半导体器件的离子注入

高意 注入代工服务为半导体制造商提供从研发到量产的全方位支持。

 

2023年11月8日,作者:高意

硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓和碳化硅等半导体是微电子技术的基础。仅就硅元素而言,当今生产的微芯片中约有90%都使用了硅元素。

顾名思义,半导体的电导率是有限的。但在半导体晶格中引入其他元素,即可提高半导体的电导率。这一过程称为掺杂。要在半导体衬底内构建晶体管等有效的电路元件,就必须以非常精确且具有空间选择性的方式进行这种掺杂。 

自 20 世纪 70 年代初以来,最广泛使用的半导体掺杂方法是离子注入法,这也是微芯片制造所采用的方法。

尽管离子注入至关重要,但制造商通常会将这一工艺外包给外部供应商。值得注意高意 规模庞大且高意 。之所以各种规模的芯片制造商能够高意 这一至关重要的工艺高意 首先有必要介绍离子注入技术。

 

离子注入基础知识

离子注入机的核心是离子源。电子进入离子源后,会被从原子或分子中剥离出来,形成正离子。随后,这些正离子在高压静电场的作用下从离子源中提取出来,形成离子束。 

接下来,离子束穿过质谱分析模块。这样就能有选择性地仅分离出对半导体材料进行改性所需的特定离子种类。

经过质量分析后,对高纯度离子束进行聚焦和整形。随后,将调整后的离子束加速至所需能量,并使其均匀地扫过半导体衬底。 

高能离子渗入半导体材料内部,将其自身嵌入晶格中。这种高能注入过程也会导致半导体晶格出现缺陷和损伤。对于某些应用而言,这种损伤是有益的,可用于隔离芯片和集成电路上的特定区域。

对于其他应用,需要执行退火循环(加热和冷却)来修复这种损伤并“活化”掺杂剂。具体来说,材料加热后,注入的离子能够从其在晶体内的随机位置移动到融入晶格本身的位置(用自身取代原始原子)。掺杂剂的活化可实现所需的材料电导率提升。 

 

离子注入微电子

离子注入的外包

根据之前的说明,离子注入设备似乎是一种复杂且精密的仪器,而实际上确实如此。如果再考虑到为确保半导体制造的卓越精度和一致性所需的所有控制系统、工艺监控电子设备和计算机硬件,这种复杂性就更加显而易见了。

对于离子注入设备,还需要考虑其他一些重要的实际问题。首先,每种设备都需要进行定制,以便产生特定能量和剂量范围(即融入材料内的离子量)内的离子。此外,这些设备还需要配合特定的化学物质使用。没有任何一种离子注入设备是万能的,能够处理所有可能的应用。

其次,离子注入设备可能非常庞大,甚至达到客厅的大小。此外,这些设备的运行和维护也需要大量的专业知识和专有技术。 

最后,这些设备通常价格不菲。即便是最简单的机器,价格也可能高达数百万美元。 

综合考虑所有这些因素,即便是大型芯片制造商,也会将离子注入工艺外包。仅就空间这一因素而言,就值得考虑外包,因为半导体工厂的厂房面积有限且造价高昂,可谓寸土寸金。如果将原本用于放置大型离子注入设备的生产空间用于设置其他系统(例如晶圆步进机),该生产空间的经济利用效率将更高。

因此,通过将这一工艺外包,制造商能够减少资本支出,并专注于自己熟悉的领域,例如设计或封装。这样,制造商就无需维持专门的离子注入专业知识。

除了大型商业工厂外,离子注入代工厂还为研发团队、工艺开发团队和小批量生产商提供服务。在这些情况下,不能仅凭产量来决定是否需要投资配置专用设备。此外,就开发而言,很难找到一款具备所有预期功能的单一离子注入设备。此外,制造商可能缺乏开发和实施各种离子注入策略所需的内部专业知识。

 

离子注入代工厂

高意

高意 ?本公司的发展历程实际上可以追溯到 1976 年,当时在加利福尼亚州圣何塞成立了两家不同的公司(Implant Center 和 Ion Implant Services)。这两家公司于 2000 年合并为 INNOViON,随后于 2020 年被 II-VI(高意 )收购。如今高意 ,其中两家位于美国(马萨诸塞州的圣何塞和威尔明顿市),另一家位于中国台湾省新竹市。

经过多年的发展和高意 全面的离子注入代工生产能力。本公司的业务范围广泛,涵盖来自所有主流制造商的30多种离子注入设备。正因如此,我们能够承接几乎任何组合的离子注入参数(能量、剂量、温度等)、类型、晶圆尺寸和衬底材料。

除了技术能力之外,我们在数十年的运营中还积累了宝贵的丰富经验。公司员工敬业精神极强,累计拥有数百人年的晶圆制造和工艺工程经验。除了代工服务外,我们还提供涵盖各类离子注入技术的专业知识,包括集成咨询、仿真和工具开发。 

凭借种类繁多、覆盖广泛高意 每个生命周期阶段创造附加值,从概念验证到中试生产,再到大批量外包。因此高意 注入代工厂如今为全球200多家商业微电子制造商以及数十所大学、政府实验室和先进研发机构提供服务。

但我们不会满足于过去的成功。我们不断积极参与新技术的开发,以推动新兴材料的发展。其中最重要的可能是碳化硅(SiC)。由于宽带隙半导体具有独特的特性,因此需要在远高于硅等传统材料的温度下对碳化硅进行掺杂和退火循环。高意 “热掺杂”技术,专门满足 SiC 的需求,这表明高意 致力于保持技术的前沿地位。 

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