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半導体イオン注入技術とは何ですか?

2025-01-02

半導体製造におけるイオン注入では、高エネルギー加速器を使用して、ヒ素やホウ素などの特定の不純物原子を半導体基板に注入します。シリコン基板。周期表の 14 位に位置するシリコンは、外側の 4 つの電子を隣接する原子と共有することで共有結合を形成します。このプロセスはシリコンの電気的特性を変更し、トランジスタのしきい値電圧を調整し、ソースとドレインの構造を形成します。

ある物理学者はかつて、シリコン格子にさまざまな原子を導入した場合の影響について考えました。外側に 5 つの電子を持つヒ素を添加すると、1 つの電子が自由な状態になり、シリコンの導電性が向上し、n 型半導体に変化します。逆に、外側の電子が 3 つだけあるホウ素を導入すると、正孔が生成され、p 型半導体が得られます。シリコン格子にさまざまな元素を組み込むこの方法は、イオン注入として知られています。

の成分は何ですかイオン注入装置？

イオン注入装置は、イオン源、電気加速システム、真空システム、分析磁石、ビーム経路、後加速システム、注入チャンバーなどのいくつかの重要なコンポーネントで構成されています。イオン源は、原子から電子を剥ぎ取って陽イオンを形成し、その後、陽イオンを抽出してイオンビームを形成するため、非常に重要です。

このビームは質量分析モジュールを通過し、半導体改質に必要なイオンを選択的に分離します。質量分析後、高純度イオンビームは集束および成形され、必要なエネルギーまで加速され、表面全体にわたって均一に走査されます。半導体基板。高エネルギーイオンは材料を貫通して格子に埋め込まれ、チップや集積回路上の絶縁領域など、特定の用途にとって有益な欠陥を生み出す可能性があります。他の用途では、アニーリングサイクルを使用して損傷を修復し、ドーパントを活性化し、材料の導電性を高めます。

イオン注入の原理は何ですか?

イオン注入は半導体にドーパントを導入する技術であり、集積回路製造において重要な役割を果たします。このプロセスには以下が含まれます。

イオン精製: 異なる電子数と陽子数を運ぶイオン源から生成されたイオンが加速されて、正/負のイオンビームを形成します。不純物は電荷対質量比に基づいてフィルタリングされ、目的のイオン純度が得られます。

イオン注入：加速されたイオンビームをターゲット結晶表面に特定の角度で照射し、均一に照射します。ウエハース。表面に侵入した後、イオンは格子内で衝突および散乱を起こし、最終的には特定の深さに沈降し、材料の特性を変化させます。パターン化されたドーピングは物理マスクまたは化学マスクを使用して実現でき、特定の回路領域の正確な電気的変更が可能になります。

ドーパントの予想される深さ分布は、ビームのエネルギー、角度、およびウェーハの材料特性によって決まります。

の利点と制限は何ですかイオン注入?

利点:

幅広いドーパント: 周期表のほぼすべての元素を使用でき、正確なイオン選択により高純度が保証されます。

正確な制御: イオンビームのエネルギーと角度を正確に制御できるため、ドーパントの正確な深さと濃度分布が可能になります。

柔軟性: イオン注入はウェーハの溶解度限界によって制限されないため、他の方法よりも高い濃度が可能です。

均一なドーピング: 大面積の均一なドーピングが実現可能です。

温度制御: 注入中にウェーハの温度を制御できます。