離子注入工藝的設(shè)計(jì)與計(jì)算簡(jiǎn)介

介紹工藝之前，我們先聊一下昨天一個(gè)朋友提到的日本日新的離子注入設(shè)備。日本日新是全球3大離子注入設(shè)備商之一。

1973年的時(shí)候，該公司就開始做離子注入的工藝設(shè)備。

目前的主要業(yè)務(wù)設(shè)備如上表。詳細(xì)的可以去它主頁了解。

重點(diǎn)介紹激光領(lǐng)域用到的一款設(shè)備：

主要是注入H離子用的，可以達(dá)到400KeV的H+離子注入。

主頁：http://www.nissin-ion.co.jp/en/sitemap.html

2016年，日本日新離子機(jī)株式會(huì)社與揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)簽訂了合作協(xié)議。日新株式會(huì)社將在揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)投資興建離子注入機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠。

離子注入工藝參數(shù)

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離子注入就像上圖一樣，把離子砸到晶圓中。涉及到使用的力度、數(shù)量、角度，砸進(jìn)去的深度等。

或許大家看注入機(jī)設(shè)備規(guī)格的時(shí)候，會(huì)注意到在討論能量范圍的時(shí)候，KeV注明是單電荷。

我們知道擴(kuò)散源以原子的形態(tài)被打入等離子發(fā)生室內(nèi)，其核外電子被電離游走掉，有的原子被電離掉一個(gè)電子、有的兩個(gè)、甚至3個(gè)，電離出來的電阻越多，需要的能力越大。因此在一鍋Plasma中，一價(jià)的離子是最多的。

一般的離子注入機(jī)都有電荷的能力，原理大家可以想象高中學(xué)的什么庫侖作用力吧，帶的電荷不同，電磁場(chǎng)中獲得的動(dòng)量不同。設(shè)備可以選擇工藝需要的價(jià)態(tài)離子進(jìn)行注入。

如果單電荷可以做到400KeV的能量的話，對(duì)應(yīng)3+離子可以做到1200KeV，可以直接倍速關(guān)系。

離子注入的關(guān)鍵工藝是如何控制摻雜劑量、注入深度等。

例如上圖As注入到Si晶格中，As離子進(jìn)入硅之后，不斷和硅原子碰撞，逐步損失能量，最后停下來，停下來的位置是隨機(jī)的，大部分不在晶格上的，也就沒有電活性。

1963年Lindhard，Scharff 和 Schiott首先確立了注入離子在靶內(nèi)的分布理論。簡(jiǎn)稱LSS理論。

LSS理論就是討論離子是靶內(nèi)是如何停下來的，靠靶的原子核或者核外電子。再給他們二位起個(gè)名字叫阻止本領(lǐng)。

https://wenku.baidu.com/view/5935cde8970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed43c.html更詳細(xì)的知識(shí)可以看文庫文件。

如果我們只知道需要摻雜的劑量，和離子能量，如何計(jì)算注入離子在靶材中的濃度和深度

例如一個(gè)140KeV的B+離子，注入150mm的6寸硅片上，注入劑量Q=5*1014/cm2，襯底濃度2*1016/cm3.

估算注入離子的投影射程，標(biāo)準(zhǔn)偏差、峰值濃度、結(jié)深。

如果注入時(shí)間1分鐘，估算所需束流。

另外注入到其他襯底材料的時(shí)候，同樣的離子，和硅單晶比的話，晶格常數(shù)越大的，越容易注入，晶格常數(shù)越小，越難注入。就好比往雞蛋籃子里面丟沙子一樣的道理，縫隙越大越容易塞進(jìn)去。

不過不同注入能力的離子注入設(shè)備，價(jià)格也相差不少呢，比如第三代半導(dǎo)體這種，也要上千W，一臺(tái)設(shè)備也要占地大幾十平的房間，真是燒錢的老母雞，就是不知道能不能下金蛋。

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原文標(biāo)題：離子注入工藝的設(shè)計(jì)與計(jì)算

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