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新納米轉移印刷技術可提高芯片產量的晶圓制造工藝

稿件來源:techxplore 責任編輯:ICAC 發布時間:2022-03-24

   3月16日techxplore報道,韓國機械與材料研究所 (KIMM) 和新加坡南洋理工大學 (NTU Singapore) 的科學家已經開發出一種技術來制造高度均勻和可擴展的半導體晶圓,為更高的芯片產量鋪平道路,更多具有成本效益的半導體和緩解全球芯片短缺。

  智能手機和計算機中常見的半導體芯片制造起來既困難又復雜,需要高度先進的機器和特殊的環境來制造。它們的制造通常在硅晶片上完成,然后切成用于設備的小芯片。然而,該工藝并不完美,并非來自同一晶圓的所有芯片都能按預期工作或運行。這些有缺陷的芯片被丟棄,降低了半導體產量,同時增加了生產成本。以所需厚度生產均勻晶圓的能力是確保在同一晶圓上制造的每個芯片都能正常運行的最重要因素。

  基于納米轉移的印刷——一種使用聚合物模具通過壓力或“沖壓”將金屬印刷到基板上的工藝——近年來因其簡單、相對成本效益和高產量而成為一種有前途的技術。然而,該技術使用化學粘合劑層,這會導致負面影響,例如大規模打印時的表面缺陷和性能下降,以及對人體健康的危害。由于這些原因,該技術的大規模采用以及隨之而來的芯片在設備中的應用受到了限制。

  來自 KIMM 和 NTU 的研究團隊將無化學印刷技術與金屬輔助化學蝕刻相結合 - 一種用于增強表面對比度的方法使納米結構可見——產生具有高度均勻和可擴展的納米線(圓柱形納米結構)的半導體晶片。由 KIMM 和 NTU 開發的新的納米轉移印刷技術是通過在低溫(160°C)下將金(Au)納米結構層轉移到硅(Si)基板上來形成具有納米線的高度均勻的晶片,該晶片可以控制到所需的制造過程中的厚度。

  與市場上當前的芯片相比,該半導體還表現出更好的性能。此外,制造方法也很快并且導致芯片良率高。

  這種工業兼容技術允許快速、均勻地以規模(從納米到英寸)制造晶片。同時,制造的晶圓幾乎沒有缺陷,這意味著幾乎沒有芯片因性能不佳而被丟棄。在實驗室測試中,聯合研究團隊能夠實現 99% 以上的 20-納米厚的金膜到六英寸的硅晶片上。

  這種可打印的晶圓尺寸僅限于實驗室設置,KIMM-NTU 團隊相信他們的技術可以輕松放大以用于 12 英寸晶圓——三星、英特爾等半導體芯片制造商當前生產線的主流晶圓尺寸和格羅方德。

  當采用該方法制造 6 英寸晶圓時,結果顯示印刷層在蝕刻過程中保持完整且彎曲最小——這一過程通常會導致層分離——這表明 KIMM 和 NTU 開發的技術具有出色的均勻性和穩定性。

  此外,當 100 個稱為光電探測器的光傳感器被制造到 6 英寸晶圓中時,實現了出色的性能均勻性,突顯了該技術在商業大規模生產中的巨大潛力。

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