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、半導体の製造に関係する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、特定の元素のイオンをターゲットに向かって加速し、ターゲットの化学的および物理的特性を変化させることを含む低温プロセスです。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な手法です。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ありますが、拡散は等方性で横方向の拡散を伴います。

対象となる主要分野

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 –主な違いの比較

重要な用語：原子、拡散、ドープ、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更するために使用される低温プロセスです。このプロセスでは、特定の元素のイオンをターゲットに向かって加速して、ターゲットの化学的および物理的特性を変更します。この手法は、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に留まる場合）。ターゲットの物理的および化学的変化は、高エネルギーでイオンを打った結果です。

イオン注入技術

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、静電的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、線量として知られています。ただし、注入に供給される電流が小さいため、一定の期間に注入できる線量も小さくなります。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。ドーピングは、半導体の電気的特性を変えるために不純物が半導体に導入されるという概念です。

図1：イオン注入機

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。低温工程ですので、耐熱装置は不要です。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方向の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、物質は私たちが半導体と呼ぶものです。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。しかし、意図的に拡散が行われることもあります。これは、拡散炉と呼ばれるシステムで実行されます。

ドーパントは、半導体に望ましい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つの主要な形態があります。ただし、ガス状ドーパントは拡散技術で広く使用されています。ガス源のいくつかの例はAsHです₃、PH_3, およびB₂NS₆.

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。これらのステップは、ドープされた領域を作成するために使用されます。

事前堆積（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から、目的のドーパント原子を制御可能にターゲットに導入します。

図2：ドーパントの紹介

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、それ以上のドーパント原子を導入することなく、物質の奥深くまで駆動されます。

イオン注入と拡散の違い

意味

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更す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非常に指向性があります。

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： 拡散ではドーパントの量を制御できません。

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： 拡散によってターゲットの表面が損傷することはありません。

費用

イオン注入： イオン注入は、より特定の機器を必要とするため、より高価です。

拡散： 拡散は、イオン注入と比較して安価です。

結論

イオン注入と拡散は、他のいくつかの材料を使用した半導体の製造に使用される2つの手法です。イオン注入と拡散の主な違いは、イオン注入が等方性で非常に指向性があるのに対し、拡散は等方性で横方向の拡散があることです。

リファレンス：

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、こちらから入手できます。 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.「LAAS0521のイオン注入機」ギヨーム・パウミエ（ユーザー：ギロム）–コモンズウィキメディア経由の自作（CC BY-SA 3.0）2。「MOSFET製造– 1 – nウェル拡散」誘導負荷–自作（パブリックドメイン）コモンズウィキメディア経由