半导体工程史

半导体改变了世界

从人类创新的宏观意义来看，尽管半导体工程的历史并不算长，但它推动了过去40年间我们日常设备的迅速演进。从20世纪80年代初最早的现成个人电脑，到如今的智能手机、自动驾驶汽车和语音控制冰箱——正是因为有了半导体，我们比以往任何时候都更加互联、更具自主性，也更加智能。

得益于人工智能、云计算、物联网（IoT）和智能边缘等技术的汇聚，半导体创新正以惊人的速度持续推进。与此同时，随着几何尺寸不断缩小、新材料不断涌现以及新型 3D 架构的发展，半导体设计和制造企业在努力满足对高性能器件的巨大需求时，也面临着新的挑战。

An energy distribution analyzer for an electron source developed for Intel — 这是一台于 1984 年为英特尔开发的电子源能量分布分析仪，用于电压衬度扫描电子显微镜（Voltage Contrast SEM）和聚焦离子束（FIB）成像。

半导体工程创新的悠久历史

在过去四十年中，赛默飞世尔科技一直致力于加速半导体的发展。通过提供业内最全面的计量、表征和故障分析仪器产品组合，赛默飞帮助半导体设计人员和制造商加快技术探索与开发进程、最大限度提高生产良率，并生产出满足消费者需求的各种高质量器件。

40 年前，FEI（现为赛默飞的一部分）在扫描电子显微镜中开发出首个离子束柱。这一突破性创新催生了DualBeam，这是首台将聚焦离子束（FIB）与扫描电子显微镜（SEM）集成于同一设备中的仪器。DualBeam 通过使用户能够使用同一台仪器同时进行样品铣削和成像，显著提升了半导体制造商的生产效率。

An early chamber for an ion column — 早期的离子柱腔室。

在随后的几年里，FEI 大幅扩展了 DualBeam 产品线，推出了其首款可放置于桌面的紧凑型 DualBeam。这款价格亲民的仪器将应用范围扩展到了大学、研究实验室以及无晶圆厂半导体公司。公司还推出了首款等离子体聚焦离子束（PFIB）系统，从而实现了更快的铣削加工，并使半导体制造商能够处理更大批量的半导体样品。

从 1990 年到 2015 年，FEI 持续扩展其行业领先的解决方案。20 世纪 90 年代，Philips Electron Optics 与 FEI 开始合作，促成了 Tecnai 透射电子显微镜（TEM）的开发，并最终于 1997 年推动两家公司合并。1999 年，FEI 通过收购 Micrion 进一步扩张。2015 年，FEI 收购了 DCG Systems。该公司是电气故障表征、定位和编辑设备领域的领先供应商，面向广泛的半导体和电子制造商，服务于工艺开发、良率爬坡和失效分析等应用。此次收购将 FEI 面向半导体实验室的领先物理失效分析（PFA）能力与 DCG 在电气失效分析（EFA）解决方案方面的互补产品组合结合在一起。

Focused beam pole pieces that form the final element of the beam optics — 构成束流光学系统最终组成部分的聚焦束极靴。

半导体分析领域的行业领导者

如今，全球顶尖的半导体制造商都在使用赛默飞的仪器——而我们也在持续开发先进的分析能力，用于失效分析、良率学习和工艺控制。我们的 DualBeam、TEM、PFA 和 EFA 解决方案通过提升 3D NAND、逻辑器件、DRAM、模拟器件和显示器件制造过程中的质量控制与良率，帮助半导体晶圆厂和实验室加速创新。

当今的Helios 5 DualBeam系列仪器通过将精确样品改性与超高分辨率成像相结合，重新定义了即使在最微小、最复杂结构上的分析能力。这些仪器可为扫描/透射电子显微镜（S/TEM）成像提供快速、简便且高质量的样品制备，并具备先进的自动化功能，可显著缩短获得结果的时间。

例如，Helios 5 PXL PFIB Wafer DualBeam通过将在线、穿栈计量和 3D NAND 及其他高深宽比结构的结构验证的数据获取时间从数天缩短到数小时，彻底改变了行业格局。类似地，Helios 5 EXL DualBeam是半导体行业首款利用机器学习来加速并自动化晶圆样品制备、用于透射电子显微镜（TEM）成像与分析的显微镜。

如今的 TEM 仪器产品线持续为多种先进结构和材料的（S）TEM 分析与表征树立标准，并实现原子尺度分辨率。例如，Spectra Ultra 配备了新的能量色散 X 射线（EDX）分析系统 Thermo Scientific Ultra-X，其探测器面积是目前商用发布的（S）TEM 中最大的。结合新的物镜设计，该 EDX 探测器架构可实现快两倍的 X 射线采集速度，从而能够分析更多对电子束敏感的材料和样品，以及此前因痕量元素浓度过低而无法检测的样品。