoće u pripremi ultra-visoke čistoće volframovog praha i ključne industrijske prednosti Kine, te predstaviti njegove segmentirane primjene i industrijsku vrijednost u scenarijima jezgre poluvodiča.
Poteškoće u pripremi poluprovodničkog-Volframovog praha visoke čistoće-
Koncentrat volframa je izvorna ruda za pripremu materijala na bazi volframa- i prirodno sadrži razne nečistoće kao što su molibden, gvožđe, kalijum, natrijum, silicijum, fosfor, arsen, kao i uranijum i torijum. Za proizvodnju poluvodičkih čipova, ove nečistoće u tragovima mogu imati fatalne efekte na performanse uređaja i prinos. na primjer:
● Molibden: ako je ostatak u prahu od volframa, ući će u unutrašnjost čipa sa taloženjem tankog filma, uzrokujući curenje i pomjeranje parametara uređaja, au teškim slučajevima rezultirati kratkim{0}}kvarom čipa;
● Alkalni metali kao što su Na i K: Pod dejstvom električnog polja, oni su skloni driftu jona u sloju oksida gejta MOS uređaja, uzrokujući odstupanje praga napona i povećanu struju curenja;
● Prijelazni metali kao što su Fe, Ni i Cu: mogu formirati duboke-defekte u silicijumskom pojasu, skraćujući vijek trajanja nosača;
● Ne-Nemetalne nečistoće kao što su kiseonik i ugljik: One utiču na ciljanu gustinu ili formiraju štetne druge faze... Stoga, poluprovodnički prah -visoke- čistoće volframovog praha ima stroge pragove čistoće, posebno za 7nm i 3nm napredne logičke čipove i zahtijevaju čak 5 nm i 3 nm memoriju (59%) ili čak 59 ili 59% za pohranu. 6N (99,9999%) ultra-visoki-nivoi čistoće. Molibden, alkalni metali i radioaktivne nečistoće moraju se kontrolisati na nivou ppm ili čak ppb, a nečistoće gasa kao što su kiseonik i ugljenik takođe zahtevaju strogu kontrolu. Običan industrijski volfram koncentrat direktno istopljen u potpunosti ne može zadovoljiti standarde elektronske industrije i mora se dodati kompletan proces dubinskog prečišćavanja. Trenutno, glavni put prečišćavanja poluprovodničkog praha-visoke{17} čistoće od volframa je: koncentrat volframa se prvo pretvara u rastvor soli volframa kroz alkalnu ili kiselu razgradnju; zatim se kombinirani procesi jonske izmjene i ekstrakcije rastvaračem koriste za odvajanje i uklanjanje različitih štetnih nečistoća kao što su molibden, alkalni metali, silicijum, arsen i fosfor na molekularnom nivou, čime se dobija prečišćeni rastvor amonijum volframata visoke{18}}e čistoće; nakon isparavanja i kristalizacije dobijaju se APT kristali visoke{19}}čistoće čistoće od 99,95% i više; APT visoke-APT se zatim kalcinira kako bi se formirao volfram trioksid, a zatim se reducira upotrebom ultra-visoke-vodika kroz više-stepenu temperaturu-kontrolisanu redukciju da se konačno dobije poluprovodnički-tungsten prah visokog kvaliteta-.
Zbog toga, poluprovodnički prah-visoke{1}}vrste čistoće ima stroge pragove čistoće, posebno za 7nm i 3nm napredne logičke čipove i vrhunsku pohranu, zahtijevajući 5N (99,999%) ili čak 6N (99,9999}%) h nivo{99999} ultravisoke{9} Molibden, alkalni metali i radioaktivne nečistoće moraju se kontrolisati na nivou ppm ili čak ppb, a nečistoće gasa kao što su kiseonik i ugljenik takođe zahtevaju strogu kontrolu. Običan industrijski volfram koncentrat direktno istopljen u potpunosti ne može zadovoljiti standarde elektronske industrije i mora se dodati kompletan proces dubinskog prečišćavanja. Trenutno, glavni put prečišćavanja poluprovodničkog praha-visoke{15} čistoće volframovog praha je: koncentrat volframa se prvo pretvara u rastvor soli volframa kroz alkalnu ili kiselu razgradnju; zatim se kombinirani procesi jonske izmjene i ekstrakcije rastvaračem koriste za odvajanje i uklanjanje različitih štetnih nečistoća kao što su molibden, alkalni metali, silicijum, arsen i fosfor na molekularnom nivou, čime se dobija prečišćeni rastvor amonijum volframata visoke čistoće; nakon isparavanja i kristalizacije dobijaju se APT kristali visoke{17}}čistoće čistoće od 99,95% i više; APT visoke{19}}visoke čistoće se zatim kalcinira kako bi se formirao volfram trioksid, a zatim se reducira upotrebom ultra-visoke-vodika putem više-stepene temperature-kontrolisane redukcije da se konačno dobije poluprovodnički-tungsten prah visokog kvaliteta-.
Međutim, ovaj proces ima izuzetno visoke tehničke barijere:
(1) Težak problem dubokog odvajanja volframa-molibdena: volfram i molibden su susjedni elementi u istoj grupi, a njihovi ionski radijusi i hemijsko ponašanje u vodenom rastvoru su izuzetno slični, što ih čini veoma teškim za potpuno odvajanje konvencionalnim metodama taloženja i kristalizacije; (2) Duboko uklanjanje alkalnih metala i teških metala u tragovima: Kalijum i natrijum se vrlo lako adsorbuju u porama smole i kristalnim prazninama i teško ih je potpuno isprati. Pomoćni materijali također mogu unijeti sekundarne nečistoće, što zahtijeva više-insku razmjenu i ponovljene rekristalizacije kako bi se smanjile na nivo ppb. (3) Višestepena kontrola temperature-kontrolisane redukcije: Nakon -kalcinacije APT-a na visokoj temperaturi, prvo je potrebno lagano zagrijavanje da se volfram trioksid reducira u volfram dioksid. Nakon toga, temperatura se dalje podiže kako bi se potpuno svela na čisti metalni volframov prah. Budući da je volframov prah izuzetno osjetljiv na parametre kao što je temperatura, njegov procesni prozor je vrlo uzak. Male promjene u brzini protoka vodonika, okolini plina u peći i temperaturnoj krivulji će utjecati na veličinu čestica i čistoću konačnog volframovog praha. (4) Potpuna-procesna prevencija sekundarne kontaminacije: od ispiranja, ekstrakcije, kristalizacije do kalcinacije i redukcije vodonika, materijali opreme, čistoća reagensa i čistoća okoliša uvest će nove nečistoće, postavljajući izuzetno visoke zahtjeve za odabir opreme, kontrolu pomoćnog materijala i nivoe čistoće u radionici. Osim hemijske čistoće, poluprovodnički volfram prah takođe zahteva strogu kontrolu veličine čestica, raspodele veličine čestica, stepena aglomeracije i nečistoća kiseonika i ugljenika. Pod pretpostavkom visoke čistoće, teško je uravnotežiti fizičke indikatore praha i postići konzistentnost-do{19}}serije u masovnoj proizvodnji.
Osnovne prednosti kineske industrije poluprovodnika-Volframovog praha visoke čistoće-
Kraj resursa: Globalni resursi volframa su visoko koncentrisani, a Kina ima-kvalitetne osnove resursa volframove rude, što čini 52% globalnih rezervi. Konkretno, crna volframova ruda u rudarskim područjima kao što je južni Jiangxi ima nizak sadržaj nativnih nečistoća molibdena i odlične uslove urođenih sirovina, pružajući visok-osiguranje izvora za poluprovodnički{4}}APT visoke-čistoće i visoke{6}}čistoće, čime se smanjuje pritisak u procesu proizvodnje volframovog praha ili duboko uklanjanje kraja. Kraj industrije: Oslanjajući se na kompletan industrijski sistem metalurgije volframa, Kina je već otvorila puni lanac "rude volframa - APT - visoke- volfram oksida - 6N visoke- čistoće volframovog praha - volframovog heksafluorida. Nakon decenija ponavljanja u hidrometalurškim procesima, postignute su domaće zrele primjene u uklanjanju sulfidnog molibdena, višestepenoj ionskoj izmjeni i procesima dubokog pročišćavanja ekstrakcijom rastvaračem, rješavajući ključne tehničke bolne tačke odvajanja volfram-molibdena i uklanjanja tragova nečistoća. Među njima, China Tungsten and Hightech i Xiamen Tungsten su postale jedine dvije kompanije na svijetu koje su sposobne stabilno masovno-proizvesti visoko-volframov prah visoke čistoće iznad 6N. Osim toga, volfram u prahu-visoke čistoće ima visoku aktivnost i veliku specifičnu površinu. Nakon kontakta sa zrakom, izuzetno je lako brzo oksidirati i adsorbirati vlagu i nečistoće, što direktno dovodi do smanjene čistoće i pogoršanja performansi praha, što ga čini nesposobnim da ispuni standarde upotrebe poluvodičkih procesa. Konvencionalni efektivni ciklus inventara za prah od volframa visoke -čistoće- klase poluprovodnika u industriji je samo 3 do 5 mjeseci, a uslovi skladištenja su izuzetno teški. Mora se čuvati u vakuumu{30}}zapečaćenim cijelo vrijeme i skladištiti u inertnoj atmosferi argona{31}visoke čistoće, u kombinaciji sa namjenskim čistim skladišnim prostorima. Njegovi troškovi renoviranja skladišta i troškovi rada i održavanja daleko premašuju troškove običnih metalnih sirovina, a dugoročno-skladištenje je relativno neekonomično. Ova karakteristika dodatno jača monopolsku prednost Kine u globalnom lancu nabavke.
Primjena volframovog praha-visoke čistoće u scenarijima jezgre poluprovodnika
Poluprovodnički -kvalitetni- prah od volframa visoke čistoće je osnovna sirovina za dva ključna potrošna materijala: elektronski specijalni gas od volframa heksafluorida (WF₆) i mete za raspršivanje volframa. To je nezamjenjiv vatrostalni metalni materijal za napredne logičke čipove i vrhunske memorijske čipove, i ima nezamjenjivu primjenu u 3nm/7nm naprednim logičkim čipovima, 3D NAND fleš memoriji i HBM memoriji velikog propusnog opsega. (1) Koristi se za pripremu specijalnog elektronskog plina od volfram heksafluorida (WF₆): korištenjem-volframovog praha visoke čistoće i plina fluora visoke -čistoće kao sirovina, elektronski-volfram heksafluorid se dobija fluoracijom i više-faznom deporfikacijom, a koristi se Dva-hemijska rektifikacija prekursor gasa. Tokom proizvodnje pločice, volfram heksafluorid se razgrađuje da bi stvorio metalni volfram, koji se koristi za popunjavanje velikog broja volframovih priključaka unutar čipa kako bi se postigla vertikalna međusobna povezanost između kola na različitim slojevima; može se koristiti i za nanošenje sloja metalne barijere i tankog filma na liniji riječi. Sa eksplozivnim rastom industrije AI računarstva, broj slojeva za slaganje u HBM memoriji velikog{16}}pojasnog opsega se povećava, a 3D NAND fleš memorija nastavlja da se kreće prema više od 200 slojeva. Broj vertikalnih prolaza se umnožava, a potražnja za volfram heksafluoridom i uzvodnim volframovim prahom visoke{20}}čistoće još uvijek brzo raste. (2) Koristi se za pripremu poluprovodničkih volframovih meta za raspršivanje: volframov prah visoke -čistoće se formira, sinteruje i precizno obrađuje kako bi se dobile volframove mete. Oslanjajući se na PVD proces magnetronskog raspršivanja, tanki slojevi metala volframa se talože na površinu pločice za slojeve barijere, elektrode i interkonektivne filmove unutar logičkih čipova i memorijskih čipova. Napredni procesi na 7nm i 3nm imaju stroge zahtjeve za čistoću cilja, ujednačenost zrna i gustinu. Izvor mete je volframov prah visoke{29}}čistoće, a čistoća praha direktno određuje kvalitet raspršenog filma. Prekomjerne nečistoće će uzrokovati niz problema kao što su defekti čestica, curenje i smanjeni prinos.