Diffusie versus ionenimplantatie
Verschil tussen diffusie en ionenimplantatie kan worden begrepen als je eenmaal begrijpt wat diffusie en ionenimplantatie is. Allereerst moet worden vermeld dat diffusie en ionenimplantatie twee termen zijn die verband houden met halfgeleiders. Het zijn de technieken die worden gebruikt om doteringsatomen in halfgeleiders te introduceren. Dit artikel gaat over de twee processen, hun belangrijkste verschillen, voor- en nadelen.
Wat is diffusie?
Diffusie is een van de belangrijkste technieken die worden gebruikt om onzuiverheden in halfgeleiders te introduceren. Deze methode houdt rekening met de beweging van doteerstof op atomaire schaal en in feite vindt het proces plaats als gevolg van de concentratiegradiënt. Het diffusieproces wordt uitgevoerd in systemen die "diffusieovens" worden genoemd. Het is vrij duur en zeer nauwkeurig.
Er zijn drie hoofdbronnen van doteermiddelen: gasvormig, vloeibaar en vast en de gasvormige bronnen worden het meest gebruikt in deze techniek (betrouwbare en handige bronnen: BF3, PH3, AsH3). In dit proces reageert het brongas met zuurstof op het wafeloppervlak, wat resulteert in een doteringsoxide. Vervolgens diffundeert het in silicium, waardoor een uniforme doteringsconcentratie over het oppervlak wordt gevormd. Vloeibare bronnen zijn verkrijgbaar in twee vormen: bubblers en spin-on-dotering. Bubblers zetten vloeistof om in damp om te reageren met zuurstof en vervolgens om een doteringsoxide op het wafeloppervlak te vormen. Spin on doteermiddelen zijn oplossingen van drogende vorm gedoteerde SiO2 lagen. Vaste bronnen omvatten twee vormen: tablet- of korrelvorm en schijf- of wafelvorm. Boornitride (BN) schijven zijn de meest gebruikte vaste bron die kan worden geoxideerd bij 750 – 1100 0C.
Eenvoudige diffusie van een stof (blauw) door een concentratiegradiënt over een semi-permeabel membraan (roze).
Wat is ionenimplantatie?
Ionenimplantatie is een andere techniek om onzuiverheden (doteermiddelen) in halfgeleiders te introduceren. Het is een techniek bij lage temperaturen. Dit wordt beschouwd als een alternatief voor diffusie bij hoge temperatuur voor het inbrengen van doteermiddelen. In dit proces wordt een bundel van zeer energetische ionen gericht op de doelhalfgeleider. De botsingen van de ionen met de roosteratomen resulteren in de vervorming van de kristalstructuur. De volgende stap is gloeien, die wordt gevolgd om het vervormingsprobleem te verhelpen.
Enkele voordelen van de ionenimplantatietechniek zijn onder meer nauwkeurige controle van diepteprofiel en dosering, minder gevoelig voor oppervlaktereinigingsprocedures en het heeft een brede selectie maskermaterialen zoals fotoresist, poly-Si, oxiden en metaal.
Wat is het verschil tussen diffusie en ionenimplantatie?
• Bij diffusie worden deeltjes door willekeurige beweging verspreid van gebieden met een hogere concentratie naar gebieden met een lagere concentratie. Ionenimplantatie omvat het bombardement van het substraat met ionen, die versnellen tot hogere snelheden.
• Voordelen: Diffusie veroorzaakt geen schade en batchfabricage is ook mogelijk. Ionenimplantatie is een proces bij lage temperatuur. Hiermee kunt u de precieze dosis en de diepte regelen. Ionenimplantatie is ook mogelijk door de dunne lagen oxiden en nitriden. Het omvat ook korte procestijden.
• Nadelen: Diffusie is beperkt tot de oplosbaarheid van vaste stoffen en het is een proces bij hoge temperatuur. Ondiepe overgangen en lage doseringen zijn moeilijk het diffusieproces. Ionenimplantatie brengt extra kosten met zich mee voor het gloeiproces.
• Diffusie heeft een isotroop doteringsprofiel, terwijl ionenimplantatie een anisotroop doteringsprofiel heeft.
Samenvatting:
Ionenimplantatie versus diffusie
Diffusie en ionenimplantatie zijn twee methoden om onzuiverheden in halfgeleiders (Silicium - Si) te introduceren om het meerderheidstype van de drager en de soortelijke weerstand van lagen te regelen. Bij diffusie verplaatsen doteeratomen zich van het oppervlak naar Silicium door middel van de concentratiegradiënt. Het is via substitutie- of interstitiële diffusiemechanismen. Bij ionenimplantatie worden doteringsatomen krachtig toegevoegd aan Silicium door een energetische ionenstraal te injecteren. Diffusie is een proces bij hoge temperatuur, terwijl ionenimplantatie een proces bij lage temperatuur is. Doteringsconcentratie en de junctiediepte kunnen worden gecontroleerd bij ionenimplantatie, maar het kan niet worden gecontroleerd in het diffusieproces. Diffusie heeft een isotroop doteringsprofiel, terwijl ionenimplantatie een anisotroop doteringsprofiel heeft.
