Різниця між дифузійною та іонною імплантацією

Дифузія vs Іонна імплантація
 

Різниця між дифузійною та іонною імплантацією можна зрозуміти, коли ви зрозумієте, що таке дифузія та іонна імплантація. Перш за все, слід зазначити, що дифузія та іонна імплантація - це два терміни, пов'язані з напівпровідниками. Це методи, які використовуються для введення атомів легуючих речовин у напівпровідники. У цій статті йдеться про два процеси, їх основні відмінності, переваги та недоліки.

Що таке дифузія?

Дифузія - одна з основних методик, що застосовуються для введення домішок у напівпровідники. Цей метод розглядає рух допанта в атомному масштабі і, в основному, процес відбувається в результаті градієнта концентрації. Процес дифузії здійснюється в системах, званих «дифузійні печі”. Це досить дорого і дуже точно.

Існує три основні джерела допанів: газоподібні, рідкі та тверді речовини газоподібні джерела є одним із найбільш широко використовуваних у цій техніці (Надійні та зручні джерела: BF₃, PH₃, Зола₃). У цьому процесі вихідний газ вступає в реакцію з киснем на поверхні пластини, внаслідок чого утворюється оксид допанту. Далі він дифундує в кремній, утворюючи рівномірну концентрацію легуючих речовин по всій поверхні. Рідкі джерела випускаються у двох формах: бульбашки та віджимання на допанті. Бульбашки перетворюють рідину в пару, щоб реагувати з киснем, а потім утворювати оксид допанту на поверхні пластини. Спінінг на допантах - це розчини висушеної форми, леговані SiO₂ шарами. Тверді джерела включають дві форми: таблетовану або зернисту форму та форму диска або вафель. Диски нітриду бору (BN) найчастіше використовують тверде джерело, яке може бути окислене при 750 - 1100 ⁰С.

Проста дифузія речовини (синя) за рахунок градієнта концентрації через напівпроникну мембрану (рожевий).

Що таке Іонна імплантація?

Іонна імплантація - ще одна техніка введення домішок (допантів) у напівпровідники. Це низькотемпературна техніка. Це розглядається як альтернатива високотемпературній дифузії для введення дофантів. У цьому процесі пучок високоенергетичних іонів спрямований на цільовий напівпровідник. Зіткнення іонів з атомами решітки призводить до спотворення кристалічної структури. Наступний крок - відпал, який виконується для усунення проблеми спотворення.

Деякі переваги техніки іонної імплантації включають точний контроль профілю та дозування глибини, менш чутливий до процедур очищення поверхні, і він має широкий вибір матеріалів для масок, таких як фоторезист, полі-Si, оксиди та метал.

Яка різниця між дифузійною та іонною імплантацією?

• При дифузії частинки поширюються випадковим рухом від регіонів вищої концентрації до регіонів нижчої концентрації. Іонна імплантація передбачає бомбардування підкладки іонами, прискорення до більшої швидкості.

• Переваги: Дифузія не створює ніяких пошкоджень, також можливе виготовлення партії. Іонна імплантація - це низькотемпературний процес. Це дозволяє контролювати точну дозу і глибину. Іонна імплантація можлива також через тонкі шари оксидів і нітридів. Він також включає короткий час обробки.

• Недоліки: Дифузія обмежується твердою розчинністю і це високотемпературний процес. Неглибокі з'єднання і низькі дози утруднюють процес дифузії. Іонна імплантація передбачає додаткові витрати на процес відпалу.

• Дифузія має ізотропний профіль легуючих речовин, тоді як іонна імплантація має анізотропний профіль легуючих речовин..

Підсумок:

Іонна імплантація проти дифузії

Дифузія та іонна імплантація - це два способи введення домішок до напівпровідників (Silicon - Si) для контролю мажоритарного типу носія та питомого опору шарів. При дифузії атоми легуючих речовин переміщуються з поверхні в кремній за допомогою градієнта концентрації. Це здійснюється через замісні або інтерстиціальні дифузійні механізми. При іонній імплантації атоми легуючих речовин сильно додаються в кремній шляхом введення енергетичного іонного пучка. Дифузія - це високотемпературний процес, тоді як іонна імплантація - це низькотемпературний процес. Концентрацію допанта та глибину стику можна контролювати при імплантації іонів, але це неможливо контролювати в процесі дифузії. Дифузія має ізотропний допантний профіль, тоді як іонна імплантація має анізотропний профіль легуючих речовин..

Надано зображення:

1. Проста дифузія речовини (синя) за рахунок градієнта концентрації через напівпроникну мембрану (рожевий) від Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)