半导体制造工艺之离子注入

离子是原子或分子经过离子化后形成的，即等离子体，它带有一定量的电荷。可通过电场对离子进行加速，利用磁场使其运动方向改变，这样就可以控制离子以一定的能量进入wafer内部达到掺杂的目的。离子注入到wafer中后，会与硅原子碰撞而损失能量，能量耗尽离子就会停在wafer中某位置。离子通过与硅原子的碰撞将能量传递给硅原子，使得硅原子成为新的入射粒子，新入射离子又会与其它硅原子碰撞，形成连锁反应。离子注入是一种物理过程，不发生化学反应，最主要的用途就是掺杂半导体材料。
离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失能量，最后停下来。停下来的位置是随机的，大部分不在晶格上，因而没有电活性。
离子注入技术通常使用离子注入机器实现。离子注入机器将离子加速到高速状态，并将它们注入到半导体材料。离子注入机通常具有多个加速器和注射器，以控制离子的能量和速度。离子注入机还具有高度自动化的控制系统，以确保注入过程的精确和稳定。离子注入技术通常用于制造集成电路芯片，用于形成P型或n型掺杂区域，从而形成晶体管和其他电子器件，还可以用于制造其他电子器件，例如太阳能电池、光电二极管等。
离子注入的优点：
1）精确控制杂质含量：能在很大范围内控制注入杂质浓度，从1010到 1017ions/cm²，误差在±2%之间。扩散在高浓度控制杂质含量误差在5%到10%以内，但浓度越小误差越大。
2）很好的杂质均匀性：用扫描的方法控制杂质的均匀性。
3）对杂质穿透深度有很好的控制：通过控制注入过程离子能量，控制杂质的穿透深度，增大了设计的灵活性，如埋层，最大杂质浓度在埋层里，最小浓度在硅片表面。
4）产生单一离子束：质量分离技术产生没有沾污的纯离子束，不同的杂质能够被选出进行注入，高真空保证最少沾污。
5）低温工艺：注入在中等温度（小于125℃）下进行，可以使用不同的光刻掩膜，包括光刻胶。
6）注入的离子能穿过薄膜：杂质可以通过薄膜注入，如氧化物或氮化物，这就允许MOS晶体管阈值电压调整在生长栅氧化层之后进行，增大了注入的灵活性。
7）无固溶度极限：注入杂质含量不受硅片固溶度限制。
离子注入的缺点：
1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤。
2）离子注入设备的复杂性。