想要使半導(dǎo)體導(dǎo)電，必須向純凈半導(dǎo)體中引入雜質(zhì)，而離子注入是一種常用的方法，下面來(lái)具體介紹離子注入的概念。

雜質(zhì)的摻雜是芯片制造中十分重要的一步，幾乎所有的集成電路，LED，功率器件等都需要用到摻雜。本征硅的導(dǎo)電性能很差，需要在本征硅中引入少量雜質(zhì)，增加可移動(dòng)的電子或空穴的數(shù)量，以改善其電性質(zhì)，使硅能夠滿足半導(dǎo)體制作的標(biāo)準(zhǔn)。

其中，擴(kuò)散與離子注入是常見(jiàn)的兩種摻雜方式。但是和擴(kuò)散相比，離子注入具有很多優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)代集成電路制造的主流工藝，因此要著重講一講。

離子注入原理

離子注入（Ion Implantation），是一種精確地向半導(dǎo)體中引入雜質(zhì)的方法。首先將所需的雜質(zhì)電離，然后在電場(chǎng)中加速形成一個(gè)集中的離子束。這束離子隨后打在硅片表面，這些高能粒子進(jìn)入晶格并與一些硅原子碰撞而失去能量，最終在某個(gè)深度停止，使得離子穿透并嵌入到硅片中。

離子注入劑量的公式為：

? 代表注入的劑量，單位面積注入的離子總數(shù)。

I代表束流,即離子束電流。

t代表注入時(shí)間。

q代表單個(gè)離子的電荷量，1.6x10^(-19)C。

n代表每個(gè)離子的電荷數(shù)。

A代表被注入表面的面積。

注入能量（E）的公式：

E = nqV

n代表每個(gè)離子的電荷數(shù)。

q代表單個(gè)離子的電荷量，1.6x10^(-19)C。

V表示電勢(shì)差。

離子注入的目的

主要是改變硅片的導(dǎo)電類型 和導(dǎo)電能力。

通過(guò)向硅中注入五價(jià)元素，得到N型硅；向硅中注入三價(jià)元素，得到P型硅。

導(dǎo)電能力與載流子的濃度有關(guān)，載流子濃度可以通過(guò)控制注入的雜質(zhì)濃度來(lái)調(diào)整。增加注入的雜質(zhì)濃度會(huì)增加載流子的數(shù)量，從而增加硅的導(dǎo)電能力。

離子注入相對(duì)于擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)？

1，離子注入能夠非常準(zhǔn)確地控制注入離子的深度和濃度。通過(guò)調(diào)整注入的能量，可以控制離子的滲透深度，而通過(guò)調(diào)整注入時(shí)間或束流，可以控制注入劑量。

2，離子注入可以使用幾乎任何類型的摻雜雜質(zhì)，而有些雜質(zhì)的摻雜無(wú)法通過(guò)擴(kuò)散的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3，離子束可以聚焦到非常細(xì)小的區(qū)域上，它可以按照預(yù)先設(shè)定的路徑在硅片上移動(dòng)。在某些產(chǎn)品中，有時(shí)不需要在整個(gè)硅片上均勻地注入離子，而是只需要在特定的圖案注入，這樣一來(lái)，離子注入引入雜質(zhì)的方法就很精準(zhǔn)和方便。

4，與擴(kuò)散摻雜等需要高溫的方法相比，離子注入可以在相對(duì)低的溫度下進(jìn)行（125℃以下）。這樣就避免了高溫對(duì)于器件影響。

離子注入用什么做掩膜？

光刻膠：在低能離子注入中表現(xiàn)良好，因?yàn)榈湍茈x子不容易穿透光刻膠。但在高能離子注入中，可能需要更厚的光刻膠或其他類型掩膜材料來(lái)確保有效的阻擋。

SiO?，Si?N?：常用的掩膜材料，具有良好的離子阻擋特性。

金屬：薄的鋁或鈦可以作掩膜。

離子注入機(jī)的種類？

高束流注入機(jī)（High Current Implanter）

離子束電流>10 mA，離子束能量小于 <120 kev。

用于大面積和高摻雜濃度的注入，通常用于制造傳統(tǒng)的CMOS器件。

中束流注入機(jī)（Medium Current Implanter）

離子束電流 <10 mA，用于中等摻雜濃度和面積的注入。

高能注入機(jī)（High Energy Implanter）

束流能量超過(guò) 200 kev ，能夠使離子束穿透更深的硅層。






審核編輯：劉清