イオン打込み（読み）イオンうちこみ（その他表記）ion implantation

改訂新版　世界大百科事典

イオン打込み (イオンうちこみ)
ion implantation

イオン注入ともいう。基体材料とは異なる元素のイオンを，数keV～数MeVのエネルギーに加速して基体表面に打ち込み，表面の改質を行う方法。イオンに加えるエネルギー（加速電圧）および電流を変えることによって，表面からイオンが入る距離（飛程という）および濃度を容易に制御することができる。また表面に適当なパターンのマスクをかけることによって，平面分布をもった改質層をつくることができる。とくに半導体材料ではドナーもしくはアクセプターとして働く不純物元素イオンの低濃度の打込み（10¹¹～10¹⁴イオン/cm²）によって，表面の電子物性を大幅に変えることができるので半導体素子や集積回路の製造技術として利用される。異種元素イオンが基体結晶中に打ち込まれると，結晶内部に格子欠陥を生ずる。高濃度（10¹⁵～10¹⁶イオン/cm²）打込みの場合には表面が非晶質化することも起こる。打込み後に熱処理を行うと，再結晶化現象によって打ち込まれた不純物を結晶格子内にとりこんだ結晶が生成する。イオン打込み装置は，高密度のプラズマ状態をつくるイオン源部分，プラズマから効率よくイオンを引き出すイオン引出し加速系，目的イオンを選択的に透過させる質量分離器，および打ち込まれる基体を設置する打込み室などから成る。質量分離器のあとにさらに加速系を有する場合もある。
執筆者：増子 昇

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

日本大百科全書(ニッポニカ)

イオン打込み
いおんうちこみ

加速されたイオンを材料中に打ち込むことにより、材料の性質を変化させる方法。イオン注入ともいう。半導体工業では、不純物イオンを直接半導体に打ち込むことで抵抗率を変化させているが、これをpn接合や、MOSダイオードを主体とした集積回路などに用いて大きな成功を収めている。すなわち、所定の不純物を半導体に導入することを不純物ドーピングといい、その方法として、イオン打込みのほか、不純物熱拡散法、不純物を含んだ半導体層を気相または液相から基板上に成長させる方法などがある。イオン打込みは、そのいずれよりも制御性の点で特長をもっている。たとえばシリコン半導体では、n形不純物イオンとしてリンイオンP⁺やヒ素イオンAs⁺、p形不純物イオンとしてホウ素イオンB⁺やアルミニウムイオンAl⁺が用いられ、加速電圧は数キロ～数百キロボルトである。

　このように、イオン種、イオン電流と加速電圧を指定すると、半導体への不純物ドープ量と深さ分布を精密に制御できるなど、きわめて優れた方法である。このため、とくにシリコン集積回路の製造には欠かすことのできないものとなっている。最近では、半導体への不純物ドーピングのほかに、磁性材料、金属材料、誘電材料など、ほかの材料にも利用されている。

［齊藤　忠］

[参照項目] | 半導体

イオン打込みの原理

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)