3月16日techxplore报道,韩国机械与材料研究所 (KIMM) 和新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 的科学家已经开发出一种技术来制造高度均匀和可扩展的半导体晶圆,为更高的芯片产量铺平道路,更多具有成本效益的半导体和缓解全球芯片短缺。
智能手机和计算机中常见的半导体芯片制造起来既困难又复杂,需要高度先进的机器和特殊的环境来制造。它们的制造通常在硅晶片上完成,然后切成用于设备的小芯片。然而,该工艺并不完美,并非来自同一晶圆的所有芯片都能按预期工作或运行。这些有缺陷的芯片被丢弃,降低了半导体产量,同时增加了生产成本。以所需厚度生产均匀晶圆的能力是确保在同一晶圆上制造的每个芯片都能正常运行的最重要因素。
基于纳米转移的印刷——一种使用聚合物模具通过压力或“冲压”将金属印刷到基板上的工艺——近年来因其简单、相对成本效益和高产量而成为一种有前途的技术。然而,该技术使用化学粘合剂层,这会导致负面影响,例如大规模打印时的表面缺陷和性能下降,以及对人体健康的危害。由于这些原因,该技术的大规模采用以及随之而来的芯片在设备中的应用受到了限制。
来自 KIMM 和 NTU 的研究团队将无化学印刷技术与金属辅助化学蚀刻相结合 - 一种用于增强表面对比度的方法使纳米结构可见——产生具有高度均匀和可扩展的纳米线(圆柱形纳米结构)的半导体晶片。由 KIMM 和 NTU 开发的新的纳米转移印刷技术是通过在低温(160°C)下将金(Au)纳米结构层转移到硅(Si)基板上来形成具有纳米线的高度均匀的晶片,该晶片可以控制到所需的制造过程中的厚度。
与市场上当前的芯片相比,该半导体还表现出更好的性能。此外,制造方法也很快并且导致芯片良率高。
这种工业兼容技术允许快速、均匀地以规模(从纳米到英寸)制造晶片。同时,制造的晶圆几乎没有缺陷,这意味着几乎没有芯片因性能不佳而被丢弃。在实验室测试中,联合研究团队能够实现 99% 以上的 20-纳米厚的金膜到六英寸的硅晶片上。
这种可打印的晶圆尺寸仅限于实验室设置,KIMM-NTU 团队相信他们的技术可以轻松放大以用于 12 英寸晶圆——三星、英特尔等半导体芯片制造商当前生产线的主流晶圆尺寸和格罗方德。
当采用该方法制造 6 英寸晶圆时,结果显示印刷层在蚀刻过程中保持完整且弯曲最小——这一过程通常会导致层分离——这表明 KIMM 和 NTU 开发的技术具有出色的均匀性和稳定性。
此外,当 100 个称为光电探测器的光传感器被制造到 6 英寸晶圆中时,实现了出色的性能均匀性,突显了该技术在商业大规模生产中的巨大潜力。
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