離子佈植機(Ion Implantation Equipment)是將硼(B)、磷(P)、砷(As)等摻雜元素離子化,以電場加速後打入矽晶圓表面的半導體前段製程設備。可精密控制晶圓中特定區域的電氣特性(導電型、載子濃度),是電晶體源極/汲極形成、井區形成、通道摻雜等許多製程不可或缺的設備。
設備構成大致分為「離子源(Ion Source)」「質量分析器(Mass Analyzer)」「加速管(Accelerator)」「掃描系統(Scanner)」「製程腔體」5個部分。在離子源將摻雜氣體電漿化,以質量分析器只篩選出目標元素的離子後,再加速到目標能量。佈植能量可在 keV~MeV 等級範圍調整,低能量(~10keV)用於形成淺接面,高能量(數 MeV)則用於形成深井區。
佈植後的晶圓會因離子撞擊產生結晶缺陷,因此必須以熱處理(退火)製程進行損傷修復與雜質活化。除了傳統的批次式爐管退火,先進製程也採用能以毫秒為單位處理的閃光退火(Millisecond Anneal),以及更高速的雷射退火(Laser Spike Anneal)。佈植量(劑量)的均勻性與再現性直接影響良率,要求±0.2%以下的高精度控制。
市場由美國的應用材料與 Axcelis Technologies 2家公司主導,合計約占全球80%的市占率。應用材料擁有涵蓋高電流、中電流、高能量全範圍的設備產品線,Axcelis 則特別在 SiC、GaN 等功率半導體領域具有優勢。日本則有日新離子機器(NISSIN Ion Equipment)在利基市場布局。對 SiC 基板進行高能量佈植需要與一般 Si 不同的最佳化,在電動車與電力電子用 SiC 需求擴大的背景下,此領域的成長備受期待。
隨著先進邏輯的微縮,離子佈植的規格要求愈趨嚴格。在 FinFET 與 GAA 奈米片電晶體中,精密控制佈植角度(Tilt Implant)在結構上變得困難,因此電漿摻雜(PLAD)與單分子層摻雜等替代技術也在研究中。此外,為了兼顧閘極介電層與介面品質的維持以及雜質活化,與閃光退火、微波退火等低溫、短時間活化技術的搭配,已成為重要的研究課題。