什么是离子注入机？

 离子注入机是一种通过将离子化物质注入另一种物质来改变注入物质特性的装置。

半导体中广泛使用的单晶硅片等材料本身就是绝缘材料。通过向其中注入不同物质的离子，可以改变其电性能。

离子注入设备主要用于半导体器件制造中的杂质注入工艺，也用于半导体以外的材料领域，以改变材料的性能。本节介绍半导体制造过程中使用的离子注入设备。

离子注入机的应用

离子注入设备用于半导体制造工艺中的杂质注入工艺。广泛用作半导体基板的硅片是绝缘材料，不能传导电流或传输电信号。通过从外部向晶片注入离子，形成具有n型半导体或p型半导体电特性的部分。

n型半导体是注入有较多电子的元素作为杂质的半导体，p型半导体是注入有较多空穴的元素作为杂质的半导体。注意，离子注入有时被称为掺杂或离子注入。

当制造n型半导体时，使用15族元素的离子，例如氮、磷和砷。另一方面，硼和铝等第 13 族元素的离子用于制造 p 型半导体。在通过蚀刻形成电路之后进行离子注入。

通过蚀刻将晶片的顶表面分离成暴露区域和受光致抗蚀剂保护的区域。当离子注入时，晶片的暴露部分变成n型半导体或p型半导体，具体取决于离子的类型。

离子注入机原理

离子注入机由离子源、分析部、狭缝、加速管、偏光板、透镜、扫描仪、硅片台、高温注入夹具等组成。将用于产生离子的元素（例如磷、硼和砷）引入真空离子源中，并使用电磁场将气体转变为等离子体状态。

分析部和狭缝的作用是仅将用于离子注入的物质的离子从等离子气体推进到加速管中。离子在加速管内加速，并通过偏光板和Q透镜形成离子束。

扫描仪的作用是在X和Y方向上扫描离子束。将要进行离子注入的晶圆精确地设置在硅晶圆台上，并通过在晶圆表面上扫描离子束来注入离子。

晶圆背面有一个高温注入夹具。高温注入夹具的作用是加热晶圆。通过加热晶片，可以抑制因离子注入而产生的晶体缺陷，并且可以通过自退火效应消除缺陷。

如何选择离子注入机

离子注入的参数有很多变化，包括所用离子的类型、待注入离子的动能和剂量、以及待注入晶片的尺寸和类型。因此，仅用一台离子注入机很难处理所有离子注入工艺。

例如，当以高浓度注入磷或硼等离子时，需要具有高电流和高能量的离子注入机。另外，如果待注入离子的晶片是在高温下工作的功率器件晶片，例如SiC，则需要能够将晶片加热到高温的设备。

另一方面，离子注入机是昂贵的制造设备。当选择离子注入机时，假设满足必要的条件，例如要注入的离子的类型和数量以及适用的晶圆尺寸。此外，仔细考虑设备价格和吞吐量之间的关系也很重要。