离子注入技术中的杂质污染及其控制

离子注入技术中的杂质污染及其控制

离子注入技术是一种可实现数量及质量可控的掺杂方法。离子注入设备通过控制束流和能量来实现掺杂杂质的数量及深度的准确控制 。离子注入属于物理过程，通过入射离子的能量损耗机制达成靶材内的驻留。与热扩散的利用浓度差而形成的晶格扩散不同，离子注入通过入射离子与靶材的原子核和电子持续发生碰撞，损耗其能量并经过一段曲折路径的运动，使入射离子因动能耗尽而停止在靶材某一深度。为了精确控制注入深度，避免沟道效应，需要使靶材的晶轴方向与入射方向形成一定角度 。

离子注入技术的负面影响主要是由于离子碰撞而导致的半导体晶格断裂或者损伤。由于高能离子注入之后带来的晶格损伤，会使得半导体的迁移率和寿命等参数受到较为严重的影响。因此，注入时大部分的离子并不是在替位的位置，为了激活注入离子并恢复迁移率等相关参数，必须在适当的时间和温度下将半导体退火 。

离子注入机是实现离子注入技术的设备，它主要由以下五个子系统构成：气体系统、电机系统、真空系统、控制系统和射线系统。其中，射线系统为最重要的子系统。离子注入机需要在设计和生产过程中严格控制杂质的含量，确保设备的表面光洁度，严格控制设备的加工和清洗过程。在操作环境方面，应保持洁净的操作环境，使用纯净的气体、化学试剂和水。此外，还可以通过安装过滤器和使用纯度高的材料等方式来控制杂质的污染 。

离子注入技术是最重要的掺杂方法之一，由于其精确可控性，被广泛应用于芯片制造的全过程。