主な違い – イオン注入と拡散
イオン注入と拡散という用語は、半導体に関連しています。これらは、半導体の製造に関与する2つのプロセスです。イオン注入は、マイクロチップの製造に使用される基本的なプロセスです。これは、ターゲットに向かって特定の元素のイオンを加速し、ターゲットの化学的および物理的特性を変化させる低温プロセスです。拡散は、物質内の不純物の動きとして定義できます。これは、半導体に不純物を導入するために使用される主要な技術です。イオン注入と拡散の主な違いは、イオン注入は等方性で非常に指向性が高いのに対し、拡散は等方性で横方向の拡散を伴うことです。
対象となる主な分野
1.イオン注入とは
– 定義、理論、技術、利点
2.拡散とは
– 定義、プロセス
3.イオン注入と拡散の違いは何ですか
– 主な相違点の比較
重要な用語:原子、拡散、ドーパント、ドーピング、イオン、イオン注入、半導体
イオン注入とは
イオン注入は、材料の化学的および物理的特性を変化させるために使用される低温プロセスです。このプロセスには、ターゲットの化学的および物理的特性を変更するために、ターゲットに向かって特定の元素のイオンを加速することが含まれます。この技術は、主に半導体デバイスの製造に使用されます。
加速されたイオンはターゲットの組成を変える可能性があります (これらのイオンが停止してターゲット内に留まる場合)。ターゲットの物理的および化学的変化は、イオンを高エネルギーで衝突させた結果です。
イオン注入法
イオン注入装置にはイオン源が含まれている必要があります。このイオン源は、目的の元素のイオンを生成します。加速器は、静電手段によってイオンを高エネルギーに加速するために使用されます。これらのイオンは、注入される材料であるターゲットに衝突します。各イオンは、原子または分子のいずれかです。ターゲットに注入されるイオンの量は、ドーズとして知られています。しかし、注入のために供給される電流が小さいので、所定の時間に注入できるドーズ量も小さい。したがって、この手法は、より小さな化学変化が必要な場合に使用されます。
イオン注入の主な用途の 1 つは、半導体のドーピングです。ドーピングとは、半導体の電気特性を変更するために半導体に不純物を導入する概念です。
図 1:イオン注入装置
イオン注入技術の利点
イオン注入の利点には、プロファイル/注入の線量と深さの正確な制御が含まれます。低温プロセスのため、耐熱設備は必要ありません。その他の利点には、（イオンが生成される）マスキング材料の幅広い選択と優れた横線量均一性が含まれます。
拡散とは
拡散は、物質内の不純物の動きとして定義できます。ここでいう物質とは、私たちが半導体と呼んでいるものです。この手法は、移動する物質の濃度勾配に基づいています。したがって、それは意図的ではありません。ただし、意図的に拡散を行う場合もあります。これは拡散炉と呼ばれるシステムで行われます。
ドーパントは、半導体に必要な電気的特性を生み出すために使用される物質です。ドーパントには、気体、液体、固体の 3 つの主な形態があります。しかし、ガス状ドーパントは拡散技術で広く使用されています。ガス源の例として、AsH3 があります。 、PH3、 そしてB2 H6 .
拡散プロセス
拡散には次の 2 つの主要なステップがあります。これらの手順は、ドープ領域を作成するために使用されます。
プレデポジション（線量制御用）
このステップでは、気相拡散や固相拡散などの方法により、目的のドーパント原子がターゲットに制御可能に導入されます。
図 2:ドーパントの導入
ドライブイン (プロファイル制御用)
このステップでは、導入されたドーパントは、ドーパント原子をさらに導入することなく、物質の奥深くまで押し込まれます。
イオン注入と拡散の違い
定義
イオン注入: イオン注入は、材料の化学的および物理的特性を変化させるために使用される低温プロセスです。
拡散: 拡散は、物質内の不純物の動きとして定義できます。
プロセスの性質
イオン注入: イオン注入は等方性であり、指向性が非常に高いです。
拡散: 拡散は等方性であり、主に横方向の拡散が含まれます。
温度要件
イオン注入: イオン注入は低温で行われます。
拡散: 拡散は高温で行われます。
ドーパントの制御
イオン注入: ドーパントの量は、イオン注入で制御できます。
拡散: ドーパントの量は拡散では制御できません。
ダメージ
イオン注入: イオン注入により、ターゲットの表面が損傷する場合があります。
拡散: 拡散はターゲットの表面にダメージを与えません。
費用
イオン注入: イオン注入はより特殊な機器を必要とするため、より高価です。
拡散: 拡散は、イオン注入に比べて安価です。
結論
イオン注入と拡散は、他の材料を使用した半導体の製造に使用される 2 つの技術です。イオン注入と拡散の主な違いは、イオン注入は等方性で非常に指向性が高いのに対し、拡散は等方性で横方向の拡散があることです。
参照:
1.「イオン注入」。ウィキペディア、ウィキメディア財団、2018 年 1 月 11 日、こちらから入手可能。
2. イオン注入と熱拡散。 JHAT、こちらから入手できます。
画像提供:
1.「LAAS 0521 のイオン注入機」Guillaume Paumier (ユーザー:guillom) 著 – Commons Wikimedia 経由の自作 (CC BY-SA 3.0)
2.「MOSFET 製造 – 1 – n ウェル拡散」Inductiveload 著– コモンズ ウィキメディア経由の自身の作品 (パブリック ドメイン)
