Aperçu de l'implantation d'ions
Introduction
L'implantation ionique est un processus à basse température par lequel des ions d'un élément sont accélérés dans une cible solide, modifiant ainsi les propriétés physiques, chimiques ou électriques de la cible. Les composants de l'implantation ionique sont souvent constitués d'alliages TZM, de molybdène et de tungstène, car ces matériaux se comportent bien dans un environnement difficile.
L'implantation ionique est une haute technologie de modification de la surface des matériaux en plein essor et largement utilisée dans le monde depuis près de 30 ans. En raison de ses avantages uniques et exceptionnels, cette technologie de pointe a une application extrêmement répandue dans les matériaux semi-conducteurs dopés, la modification de la surface des métaux, des céramiques, des polymères, etc.
Dans l'industrie électronique, l'implantation ionique est devenue l'une des techniques de dopage les plus importantes dans l'artisanat microélectronique ; c'est également un moyen important de contrôler la tension de seuil du MOSFET. On peut donc dire que l'implantation ionique est un moyen indispensable à la fabrication de circuits intégrés à grande échelle de nos jours.
La méthode d'implantation ionique
La méthode d'implantation ionique consiste à accélérer dans le vide et à basse température, de sorte que les ions d'impureté dotés d'une énergie cinétique peuvent pénétrer directement dans le semi-conducteur ; en même temps, elle peut également produire des défauts de réseau dans le semi-conducteur, qui doivent être éliminés par un recuit à basse température ou un recuit au laser après l'injection d'ions. La concentration d'impuretés de l'implantation ionique se répartit généralement selon une distribution gaussienne, et la concentration la plus élevée ne se trouve pas à la surface, mais à une certaine profondeur.
Avantages de l'implantation ionique
L'implantation ionique présente l'avantage de pouvoir contrôler avec précision la dose totale d'impuretés, la distribution en profondeur et l'uniformité de la surface. De plus, le processus à basse température permet d'éviter les impuretés d'origine et la diffusion, etc. En même temps, elle peut réaliser l'objectif de développement de la technologie d'alignement pour réduire l'effet de capacité.
Principe général
Quel est le principe général de l'implantation ionique ? L'équipement d'implantation ionique se compose généralement d'une source d'ions, où des ions de l'élément souhaité sont produits, d'un accélérateur, où les ions sont accélérés électrostatiquement à haute énergie, et d'une chambre cible, où les ions frappent une cible, qui est le matériau à implanter. L'implantation ionique est donc un cas particulier de rayonnement de particules. Chaque ion est typiquement un atome ou une molécule unique, et la quantité réelle de matière implantée dans la cible est donc l'intégrale dans le temps du courant ionique. Cette quantité est appelée dose. Les courants fournis par les implants sont généralement faibles (micro-ampères), et la dose qui peut être implantée dans un temps raisonnable est donc faible. Par conséquent, l'implantation ionique trouve son application dans les cas où la quantité de changement chimique nécessaire est faible.
L'énergie des ions, ainsi que les espèces d'ions et la composition de la cible, déterminent la profondeur de pénétration des ions dans le solide : un faisceau d'ions monoénergétiques aura généralement une large distribution de profondeur. La profondeur de pénétration moyenne s'appelle la portée des ions. Dans des circonstances typiques, les gammes d'ions se situent entre 10 nanomètres et 1 micromètre. L'implantation ionique est donc particulièrement utile dans les cas où l'on souhaite que la modification chimique ou structurelle soit proche de la surface de la cible. Les ions perdent progressivement leur énergie au cours de leur déplacement dans le solide, à la fois en raison de collisions occasionnelles avec les atomes de la cible (qui provoquent des transferts d'énergie brusques) et d'une légère traînée due au chevauchement des orbitales électroniques, qui est un processus continu. La perte d'énergie de l'ion dans la cible est appelée arrêt et peut être simulée avec la méthode d'approximation des collisions binaires.
Applications industrielles
La technologie de l'implantation ionique a été appliquée dans de nombreux domaines de la production industrielle, parmi lesquels l'industrie des matériaux métalliques et l'industrie des semi-conducteurs sont largement utilisées.
* Modification des matériaux métalliques
L'implantation ionique appliquée à la modification des matériaux métalliques consiste à injecter des ions d'une certaine quantité et d'une certaine énergie à la surface des matériaux métalliques traités par traitement thermique ou revêtement de surface afin de modifier la composition chimique, la structure physique et l'état de phase de la surface du matériau, ce qui permet de modifier les propriétés mécaniques, chimiques et physiques des matériaux. Plus précisément, l'implantation ionique peut modifier les propriétés acoustiques, optiques et supraconductrices des matériaux, et améliorer la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation des matériaux. À l'heure actuelle, elle a été appliquée à la distribution des pompes hydrauliques à air, aux accouplements de précision des moteurs à combustion interne, aux pièces des moteurs automobiles, aux outils de coupe en alliage dur et aux pièces de précision résistantes à l'usure de grande taille.
* Prolonger la durée de vie de la matrice
En tant que nouveau procédé de renforcement de la surface, l'implantation ionique a été appliquée à différents matériaux et a obtenu de nombreux résultats. En raison des différentes conditions de travail, de nombreuses formes de défaillance sont apparues dans le moule du même matériau, et les avantages du processus d'implantation ionique peuvent compenser ces défauts. Tant que le concepteur utilise différents dispositifs d'implantation ionique pour injecter différents éléments dans le moule de manière sélective en fonction des différentes formes de défaillance， l'objectif d'extension de la durée de vie du moule peut être atteint facilement.
* Industrie des semi-conducteurs
Avec le développement de l'équipement d'implantation ionique, la technologie d'implantation ionique s'est rapidement développée dans l'industrie des circuits intégrés. Grâce à la bonne contrôlabilité et répétabilité de la technologie d'implantation ionique, le concepteur peut concevoir une distribution idéale des impuretés en fonction des exigences des paramètres du circuit ou du dispositif.
La fabrication d'un dispositif semi-conducteur complet dans un processus moderne de fabrication de semi-conducteurs implique généralement de nombreuses étapes (15 ~ 25 étapes) d'implantation ionique. Les principaux paramètres du processus d'implantation ionique sont le type d'impureté, l'énergie d'injection et le dosage du dopage. Les types d'impuretés peuvent être divisés en type n et type p. L'injection d'énergie détermine la profondeur des atomes d'impureté injectés dans le silicium ; l'énergie élevée est injectée profondément, et l'énergie faible est injectée légèrement. Le dopage fait référence à la concentration d'atomes d'impureté, qui détermine la conductivité de la couche dopante. Avec les progrès de la technologie des semi-conducteurs, le processus de jonction ultra-fine devient la clé, en particulier pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs de moins de 65 nm. Le processus d'implantation ionique, avec sa profondeur d'injection précise et la possibilité de contrôler la concentration, ainsi que la répétabilité stable, montre à nouveau son importance dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs avancés.
Stanford Advanced Materials (SAM) fournit des composants d'implantation ionique personnalisés de haute qualité et à des prix compétitifs, notamment des composants d'implantation ionique (tungstène), des composants d'implantation ionique ( molybdène), des composants d'implantation ionique (alliage TZM), etc.
