"Skalpel Presisi" untuk Pengolahan Wafer: Bumi Langka Membuat "Operasi Minim Invasif" untuk Semikonduktor Mampu

Jika magnet bumi langka adalah "otot" dari peralatan semikonduktor, maka senyawa bumi langka adalah "pisau bedah" dalam tahap pemrosesan. Dalam "transformasi" sebuah wafer dari wafer silikon mentah menjadi chip, setiap langkah "pengukiran" bergantung pada "operasi presisi" dari unsur tanah jarang. Chemical mechanical polishing (CMP) adalah contoh yang paling khas. Ketika permukaan wafer perlu mencapai kerataan tingkat atom, bahan abrasif tradisional (seperti silikon dioksida) mengandalkan "penggilingan kekuatan kasar", yang rentan menggores wafer; sementara agen pemoles cerium dioksida (CeO2) menggunakan efek ganda dari "reaksi kimia + penggilingan fisik", seperti "penghapus cerdas" untuk menghilangkan kotoran secara presisi. Dalam lingkungan alkali, ion cerium (Ce³⁺/Ce⁴⁺) pada permukaan CeO2 bereaksi dengan silikon dioksida (SiO2) untuk membentuk cerium silikat yang larut, mencapai "penghilangan selektif" - laju penghilangan SiO2 tiga kali lipat dari bahan abrasif tradisional, namun hampir tidak merusak bahan di sekitarnya seperti silikon nitrida. Saat ini, lebih dari 90% dari proses pemolesan shallow trench isolation (STI) di seluruh dunia menggunakan agen pemoles CeO2 , dan satu proses pemolesan wafer 12 inci membutuhkan konsumsi sekitar 10 gram CeO kemurnian tinggi2 (kemurnian 99,99%).

"Perisai pelindung" dari mesin etsa juga bergantung pada unsur tanah jarang. Selama proses etsa, plasma fluorin sama korosifnya dengan "aqua regia", dan komponen kuarsa biasa akan terkikis dengan lubang dalam waktu singkat. Namun, lapisan yttrium oksida (Y2O3) dapat membentuk "penghalang kimia" pada permukaan komponen: yttrium (Y) oksida memiliki stabilitas kimia yang sangat kuat dan akan membentuk lapisan pelindung yttrium fluorida (YF3) yang padat dalam plasma fluorin, memperpanjang umur komponen dari 3 bulan menjadi lebih dari 1 tahun. Lapisan dalam mesin etsa proses canggih dari TSMC dan Samsung hampir seluruhnya dilapisi dengan Y2O3 - pendekatan "anti-korosi tanah jarang" ini saat ini tidak memiliki alternatif.

Bahkan tahap inspeksi tidak dapat dilakukan tanpa unsur tanah jarang. Bahan inti dari laser yang digunakan untuk penyelarasan wafer adalah kristal neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG). Ion neodymium (Nd³⁺) dapat menghasilkan laser 1.064μm, yang diubah menjadi sinar ultraviolet 355nm untuk mencapai inspeksi penyelarasan tingkat nanometer. Tanpa laser ini, wafer tidak dapat "disejajarkan" secara presisi dengan mask, dan hasil chip akan anjlok lebih dari 90%.