「イオン注入」の版間の差分

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'''イオン注入'''(イオンちゅうにゅう、Ion Implantation)は、物質の[[イオン]]を固体に注入し、する加工方法である。イオン注入は固体の特性を変化させる点で[[材料工学]]の分野である。イオン注入はに属し工業的には[[半導体工学]]の生産に使用され、金属の表面処理などさまざまな[[材料科学]]の研究などに適用さが行なわている。イオン注入は、対象の物質と別の元素を注入することにより物質に化学的変化を与えると同時に、物質の破損または破壊など、構造的な変化も与える。
 
一般的なイオン注入装置は、目的とする元素のイオンを発生させるチャイオバー源、必要なイオンだけを取り出す質量分析器、イオンを高エネルギーまで電気的に加速する加速器、対象とな物であ物質(ターゲット)にイオン打ち込む高真空チャンバーから成る。一般的に、各イオンは単一の元素であが使われる。従ってこのためドーズ量と呼ばれる注入された物質の総量(ドーズ量と呼ばれる)は、イオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられる電流は通常マイクロ、μ[[アンペアオーダーと非常に小さいため、通常は要求|A]]で表わされる化学的変化量がほど小さい場合に適用される
 
一般的なイオンの加速エネルギーは10~500keV(キロエレクトロン10-500k[[電子ボルト)(1|eV]](1,600~80600-80,000aJ)の範囲で使用される。1~10keV1-10keVの範囲でも使用することは可能だが、イオンが表面近くの[[ナノメートル|nm]]程度のところで停止し、するため実用的ではない。さらに対象物の損傷を小さくする場合は、イオンビーム成長が用いられる。また、通常の加速器ではさらに高い5MeV程度の加速エネルギーまで印加可能であるが、対象の損傷が大きく、また、深さ方向の分布も広がるため、実効的な変化量は小さくなる。
 
打ち込まれたイオン種、対象物、およびイオンと対象物種別の他に、加速器で与えられる運動エネルギーと対象物質と衝突散乱により、固体中る運動量イオン喪失によってそ注入飛程、つまり浸透して停止する深さが決まる。単一エネルギーり、そバラツキはほぼ[[ガウス分布]]に従う。イオンビームにおいてもは対象物の原子との衝突一般的に深さ方向および電子軌道分布が広がオーバーラップによ効力などにより次第にエネルギーを失っていく通常多く場合、注入深さは10ナノメートル10nmから1マイクロメートル1μm程度である。対象物結晶原子の配列方向が打ち込み方向と同一の場合には、原子の間をトンネルのようにすり抜けるものが出るため、深さの制御が難しくなる。これを避けるため結晶方向からは少し傾けて打ち込まれる。イオン注入は対象物の表面付近で化学変化・構造変化が求められる場合に特に有効である。イオンは対象物の原子との衝突、および電子軌道のオーバーラップによる効力などにより次第にエネルギーを失っていく
 
== 半導体工学へ応用製造 ==
 
== 半導体工学への応用 ==
=== ドーパント注入 ===
イオン注入が最も一般的に用いられるのは、[[半導体]]中への[[ドーパント]]注入である。半導体がシリコンの場合、普通[[ボロン]]、[[リン]]、[[砒素]]など純度の高いドーパント原子であり、ドーパント原子の[[ボロン]][[三フッ化ボロン(BF3)ホウ素」]](BF<sub>3</sub>)ガス、[[リン]]フォ[[ホスフィン(PH3)]](PH<sub>3</sub>)ガス、[[砒素]][[アルシン(AsH3)]](AsH<sub>3</sub>)ガスが一般的に使われてい、数KeVからMeV級のエネルギーで加速する。また、これらに使用されるガス、それぞれ腐食性が強かったり、発火性が高かったり、致死性が高いなど非常に危険性が高いガスである。ドーパントが注入されることにより、半導体中にキャリアとして[[電子]]または[[正孔]]をつくり、半導体の伝導性を変化させる。なお、通常は熱[[拡散]]によ打ち込まれたばかイオン半導体原子結晶に並ばなところまため不活性追い込むとともにあり半導体結晶格子も[[格子欠陥|損傷]]を回が生じるため修復する必要がある。このため注入後は加熱によって結晶格子を整えるためにアニール処理を行なう。半導体のプロセス中のトランジスタ形成などの浅い打ち込み後には、熱[[拡散]]させないように熱線の照射による短時間加熱を行なうラピッド・サーマル・アニール(Rapid thermal anneal, RTA)処理が行なわれる<ref>半導体LSIができるまで編集委員会編著 『半導体LSIができるまで』 日刊工業新聞社 2001年12月5日初版1刷発行 ISBN 452604569</ref>
 
=== Co-Implantation ===
ドーパント原子と共に[[炭素]](C)(C)、[[窒素]](N)(N)、[[フッ素]](F)(F)等の原子を注入することにより、熱処理時のドーパントの拡散が抑制される効果が得られる。浅い接合を形成するために用いられることがある。
 
=== PAI(Pre-Amorphization Implantation) ===
深い領域へのイオン注入を行うための装置。装置には大規模な加速機構が備わっており、2価以上の多価イオンを用いることで最大数MeVまでイオンを加速することも可能である。発生させることのできるイオンビーム電流はマイクロアンペアオーダー。
 
== 出典 ==
=== FPD(Flat Panel Display)用 ===
<references />
 
 
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