什么是離子注入？離子注入相對于擴散的優點？

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

雜質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。本征硅的導電性能很差，需要在本征硅中引入少量雜質，增加可移動的電子或空穴的數量，以改善其電性質，使硅能夠滿足半導體制作的標準。

其中，擴散與離子注入是常見的兩種摻雜方式。但是和擴散相比，離子注入具有很多優勢，是現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體中引入雜質的方法。首先將所需的雜質電離，然后在電場中加速形成一個集中的離子束。這束離子隨后打在硅片表面，這些高能粒子進入晶格并與一些硅原子碰撞而失去能量，最終在某個深度停止，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。

I代表束流,即離子束電流。

t代表注入時間。

q代表單個離子的電荷量，1.6x10^(-19)C。

n代表每個離子的電荷數。

A代表被注入表面的面積。

注入能量（E）的公式：

E = nqV

n代表每個離子的電荷數。

q代表單個離子的電荷量，1.6x10^(-19)C。

V表示電勢差。

離子注入的目的

主要是改變硅片的導電類型 和導電能力。

通過向硅中注入五價元素，得到N型硅；向硅中注入三價元素，得到P型硅。

導電能力與載流子的濃度有關，載流子濃度可以通過控制注入的雜質濃度來調整。增加注入的雜質濃度會增加載流子的數量，從而增加硅的導電能力。

離子注入相對于擴散的優點？

1，離子注入能夠非常準確地控制注入離子的深度和濃度。通過調整注入的能量，可以控制離子的滲透深度，而通過調整注入時間或束流，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，而有些雜質的摻雜無法通過擴散的方式來實現。

3，離子束可以聚焦到非常細小的區域上，它可以按照預先設定的路徑在硅片上移動。在某些產品中，有時不需要在整個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，離子注入引入雜質的方法就很精準和方便。

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

離子注入用什么做掩膜？

光刻膠：在低能離子注入中表現良好，因為低能離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。

離子注入機的種類？

高束流注入機（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，通常用于制造傳統的CMOS器件。

中束流注入機（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（High Energy Implanter）

束流能量超過 200 kev ，能夠使離子束穿透更深的硅層。






審核編輯：劉清