이온 이식에 대한 개요

소개

이온 주입은 한 원소의 이온을 고체 타겟에 가속하여 타겟의 물리적, 화학적 또는 전기적 특성을 변화시키는 저온 공정입니다. 이온 주입의 구성 요소는 열악한 환경에서도 잘 작동할 수 있는 TZM 합금, 몰리브덴, 텅스텐으로 만들어지는 경우가 많습니다.

이온 주입은 거의 30년 동안 전 세계적으로 급성장하고 널리 사용되는 첨단 소재 표면 개질 기술입니다. 독특하고 뛰어난 장점으로 인해이 첨단 기술은 도핑 된 반도체 재료, 금속, 세라믹, 폴리머 등의 표면 개질에 매우 광범위하게 적용되어 막대한 경제적, 사회적 이익을 얻었습니다.

전자 산업에서 이온 주입은 마이크로 전자 공예에서 중요한 도핑 기술 중 하나가 되었으며 MOSFET 임계 전압을 제어하는 중요한 수단이기도 합니다. 따라서 이온 주입은 현대의 대규모 집적 회로 제조에 없어서는 안될 일종의 수단이라고 할 수 있습니다.

이온 주입 방법

이온 주입 방법은 진공 및 저온에서 가속되므로 운동 에너지를 가진 불순물 이온이 반도체로 직접 들어갈 수 있으며 동시에 반도체에 일부 격자 결함을 생성 할 수 있으며 이러한 결함은 이온 주입 후 저온 어닐링 또는 레이저 어닐링으로 제거해야합니다. 이온 주입의 불순물 농도는 일반적으로 가우스 분포로 분포하며, 가장 높은 농도는 표면이 아니라 특정 깊이 내에 있습니다.

이온 주입의 장점

이온 주입의 장점은 불순물의 총량, 깊이 분포 및 표면의 균일 성을 정밀하게 제어 할 수 있으며 저온 공정으로 원래 불순물 및 확산 등을 피할 수 있다는 것입니다. 동시에 정전 용량 효과를 줄이기 위한 정렬 기술 개발의 목표를 실현할 수 있습니다.

일반 원리

이온 주입의 일반적인 원리는 무엇인가요? 이온 주입 장비는 일반적으로 원하는 원소의 이온을 생성하는 이온 소스, 이온을 정전기적으로 높은 에너지로 가속하는 가속기, 이온이 주입할 물질인 표적에 충돌하는 표적 챔버로 구성됩니다. 따라서 이온 주입은 입자 방사선의 특수한 경우입니다. 각 이온은 일반적으로 단일 원자 또는 분자이므로 표적에 주입되는 물질의 실제 양은 이온 전류의 시간에 따른 적분입니다. 이 양을 선량이라고 합니다. 임플란트에 의해 공급되는 전류는 일반적으로 작은 전류(마이크로 암페어)이므로 합리적인 시간 내에 주입할 수 있는 선량이 적습니다. 따라서 이온 주입은 필요한 화학적 변화의 양이 적은 경우에 적용됩니다.

이온의 에너지와 이온 종 및 표적의 구성에 따라 고체 내 이온의 침투 깊이가 결정됩니다: 단일 에너지 이온 빔은 일반적으로 넓은 깊이 분포를 갖습니다. 평균 침투 깊이를 이온의 범위라고 합니다. 일반적인 상황에서 이온 범위는 10나노미터에서 1마이크로미터 사이입니다. 따라서 이온 주입은 화학적 또는 구조적 변화가 표적의 표면 근처에 있기를 원하는 경우에 특히 유용합니다. 이온은 고체를 통과할 때 가끔씩 발생하는 표적 원자들과의 충돌(갑작스러운 에너지 전달을 유발)과 전자 궤도의 중첩으로 인한 가벼운 항력으로 인해 점차적으로 에너지를 잃게 되는데, 이는 연속적인 과정입니다. 대상에서 이온 에너지가 손실되는 것을 정지라고 하며 이진 충돌 근사법으로 시뮬레이션할 수 있습니다.

산업 응용 분야

이온 주입 기술은 산업 생산의 여러 분야에 적용되고 있으며, 그 중 금속 재료 산업과 반도체 산업이 널리 사용되고 있습니다.

* 금속 소재의 개질

금속 재료 개질에 적용되는 이온 주입은 열처리 또는 표면 코팅 공정으로 처리된 금속 재료의 표면에 일정량과 에너지의 이온을 주입하여 재료 표면의 화학적 조성, 물리적 구조 및 상 상태를 변화시켜 재료의 기계적, 화학적 및 물리적 특성을 변화시킬 수 있습니다. 특히 이온 주입은 재료의 음향, 광학 및 초전도 특성을 변경하고 재료의 작업 경도, 내마모성, 내식성 및 내 산화성을 향상시킬 수 있습니다. 현재 공기 유압 펌프 분배, 내연 기관 정밀 커플 링, 자동차 엔진 부품, 경질 합금 절삭 공구 및 대형 정밀 내마모성 부품에 적용되었습니다.

* 금형 수명 연장

새로운 표면 강화 공정으로서 이온 주입은 다양한 재료에 적용되어 많은 성과를 거두었습니다. 작업 조건이 다르기 때문에 동일한 재료의 금형에 많은 결함 형태가 나타 났으며 이온 주입 공정의 장점은 이러한 결함을 보완 할 수 있습니다. 설계자가 다른 이온 주입 장치를 사용하여 다른 고장 형태에 따라 다른 요소를 금형에 선택적으로 주입하는 한 금형의 서비스 수명을 연장하는 목표를 편리하게 달성 할 수 있습니다.

* 반도체 산업

이온 주입 장비의 개발과 함께 이온 주입 기술은 집적 회로 산업에서 빠르게 발전했습니다. 이온 주입 기술의 우수한 제어성과 반복성으로 인해 설계자는 회로 또는 장치 매개 변수의 요구 사항에 따라 이상적인 불순물 분포를 설계 할 수 있습니다.

최신 반도체 제조 공정에서 완전한 반도체 소자를 제조하려면 일반적으로 여러 단계(15~25단계)의 이온 주입이 필요합니다. 이온 주입의 주요 공정 파라미터는 불순물 유형, 주입 에너지 및 도핑 용량입니다. 불순물의 종류는 n형과 p형으로 나눌 수 있습니다. 에너지 주입은 실리콘에 주입되는 불순물 원자의 깊이를 결정하며, 높은 에너지는 깊게 주입하고 낮은 에너지는 가볍게 주입합니다. 도핑은 도핑 층의 전도도를 결정하는 불순물 원자의 농도를 의미합니다. 반도체 기술이 발전함에 따라 특히 65nm 이하의 반도체 소자를 만들 때 초박막 접합 공정이 핵심이 되고 있습니다. 정밀한 주입 깊이와 농도 제어, 안정적인 반복성을 갖춘 이온 주입 공정은 첨단 반도체 소자 제조에서 그 중요성을 다시 한 번 보여줍니다.

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