离子注入工艺的设计与计算

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技术开发区签订了合作协议。日新株式会社将在扬州经济技术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。