「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]]に属し、工業的には[[半導体]]の生産に使用され、金属の表面処理などさまざま様々な[[材料科学]]の研究などが行われている。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イオン源、必要なイオンだけを取り出す質量分析器、イオンを電気的に加速する加速器、対象物であるターゲットを高真空チャンバーから成る。イオンは単一の元素が使われる。このため、ドーズ量と呼ばれる注入された物質の総量は、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、μ[[アンペア|A]]で表されるほど小さい。
 
一般的なイオンの加速エネルギーは10-500k[[電子ボルト|eV]](1,600-80,000aJ)の範囲で使用される。1-10keV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数[[ナノメートル|nm]]程度のところで停止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。
== 半導体の製造 ==
=== 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は[[三フッ化ホウ素]](BF<sub>3</sub>)ガス、リンは[[ホスフィン]](PH<sub>3</sub>)ガス、砒素は[[アルシン]](AsH<sub>3</sub>)ガスが一般的に使われ、数KeVからMeV級のエネルギーで加速する。これらは腐食性や発火性、致死性が高いなど危険なガスである。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。打ち込まれたばかりのイオンは半導体原子の結晶に並ばないため不活性であり、結晶格子も[[格子欠陥]]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うラピッド・サーマル・アニール(Rapid thermal anneal, RTA)処理が行われる<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 4526053759</ref>。
 
=== Co-Implantation ===
 
=== SOI(Silicon on Insulator) ===
酸素をシリコン基板中に高エネルギー・高濃度で注入した後、熱処理を行うことにより、シリコン基板の深いところにシリコン酸化物の層を形成する。シリコン酸化物が絶縁体であるため、[[SOI]](Silicon on Insulator)構造となる。
 
=== 素子分離(アイソレーション) ===
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