離子注入技術

基本信息

其它介紹

不同類型的離子源用於產生各種強度的離子束；質量分析器用來除去不需要的雜質離子；束流掃描裝置用來保證大面積注入的均勻性；靶室用來安裝需要注入的樣品或元器件，對不同的對象和不同的注入條件要求可選用不同構造的靶室。

基本特點

離子注入的基本特點是:①純淨摻雜,離子注入是在真空系統中進行的,同時使用高解析度的質量分析器,保證摻雜離子具有極高的純度。②摻雜離子濃度不受平衡固溶度的限制。原則上各種元素均可成為摻雜元素，並可以達到常規方法所無法達到的摻雜濃度。對於那些常規方法不能摻雜的元素,離子注入技術也並不難實現③注入離子的濃度和深度分布精確可控。注入的離子數決定於積累的束流，深度分布則由加速電壓控制，這兩個參量可以由外界系統精確測量、嚴格控制。④注入離子時襯底溫度可自由選擇。根據需要既可以在高溫下摻雜，也可以在室溫或低溫條件下摻雜。這在實際套用中是很有價值的。⑤大面積均勻注入。離子注入系統中的束流掃描裝置可以保證在很大的面積上具有很高的摻雜均勻性。⑥離子注入摻雜深度小。一般在 1um以內。例如對於100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um。

技術原理

離子注入是將離子源產生的離子經加速後高速射向材料表面，當離子進入表面，將與固體中的原子碰撞，將其擠進內部，並在其射程前後和側面激發出一個尾跡。這些撞離原子再與其它原子碰撞，後者再繼續下去，大約在10-11s內，材料中將建立一個有數百個間隙原子和空位的區域（如上圖所示）。這所謂碰撞級聯雖然不能完全理解為一個熱過程，但經常看成是一個熱能很集中的峰。一個帶有100keV能量的離子通常在其能量耗盡並停留之前，可進入到數百到數千原子層。當材料回復到平衡，大多數原子回到正常的點陣位置，而留下一些“凍結”的空位和間隙原子。這一過程在表面下建立了富集注入元素並具有損傷的表層。離子和損傷的分布大體為高斯分布。

其它信息

發展歷程

離子注入首先是作為一種半導體材料的摻雜技術發展起來的，它所取得的成功是其優越性的最好例證。低溫摻雜、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好這些優點，使得經離子注入摻雜所製成的幾十種半導體器件和積體電路具有速度快、功耗低、穩定性好、成品率高等特點。對於大規模、超大規模積體電路來說，離子注入更是一種理想的摻雜工藝。如前所述，離子注入層是極薄的，同時，離子束的直進性保證注入的離子幾乎是垂直地向內摻雜，橫向擴散極其微小，這樣就有可能使電路的線條更加纖細，線條間距進一步縮短，從而大大提高集成度。此外,離子注入技術的高精度和高均勻性,可以大幅度提高積體電路的成品率。隨著工藝上和理論上的日益完善，離子注入已經成為半導體器件和積體電路生產的關鍵工藝之一。在製造半導體器件和積體電路的生產線上，已經廣泛地配備了離子注入機。

70年代以後，離子注入在金屬表面改性方面的套用迅速發展。在耐磨性的研究方面已取得顯著成績，並得到初步的套用，在耐腐蝕性(包括高溫氧化和水腐蝕)的研究方面也已取得重要的進展。