离子注入工艺的设计与计算简介

介绍工艺之前，我们先聊一下昨天一个朋友提到的日本日新的离子注入设备。日本日新是全球3大离子注入设备商之一。

1973年的时候，该公司就开始做离子注入的工艺设备。

目前的主要业务设备如上表。详细的可以去它主页了解。

重点介绍激光领域用到的一款设备：

主要是注入H离子用的，可以达到400KeV的H+离子注入。

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2016年，日本日新离子机株式会社与扬州经济威廉希尔官方网站 开发区签订了合作协议。日新株式会社将在扬州经济威廉希尔官方网站 开发区投资兴建离子注入机设备生产厂。

离子注入工艺参数

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离子注入就像上图一样，把离子砸到晶圆中。涉及到使用的力度、数量、角度，砸进去的深度等。

或许大家看注入机设备规格的时候，会注意到在讨论能量范围的时候，KeV注明是单电荷。

我们知道扩散源以原子的形态被打入等离子发生室内，其核外电子被电离游走掉，有的原子被电离掉一个电子、有的两个、甚至3个，电离出来的电阻越多，需要的能力越大。因此在一锅Plasma中，一价的离子是最多的。

一般的离子注入机都有电荷的能力，原理大家可以想象高中学的什么库仑作用力吧，带的电荷不同，电磁场中获得的动量不同。设备可以选择工艺需要的价态离子进行注入。

如果单电荷可以做到400KeV的能量的话，对应3+离子可以做到1200KeV，可以直接倍速关系。

离子注入的关键工艺是如何控制掺杂剂量、注入深度等。

例如上图As注入到Si晶格中，As离子进入硅之后，不断和硅原子碰撞，逐步损失能量，最后停下来，停下来的位置是随机的，大部分不在晶格上的，也就没有电活性。

1963年Lindhard，Scharff 和 Schiott首先确立了注入离子在靶内的分布理论。简称LSS理论。

LSS理论就是讨论离子是靶内是如何停下来的，靠靶的原子核或者核外电子。再给他们二位起个名字叫阻止本领。

https://wenku.baidu.com/view/5935cde8970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed43c.html更详细的知识可以看文库文件。

如果我们只知道需要掺杂的剂量，和离子能量，如何计算注入离子在靶材中的浓度和深度

例如一个140KeV的B+离子，注入150mm的6寸硅片上，注入剂量Q=5*1014/cm2，衬底浓度2*1016/cm3.

估算注入离子的投影射程，标准偏差、峰值浓度、结深。

如果注入时间1分钟，估算所需束流。

另外注入到其他衬底材料的时候，同样的离子，和硅单晶比的话，晶格常数越大的，越容易注入，晶格常数越小，越难注入。就好比往鸡蛋篮子里面丢沙子一样的道理，缝隙越大越容易塞进去。

不过不同注入能力的离子注入设备，价格也相差不少呢，比如第三代半导体这种，也要上千W，一台设备也要占地大几十平的房间，真是烧钱的老母鸡，就是不知道能不能下金蛋。

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原文标题：离子注入工艺的设计与计算

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