2023-04-14 10:56:03
離子注入是指當真空中有一束離子束射向一塊固體材料時，離子束把固體材料的原子或分子撞出固體材料表面，這個現(xiàn)象叫做濺射；而當離子束射到固體材料時，從固體材料表面彈了回來，或者穿出固體材料而去，這些現(xiàn)象叫做散射；另外有一種現(xiàn)象是，離子束射到固體材料以后，受到固體材料的抵抗而速度慢慢減低下來，并最終停留在固體材料中的這一現(xiàn)象叫作離子注入。
原理
離子注入技術是近30年來在國際上蓬勃發(fā)展和廣泛應用的一種材料表面改性技術。其基本原理是：用能量為100keV量級的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結構和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。 此項技術由于其獨特而突出的優(yōu)點，已經(jīng)在半導體材料摻雜，金屬、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上獲得了極為廣泛的應用，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
應用
在電子工業(yè)中，離子注入成為了微電子工藝中的一種重要的摻雜技術，也是控制MOSFET閾值電壓的一個重要手段。因此在當代制造大規(guī)模集成電路中，可以說是一種必不可少的手段。
離子注入的方法就是在真空中、低溫下，把雜質離子加速（對Si，電壓≥105 V），獲得很大動能的雜質離子即可以直接進入半導體中；同時也會在半導體中產生一些晶格缺陷，因此在離子注入后需用低溫進行退火或激光退火來消除這些缺陷。離子注入的雜質濃度分布一般呈現(xiàn)為高斯分布，并且濃度最高處不是在表面，而是在表面以內的一定深度處。
離子注入的優(yōu)點是能精確控制雜質的總劑量、深度分布和面均勻性，而且是低溫工藝（可防止原來雜質的再擴散等），同時可實現(xiàn)自對準技術（以減小電容效應）。
在工藝流程中，光刻的下一道工序就是刻蝕或離子注入。在做離子注入時，有光刻膠保護的地方，離子束無法穿透光刻膠；在沒有光刻膠的地方離子束才能被注入到襯底中實現(xiàn)摻雜。因此，用于離子注入工藝的光刻膠必須要能有效地阻擋離子束。
集成電路前道制程中有許多光刻層之后的工藝是離子注入（ion implantation），這些光刻層被稱為離子注入光刻層（implant layers）。離子注入完成后，晶圓表面的光刻膠必須被清除掉，清除離子注入后的光刻膠是光刻工藝中的一個難點。對清除工藝的要求包括：
（1）干凈徹底地去除襯底上的光刻膠；
（2）盡量避免襯底損傷表面，特別是離子注入?yún)^(qū)域（即沒有光刻膠的區(qū)域）；
（3）盡量避免對器件（如柵極的金屬）造成傷害。
優(yōu)點
高能離子注入的優(yōu)勢
多樣性：原則上任何元素都可以作為注入離子；形成的結構可不受熱力學參數(shù)（擴散、溶解度等）限制；
不改變：不改變工件的原有尺寸和粗糙度等；適合于各類精密零件生產的最后一道工序；
牢固性：注入離子直接和材料表面原子或分子結合，形成改性層，改性層和基底材料沒有清晰的界面，結合牢靠，不存在脫落的現(xiàn)象；
不受限：注入過程在材料溫度低于零下、高到幾百上千度都可以進行；可對那些普通方法不能處理的材料進行表面強化，如塑料、回火溫度低的鋼材等；
MEVVA源
基本介紹
MEVVA源是金屬蒸汽真空弧離子源的縮稱。這是上世紀80年代中期由美國加州大學伯克利分校的布朗博士由于核物理研究的需要發(fā)明研制成功的。這種新型的強流金屬離子源問世后很快就被應用于非半導體材料離子注入表面改性，并引起了強流金屬離子注入的一場革命，這種獨特的離子注入機被稱為新一代金屬離子注入機。
優(yōu)點
(1)對元素周期表上的固體金屬元素(含碳)都能產生10毫安量級的強束流；
(2)離子純度取決于陰極材料的純度，因此可以達到很高的純度，同時可以省去昂貴而復雜的質量分析器；
(3)金屬離子一般有幾個電荷態(tài)，這樣可以用較低的引出電壓得到較高的離子能量，而且用一個引出電壓可實現(xiàn)幾種能量的疊加(離子)注入；
(4)束流是發(fā)散的，可以省去束流約束與掃描系統(tǒng)而達到大的注入面積。其革命性主要有兩個方面，一是它的高性能，另一是使離子注入機的結構大大簡化，主要由離子源、靶室和真空系統(tǒng)這三部分組成。
發(fā)展
在國家863計劃的大力支持下，經(jīng)過十多年的研究和開發(fā)，MEVVA源金屬離子注入表面技術在硬件(設備)和軟件(工藝)兩方面均已取得了重要的突破和進展，并已具備了實現(xiàn)產業(yè)化的基礎。在設備方面，完成了MEVVAIIA-H、MEVVAII-B和MEVVA50型3種不同型號MEVVA源的研制，主要性能達到國際先進水平。僅“九五”期間，就已先后為臺灣地區(qū)、香港地區(qū)和國內大學研究所和工廠生產了15臺M EVVA源離子注入機或MEVVA源鍍膜設備。
MEVVA源離子注入機的應用，使強流金屬離子注入變得更簡便、更經(jīng)濟，效率大大提高，十分有利于這項技術的產業(yè)化。在表面優(yōu)化工藝方面，鋼制切削工具、模具和精密運動耦合部件3大類、7個品種的MEVVA源離子注入表面處理，取得了延壽3-30倍的顯著優(yōu)化效果，并已通過國家部委級技術鑒定，成果屬國際先進水平。
應用
這項表面處理技術的優(yōu)越性、實用性及其廣闊的市場前景已被越來越多的部門和單位所賞識，得到越來越廣泛的應用。根據(jù)多年來的研究與開發(fā)，同時借鑒國際上的新進展，M EVVA源金屬離子注入特別適用于以下幾類工模具和零部件的表面處理：
(1)金屬切削工具(包括各種用于精密加工和數(shù)控加工中使用的鉆、銑、車、磨等工具和硬質合金工具)，一般可以提高使用壽命3-10倍；
(2)熱擠壓和注塑模具，可使能耗降低20%左右，延長使用壽命10倍左右；
(3)精密運動耦合部件，如抽氣泵定子和轉子，陀螺儀的凸輪和卡板，活塞、軸承、齒輪、渦輪渦桿等，可大幅度地降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性和耐蝕性，延長使用壽命最多可以達到100倍以上；
(4)擠壓合成纖維和光導纖維的精密噴嘴，可以大大提高其抗磨蝕性和使用壽命；
(5)半導體工業(yè)中的精密模具，罐頭工業(yè)中的壓印和沖壓模具等，可顯著提高這些貴重、精密模具的工作壽命；
(6)醫(yī)用矯形修復部件(如鈦合金人工關節(jié))和手術器具等，其經(jīng)濟效益和社會效益非常好。
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