离子注入机原理

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。

火加工：

火加工岗位一个重要的制造工序，根据半导行业的特殊要求石英制品的加工必须在达 到一定洁净要求的 室内进行加工作业。它采用焊q设备燃烧氢氧气产生高温火焰，对石英制品进行热 加工作业，大多数产 品都依靠手工作业完成。

半导体工厂机加工：

1.使用外延炉等设备，进行气体纯化、四氯化硅精馏，在单晶片上生长单晶层；

2.使用高温炉，在半导体晶体表面制备氧化层，使杂质由晶片表面向内部扩散或进行其他热处理；

3.使用离子注入设备，将掺杂材料的原子或分子电离加速到一定的能量注入到晶体，并退火激活；

4.使用气相淀积设备，在衬底表面淀积一层固态薄膜；

5.使用光刻机在半导体表面掩膜层上刻制图形；

6.使用机械加工等设备，对晶片加工形成器件台面，并对表面作钝化保护；

7.使用电镀设备，对晶片、半导体器件、集成电路、电级材料的某些部位进行镀覆。

离子注入是离子参杂的一种。

随着VLSI器件的发展，到了70年代，器件尺寸不断减小，结深降到1um以下，扩散技术有些力不从心。在这种情况下，离子注入技术比较好的发挥其优势。目前，结深小于1um的平面工艺，基本都采用离子注入技术完成掺杂。离子注入技术已经成为VLSI生产中不可缺少的掺杂工艺。

离子注入具有如下的特点:

①可以在较低温度下（400℃）进行，避免高温处理；

②通过控制注入时的电学条件（电流、电压）可以精确控制浓度和结深，更好的实现对杂质分布形状的控制。而且杂质浓度不受材料固溶度的限制；

③可选出一种元素进行注入，避免混入其他杂质；

④可以在较大面积上形成薄而均匀的掺杂层。同一晶片上杂质不均匀性优于1％，且横向掺杂比扩散小的多；

⑤控制离子束的扫描区域，可实现选择注入并进而发展为一种无掩模掺杂技术。

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