Diffusion vs. Ionenimplantation
Der Unterschied zwischen Diffusion und Ionenimplantation kann verstanden werden, sobald Sie verstehen, was Diffusion und Ionenimplantation sind. Zunächst sollte erwähnt werden, dass Diffusion und Ionenimplantation zwei Begriffe im Zusammenhang mit Halbleitern sind. Sie sind die Techniken, die verwendet werden, um Dotierungsatome in Halbleiter einzuführen. In diesem Artikel geht es um die beiden Verfahren, ihre wesentlichen Unterschiede, Vor- und Nachteile.
Was ist Diffusion?
Diffusion ist eine der wichtigsten Techniken zum Einbringen von Verunreinigungen in Halbleiter. Dieses Verfahren berücksichtigt die Bewegung des Dotierstoffs auf atomarer Ebene, und im Grunde geschieht der Prozess als Ergebnis des Konzentrationsgradienten. Der Diffusionsprozess wird in Systemen durchgeführt, die als „Diffusionsöfen“bezeichnet werden. Es ist ziemlich teuer und sehr genau.
Es gibt drei Hauptquellen für Dotierstoffe: gasförmig, flüssig und fest, und die gasförmigen Quellen sind die am weitesten verbreiteten bei dieser Technik (zuverlässige und bequeme Quellen: BF3, PH3, AsH3). Bei diesem Prozess reagiert das Quellengas mit Sauerstoff auf der Waferoberfläche, was zu einem Dotierungsoxid führt. Als nächstes diffundiert es in das Silizium und bildet eine gleichmäßige Dotierstoffkonzentration über die Oberfläche. Flüssige Quellen sind in zwei Formen erhältlich: Bubbler und Spin-on-Dotierungsmittel. Sprudler wandeln Flüssigkeit in Dampf um, um mit Sauerstoff zu reagieren und dann ein Dotierungsoxid auf der Waferoberfläche zu bilden. Aufschleuderdotierungsmittel sind Lösungen zum Trocknen von dotierten SiO-Schichten. Feste Quellen schließen zwei Formen ein: Tabletten- oder Granulatform und Scheiben- oder Waferform. Scheiben aus Bornitrid (BN) sind die am häufigsten verwendete feste Quelle, die bei 750 – 1100 0C oxidiert werden kann.
Einfache Diffusion einer Substanz (blau) aufgrund eines Konzentrationsgradienten über eine semipermeable Membran (rosa).
Was ist Ionenimplantation?
Ionenimplantation ist eine weitere Technik zum Einbringen von Verunreinigungen (Dotierstoffen) in Halbleiter. Es ist eine Niedertemperaturtechnik. Dies wird als Alternative zur Hochtemperaturdiffusion zum Einbringen von Dotierstoffen angesehen. Dabei wird ein Strahl hochenergetischer Ionen auf den Zielhalbleiter gerichtet. Die Kollisionen der Ionen mit den Gitteratomen führen zur Verzerrung der Kristallstruktur. Der nächste Schritt ist das Glühen, dem gefolgt wird, um das Verzerrungsproblem zu beheben.
Zu den Vorteilen der Ionenimplantationstechnik gehören die präzise Steuerung des Tiefenprofils und der Dosierung, die weniger empfindliche Oberfläche bei Reinigungsvorgängen und eine große Auswahl an Maskenmaterialien wie Fotolack, Poly-Si, Oxide und Metall.
Was ist der Unterschied zwischen Diffusion und Ionenimplantation?
• Bei der Diffusion werden Partikel durch zufällige Bewegung von Regionen mit höherer Konzentration zu Regionen mit niedrigerer Konzentration verteilt. Bei der Ionenimplantation wird das Substrat mit Ionen beschossen, die auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden.
• Vorteile: Diffusion verursacht keine Schäden und auch Serienfertigung ist möglich. Die Ionenimplantation ist ein Niedertemperaturprozess. Es ermöglicht Ihnen, die genaue Dosis und die Tiefe zu steuern. Durch die dünnen Schichten aus Oxiden und Nitriden ist auch eine Ionenimplantation möglich. Dazu gehören auch kurze Bearbeitungszeiten.
• Nachteile: Die Diffusion beschränkt sich auf die Feststofflöslichkeit und ist ein Hochtemperaturprozess. Flache Übergänge und niedrige Dosierungen erschweren den Diffusionsprozess. Die Ionenimplantation ist mit zusätzlichen Kosten für den Glühprozess verbunden.
• Diffusion hat ein isotropes Dotierstoffprofil, während Ionenimplantation ein anisotropes Dotierstoffprofil hat.
Zusammenfassung:
Ionenimplantation vs. Diffusion
Diffusion und Ionenimplantation sind zwei Methoden zum Einbringen von Verunreinigungen in Halbleiter (Silizium – Si), um den Majoritätstyp des Trägers und den spezifischen Widerstand von Schichten zu steuern. Bei der Diffusion bewegen sich Dotierstoffatome von der Oberfläche in das Silizium mittels des Konzentrationsgradienten. Dies geschieht über substitutionelle oder interstitielle Diffusionsmechanismen. Bei der Ionenimplantation werden Dotierungsatome zwangsweise in das Silizium eingebracht, indem ein energiereicher Ionenstrahl injiziert wird. Diffusion ist ein Hochtemperaturprozess, während Ionenimplantation ein Niedertemperaturprozess ist. Die Dotierstoffkonzentration und die Übergangstiefe können bei der Ionenimplantation gesteuert werden, aber sie können nicht im Diffusionsprozess gesteuert werden. Die Diffusion hat ein isotropes Dotierstoffprofil, während die Ionenimplantation ein anisotropes Dotierstoffprofil hat.
