「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{{Lang-en-short|ion Implantation)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]][[表面処理]]など様々な[[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。
 
== 概要 ==
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。
 
== 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]]を作り、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{{Cite 4526053759</ref>。book|和書
|author = 「半導体LSIのできるまで」編集委員会編著
 
|editor =
|title = よくわかる半導体LSIのできるまで
|edition = 改訂第2版
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|year = 2004
|publisher = [[日刊工業新聞社]]
|isbn = 4-526-05375-9
|page =
}}</ref>。
=== Co-Implantation ===
ドーパント原子と共に[[炭素]](C)、[[窒素]](N)、[[フッ素]](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) ===
ドーパント注入の前に[[ゲルマニウム]]等の重いイオンをシリコン基板に注入することにより、シリコン基板の表面を[[アモルファス]]状態に変質させる。これにより、ドーパント注入時のチャネリング現象を抑制できるため、浅い接合の形成が可能となる。
 
=== 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所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) ===
[[ヒ化ガリウム]]等の化合物半導体では、素子間の分離(アイソレーション)にイオン注入を用いる場合がある。イオン注入がエピ構造を破壊すると同時に、ドーパントが[[バンドギャップ]]中に深い[[準位]]を形成し、高抵抗となる。
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。
 
== 出典脚注 ==
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<references />
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== 参考文献 == <!-- {{Cite book}} --> <!-- {{Cite journal}} -->
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== 関連項目 ==
{{Commonscat|Ion implantation}}
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== 外部リンク == <!-- {{Cite web}} -->
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[[Category{{デフォルトソート:半導体製造|いおんちゆうにゆう]]}}
[[Category:半導体製造]]
 
[[de:Ionenimplantation]]
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