硅衬底里注入磷离子为什么还能是N型半导体，应该注入原子才对？

在半导体工艺中，通常采用的是离子注入技术，其中磷原子被加速加速到高速后撞击到硅衬底表面，形成浅层杂质，从而掺杂硅衬底，使其成为n型半导体。虽然在实际过程中磷原子被注入硅衬底，但由于注入的磷原子与硅原子具有相同的化学性质和电子结构，因此磷原子可以在硅晶体中占据硅原子的位置，并成为硅晶体中的掺杂杂质，从而改变硅晶体的导电性质。因此，虽然我们常说的是注入磷离子，但实际上是磷原子与硅原子发生置换反应，从而实现硅晶体的掺杂。

半导体离子注入技术是一种材料表面改性高新技术，在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，在当代制造大规模集成电路中，可以说是一种必不可少的手段。

基本原理：

用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。

离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温工艺（可防止原来杂质的再扩散等），同时可实现自对准技术（以减小电容效应）。

作为一种材料表面工程技术，离子注入技术具有以下一些其它常规表面处理技术难以达到的独特优点：

纯净的无公害的表面处理技术

无需在高温环境下进行，无需热激活，不会改变工件的外形尺寸和表面光洁度

与基体之间不存在剥落问题

离子注入后无需再进行机械加工和热处理

荣欣源为客户提供大束流、中束流、高能离子源用钨钼精密部件。

离子注入机原理：离子注入机由离子源、质量分析器、加速、四级透镜、扫描系统和靶室组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。高能离子注入的优势：多样性：原则上任何元素都可以作为注入离子；形成的结构可不受热力学参数（扩散、溶解度等）限制；不改变：不改变工件的原有尺寸和粗糙度等；适合于各类精密零件生产的最后一道工序；牢固性：注入离子直接和材料表面原子或分子结合，形成改性层，改性层和基底材料没有清晰的界面，结合牢靠，不存在脱落的现象；不受限：注入过程在材料温度低于零下、高到几百上千度都可以进行；可对那些普通方法不能处理的材料进行表面强化，如塑料、回火温度低的钢材等；应用：离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、开启速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。离子注入机广泛用于掺杂工艺，可以满足浅结、低温和精确控制等要求，已成为集成电路制造工艺中必不可少的关键装备。

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