L'intera catena del valore dei semiconduttori (che comprende la produzione di wafer, il deposito di film sottili, la crescita cristallina ad alta temperatura, i componenti per attrezzature e l'imballaggio avanzato) dipende in misura estrema da questi due metalli refrattari ultra-puri: tungsteno e molibdeno. Grazie ai loro elevatissimi punti di fusione (3422 °C per il tungsteno e 2622 °C per il molibdeno) e alle loro caratteristiche, quali bassa emissione di impurità, basso coefficiente di espansione termica, bassa resistività e bassa pressione di vapore in ambiente sottovuoto, i prodotti principali sono classificati in cinque categorie. Di seguito, sulla base di casi reali di produzione provenienti dalle principali fabbriche globali di wafer e dalle principali aziende di stoccaggio, viene fornita un’analisi dettagliata delle applicazioni industriali e dei risultati ottenuti nell’impiego di ciascuna categoria di prodotti.
1. Target per sputtering in tungsteno/molibdeno ultra-puro
Descrizione del prodotto: I prodotti principali sono target in molibdeno ultra-puro 5N/6N, target in tungsteno, target compositi tungsteno-titanio e target in lega di molibdeno (dimensioni da 8 a 12 pollici), utilizzati principalmente nei processi PVD (deposizione fisica da vapore) per la deposizione di film metallici su wafer di silicio. Nelle tecnologie di processo tradizionali a 28 nm e superiori, i target in tungsteno dominavano il riempimento dei fori di contatto e degli strati barriera per il gate; mentre nei processi logici avanzati a 3 nm/7 nm e nella memoria NAND 3D con 300 strati o più, i target in molibdeno stanno accelerando la sostituzione di quelli in tungsteno. A parità di larghezza di linea, la resistività del molibdeno è del 40% inferiore rispetto a quella del tungsteno e, nel caso di impilamento ad alto rapporto d’aspetto, non è necessario utilizzare strati barriera in TiN, migliorando significativamente la densità di memorizzazione.
Casi di applicazione industriale:
Aggiornamento della linea di produzione NAND 3D da 375 strati di SK Hynix: poiché il numero di strati impilati ha superato i 300, le linee di parole in tungsteno da 286 strati originarie hanno subito un forte aumento della resistenza, una latenza eccessiva nelle operazioni di lettura/scrittura e uno strato di blocco che occupava spazio verticale. Pertanto, SK Hynix ha introdotto completamente materiali target in molibdeno ultra-puro da 6N, dotati di forni dedicati ALD (Atomic Layer Deposition), eliminando lo strato di blocco in TiN. Un singolo lotto poteva caricare 100 wafer da 300 mm. Dopo l’aggiornamento, l’area per unità di chip è diminuita del 18%, la densità di bit è aumentata del 16,3%; la resistenza di contatto è diminuita del 56% e la velocità di lettura/scrittura è aumentata del 22%. La riduzione del 15% dei processi di deposizione ha consentito un risparmio mensile superiore a 10 milioni di RMB per fabbrica. Si prevede che entro la fine del 2026 la sua fabbrica di Cheongju raggiungerà la produzione su larga scala, con acquisti mensili di target in molibdeno superiori a 2 tonnellate.
Sostituzione nazionale della tecnologia Xtacking 3.0 di Changan Storage: la linea produttiva di NAND 3D a 232 strati di Changan Storage dipendeva in precedenza fortemente dai target in molibdeno della società giapponese Nishin Metal. Jin Mo Shares, in collaborazione con Longhua Technology, ha completato con successo la certificazione nazionale dei materiali per target in molibdeno ultra-puro di grado 5N5 e fornisce target da 12 pollici. Le misurazioni effettive hanno dimostrato che il contenuto di impurezze dei target nazionali è inferiore a 0,1 ppm e che l’uniformità del film è identica a quella dei prodotti importati, con una riduzione del 32% dei costi di consumo per singolo set di attrezzature. Nel 2025, le due parti hanno firmato un accordo pluriennale triennale, riducendo le spese annuali per consumabili importati di oltre 120 milioni di RMB e conseguendo il controllo autonomo dei materiali fondamentali per il rivestimento nella produzione di memorie.
2. Gas per il pretrattamento CVD
Descrizione del prodotto: Il prodotto principale è un gas per il pretrattamento a base di molibdeno ad alta purezza, utilizzato principalmente nei processi CVD (Chemical Vapor Deposition). Rispetto ai target per sputtering PVD, il gas per il pretrattamento consente di ottenere una copertura laterale (step coverage) migliore e un riempimento più uniforme del film durante la deposizione delle linee di parole (word lines) 3D NAND con rapporti d'aspetto estremamente elevati (ad esempio oltre 375 strati), costituendo il consumabile fondamentale per l’implementazione della memoria flash NAND con numero di strati ultra-elevato.
Casi di applicazione industriale:
Aggiornamento del processo di produzione per la linea da 375 strati dei giganti globali dell'archiviazione: di fronte all'aumento esponenziale della difficoltà nella realizzazione di scanalature e nel deposito di film per le memorie 3D NAND con numero di strati ultra-elevato, i principali produttori di memorie come Samsung e SK Hynix, nell'ambito degli aggiornamenti delle loro linee di produzione NAND da 375 strati, hanno dotato integralmente i sistemi di alimentazione gassosa in molibdeno ad alta temperatura per il pretrattamento. A causa dei requisiti estremamente elevati relativi ai gas precursori in termini di controllo delle impurità e di formulazioni per la vaporizzazione ad alta temperatura, fornitori leader quali Yaco Technology sono riusciti a fornire con successo a Samsung e SK Hynix la tecnologia per precursori in molibdeno di grado 6N, perfettamente adattata al nuovo processo CVD per il deposito delle word line in molibdeno nelle memorie NAND. La domanda a lungo termine è esplosa in parallelo con la capacità produttiva di memorie NAND di fascia alta.
Componenti strutturali in molibdeno-tungsteno ad alta temperatura (crescita cristallina e trattamento termico ad alta temperatura)
Descrizione del prodotto: I prodotti principali includono crogioli in molibdeno, carrelli per materiali in molibdeno, schermi termici in molibdeno, componenti di supporto in molibdeno TZM, fasce riscaldanti in molibdeno ed elementi riscaldanti in tungsteno, adatti per il ricottura sotto vuoto/idrogeno a temperature comprese tra 1000 e 1800 °C, la crescita di cristalli di zaffiro blu e i forni epitassiali per carburo di silicio, ecc., in condizioni estreme. L'acciaio inossidabile e le leghe a base di nichel sono soggetti a deformazione da fluenza e a fessurazione ossidativa al di sopra dei 1000 °C, mentre il molibdeno/tungsteno non si ossida né rilascia impurità in un'atmosfera inerte e la resistenza alla fluenza del molibdeno TZM è il doppio rispetto a quella del molibdeno puro, evitando efficacemente la contaminazione metallica dei wafer.
Casi di applicazione industriale:
Aggiornamento del forno per la crescita di zaffiro blu a LED mini presso Sanan Optoelectronics: inizialmente, Sanan Optoelectronics utilizzava crociere in molibdeno importate per la crescita dello zaffiro blu, con una durata di soli 90 giorni. Le frequenti fermate del forno limitavano gravemente la capacità produttiva. L’adozione di crociere in molibdeno a pareti sottili realizzate da lingotti di molibdeno ad alta purezza Mo-1 e la lucidatura delle superfici interne fino a raggiungere una finitura speculare hanno permesso di aumentare la durata continua di una singola crociera a 280 giorni (miglioramento triplo), di incrementare il rendimento di crescita dall’82% al 91% e di aumentare la produzione annuale di substrati per forno di 120.000 pezzi. Dopo la sostituzione completa, su scala nazionale, di 200 forni di crescita con crociere domestiche, i risparmi annuali sui costi di attrezzature e materiali hanno superato i 60 milioni di RMB.
IV. Dissipatori di calore compositi in tungsteno-rame/molibdeno-rame (settore dell’imballaggio avanzato e dei dispositivi di potenza)
Descrizione del prodotto: I prodotti principali sono i substrati in tungsteno-rame WCu70/80, i substrati dissipatori in molibdeno-rame MoCu e i substrati in tungsteno-rame, utilizzati principalmente per l’imballaggio di GPU, HBM (memoria ad alta larghezza di banda), IGBT e semiconduttori di potenza. L’adattamento del processo risiede nel fatto che i bassi coefficienti di espansione termica del tungsteno e del molibdeno si abbinano perfettamente ai chip in silicio e nitruro di gallio, mentre l’elevata conducibilità termica del rame consente una rapida dissipazione del calore. Questo materiale composito risolve efficacemente il problema della riduzione di frequenza e dei guasti termici nei chip per calcolo intensivo dell’intelligenza artificiale operanti a temperature elevate, costituendo un sostituto ideale per i substrati in rame e alluminio puri.
Caso di implementazione industriale:
Aggiornamento della gestione termica per i chip ad alta potenza di calcolo per l'IA: con l'aumento delle esigenze di potenza di calcolo per i grandi modelli IA su chip GPU e HBM, la densità di flusso termico ha raggiunto il suo limite. I substrati in rame puro tradizionali, a causa del loro coefficiente di espansione termica non compatibile, sono soggetti a rottura per fatica saldata durante cicli prolungati ad alte temperature. L'utilizzo di substrati dissipatori compositi in molibdeno-rame (MoCu) consente non solo un perfetto abbinamento dell'espansione termica con i chip al silicio, ma riduce anche in modo significativo la resistenza termica, risolvendo definitivamente il problema di malfunzionamento termico dei chip IA durante il funzionamento ad alta frequenza e garantendo il funzionamento stabile a lungo termine delle infrastrutture di calcolo.
V. Componenti di precisione in lega di tungsteno-molibdeno (settore dei componenti per attrezzature per semiconduttori)
Descrizione del prodotto: I prodotti principali sono componenti in tungsteno e molibdeno di precisione per attrezzature per semiconduttori, come componenti schermanti per macchine per l’impianto ionico, riscaldatori MOCVD e materiali per dissipatori di calore per imballaggi elettronici. Questi componenti devono mantenere un’estrema accuratezza dimensionale e stabilità fisica in ambienti ad altissimo vuoto e corrosivi, costituendo il "pilastro invisibile" che consente alle attrezzature per semiconduttori di realizzare processi precisi.
Caso di implementazione industriale:
Nazionalizzazione dei componenti fondamentali delle macchine per l’impianto ionico nei semiconduttori: in risposta al problema critico della dipendenza a lungo termine dalle importazioni per i componenti in tungsteno e molibdeno di fascia alta destinati alle macchine per l’impianto ionico nei semiconduttori di terza generazione e mezza, imprese nazionali come Xingyao Xincai hanno sviluppato e prodotto con successo componenti di precisione in tungsteno e molibdeno con una purezza superiore al 99,99%. Tali componenti presentano una durata estremamente elevata e prestazioni stabili anche sotto prolungato bombardamento ionico in alto vuoto, entrando così con successo nelle catene di fornitura di clienti sia nazionali che esteri, rompendo il monopolio delle aziende straniere e realizzando la sostituzione nazionale di componenti chiave per le attrezzature per semiconduttori.
EN
Ultime notizie