דיפוזיה לעומת השתלת יונים
ניתן להבין את ההבדל בין דיפוזיה והשתלת יונים לאחר שתבינו מהי דיפוזיה והשתלת יונים. קודם כל, יש להזכיר שדיפוזיה והשתלת יונים הם שני מונחים הקשורים למוליכים למחצה. הן הטכניקות המשמשות להחדרת אטומי דופנט לתוך מוליכים למחצה. מאמר זה עוסק בשני התהליכים, ההבדלים העיקריים ביניהם, היתרונות והחסרונות.
מה זה דיפוזיה?
דיפוזיה היא אחת הטכניקות העיקריות המשמשות להחדרת זיהומים למוליכים למחצה. שיטה זו בוחנת את תנועת הדופנט בקנה מידה אטומי, ובעצם התהליך מתרחש כתוצאה משיפוע הריכוז.תהליך הדיפוזיה מתבצע במערכות הנקראות "תנורי דיפוזיה". זה די יקר ומדויק מאוד.
ישנם שלושה מקורות עיקריים של חומרים דומים: גזים, נוזלים ומוצקים, והמקורות הגזים הם המקורות הנפוצים ביותר בטכניקה זו (מקורות אמינים ונוחים: BF3, PH3, AsH3). בתהליך זה, גז המקור מגיב עם חמצן על פני הפרוסה וכתוצאה מכך נוצרת תחמוצת דופנטית. לאחר מכן, הוא מתפזר לתוך הסיליקון, ויוצר ריכוז סמים אחיד על פני השטח. מקורות נוזלים זמינים בשתי צורות: בועות וספין על דופט. בועות הופכות נוזל לאדים כדי להגיב עם חמצן ולאחר מכן ליצור תחמוצת דופנטית על פני הפרוסה. ספין על דופטנטים הם תמיסות של ייבוש צורה מסוממות SiO2 שכבות. מקורות מוצקים כוללים שתי צורות: טבליות או גרגירים וצורת דיסק או רקיק. דיסקים של בורון ניטריד (BN) הם המקור המוצק הנפוץ ביותר שניתן לחמצן ב-750 - 1100 0C.
דיפוזיה פשוטה של חומר (כחול) עקב שיפוע ריכוז על פני קרום חדיר למחצה (ורוד).
מהי השתלת יונים?
השתלת יונים היא טכניקה נוספת להחדרת זיהומים (דופטנטים) למוליכים למחצה. זוהי טכניקה בטמפרטורה נמוכה. זה נחשב כאלטרנטיבה לדיפוזיה בטמפרטורה גבוהה להחדרת דופנטים. בתהליך זה, קרן של יונים אנרגטיים מאוד מכוונת אל מולך למחצה היעד. ההתנגשויות של היונים עם אטומי הסריג גורמות לעיוות של מבנה הגביש. השלב הבא הוא חישול, אשר מתבצע כדי לתקן את בעיית העיוות.
כמה יתרונות של טכניקת השתלת יונים כוללים שליטה מדויקת על פרופיל העומק והמינון, פחות רגיש להליכי ניקוי משטחים, ויש לה מבחר רחב של חומרי מסכה כגון פוטו-רזיסט, פולי-Si, תחמוצות ומתכת.
מה ההבדל בין דיפוזיה והשתלת יונים?
• בדיפוזיה, חלקיקים מתפזרים בתנועה אקראית מאזורי ריכוז גבוהים לאזורים בעלי ריכוז נמוך יותר. השתלת יונים כרוכה בהפצצת המצע עם יונים, האצה למהירויות גבוהות יותר.
• יתרונות: דיפוזיה לא יוצרת נזק וגם ייצור אצווה אפשרי. השתלת יונים היא תהליך בטמפרטורה נמוכה. זה מאפשר לך לשלוט במינון המדויק ובעומק. השתלת יונים אפשרית גם דרך השכבות הדקות של תחמוצות וניטרידים. זה כולל גם זמני תהליך קצרים.
• חסרונות: הדיפוזיה מוגבלת למסיסות מוצקים וזהו תהליך בטמפרטורה גבוהה. צמתים רדודים ומינונים נמוכים קשים בתהליך הדיפוזיה. השתלת יונים כרוכה בעלות נוספת עבור תהליך החישול.
• לדיפוזיה יש פרופיל סימול איזוטרופי ואילו להשתלת יונים יש פרופיל חומרי סימום אנזוטרופי.
סיכום:
השתלת יונים לעומת דיפוזיה
דיפוזיה והשתלת יונים הן שתי שיטות להחדרת זיהומים למוליכים למחצה (סיליקון - Si) כדי לשלוט על סוג הרוב של הנשא ועל ההתנגדות של שכבות. בדיפוזיה, אטומי דופנט נעים משטח פני השטח לסיליקון באמצעות שיפוע הריכוז. זה מתבצע באמצעות מנגנוני דיפוזיה חלופיים או בין-סטיציאליים. בהשתלת יונים, אטומים סמים מתווספים בכוח לסיליקון על ידי הזרקת קרן יונים אנרגטית. דיפוזיה היא תהליך בטמפרטורה גבוהה ואילו השתלת יונים היא תהליך בטמפרטורה נמוכה. ניתן לשלוט בריכוז הדופנט ובעומק הצומת בהשתלת יונים, אך לא ניתן לשלוט בו בתהליך הדיפוזיה. לדיפוזיה יש פרופיל סימול איזוטרופי ואילו להשתלת יונים יש פרופיל סימול אנזוטרופי.
