Yonga İşlemi için "Hassas Bisturi": Nadir Toprak Elementleri Yarı İletkenler için "Minimal İnvaziv Cerrahiyi" Mümkün Kılıyor

Eğer nadir toprak mıknatısları yarı iletken ekipmanlarının "kasları" ise, nadir toprak bileşikleri işleme aşamasında "bıçak" gibidir. Bir yonganın ham bir silikon levhadan bir çipe "dönüşümünde", "oyma" işleminin her adımı nadir toprakların "hassas çalışmasına" bağlıdır. Kimyasal mekanik parlatma (CMP) en tipik örnektir. Bir levhanın yüzeyinin atom seviyesinde düzgünlükte olması gerektiğinde, geleneksel aşındırıcılar (silikon dioksit gibi) "kaba kuvvetle taşlama" yöntemine başvurur ve bu da levhanın çizilmesine neden olabilir; oysa seryum dioksit (CeO₂) parlatma ajanları, "kimyasal reaksiyon + fiziksel taşlama" ikili etkisini kullanarak, "akıllı bir silgi" gibi, safsızlıkları hassas bir şekilde giderir. Alkali bir ortamda, seryum iyonları (Ce³⁺/Ce⁴⁺) CeO₂ yüzeyinde silikon dioksit (SiO₂) ile reaksiyona girerek çözünür seryum silikat oluşturur ve "seçici çıkarma" sağlar - SiO₂ çıkarma hızı, geleneksel aşındırıcılara göre üç kat daha fazladır, ancak silisyum nitrür gibi çevreleyen malzemelere neredeyse hiç zarar vermez. Şu anda, dünya çapındaki sığ hendek izolasyonu (STI) parlatma işlemlerinin %90'ından fazlası CeO₂ parlatma ajanları kullanır ve tek bir 12 inçlik levha parlatma işlemi yaklaşık 10 gram yüksek saflıkta CeO₂ (%99,99 saflıkta) gerektirir.

Etching makinelerinin "koruyucu kalkanı" da nadir topraklara bağlıdır. Etching işlemi sırasında, flor plazması "kral suyu" kadar aşındırıcıdır ve sıradan kuvars bileşenleri kısa sürede deliklerle aşınır. Ancak, bir itriyum oksit (Y₂O₃) kaplama, bileşenin yüzeyinde bir "kimyasal bariyer" oluşturabilir: itriyum (Y) oksit son derece güçlü kimyasal stabiliteye sahiptir ve flor plazmasında yoğun bir itriyum florür (YF₃) koruyucu tabaka oluşturarak, bileşenin ömrünü 3 aydan 1 yıldan fazlaya uzatır. TSMC ve Samsung'un gelişmiş işlem etching makinelerinin iç astarı neredeyse tamamen Y₂O₃ ile kaplıdır - bu "nadir toprak korozyon önleyici" yaklaşımının şu anda alternatifi yoktur.

İnceleme aşaması bile nadir topraklardan bağımsız olamaz. Levha hizalaması için kullanılan lazerin temel malzemesi, neodimyum katkılı itriyum alüminyum granat (Nd:YAG) kristalidir. Neodimyum iyonları (Nd³⁺) 1.064μm lazer üretebilir ve bu da nanometre seviyesinde hizalama incelemesi elde etmek için 355nm ultraviyole ışığa dönüştürülür. Bu lazer olmadan, levha maskeyle hassas bir şekilde "hizalanamaz" ve çip verimi %90'dan fazla düşer.