Обзор ионной имплантации

Введение

Ионная имплантация - это низкотемпературный процесс, при котором ионы одного элемента ускоряются в твердой мишени, тем самым изменяя физические, химические или электрические свойства мишени. Компоненты ионной имплантации часто изготавливаются из сплава ТЗМ, молибдена, вольфрама, поскольку эти материалы могут хорошо работать в суровых условиях.

Ионная имплантация - это бурно развивающаяся и широко используемая в мире технология модификации поверхности материалов уже около 30 лет. Благодаря своим уникальным и выдающимся преимуществам, эта высокая технология получила чрезвычайно широкое применение в легировании полупроводниковых материалов, модификации поверхности металла, керамики, полимеров и т.д., что принесло огромную экономическую и социальную выгоду.

В электронной промышленности ионная имплантация стала одним из важных методов легирования в микроэлектронике; кроме того, она является важным средством контроля порогового напряжения МОП-транзисторов. Таким образом, можно сказать, что ионная имплантация является одним из незаменимых средств в современном производстве крупномасштабных интегральных схем.

Метод ионной имплантации

Метод ионной имплантации ускоряется в вакууме и при низкой температуре, поэтому ионы примесей с кинетической энергией могут попасть непосредственно в полупроводник; в то же время это может привести к образованию некоторых дефектов решетки в полупроводнике, эти дефекты должны быть устранены низкотемпературным отжигом или лазерным отжигом после введения ионов. Концентрация примесей при ионной имплантации обычно распределяется как гауссово распределение, а самая высокая концентрация находится не на поверхности, а в пределах определенной глубины.

Преимущества ионной имплантации

Преимущества ионной имплантации заключаются в том, что она может точно контролировать общую дозу примесей, распределение по глубине и однородность поверхности, кроме того, низкотемпературный процесс позволяет избежать попадания исходных примесей, диффузии и т.д. В то же время, он может реализовать цель разработки технологии выравнивания для уменьшения эффекта емкости.

Общий принцип

В чем заключается общий принцип ионной имплантации? Оборудование для ионной имплантации обычно состоит из источника ионов, где производятся ионы нужного элемента, ускорителя, где ионы электростатически ускоряются до высокой энергии, и камеры-мишени, где ионы падают на мишень, которая представляет собой материал, подлежащий имплантации. Таким образом, ионная имплантация - это особый случай излучения частиц. Каждый ион, как правило, представляет собой один атом или молекулу, поэтому фактическое количество материала, имплантируемого в мишень, является интегралом по времени ионного тока. Это количество называется дозой. Токи, подаваемые имплантатами, обычно невелики (микроамперы), поэтому доза, которую можно имплантировать за разумное время, невелика. Поэтому ионная имплантация находит применение в тех случаях, когда требуется небольшое количество химических изменений.

Энергия ионов, а также вид ионов и состав мишени определяют глубину проникновения ионов в твердое тело: моноэнергетический пучок ионов обычно имеет широкое распределение по глубине. Средняя глубина проникновения называется диапазоном ионов. В типичных условиях диапазон ионов составляет от 10 нанометров до 1 микрометра. Таким образом, ионная имплантация особенно полезна в тех случаях, когда химические или структурные изменения должны происходить вблизи поверхности мишени. Ионы постепенно теряют свою энергию при прохождении через твердое тело, как в результате случайных столкновений с атомами мишени (которые вызывают резкую передачу энергии), так и в результате легкого сопротивления при перекрытии электронных орбиталей, что является непрерывным процессом. Потеря энергии ионов в мишени называется остановкой и может быть смоделирована с помощью метода приближения бинарных столкновений.

Промышленные применения

Технология ионной имплантации применяется во многих областях промышленного производства, среди которых широко используются промышленность металлических материалов и полупроводниковая промышленность.

* Модификация металлических материалов

Ионная имплантация, применяемая для модификации металлических материалов, заключается в инжекции ионов определенного количества и энергии на поверхность металлических материалов, которые подвергаются термообработке или нанесению поверхностного покрытия, для изменения химического состава, физической структуры и фазового состояния поверхности материала, после чего механические, химические и физические свойства материалов могут быть изменены. В частности, ионная имплантация может изменить акустические, оптические и сверхпроводящие свойства материалов, а также повысить рабочую твердость, износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению материалов. В настоящее время она применяется для распределения воздушных гидравлических насосов, прецизионных муфт двигателей внутреннего сгорания, деталей автомобильных двигателей, режущих инструментов из твердых сплавов и прецизионных износостойких деталей большого размера.

* Продлить срок службы штампа

Как новый процесс укрепления поверхности, ионная имплантация была применена в различных материалах и достигла многих успехов. Из-за различных условий работы в пресс-форме из одного и того же материала появилось множество форм разрушения, и преимущества процесса ионной имплантации могут компенсировать эти дефекты. Если разработчик использует различные устройства ионной имплантации для введения различных элементов в пресс-форму избирательно в соответствии с различными формами отказа, цель продления срока службы пресс-формы может быть достигнута с удобством.

* Полупроводниковая промышленность

С развитием оборудования для ионной имплантации технология ионной имплантации получила быстрое развитие в промышленности интегральных схем. Благодаря хорошей управляемости и повторяемости технологии ионной имплантации разработчик может создать идеальное распределение примесей в соответствии с требованиями к параметрам схемы или устройства.

Производство полного полупроводникового устройства в современном полупроводниковом производственном процессе обычно включает в себя множество этапов (15 ~ 25 этапов) ионной имплантации. Основными параметрами процесса ионной имплантации являются тип примеси, энергия инжекции и дозировка легирования. Типы примесей можно разделить на n-тип и p-тип. Энергия инжекции определяет глубину проникновения атомов примеси в кремний, при высокой энергии инжекция происходит глубоко, а при низкой - легко. Под легированием понимается концентрация примесных атомов, которая определяет проводимость легирующего слоя. С развитием полупроводниковых технологий процесс создания сверхмалых переходов становится ключевым, особенно при изготовлении полупроводниковых приборов по нормам менее 65 нм. Процесс ионной имплантации с его точной глубиной инжекции, контролируемой концентрацией и стабильной повторяемостью вновь демонстрирует свою важность в производстве передовых полупроводниковых устройств.

Stanford Advanced Materials (SAM) предоставляет индивидуальные компоненты ионной имплантации с высоким качеством и конкурентоспособной ценой, которые включают компоненты ионной имплантации (вольфрам), компоненты ионной имплантации (молибден), компоненты ионной имплантации (сплав TZM) и т.д.