科学家发现了提高芯片良率的新技术

来自韩国科学与信息通信技术部下属的韩国机械与材料研究所（KIMM）和新加坡南洋理工大学（NTU）的科学家开发了一种技术，可以制造出高度均匀和可扩展的半导体晶圆，为更高的产量，更具成本效益的半导体铺平了道路，也可以帮助缓解全球芯片短缺。

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环境。它们的制造通常在硅晶圆上完成，然后切成设备中使用的小芯片。然而，该过程并不高效，并非所有来自同一晶圆的芯片都能正常工作或按预期运行。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。因此，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正确运行的最重要因素。

基于纳米转移的印刷工艺（Nanotransfer-basedprinting）是一种将聚合物模具通过压力或"冲压"将金属印刷到基材上的工艺。近年来，其因简单、相对成本效益和高吞吐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，这带来了负面影响，例如大规模印刷时的表面缺陷和性能下降，以及对人类健康的危害。由于这些原因，该技术以及生产的芯片的应用受到限制。

在本次研究中来自KIMM和NTU的研究小组报告说，他们将无化学打印技术与金属辅助化学蚀刻相结合，可以用于增强表面对比度以使纳米结构可见，这可以使半导体晶圆具有纳米线（nanowires，圆柱形形式的纳米结构）高度均匀和可扩展。与市场上目前的芯片相比，半导体也表现出更好的性能。此外，制造方法也很快，并可以提高芯片产量。

 新的无化学品印刷技术提高芯片产量

由KIMM和NTU开发的新型纳米转移印刷技术（Nanotransfer-basedprinting）是通过在相对低温（160°C）下将金（Au）纳米结构层转移到硅（Si）衬底上，形成具有纳米线（nanowires）的高度均匀的晶圆，可以在制造过程中控制到所需的厚度。

这种无化学品的印刷技术工作原理是在热力下触发金属薄膜的直接化学吸附，这种化学反应将在基材表面和吸附的物质之间产生牢固的键。

这种工业兼容技术允许快速均匀大规模制造晶圆。同时，制造的晶圆几乎没有缺陷，这几乎没有芯片会被丢弃。在实验室测试中，联合研究小组能够将20纳米厚的Au薄膜的产量转移超过99%到六英寸的硅晶圆上。这种可打印的晶圆尺寸仅限于实验室设置，KIMM-NTU团队认为他们的技术可以很容易地扩展到12英寸晶圆上使用，而这是三星，英特尔和GlobalFoundries等半导体芯片制造商目前生产线中的主流晶圆尺寸。

当采用该方法制造6英寸晶圆时，结果显示印刷层仍保持完整，在蚀刻过程中弯曲最小，证明了KIMM和NTU开发的技术的出色均匀性和稳定性。

此外，当100个光传感器（称为光电探测器）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批量生产中的巨大潜力。

 该技术为低成本半导体芯片打开了大门

KIMM联合首席研究员，纳米融合制造系统研究部首席研究员Jun-Ho Jeong博士表示："KIMM-NTU团队开发的技术是纳米结构低成本大规模生产技术的新概念，可以应用于纳米光子学的大规模生产，高性能纳米太阳能电池，下一代二次电池等。”

NTU的联合首席研究员，电气与电子工程学院的助理教授Munho Kim也补充说，该团队实现的技术上的均匀性、可扩展性和稳定性克服了现有纳米转移打印方法中存在的主要瓶颈，并且还可能导致各种电子和光基设备的重大进步，半导体芯片现在可以以更具成本效益的方式制造。

"来自KIMM和NTU的研究小组设计的技术已被证明可以有效地制造出具有出色均匀性的晶圆，从而减少有缺陷的半导体芯片。现实中，全球芯片供应容易受到许多外部因素的影响，包括材料短缺和意外事件，例如COVID-19造成的供应链中断。因此，新开发的方法具有巨大的潜力，可以通过提高芯片良率来缓解未来全球芯片供应的紧张。此外，芯片制造商还可以享受更高的成本效益和更高的产量，"助理教授Kim说。

新技术在韩国和新加坡申请了专利。该团队花了三年时间设计、制造和测试新技术，该技术在南洋理工大学的纳米制造中心（N2FC）进行。作为下一步，研究团队的目标是在未来几年内与工业合作伙伴一起扩大他们的技术，以实现商业化。