Inom halvledarindustrin är 6N och högre volframpulver med ultra-hög-renhet ett oersättligt kritiskt material. Det är både kärnråmaterialet för volframhexafluorid elektronisk specialgas och uppströmskällan för volframförstoftningsmål. Dess renhet, partikelstorlek och syreföroreningsnivåer bestämmer direkt utbytet av avancerade-processchips. När processnoder avancerar mot 3-7nm och minnesstaplingsskikten fortsätter att öka, fortsätter det strategiska industriella värdet av ultra-hög-renhet av volframpulver att bli mer framträdande. Den här artikeln kommer att analysera de tekniska svårigheterna med att förbereda ultra-högrent volframpulver och Kinas industriella fördelar, och introducera dess segmenterade applikationer och industriella värde i kärnhalvledarscenarier.
Svårigheter med att förbereda halvledare-Hög-Renhet Tungsten Powder
Volframkoncentrat är källmalmen för framställning av volfram-baserade material och innehåller naturligt olika föroreningselement som molybden, järn, kalium, natrium, kisel, fosfor, arsenik samt uran och torium. För tillverkning av halvledarchip kan dessa spårföroreningar ha ödesdigra effekter på enhetens prestanda och kapacitet. Till exempel:
● Molybden: Om det finns kvar i volframpulver kommer det att tränga in i chipets inre med tunnfilmsavlagring, vilket orsakar läckage och enhetsparameterdrift, och i allvarliga fall resulterar det i kortslutningsfel i chipet-.
● Alkalimetaller som Na och K: Under inverkan av ett elektriskt fält är de benägna att jondrift i gateoxidskiktet hos MOS-enheter, vilket orsakar tröskelspänningsdrift och ökad läckström;
● Övergångsmetaller som Fe, Ni och Cu: De kan bilda djupa-nivådefekter i kiselbandgapet, vilket förkortar bärarens livslängd;
● Icke-metalliska föroreningar som syre och kol: De påverkar måltätheten eller bildar skadliga andra faser... Därför har halvledar-gradigt volframpulver med hög-renhet stränga renhetströsklar, speciellt för 7nm och 3nm avancerade logiska chips och hög6% lagring av 9,6 N eller 9,6 N (99,9999 %) ultra-höga-renhetsnivåer. Molybden, alkalimetaller och radioaktiva föroreningar måste kontrolleras på ppm eller till och med ppb nivå, och gasföroreningar som syre och kol behöver också strikt kontroll. Vanligt industriellt volframkoncentrat direkt smält helt kan inte uppfylla elektroniska industristandarder, och en fullständig djupreningsprocess måste läggas till. För närvarande är den huvudsakliga reningsvägen för halvledar-hög-volframpulver med hög renhet: volframkoncentrat omvandlas först till en volframsaltlösning genom alkalisk nedbrytning eller sur nedbrytning; sedan används jonbyte och lösningsmedelsextraktion kombinerade processer för att separera och avlägsna olika skadliga föroreningar såsom molybden, alkalimetaller, kisel, arsenik och fosfor på molekylär nivå, vilket ger en renad hög{18}}ren ammoniumvolframatlösning; efter indunstning och kristallisation erhålls APT-kristaller med hög-renhet med en renhet på 99,95 % och högre; APT med hög-renhet kalcineras sedan för att bilda volframtrioxid och reduceras sedan med hjälp av ultra-hög-väte genom fler-temperatur-kontrollerad reduktion för att slutligen producera halvledar-hög-volframpulver.
Därför har halvledar-volframpulver med hög-renhet stränga renhetströsklar, särskilt för 7nm och 3nm avancerade logiska chips och hög-lagring, som kräver 5N (99,999 %) eller till och med 6N (99,9999 %) ultra{{9}.}hög renhetsnivå Molybden, alkalimetaller och radioaktiva föroreningar måste kontrolleras på ppm eller till och med ppb nivå, och gasföroreningar som syre och kol behöver också strikt kontroll. Vanligt industriellt volframkoncentrat direkt smält helt kan inte uppfylla elektroniska industristandarder, och en fullständig djupreningsprocess måste läggas till. För närvarande är den huvudsakliga reningsvägen för halvledar-hög-volframpulver med hög renhet: volframkoncentrat omvandlas först till en volframsaltlösning genom alkalisk nedbrytning eller sur nedbrytning; sedan används jonbyte och lösningsmedelsextraktion kombinerade processer för att separera och avlägsna olika skadliga föroreningar som molybden, alkalimetaller, kisel, arsenik och fosfor på molekylär nivå, vilket ger en renad hög{16}}ren ammoniumvolframatlösning; efter indunstning och kristallisation erhålls APT-kristaller med hög-renhet med en renhet på 99,95 % och högre; APT med hög-renhet kalcineras sedan för att bilda volframtrioxid och reduceras sedan med hjälp av ultra-hög-väte genom fler-temperatur-kontrollerad reduktion för att slutligen producera halvledar-hög-volframpulver av hög renhet.
Denna process har dock extremt höga tekniska barriärer:
(1) Det svåra problemet med djup separering av volfram-molybden: Volfram och molybden är intilliggande grundämnen i samma grupp, och deras jonradier och kemiska beteenden i vattenlösningen är extremt lika, vilket gör det mycket svårt att helt separera dem med konventionella utfällnings- och kristallisationsmetoder; (2) Djupt avlägsnande av alkalimetaller och spår av tungmetaller: Kalium och natrium adsorberas mycket lätt i hartsporer och kristallluckor och är svåra att tvätta ur helt. Hjälpmaterial kan också introducera sekundära föroreningar, vilket kräver fler-jonbyte och upprepad omkristallisering för att minska dem till ppb-nivån. (3) Fler-temperaturkontroll-kontrollerad reduktion: Efter hög-temperaturkalcinering av APT krävs först försiktig uppvärmning för att reducera volframtrioxid till volframdioxid. Därefter höjs temperaturen ytterligare för att helt reducera den till rent metalliskt volframpulver. Eftersom volframpulver är extremt känsligt för parametrar som temperatur, är dess processfönster mycket smalt. Små förändringar i väteflödeshastighet, ugnsgasmiljö och temperaturkurva kommer att påverka partikelstorleken och renheten hos det slutliga volframpulvret. (4) Fullständigt-processförebyggande av sekundär kontaminering: Från urlakning, extraktion, kristallisering till kalcinering och vätgasreduktion, utrustningsmaterial, reagensrenhet och miljörenhet kommer att introducera nya föroreningar, vilket ställer extremt höga krav på utrustningsval, kontroll av hjälpmaterial och renhetsnivåer i verkstäder. Förutom kemisk renhet behöver halvledarvolframpulver också strikt kontroll av partikelstorlek, partikelstorleksfördelning, agglomerationsgrad och syre- och kolgasföroreningar. Under förutsättningen av hög renhet är det svårt att balansera fysiska indikatorer för pulver och uppnå konsistens från batch-till-batch i massproduktion.
Kärnfördelarna med Kinas halvledarindustri-Hög-renhet för volframpulver
Resursändamål: Globala volframresurser är mycket koncentrerade och Kina har en-högkvalitativ grund av volframmalm, som står för 52 % av de globala reserverna. Speciellt har den svarta volframmalmen i gruvområden som södra Jiangxi lågt innehåll av naturligt molybdenföroreningar och utmärkta medfödda råmaterialförhållanden, vilket ger hög-källsäkring för halvledar-kvalitet hög-renhet APT och hög-renhet av volfram pulverproduktion, reducering av produktionen av volframpulver och reducering av reducering av trycket från volframprocessen. Branschändamål: Kina har förlitat sig på ett komplett industrisystem för volframmetallurgi och redan öppnat hela kedjan av "volframmalm - APT - hög-renhet volframoxid - 6N hög-renhet volframpulver - volframhexafluorid/volframmål." Efter årtionden av iteration i hydrometallurgiska processer har inhemskt mogna tillämpningar uppnåtts för avlägsnande av sulfidmolybden, jonbyte i flera-steg och djupreningsprocesser för lösningsmedelsextraktion, vilket löser de centrala tekniska smärtpunkterna för separering av volfram-molybden och avlägsnande av spårföroreningar. Bland dem har China Tungsten och Hightech och Xiamen Tungsten blivit de enda två företagen i världen som stabilt kan massproducera-hög-rent volframpulver över 6N. Dessutom har volframpulver med hög-renhet hög aktivitet och en stor specifik yta. Efter kontakt med luft är det extremt lätt att snabbt oxidera och adsorbera fukt och föroreningar, vilket direkt leder till minskad renhet och försämring av pulvrets prestanda, vilket gör att det inte kan uppfylla standarder för användning av halvledarprocesser. Den konventionella effektiva inventeringscykeln för volframpulver av hög-renhet-kvalitet i industrin är bara 3 till 5 månader, och lagringsförhållandena är extremt svåra. Den måste hållas vakuum-försluten genomgående och lagras under en hög-argoninert atmosfär, kombinerat med dedikerade rena förvaringsmöjligheter. Dess lagringsrenoveringskostnader och drift- och underhållskostnader överstiger vida kostnaderna för vanliga metallråvaror, och långtidslagring är relativt oekonomiskt. Denna egenskap stärker ytterligare Kinas monopolfördel i den globala leveranskedjan.
Tillämpningar av-High Purity Tungsten Powder i Core Semiconductor Scenarios
Halvledar-hög-renhet för volframpulver är kärnråmaterialet för två viktiga förbrukningsmaterial: volframhexafluorid (WF₆) elektronisk specialgas och volframförstoftningsmål. Det är ett oumbärligt eldfast metallmaterial för avancerade logiska chips och high-minneschips, och har oersättligt applikationsvärde i 3nm/7nm avancerade logiska chips, 3D NAND-flashminne och HBM hög-bandbreddsminne. (1) Används för att framställa elektronisk specialgas av volframhexafluorid (WF₆): Med hjälp av hög-renhet av volframpulver och hög-fluorgas som råmaterial, erhålls elektronisk volframhexafluorid av-kvalitet genom fluorering och fler-reningssteg för gas som CVD, och förångningsavrening. Under wafertillverkning sönderdelas volframhexafluorid för att generera metallisk volfram, som används för att fylla det stora antalet volframpluggvias inuti chipet för att uppnå vertikal sammankoppling mellan kretsar på olika lager; den kan också användas för metallbarriärskikt och ordlinje tunnfilmsavsättning. Med den explosiva tillväxten av AI-datorindustrin ökar antalet staplingslager i HBM-minne med hög-bandbredd och 3D NAND-flashminne fortsätter att iterera mot mer än 200 lager. Antalet vertikala vias multipliceras, och efterfrågan på volframhexafluorid och uppströms högrent volframpulver växer fortfarande snabbt. (2) Används för att förbereda halvledarförstoftningsmål för volfram: Hög-renhet av volframpulver formas, sintras och precisionsbearbetas för att erhålla volframmål. Genom att förlita sig på PVD-magnetronförstoftningsprocessen avsätts tunna filmer av volframmetall på skivans yta för barriärskikt, elektroder och sammankopplingsfilmer inuti logikchips och minneschips. Avancerade processer vid 7nm och 3nm har stränga krav på målrenhet, kornlikformighet och densitet. Källan till målet är volframpulver med hög-renhet, och pulverrenheten avgör direkt kvaliteten på den sputtrade filmen. Överdrivna föroreningar kommer att orsaka en rad problem såsom partikeldefekter, läckage och minskat utbyte.