Diffúzió vs ionbeültetés
A diffúzió és az ionimplantáció közötti különbség megérthető, ha megérti, mi az a diffúzió és az ionimplantáció. Először is meg kell említeni, hogy a diffúzió és az ionimplantáció a félvezetőkkel kapcsolatos két fogalom. Ezeket a technikákat alkalmazzák adalékanyag-atomok félvezetőkbe való bejuttatására. Ez a cikk a két folyamatról, azok főbb különbségeiről, előnyeiről és hátrányairól szól.
Mi az a diffúzió?
A diffúzió az egyik fő technika a szennyeződések félvezetőkbe való bejuttatására. Ez a módszer az adalékanyag atomi léptékű mozgását veszi figyelembe, és alapvetően a koncentráció gradiens hatására megy végbe a folyamat. A diffúziós folyamatot „diffúziós kemencéknek” nevezett rendszerekben hajtják végre. Meglehetősen drága és nagyon pontos.
Az adalékanyagoknak három fő forrása van: gáznemű, folyékony és szilárd halmazállapotú, és a gáznemű források a legszélesebb körben használtak ebben a technikában (Megbízható és kényelmes források: BF3, PH3, AsH3). Ebben a folyamatban a forrásgáz reakcióba lép az ostya felületén lévő oxigénnel, ami dópoló oxidot eredményez. Ezután szilíciumba diffundál, egyenletes adalékanyag-koncentrációt képezve a felületen. A folyékony források kétféle formában állnak rendelkezésre: buborékoló és centrifugálás adalékanyagon. A buborékolók a folyadékot gőzzé alakítják, hogy reagáljanak az oxigénnel, majd dópoló oxidot képezzenek az ostya felületén. A centrifugálás az adalékanyagokra olyan oldatok, amelyek száradó formában adalékolt SiO2 rétegeket tartalmaznak. A szilárd források két formát foglalnak magukban: tabletta vagy szemcsés forma és korong vagy ostya forma. A bór-nitrid (BN) korongok a leggyakrabban használt szilárd források, amelyek 750–1100 0C-on oxidálhatók.
Egy anyag egyszerű diffúziója (kék) egy félig áteresztő membránon (rózsaszín) keresztüli koncentrációgradiens miatt.
Mi az ionbeültetés?
Az ionimplantáció egy másik technika a szennyeződések (adalékanyagok) félvezetőkbe való bejuttatására. Ez egy alacsony hőmérsékletű technika. Ezt a magas hőmérsékletű diffúzió alternatívájának tekintik az adalékanyagok bevezetésénél. Ebben a folyamatban nagy energiájú ionok nyalábja irányul a cél félvezető felé. Az ionok ütközése a rácsatomokkal a kristályszerkezet torzulását eredményezi. A következő lépés a lágyítás, amelyet a torzítási probléma kijavítása követ.
Az ionimplantációs technika egyes előnyei közé tartozik a mélységprofil és az adagolás pontos szabályozása, kevésbé érzékeny a felülettisztítási eljárásokra, és maszkanyagok széles választékával rendelkezik, például fotoreziszt, poli-Si, oxidok és fém.
Mi a különbség a diffúziós és az ionbeültetés között?
• A diffúzió során a részecskék véletlenszerű mozgással terjednek a magasabb koncentrációjú régiókból az alacsonyabb koncentrációjú régiókba. Az ionbeültetés magában foglalja a szubsztrátum ionokkal történő bombázását, ami nagyobb sebességre gyorsítja fel.
• Előnyök: A diffúzió nem okoz károsodást, és tételes gyártás is lehetséges. Az ionbeültetés alacsony hőmérsékletű folyamat. Lehetővé teszi a pontos adag és a mélység szabályozását. Az ionbeültetés a vékony oxid- és nitridrétegeken keresztül is lehetséges. Rövid feldolgozási időket is tartalmaz.
• Hátrányok: A diffúzió a szilárd anyag oldhatóságára korlátozódik, és ez egy magas hőmérsékletű folyamat. A sekély csomópontok és az alacsony dózisok megnehezítik a diffúzió folyamatát. Az ionbeültetés többletköltséggel jár a lágyítási folyamatért.
• A diffúzió izotróp adalékanyag profillal rendelkezik, míg az ionimplantáció anizotrop adalékanyag profillal rendelkezik.
Összefoglaló:
Ionbeültetés kontra diffúzió
A diffúzió és az ionimplantáció a szennyeződések félvezetőkbe (szilícium – Si) bejuttatásának két módja a hordozó többségének és a rétegek ellenállásának szabályozására. A diffúzió során az adalékanyag atomok a felületről a szilícium felé haladnak a koncentráció gradiens segítségével. Ez szubsztitúciós vagy intersticiális diffúziós mechanizmusokon keresztül történik. Az ionimplantáció során az adalékanyag atomokat erőteljesen hozzáadják a szilíciumhoz egy energikus ionsugár befecskendezésével. A diffúzió magas hőmérsékletű folyamat, míg az ionimplantáció alacsony hőmérsékletű folyamat. Az adalékanyag koncentrációja és a csatlakozási mélység szabályozható az ionimplantáció során, de nem szabályozható a diffúziós folyamatban. A diffúzió izotróp adalékanyag profillal rendelkezik, míg az ionimplantáció anizotrop adalékanyag profillal rendelkezik.
