Cała łańcucha wartości półprzewodników (obejmująca produkcję płytek, osadzanie cienkich warstw, wzrost kryształów w wysokiej temperaturze, komponenty urządzeń oraz zaawansowane opakowania) zależy w znacznym stopniu od tych dwóch ultra-czystych metali o wysokiej temperaturze topnienia – wolframu i molibdenu. Dzięki ich wyjątkowo wysokim temperaturom topnienia (3422 °C dla wolframu i 2622 °C dla molibdenu) oraz takim właściwościom jak niskie uwalnianie zanieczyszczeń, niskie rozszerzalność cieplna, niski opór elektryczny oraz niskie ciśnienie pary w środowisku próżniowym, główne produkty klasyfikuje się do pięciu kategorii. Poniższy opis, oparty na rzeczywistych przypadkach produkcyjnych z wiodących na świecie fabryk płytek oraz głównych firm zajmujących się magazynowaniem, zawiera szczegółową analizę zastosowań przemysłowych i wyników wdrożenia każdej z tych kategorii produktów.
1. Ultra-czyste cele sputteringu z wolframu/molibdenu
Opis produktu: Główne produkty to ultra-czyste cele z molibdenu o stopniu czystości 5N/6N oraz cele z wolframu, kompozytowe cele z wolframu i tytanu oraz cele ze stopów molibdenu (o średnicach od 8 do 12 cali), stosowane głównie w procesach napylania warstw metalowych na płytki krzemowe metodą PVD (Physical Vapor Deposition – osadzania par fizycznego). W tradycyjnych technologiach procesowych 28 nm i wyższych cele z wolframu dominowały przy wypełnianiu otworów kontaktowych oraz warstw barierowych bramkowych; natomiast w zaawansowanych technologiach logicznych 3 nm/7 nm oraz w pamięciach 3D NAND o liczbie warstw wynoszącej 300 lub więcej cele z molibdenu przyspieszają zastępowanie cel z wolframu. Przy tej samej szerokości linii opór właściwy molibdenu jest o 40% niższy niż wolframu, a stosowanie wysokich stosunków wysokości do szerokości (high aspect ratio) nie wymaga stosowania warstw barierowych z TiN, co znacznie poprawia gęstość przechowywania danych.
Przykłady zastosowań przemysłowych:
Modernizacja linii produkcyjnej pamięci 3D NAND firmy SK Hynix o 375 warstwach: Gdy liczba warstw przekroczyła 300, pierwotne linie słów z wolframu o 286 warstwach napotkały gwałtowny wzrost oporu, nadmierną opóźnienia odczytu/zapisu oraz warstwę blokującą zajmującą przestrzeń pionową. Dlatego też SK Hynix w pełni wprowadziła materiały docelowe z molibdenu o ultra-czystości 6N, wyposażone w dedykowane piece ALD (osadzania warstw atomowych), oraz wyeliminowała warstwę blokującą TiN. Pojedyncza partia mogła zawierać 100 krzemowych płytek o średnicy 300 mm. Po modernizacji powierzchnia jednostkowa układu scalonego zmniejszyła się o 18%, gęstość bitów wzrosła o 16,3%; opór styku zmniejszył się o 56%, a prędkość odczytu/zapisu wzrosła o 22%. Zmniejszenie liczby procesów osadzania o 15% pozwoliło na miesięczne oszczędności ponad 10 milionów RMB na każdą fabrykę. Oczekuje się, że do końca 2026 roku fabryka firmy w Cheongju osiągnie pełne moce produkcyjne, a miesięczne zakupy materiałów docelowych z molibdenu przekroczą 2 tony.
Changan Storage Xtacking 3.0 – zastąpienie komponentów krajowymi: Linia produkcyjna pamięci Changan Storage wykorzystująca trójwymiarową pamięć NAND o 232 warstwach była wcześniej w znacznym stopniu zależna od celowników molibdenowych firmy japońskiej Nishin Metal. Spółka Jin Mo Shares we współpracy z Longhua Technology pomyślnie przeprowadziła certyfikację krajowych materiałów celowników molibdenowych o czystości 5N5 i dostarczyła celowniki o średnicy 12 cali. Pomiar rzeczywisty wykazał, że zawartość zanieczyszczeń w krajowych materiałach celownikowych była niższa niż 0,1 ppm, a jednorodność powłoki była taka sama jak w przypadku produktów importowanych; koszty zużycia sprzętu na pojedynczy zestaw obniżono o 32%. W 2025 r. obie strony podpisały trzyletnią umowę ramową, dzięki czemu roczne wydatki na importowane materiały eksploatacyjne zmniejszą się o ponad 120 mln juanów RMB, co umożliwi osiągnięcie niezależnej kontroli nad kluczowymi materiałami stosowanymi do napylania w procesie produkcji pamięci.
2. Gaz do wstępnego przetwarzania w procesie CVD
Opis produktu: Podstawowym produktem jest gaz do wstępnego przetwarzania oparty na molibdenie o wysokiej czystości, stosowany głównie w procesach CVD (osadzania z fazy gazowej). W porównaniu do materiałów docelowych do napylania metodą PVD gaz do wstępnego przetwarzania umożliwia osiągnięcie znacznie lepszego pokrycia kroków oraz bardziej jednolitego wypełnienia warstw w procesie osadzania linii słów pamięci 3D NAND o bardzo wysokim stosunku wysokości do szerokości (np. ponad 375 warstw), stanowi więc kluczowy materiał zużywalny wspierający realizację pamięci flash NAND o bardzo dużej liczbie warstw.
Przykłady zastosowań przemysłowych:
Aktualizacja procesu linii produkcyjnej 375-warstwowych przez globalnych gigantów pamięci: Wobec wykładniczego wzrostu trudności w trawieniu rowków i napylaniu warstw dla ultra-wysokowarstwowych pamięci 3D NAND, giganci pamięci tacy jak Samsung i SK Hynix w aktualizacjach linii produkcyjnej 375-warstwowej NAND wyposażyli się w systemy zasilania gazem preprocesorowym z molibdenem o wysokiej temperaturze. Ze względu na ekstremalnie wysokie wymagania dotyczące kontroli zanieczyszczeń i formułacji parowania gazów prekursorowych w wysokiej temperaturze, wiodący dostawcy tacy jak Yaco Technology pomyślnie dostarczają do Samsung i SK Hynix technologię prekursora molibdenowego klasy 6N, idealnie dostosowaną do nowej generacji procesu napylania CVD linii słów z molibdenem w pamięciach NAND. Długoterminowe zapotrzebowanie gwałtownie wzrosło wraz z mocą produkcyjną pamięci NAND wysokiej klasy.
Wysokotemperaturowe elementy strukturalne molibdenowo-wolframowe (przemysł wzrostu kryształów i wysokotemperaturowej obróbki cieplnej)
Opis produktu: Główne produkty obejmują tygiel molibdenowy, wózki do transportu materiałów molibdenowych, osłony cieplne z molibdenu, komponenty nośne z TZM (stopu molibdenu z titanem i wanadem), taśmy grzejne z molibdenu oraz elementy grzejne z wolframu, przeznaczone do wykorzystania w procesach odpuszczania w próżni lub wodorze w zakresie temperatur 1000–1800°C, wzrostu kryształów safiru niebieskiego oraz pieców epitaksjalnych do węglika krzemu itp. w warunkach ekstremalnych. Stal nierdzewna i stopy niklowe są podatne na odkształcenia pełzające oraz pęknięcia spowodowane utlenianiem powyżej 1000°C, podczas gdy molibden i wolfram nie ulegają utlenieniu ani nie uwalniają zanieczyszczeń w atmosferze obojętnej; ponadto odporność na pełzanie TZM jest dwukrotnie większa niż czystego molibdenu, co skutecznie zapobiega zanieczyszczeniu krzemowych płytek metalami.
Przykłady zastosowań przemysłowych:
Modernizacja pieca do wzrostu niebieskiego safiru z technologią Mini LED w firmie Sanan Optoelectronics: Firma Sanan Optoelectronics pierwotnie korzystała z importowanych tygli molibdenowych do wzrostu niebieskiego safiru, których żywotność wynosiła zaledwie 90 dni. Częste wyłączenia pieca poważnie ograniczały moc produkcyjną. Dzięki zastosowaniu cienkościennych tygli molibdenowych wykonanych z wysokoczystego ingotu molibdenu Mo-1 oraz polerowaniu ich wewnętrznych ścian do poziomu lustrzanego, ciągła żywotność pojedynczego tygla wzrosła do 280 dni (trzykrotny wzrost), wydajność wzrostu zwiększyła się z 82% do 91%, a roczna produkcja podłoży na jeden piec wzrosła o 120 000 sztuk. Po całkowitej wymianie 200 pieców wzrostowych na terenie kraju na krajowe tigle oszczędności roczne związane z zakupem sprzętu i materiałów przekroczyły 60 milionów RMB.
IV. Kompozytowe chłodniki wolframowo-miedziane/molibdenowo-miedziane (przemysł zaawansowanego pakowania i urządzeń mocy)
Opis produktu: Główne produkty to podłoża z kompozytu wolfram-miedź (WCu70/80), podłoża z kompozytu molibden-miedź (MoCu) oraz podłoża z kompozytu wolfram-miedź, przeznaczone głównie do obudowy GPU, pamięci o dużej przepustowości (HBM), tranzystorów IGBT oraz półprzewodników mocy. Adaptacja procesowa polega na tym, że niskie współczynniki rozszerzalności cieplnej wolframu i molibdenu idealnie pasują do krzemowych i azotkowo-galowych układów scalonych, podczas gdy wysoka przewodność cieplna miedzi umożliwia szybkie odprowadzanie ciepła. Ten materiał kompozytowy skutecznie rozwiązuje problem obniżenia częstotliwości i awarii termicznej układów scalonych o dużej mocy obliczeniowej stosowanych w sztucznej inteligencji w warunkach wysokich temperatur, stając się idealnym zamiennikiem podłoży wykonanych z czystej miedzi lub aluminium.
Przypadek wdrożenia w branży:
Modernizacja zarządzania ciepłem dla wysokowydajnych układów scalonych przeznaczonych do sztucznej inteligencji: Wraz ze wzrostem wymagań obliczeniowych dużych modeli sztucznej inteligencji na układach GPU i HBM gęstość strumienia ciepła osiągnęła swój limit. Tradycyjne podłoża z czystej miedzi, z powodu niezgodności współczynników rozszerzalności cieplnej, są narażone na zmęczenie spawów w warunkach długotrwałego cyklowania przy wysokiej temperaturze. Zastosowanie kompozytowych podłoży radiatorów z molybdenowo-miedzi (MoCu) pozwala nie tylko osiągnąć doskonałą zgodność współczynników rozszerzalności cieplnej z krzemowymi układami scalonymi, ale także znacznie zmniejszyć opór cieplny, całkowicie rozwiązując problem awarii termicznej układów AI podczas pracy z wysoką częstotliwością i zapewniając długotrwałą stabilną pracę infrastruktury obliczeniowej.
V. Precyzyjne elementy wykonane z stopów wolframu i molibdenu (branża komponentów do urządzeń półprzewodnikowych)
Opis produktu: Główne produkty to precyzyjne elementy wykonane z wolframu i molibdenu przeznaczone do urządzeń półprzewodnikowych, takie jak osłony do maszyn do implantacji jonowej, grzejniki do urządzeń MOCVD oraz materiały do radiatorów w obudowach elektronicznych. Elementy te muszą zachowywać wyjątkowo wysoką dokładność wymiarową i stabilność fizyczną w warunkach skrajnie wysokiej próżni oraz środowiskach korozyjnych, stanowiąc „niewidzialny fundament”, który umożliwia urządzeniom półprzewodnikowym realizację precyzyjnych procesów.
Przypadek wdrożenia w branży:
Lokalizacja kluczowych komponentów maszyn do implantacji jonowej półprzewodników: W odpowiedzi na problem długotrwałej zależności od importu wysokiej klasy komponentów z wolframu i molibdenu do maszyn do implantacji jonowej półprzewodników trzeciej generacji (3,5G) krajowe przedsiębiorstwa, takie jak Xingyao Xincai, pomyślnie opracowały i wdrożyły produkcję precyzyjnych komponentów z wolframu i molibdenu o czystości przekraczającej 99,99%. Komponenty te charakteryzują się wyjątkowo długim czasem życia oraz stabilną wydajnością w warunkach długotrwałego bombardowania jonami w wysokiej próżni, a także pomyślnie wprowadzono je do łańcuchów dostaw krajowych i zagranicznych klientów, łamiąc monopol zagranicznych firm i osiągając lokalną substytucję kluczowych komponentów urządzeń półprzewodnikowych.
EN
Gorące wiadomości