Mentre il processo globale dei semiconduttori si sposta verso nodi avanzati di 3 nm/2 nm, i materiali di precisione in titanio (ASTM B265/B348, titanio di elevata-purezza e leghe di titanio di grado 1/2/5) si stanno trasformando da "materiali ausiliari" a materiali strategici chiave per la produzione di semiconduttori, con vantaggi fondamentali quali purezza ultra-elevata, impurità ultra-basse, forte stabilità termica, resistenza alla corrosione e proprietà non-magnetiche. L’attenzione e la domanda del mercato stanno aumentando in modo sincrono.
Driver principale: i processi avanzati impongono aggiornamenti dei materiali
I processi avanzati di semiconduttori (5 nm e inferiori) richiedono tre principali requisiti fondamentali per i materiali: precisione a livello nanometrico, pulizia a livello atomico ed estrema stabilità ambientale:
-Materiale target in titanio ad alta purezza (grado 1, purezza maggiore o uguale a 99,999%/5N): materiale centrale per sputtering PVD, utilizzato per lo strato barriera di interconnessione in rame, spina di contatto, per impedire che la diffusione dell'atomo di rame contamini i wafer di silicio, determinando direttamente la resa e le prestazioni del chip, adatto per l'intero processo da 130-3 nm.
-Componenti strutturali di precisione (grado 2/5): piano di lavoro della macchina per litografia, camera della macchina per incisione, flangia del vuoto, braccio robotico wafer, ecc., con un basso coefficiente di espansione termica (8,6 × 10 ⁻⁶/grado) e una deformazione dovuta alla fluttuazione della temperatura di solo 1/3 della lega di alluminio, garantendo una precisione di posizionamento a livello nanometrico.
-Componenti resistenti alla corrosione (grado 7): resistenti alla forte corrosione da acidi/alogeni nelle apparecchiature di incisione e pulizia a umido, senza inquinamento da precipitazioni metalliche, adatti per condizioni di lavoro estreme con vuoto spinto e plasma intenso.
Vantaggi principali dei materiali in titanio standard americano
1. Purezza ultraelevata+impurità ultra-basse: titanio ad alta purezza-standard americano di grado 1 con impurità controllabili di ossigeno/azoto/carbonio<50ppm, no heavy metal pollution such as iron and nickel, meets SEMI F42 standards, and is suitable for advanced process atomic level cleanliness requirements.
2. Stabilità termica+precisione dimensionale: bassa conduttività termica (21,9 W/(m · K)), piccolo coefficiente di dilatazione termica, tolleranza fino a ± 0,005 mm, levigatezza della superficie Ra inferiore o uguale a 0,4 μ m, adatto per assemblaggio su scala nanometrica e sigillatura sotto vuoto.
3. Resistenza alla corrosione+non-magnetico+basso rilascio di gas: strato di ossido naturale auto-riparante, resistente alla corrosione da Cl ₂/F ₂/forte acido; Non magnetico e non interferente con i circuiti di precisione; Il tasso di rilascio dell'aria è estremamente basso sotto vuoto ultra-alto (UHV), garantendo la pulizia della camera.
4. Leggero ed elevata resistenza: densità di 4,51 g/cm ³ (40% più leggera dell'acciaio inossidabile), resistenza alla trazione di grado 5 maggiore o uguale a 930 MPa, resistenza specifica doppia rispetto a quella dell'acciaio inossidabile, adatta ai requisiti di leggerezza delle parti mobili ad alta-velocità.
Scenari applicativi principali
-Materiale target in titanio ad elevata purezza (grado 1): deposizione sputtering PVD, utilizzato per lo strato barriera di chip logici/di stoccaggio e lo strato adesivo, con una dimensione del mercato globale di 1,87 miliardi di dollari USA nel 2024 e un CAGR del 9,3% dal 2026 al 2030.
-Camera/flangia a vuoto (grado 2): sistema a vuoto per apparecchiature di incisione e deposizione, resistente all'alta pressione, basso rilascio di gas e tenuta affidabile.
-Braccio robotico/effettore finale di precisione (grado 5): trasferimento di wafer, leggero ed elevato-resistente, posizionamento preciso e nessuna dispersione di particelle.
-Rivestimento/dispositivo resistente alla corrosione (grado 7): apparecchiature per processi a umido, resistenti ad acidi forti come HF/HCl, che prolungano la durata delle apparecchiature e riducono i costi di manutenzione.
Tendenza del mercato: sostituzione interna+innovazione tecnologica
L’espansione della capacità globale di semiconduttori (soprattutto nella Cina continentale) ha guidato la rapida crescita della domanda di materiali di precisione in titanio. Nel 2023, la dimensione del mercato cinese dei pezzi di precisione in titanio per semiconduttori supererà i 3 miliardi di yuan, con un tasso di crescita annuo superiore al 25%. È stata raggiunta una produzione di massa stabile di materiali di titanio di precisione di grado 1/2/5 standard americano (inclusi fogli di titanio ultra-sottili da 0,05 mm, materiali target di elevata-purezza e componenti strutturali di precisione), con tolleranze e purezza che hanno raggiunto livelli avanzati a livello internazionale, aiutando la catena industriale dei semiconduttori a essere controllabile in modo indipendente.
Grazie a processi avanzati e alla sostituzione nazionale della doppia trazione, i materiali di precisione in titanio che soddisfano gli standard americani sono diventati il supporto principale per il potenziamento dell'industria dei semiconduttori. In futuro, continueranno a sfondare verso una purezza più elevata (6N), specifiche più sottili (meno o uguali a 0,05 mm) e una lavorazione più precisa (± 0,002 mm).
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