硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓和碳化硅等半导体是微电子技术的基础。仅仅是硅元素这一项，现今生产出的所有微芯片中就有约 90% 使用了硅元素。
顾名思义，半导体的电导率有限。但在半导体晶格中引入其他元素，即可以提高半导体的电导率。这个过程称为掺杂。要能在半导体衬底内构建晶体管等有效电路元件，就必须以非常精确和空间选择性的方式执行这种掺杂。
自 20 世纪 70 年代初以来，最广泛使用的半导体掺杂方法是离子注入法，也就是微芯片制造所使用的方法。
尽管离子注入至关重要，但制造商通常会将此过程外包给外部供应商。值得注意的是，Coherent 的离子注入代工服务规模庞大且历史悠久。之所以各种规模的芯片制造商能够信赖 Coherent，将该至关重要的工艺交给 Coherent，首先有必要介绍离子注入技术。
离子注入基础知识
离子注入机的核心是离子源。电子在进入离子源之后，被从原子或分子中剥离出来，形成正离子。之后，这些正离子在高压静电场的作用下被从离子源中提取出来，形成离子束。
接下来，离子束穿过质量分析模块。这样能够选择性地仅分离出对半导体材料进行改性所需的目标离子种类。
质量分析后，对高纯度离子束进行聚焦和整形。然后，将调整后的离子束加速到所需的能量，并且使其均匀地扫掠通过半导体衬底。
高能离子渗入半导体材料内，将其自身嵌入其晶格内。这种高能注入过程也会导致半导体晶格出现缺陷和损坏。对于某些应用而言，这种损坏是有益的，可用于隔离芯片和集成电路上的特定区域。
对于其他应用，需要执行退火循环（加热和冷却）来修复这种损坏并”活化”掺杂剂。具体来说，材料被加热后，注入的离子能够从其在晶体内随机停留的位置移动到融入晶格本身的位置（用其自身来取代原始原子）。掺杂剂活化可实现所需的材料电导率增加。
离子注入的外包
根据之前的说明，离子注入工具似乎是一种复杂且精密的仪器，而实际上也确实如此。如果再考虑到为确保半导体制造的卓越精度和一致性而需要的所有控制系统、工艺监控电子设备和计算机硬件，这种复杂性就更为明显。
对于离子注入工具，还需要考虑其他一些重要的实用事项。首先，每种工具都需要定制，以便生成特定能量和剂量范围（融入材料内的离子量）内的离子。此外，这些工具还需要配合特定的化学物质使用。没有哪一种离子注入工具是万能的，可以处理所有可能的应用。
其次，离子注入工具可能非常庞大，达到客厅大小。此外，这些工具的运行和维护也需要大量的专业知识和专有技术。
最后，这些工具通常价格高昂。即使是最简单的机器，也可能需要数百万美元。
综合考虑所有这些因素，即便是大型芯片制造商，也会将离子注入工艺外包。仅仅是尺寸这一个因素，就已经值得考虑外包，因为半导体工厂的车间面积有限、价格昂贵，可谓寸土寸金。如果将放置大型离子注入工具的生产空间用于设置其他系统（例如晶圆步进机），则该生产空间的经济利用效率将更高。
因此，通过外包此工艺，制造商能够减少资本支出并且专注于自己所熟知的领域，例如设计或封装。这样，制造商就无需维持专门的离子注入专业知识。
除了大型商业工厂外，离子注入代工厂还为研发团队、工艺开发团队和小批量生产商提供服务。在这些情况下，不能仅仅依据产量就决定是否需要投资配置专用工具。此外，就开发而言，难以找到具备所有预期功能的单一离子注入工具。此外，制造商可能不具备开发和实施各种离子注入策略的内部专业知识。
Coherent 代工厂
Coherent 公司如何成为全球首屈一指的离子注入代工厂？本公司的发展历程实际上可以追溯到 1976 年，当时在加利福尼亚州圣何塞成立了两家不同的公司（Implant Center 和 Ion Implant Services）。这些公司于 2000 年合并成为 INNOViON，随后于 2020 年被 II-VI（现在的 Coherent）收购。如今，Coherent 运营着三家离子注入代工厂，其中的两家位于美国（马萨诸塞州圣何塞和威尔明顿市），另一家位于中国台湾省新竹市。
经过多年的发展和积累，Coherent 具备了最全面的离子注入代工厂生产能力。本公司的经营范围广泛，涵盖来自所有主流制造商的 30 多种离子注入工具。正因如此，我们可承接几乎任何组合的离子注入参数（能量、剂量、温度等）、种类、晶圆尺寸和衬底材料。
除了技术能力之外，我们也在数十年的运营中积累了宝贵的丰富经验。公司员工极为敬业，拥有共计数百人年的晶圆制造和工艺工程经验。除了代工服务之外，我们还提供支持各个离子注入技术方面的专业知识，包括集成咨询、模拟和工具开发。
凭借类别多样、范围广泛的服务，Coherent 能够为半导体产品生命周期中每个阶段附加价值，从概念验证到中试生产，再到大批量外包。因此，Coherent 离子注入代工厂如今为全球 200 多家商业微电子制造商以及数十所大学、政府实验室和先进研发机构提供服务。
但我们不会满足于过去的成功。我们不断地积极参与开发新技术，以助力新兴材料的发展。其中最重要的可能是碳化硅 (SiC)。由于宽带隙半导体的独特特性，因此需要在远高于硅等传统材料的温度下对碳化硅执行注入和退火循环。Coherent 代工厂已经引入“热注入”技术以专门满足 SiC 的需求，表明 Coherent 始终致力于保持技术的前沿性。
了解有关 Coherent 的更多信息离子注入代工服务。
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