Az ionimplantáció a félvezetőgyártás egyik legkritikusabb folyamata. Lehetővé teszi az elektromos tulajdonságok pontos szabályozását azáltal, hogy a félvezető anyagokba adalékanyag-ionokat, például bórt (B), foszfort (P) és arzént (As) juttatunk.
A nagy energiájú ionok felgyorsításával és a kristályrácsba történő beültetésével az ionimplantáció meghatározza az eszköz kulcsfontosságú jellemzőit, beleértve a csomóponti mélységet, a vezetőképességet és a küszöbfeszültséget. Ez a PN-összeköttetések kialakításának alapvető lépése, és széles körben alkalmazzák logikai, memória- és teljesítmény félvezető eszközökben.
Ionbeültetési folyamat
Az ionimplantációs folyamat több kulcsfontosságú szakaszból áll:
- Ion generálás
Az ionforrásban a dopáns gázokat vagy szilárd forrásokat ionizálják, hogy töltött részecskéket hozzanak létre. - Iongyorsítás
Az ionokat egy meghatározott energiaszintre gyorsítják fel, ami meghatározza az implantációs mélységet. - Tömegelemzés
Egy mágneses analizátor választja ki a kívánt ionfajtákat, biztosítva a sugár tisztaságát. - Sugárszkennelés és beültetés
Az ionnyalábot az egyenletes implantáció elérése érdekében végigpásztázzák az ostya felületén.
A beültetés után az ostyát általában lágyításnak vetik alá a rácsszerkezeti sérülések kijavítása és az adalékanyagok aktiválása érdekében. Az általános lágyítási módszerek a következők:
- Gyors hőkezelés (RTP) 1000-1100°C-on
- Lézeres lágyítás a lokalizált fűtés és a csökkentett hőköltségvetés érdekében
Az ionbeültető berendezések osztályozása
Energiaszint szerint
Alacsony energiájú ionimplantátorok (<100 keV)
Ultra-mély átmenetekhez, forrás/leeresztő implantációhoz és fejlett logikai eszközökhöz, például AI-chipekhez, CPU-khoz, DRAM-okhoz és CIS-ekhez.
Közepes energiájú ionbeültetők (100-300 keV)
A küszöbfeszültség beállításához, enyhén adalékolt drain struktúrákhoz és olyan eljárásokhoz, mint a SIMOX és a Smart Cut.
Nagy energiájú ionimplantátumok (>300 keV)
Mély implantációra használják a tápegységekben, RF chipekben és optikai kommunikációs eszközökben, lehetővé téve a mikrométeres szintű adalékolás mélységét.
By Beam Current
Alacsony áramú implantátorok (100 nA - 100 μA)
Alkalmas precíziós alkalmazásokhoz, amelyek pontos dózisszabályozást igényelnek.
Közepes áramú implantátorok (100 μA - 2000 μA)
Széles körben használják a szabványos félvezetőgyártási folyamatokban.
Nagyáramú implantátorok (2 mA - 30 mA)
Nagy dózisú, nagy áteresztőképességű alkalmazásokhoz, például forrás/drain beültetéshez tervezték.
Ultranagy áramú implantátorok (>30 mA)
Speciális, nagy volumenű vagy nagy dózisú gyártási környezetben használatos.
Különleges funkció szerint
Oxigén-ion implantátorok
SOI (Silicon-on-Insulator) gyártáshoz használatos.
Hidrogén-ion implantátorok
Alkalmazva a Smart Cut és az anyagmérnöki folyamatokban.
Magas hőmérsékletű ionimplantátumok
Lehetővé teszi a magas hőmérsékleten történő implantációt olyan anyagok, mint a SiC és a fejlett félvezető alkalmazások számára.
Rendszerarchitektúra
Egy ionimplantációs rendszer jellemzően öt fő alrendszerből áll:
Gázrendszer
Speciális gázok, például arzin (AsH₃), foszfin (PH₃) és bórtrifluorid (BF₃) biztosítása és biztonságos kezelése.
Teljesítmény és elektromos rendszer
Nagyfeszültségű energiát szolgáltat az iongyorsításhoz és a mágneses mező előállításához.
Vákuum rendszer
Magas vákuumfeltételek fenntartása az ionszórás és a szennyeződés csökkentése érdekében, jellemzően turbószivattyúk és kriogén szivattyúk használatával.
Vezérlőrendszer
Kezeli a sugárparamétereket, a waferek kezelését és a folyamat automatizálását.
Sugárvonal rendszer
A berendezés magja, beleértve:
- Ionforrás
- Elszívó rendszer
- Tömegelemző
- Gyorsító cső
- Sugárpásztázó rendszer
- Folyamat kamra
Ez a rendszer meghatározza a beültetés pontosságát, egyenletességét és általános teljesítményét.
Piaci áttekintés
Az iparági adatok szerint az ionimplantációs berendezések globális piaca 2022-ben megközelítőleg 20,6 milliárd RMB-t ért el. A kínai piac mintegy 6,6 milliárd RMB-t tett ki, ami a globális piac mintegy 32 százalékát jelenti.
A szegmentáció szempontjából:
- A nagyáramú implantátorok uralják a piacot, mintegy 61 százalékkal.
- A közepes áramú implantálók körülbelül 20 százalékot tesznek ki.
- A fennmaradó rész a nagy energiájú és speciális rendszereké.
Globális versenykörnyezet
Az ionimplantációs berendezések piaca erősen koncentrált, és néhány vezető nemzetközi vállalat uralja.
Alkalmazott anyagok
A globális piaci részesedés több mint 50 százalékát birtokolja. Portfóliójába nagyáramú, közepes áramú és ultranagy dózisú ionimplantációs rendszerek tartoznak. A vállalat a Varian Semiconductor felvásárlásával erősítette meg pozícióját.
Axcelis Technologies
A nagyenergiájú ionimplantáló készülékek vezető szállítója, piaci részesedése ebben a szegmensben megközelítőleg 55 százalék. A vállalat erős pénzügyi teljesítményről számolt be, és folytatja terjeszkedését a teljesítmény félvezető alkalmazások területén.
Nissin Ion berendezések
Középpontjában a közepes áramú ionimplantáló berendezések állnak, és számos félvezető projektben vett részt Kínában.
Sumitomo Heavy Industries
Elsősorban középáramú ionimplantációs rendszereket gyárt.
SEN Corporation
Az ionimplantációs berendezések teljes skáláját kínálja, beleértve a nagyáramú, közepes áramú és nagy energiájú rendszereket, bár viszonylag alacsonyabb piaci részesedéssel rendelkezik a kínai szárazföldön.
A hazai gyártók fejlődése
Az elmúlt években a kínai félvezetőberendezés-gyártók jelentős előrelépést értek el. Például egy hazai vállalat által kifejlesztett 12 hüvelykes alacsony hőmérsékletű ionimplantálót sikeresen leszállítottak egy vezető logikai chipgyártónak.
A helyi vállalatok aktívan fejlesztik a nagyáramú, közepes áramú és nagy energiájú ionimplantációs rendszereket. Bár a hazai piacot még mindig a nemzetközi beszállítók uralják, a kínai gyártók fokozatosan elérik a folyamatok validálását és fejlett gyártósorokba lépnek.
Következtetés
Az ionimplantáció továbbra is alapvető technológia a félvezetőgyártásban, amely közvetlenül befolyásolja az eszközök teljesítményét és hozamát. A fejlett csomópontok, a széles sávszélességű anyagok, mint például a SiC, és a nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazások gyors fejlődésével a fejlett elektronikai rendszerek iránti kereslet egyre nő. ionimplantációs berendezés tovább növekszik.
Míg a globális piacot még mindig a befutott nemzetközi szereplők vezetik, a folyamatos technológiai fejlődés és a lokalizációs erőfeszítések átformálják a versenyhelyzetet, különösen a feltörekvő félvezetőpiacokon.