반도체 장치용 이온 주입

Coherent의 고급 이온 주입 파운드리 서비스는 R&D부터 대량 생산까지 반도체 제조업체를 지원합니다.

 

2023년 11월 8일 Coherent

실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인화인듐, 질화갈륨, 탄화규소와 같은 반도체는 마이크로일렉트로닉스 기술의 기본입니다. 오늘날 생산되는 마이크로칩의 약 90%에 실리콘 원소를 사용합니다.

이름에서 알 수 있듯이 반도체는 전기 전도성이 제한되어 있습니다. 그러나 결정 격자에 다른 원소를 추가하면 전도성을 높일 수 있습니다. 이 공정을 도핑이라고 합니다. 매우 정확하고 공간 선택적인 방식으로 이러한 도핑을 수행하면 반도체 기판 내에 트랜지스터와 같은 유용한 회로 요소를 생성할 수 있습니다. 

1970년대 초반부터 반도체 도핑에 가장 널리 사용되는 방법은 이온 주입법입니다. 이온 주입을 통해 마이크로칩 제조가 가능해졌습니다.

이온 주입의 중요성에도 불구하고 반도체 제조업체는 종종 이 공정을 외부 공급업체에 아웃소싱합니다. 특히 Coherent는 세계에서 가장 크고 가장 오래된 이온 주입 파운드리 서비스 제공업체입니다. 크고 작은 칩 제조업체가 이 중요한 공정에서 Coherent에 의존하는 이유를 이해하기 위해 먼저 이온 주입 기술에 대해 좀 더 알아보겠습니다.

 

이온 주입 기초

이온 주입기의 핵심은 이온 소스입니다. 여기서 전자는 원자나 분자에서 떨어져 나와 양이온을 만듭니다. 그 다음 양이온은 이온빔으로부터 고전압 정전기장을 사용하여 이온 소스로부터 추출됩니다. 

다음으로 이온빔은 질량 분석 모듈을 통과합니다. 이는 반도체 재료를 수정하는 데 필요한 원하는 이온만 선택적으로 분리합니다.

질량 분석 후 고순도 이온빔을 집중시켜 성형합니다. 그 다음 조정된 이온빔은 원하는 에너지로 가속되고 반도체 기판 전체를 균일하게 스캔합니다. 

고에너지 이온은 반도체 재료에 침투하여 결정 격자 안으로 들어갑니다. 이러한 에너지 주입 과정은 또한 결함을 생성하고 반도체 결정 격자를 손상시킵니다. 일부 응용 분야의 경우 이러한 손상은 칩 및 집적 회로의 영역을 격리하는 데 유용합니다.  

다른 응용 분야에서는 이러한 손상을 복구하고 도펀트를 "활성화"하기 위해 어닐링 사이클(가열 및 냉각)이 수행됩니다. 특히 물질을 가열하면 주입된 이온이 결정 내에 무작위로 박혀 있던 곳에서 격자 자체에 통합되는 위치(원래 원자로 대체됨)로 이동할 수 있습니다. 도펀트 활성화는 재료의 전기 전도성을 원하는 수준으로 증가시킵니다. 

 

이온 주입 아웃소싱

앞의 설명에서 이온 주입 도구가 복잡하고 정교한 기계인 것처럼 들린다면, 그것은 실제로 그렇기 때문입니다. 이러한 복잡성은 반도체 제조에 필요한 탁월한 정밀도와 일관성을 달성하는 데 필요한 모든 제어 시스템, 공정 모니터링 전자장치, 컴퓨터 하드웨어를 고려할 때 더욱 두드러집니다.

이온 주입 도구에 관해 다른 몇 가지 중요한 현실적인 측면을 주목해야 합니다. 첫째, 각 도구는 특정 범위의 에너지 및 선량(재료에 포함되는 이온의 양) 내에서 이온을 생성하도록 맞춤화됩니다. 또한 특정 화학물질과 함께 작동하도록 제작됩니다. 가능한 모든 응용 분야를 처리할 수 있는 단일 크기의 이온 주입 도구는 없습니다.

다음으로, 이온 주입 도구는 거실만큼 클 수 있습니다. 또한, 운영 및 유지 관리를 위해서는 상당한 특정 지식과 전문 지식이 필요합니다. 

마지막으로 이러한 도구에는 비싼 가격표가 붙어 있습니다. 가장 간단한 것조차도 몇 백만 달러의 비용이 들 수 있습니다. 

이러한 특성으로 인해 대규모 칩 제조업체도 이온 주입을 아웃소싱하는 경우가 많습니다. 반도체 생산 시설의 바닥 공간은 제한되어 있고, 비싸며, 확보하기 어렵기 때문에 크기만으로도 중요한 요소입니다. 대형 이온 주입 도구가 차지하는 생산 공간은 웨이퍼 스테퍼와 같은 다른 시스템에 종종 보다 비용 효율적으로 활용될 수 있습니다.  

따라서 아웃소싱을 통해 제조업체는 자본 지출을 제한하고 디자인이나 포장과 같이 자신들이 가장 잘 아는 것에 집중할 수 있습니다. 또한 전문적인 이온 주입 전문 지식을 유지할 필요가 없습니다.

이온 주입 파운드리는 대규모 상업용 생산 시설 외에 R&D 그룹, 공정 개발팀, 소량 생산업체에도 서비스를 제공합니다. 이러한 경우 전용 도구에 대한 투자에 걸맞는 생산량을 얻지 못합니다. 더욱이, 개발 목적상 필요한 모든 기능을 갖춘 단일 이온 주입 도구를 찾는 것이 불가능할 수도 있습니다. 또한 제조업체는 광범위한 이온 주입 전략을 탐색하고 구현할 수 있는 내부 전문 지식이 부족할 수 있습니다.

 

Coherent 파운드리

Coherent는 어떻게 세계 최고의 이온 주입 파운드리가 되었을까요? 실제로 이 여정은 1976년에 캘리포니아 산호세에 Implant Center와 Ion Implant Services라는 두 회사가 설립되면서 시작되었습니다. 이들 그룹은 2000년에 합병되어 INNOViON이 되었고, 이후 2020년에 II-VI(현재 Coherent)에 인수되었습니다. 현재 Coherent는 세 개의 이온 주입 파운드리를 운영하고 있습니다. 두 개는 미국(매사추세츠주 산호세와 윌밍턴)에서, 하나는 대만 신추에서 운영되고 있습니다. 

당사의 광범위한 역사는 이온 주입 파운드리 중에서 가장 포괄적인 생산 능력을 축적할 수 있게 해주었습니다. 당사는 모든 주요 제조업체에서 공급된 30개 이상의 다양한 이온 주입 도구를 운영하고 있습니다. 이러한 다양성을 통해 이온 주입 파라미터(에너지, 선량, 온도 등), 종, 웨이퍼 크기 및 기판 재료의 거의 모든 조합을 수용할 수 있습니다.

당사는 기술적 역량 외에도 수십 년 동안의 운영을 통해 귀중한 경험을 확보하였습니다. 당사의 전담 직원은 수백 명의 경험을 합친 것과 같은 웨이퍼 제조 및 공정 엔지니어링 경험을 보유하고 있습니다. 파운드리 서비스 외에도 당사는 통합 컨설팅, 시뮬레이션, 툴링 개발을 포함하여 이온 주입 기술의 모든 측면을 지원하는 전문 지식을 제공합니다. 

Coherent는 광범위한 서비스를 통해 개념 증명부터 파일럿 라인 생산, 대량 아웃소싱에 이르기까지 반도체 제품 수명 주기의 모든 단계에서 가치를 더할 수 있습니다. 이것이 바로 Coherent 이온 주입 파운드리가 현재 전 세계 200개 이상의 상용 마이크로일렉트로닉스 제조업체는 물론 수십 개의 대학, 정부 연구소, 첨단 R&D 기관에 서비스를 제공하고 있는 이유입니다. 

하지만 당사는 과거의 성공에 안주하지 않습니다. 당사는 또한 새로운 소재를 지원하기 위한 신기술 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 아마도 이러한 소재 중 가장 중요한 것은 탄화규소(SiC)일 겁니다. 이 광대역 갭 반도체는 그 고유한 특성으로 인해 실리콘과 같은 기존 재료보다 주입 및 어닐링 사이클 모두 훨씬 높은 온도에서 수행되어야 합니다. Coherent는 이미 SiC에 맞춰 "핫 임플란트" 기능을 파운드리에 통합하여 기술의 최전선을 유지하려는 노력을 보여주었습니다. 

Coherent 이온 주입 파운드리 서비스에 대해 자세히 알아보십시오.

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