Ionenimplantation in Halbleiterbauelemente

Halbleiter wie Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Galliumnitrid und Siliziumkarbid bilden die Grundlage der Mikroelektronik. Allein was das Element Silizium betrifft, so wird es in etwa 90 % aller heute hergestellten Mikrochips verwendet.

Wie der Name schon sagt, ist die Leitfähigkeit von Halbleitern begrenzt. Durch das Einbringen anderer Elemente in das Halbleitergitter lässt sich die Leitfähigkeit jedoch erhöhen. Dieser Vorgang wird als Dotierung bezeichnet. Um in einem Halbleitersubstrat funktionelle Schaltelemente wie Transistoren herstellen zu können, muss diese Dotierung äußerst präzise und räumlich selektiv erfolgen. 

Seit Anfang der 1970er Jahre ist die Ionenimplantation das am weitesten verbreitete Verfahren zur Dotierung von Halbleitern; es wird auch bei der Herstellung von Mikrochips eingesetzt.

Obwohl die Ionenimplantation von entscheidender Bedeutung ist, lagern Hersteller diesen Prozess in der Regel an externe Anbieter aus. Bemerkenswert ist, dassCoherent ein umfangreiches und langjähriges Angebot an AuftragsfertigungsdienstleistungenCoherent . Um zu verstehen, warum Chiphersteller jeder Größe Coherent vertrauen Coherent diesen entscheidenden Prozess in die Hände von Coherent Coherent , ist es Coherent notwendig, die Ionenimplantationstechnologie näher zu erläutern.

Grundlagen der Ionenimplantation

Das Herzstück einer Ionenimplantationsanlage ist die Ionenquelle. Nachdem die Elektronen in die Ionenquelle eingetreten sind, werden sie aus Atomen oder Molekülen herausgelöst und bilden positive Ionen. Anschließend werden diese positiven Ionen unter dem Einfluss eines elektrostatischen Hochspannungsfeldes aus der Ionenquelle herausgetragen und bilden einen Ionenstrahl. 

Anschließend durchläuft der Ionenstrahl das Massenanalysemodul. Auf diese Weise lassen sich selektiv nur die Zielionenarten abtrennen, die für die Modifizierung des Halbleitermaterials benötigt werden.

Nach der Qualitätsanalyse wird der hochreine Ionenstrahl fokussiert und geformt. Anschließend wird der geformte Ionenstrahl auf die gewünschte Energie beschleunigt und gleichmäßig über das Halbleitersubstrat geführt. 

Hochenergetische Ionen dringen in Halbleitermaterialien ein und lagern sich in deren Kristallgitter ein. Dieser Prozess der Hochenergie-Ionenimplantation führt zudem zu Defekten und Beschädigungen im Halbleiterkristallgitter. Für bestimmte Anwendungen ist diese Beschädigung von Vorteil, da sie zur Isolierung bestimmter Bereiche auf Chips und integrierten Schaltkreisen genutzt werden kann.

Bei anderen Anwendungen müssen Temperzyklen (Erwärmen und Abkühlen) durchgeführt werden, um diese Schäden zu beheben und die Dotierstoffe zu „aktivieren“. Konkret bedeutet dies, dass sich die eingebrachten Ionen nach dem Erwärmen des Materials von ihren zufälligen Positionen im Kristall zu Stellen im Kristallgitter selbst bewegen können (wo sie die ursprünglichen Atome ersetzen). Durch die Aktivierung der Dotierstoffe lässt sich die gewünschte Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials erzielen. 

Auslagerung der Ionenimplantation

Wie bereits erwähnt, scheint ein Ionenimplantationsgerät ein komplexes und hochpräzises Instrument zu sein, und das ist es tatsächlich auch. Diese Komplexität wird noch deutlicher, wenn man all die Steuerungssysteme, die elektronischen Geräte zur Prozessüberwachung und die Computerhardware berücksichtigt, die erforderlich sind, um die hohe Präzision und Konsistenz bei der Halbleiterfertigung zu gewährleisten.

Bei Ionenimplantationsgeräten sind noch einige weitere wichtige praktische Aspekte zu berücksichtigen. Zunächst muss jedes Gerät individuell angepasst werden, um Ionen in einem bestimmten Energie- und Dosierungsbereich (der Menge der in das Material eingebrachten Ionen) zu erzeugen. Darüber hinaus müssen diese Geräte mit bestimmten chemischen Stoffen verwendet werden. Es gibt kein Ionenimplantationsgerät, das universell einsetzbar ist und alle möglichen Anwendungen abdeckt.

Zweitens können Ionenimplantationsanlagen sehr groß sein und die Größe eines Wohnzimmers erreichen. Darüber hinaus erfordern Betrieb und Wartung dieser Anlagen umfangreiches Fachwissen und spezielle Kenntnisse. 

Schließlich sind diese Geräte in der Regel sehr teuer. Selbst die einfachsten Maschinen können mehrere Millionen Dollar kosten. 

Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren lagern selbst große Chiphersteller den Ionenimplantationsprozess aus. Allein schon der Platzbedarf ist ein Grund, der für eine Auslagerung spricht, da die Produktionsflächen in Halbleiterfabriken begrenzt und teuer sind – jeder Quadratzentimeter zählt. Würde man den Platz, der für große Ionenimplantationsanlagen benötigt wird, stattdessen für andere Systeme (wie beispielsweise Wafer-Stepper) nutzen, ließe sich diese Fläche wirtschaftlicher ausnutzen.

Durch die Auslagerung dieses Prozesses können Hersteller daher ihre Investitionsausgaben senken und sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren, wie beispielsweise das Design oder die Verpackung. Auf diese Weise müssen Hersteller kein spezielles Fachwissen im Bereich der Ionenimplantation vorhalten.

Neben großen kommerziellen Fabriken bedienen Auftragsfertiger für Ionenimplantation auch Forschungs- und Entwicklungsteams, Prozessentwicklungsteams sowie Hersteller von Kleinserien. In diesen Fällen lässt sich die Notwendigkeit einer Investition in spezielle Anlagen nicht allein anhand des Produktionsvolumens bestimmen. Zudem ist es im Entwicklungsbereich schwierig, eine einzige Ionenimplantationsanlage zu finden, die alle gewünschten Funktionen erfüllt. Darüber hinaus verfügen Hersteller möglicherweise nicht über das interne Fachwissen, um verschiedene Ionenimplantationsstrategien zu entwickeln und umzusetzen.

Coherent – Auftragsfertiger für Coherent

Coherent wurde Coherent zum weltweit führenden Auftragsfertiger für Ionenimplantation? Die Geschichte des Unternehmens reicht tatsächlich bis ins Jahr 1976 zurück, als in San Jose, Kalifornien, zwei verschiedene Unternehmen (Implant Center und Ion Implant Services) gegründet wurden. Diese Unternehmen fusionierten im Jahr 2000 zu INNOViON und wurden anschließend im Jahr 2020 von II-VI (heute Coherent ) übernommen. HeuteCoherent für Ionenimplantation, von denen sich zwei in den USA (in San Jose und Wilmington, Massachusetts) und eine in Hsinchu, Taiwan, befinden.

Nach jahrelanger Entwicklung undCoherent die umfassendsten Produktionskapazitäten als Auftragsfertiger für die Ionenimplantation. Unser Leistungsspektrum ist breit gefächert und umfasst mehr als 30 Ionenimplantationsanlagen aller führenden Hersteller. Aus diesem Grund sind wir in der Lage, nahezu jede Kombination aus Ionenimplantationsparametern (Energie, Dosis, Temperatur usw.), Typen, Wafergrößen und Substratmaterialien zu bearbeiten.

Neben unseren technischen Kompetenzen haben wir im Laufe jahrzehntelanger Geschäftstätigkeit wertvolle und umfassende Erfahrungen gesammelt. Unsere Mitarbeiter zeichnen sich durch ein hohes Maß an Engagement aus und verfügen zusammen über mehrere hundert Mannjahre Erfahrung in der Waferfertigung und im Prozessengineering. Neben unseren Auftragsfertigungsdienstleistungen bieten wir auch Fachwissen zu verschiedenen Ionenimplantationstechnologien an, einschließlich integrierter Beratung, Simulation und Werkzeugentwicklung. 

DankCoherent vielfältigen und umfassenden LeistungsspektrumsCoherent in jeder Phase des Lebenszyklus von Halbleiterprodukten einen MehrwertCoherent – vom Proof-of-Concept über die Pilotproduktion bis hin zur Auftragsfertigung in Großserie. Daher bedientCoherent als AuftragsfertCoherent heute weltweit mehr als 200 kommerzielle Mikroelektronikhersteller sowie Dutzende von Universitäten, staatlichen Forschungslabors und führenden Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen.

Wir geben uns jedoch nicht mit den Erfolgen der Vergangenheit zufrieden. Wir engagieren uns kontinuierlich aktiv in der Entwicklung neuer Technologien, um die Weiterentwicklung neuartiger Werkstoffe voranzutreiben. Der wohl wichtigste davon ist Siliziumkarbid (SiC). Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Halbleitern mit großer Bandlücke müssen bei SiC Injektions- und Temperzyklen bei Temperaturen durchgeführt werden, die weit über denen herkömmlicher Werkstoffe wie Silizium liegen.Coherent hat die „Thermal Injection“-Technologie eingeführt, um speziell den Anforderungen von SiC gerecht zu werden, was zeigt, dass Coherent bestrebt ist, an der Spitze der technologischen Entwicklung zu bleiben. 

Erfahren Sie mehr überdie Dienstleistungen von Coherent im Bereichder Ionenimplantation.

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