Khuếch tán và Cấy ion
Sự khác biệt giữa khuếch tán và cấy ion có thể được hiểu khi bạn hiểu khuếch tán và cấy ion là gì. Trước hết, cần đề cập rằng khuếch tán và cấy ion là hai thuật ngữ liên quan đến chất bán dẫn. Chúng là các kỹ thuật được sử dụng để đưa các nguyên tử dopant vào chất bán dẫn. Bài viết này nói về hai quy trình, sự khác biệt chính, ưu điểm và nhược điểm của chúng.
Diffusion là gì?
Khuếch tán là một trong những kỹ thuật chính được sử dụng để đưa các tạp chất vào chất bán dẫn. Phương pháp này xem xét chuyển động của dopant ở quy mô nguyên tử và về cơ bản, quá trình xảy ra là kết quả của gradient nồng độ. Quá trình khuếch tán được thực hiện trong hệ thống gọi là “lò khuếch tán”. Nó khá đắt và rất chính xác.
Có ba nguồn chính của chất làm mờ: thể khí, chất lỏng và chất rắn và các nguồn thể khí là nguồn được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật này (Nguồn đáng tin cậy và tiện lợi: BF3, PH3, AsH3). Trong quá trình này, khí nguồn phản ứng với oxy trên bề mặt wafer tạo ra một oxit dopant. Tiếp theo, nó khuếch tán vào Silicon, tạo thành một nồng độ dopant đồng nhất trên bề mặt. Nguồn chất lỏng có sẵn ở hai dạng: bong bóng và quay trên dopant. Bong bóng chuyển đổi chất lỏng thành hơi để phản ứng với oxy và sau đó tạo thành oxit dopant trên bề mặt tấm wafer. Spin on dopants là dung dịch làm khô dạng pha tạp SiO2lớp. Nguồn rắn bao gồm hai dạng: dạng viên hoặc dạng hạt và dạng đĩa hoặc dạng tấm. Đĩa boron nitride (BN) là nguồn rắn được sử dụng phổ biến nhất có thể bị oxy hóa ở 750 - 11000C.
Sự khuếch tán đơn giản của một chất (màu xanh lam) do gradient nồng độ qua màng bán thấm (màu hồng).
Cấy ion là gì?
Cấy ion là một kỹ thuật khác đưa các tạp chất (dopants) vào chất bán dẫn. Đó là một kỹ thuật nhiệt độ thấp. Đây được coi là một giải pháp thay thế cho sự khuếch tán ở nhiệt độ cao để đưa vào các chất dopants. Trong quá trình này, một chùm ion năng lượng cao được nhắm vào chất bán dẫn mục tiêu. Sự va chạm của các ion với các nguyên tử mạng tinh thể dẫn đến sự biến dạng của cấu trúc tinh thể. Bước tiếp theo là ủ, sau đó là để khắc phục sự cố méo tiếng.
Một số ưu điểm của kỹ thuật cấy ion bao gồm kiểm soát chính xác cấu hình độ sâu và liều lượng, ít nhạy cảm hơn với các quy trình làm sạch bề mặt và nó có nhiều lựa chọn vật liệu mặt nạ như chất cản quang, poly-Si, oxit và kim loại.
Sự khác biệt giữa Khuếch tán và Cấy Ion là gì?
• Trong sự khuếch tán, các hạt được lan truyền thông qua chuyển động ngẫu nhiên từ vùng có nồng độ cao hơn đến vùng có nồng độ thấp hơn. Cấy ion liên quan đến việc bắn phá chất nền với các ion, tăng tốc đến vận tốc cao hơn.
• Ưu điểm: Sự khuếch tán không tạo ra thiệt hại và cũng có thể chế tạo hàng loạt. Cấy ion là một quá trình ở nhiệt độ thấp. Nó cho phép bạn kiểm soát liều lượng chính xác và độ sâu. Cấy ion cũng có thể được thực hiện thông qua các lớp mỏng của oxit và nitrit. Nó cũng bao gồm thời gian xử lý ngắn.
• Nhược điểm: Sự khuếch tán bị giới hạn ở khả năng hòa tan rắn và nó là một quá trình ở nhiệt độ cao. Các điểm nối nông và liều lượng thấp gây khó khăn cho quá trình khuếch tán. Cấy ion liên quan đến chi phí nhỏ hơn quảng cáo cho quá trình ủ.
• Sự khuếch tán có cấu hình dopant đẳng hướng trong khi sự cấy ion có cấu hình dopant dị hướng.
Tóm tắt:
Cấy ion vs Khuếch tán
Khuếch tán và cấy ion là hai phương pháp đưa tạp chất vào chất bán dẫn (Silicon - Si) để kiểm soát phần lớn loại hạt tải điện và điện trở suất của các lớp. Trong sự khuếch tán, các nguyên tử dopant di chuyển từ bề mặt vào Silicon nhờ gradien nồng độ. Nó thông qua cơ chế khuếch tán thay thế hoặc qua kẽ. Trong quá trình cấy ion, các nguyên tử dopant được thêm vào Silicon một cách mạnh mẽ bằng cách tiêm một chùm ion năng lượng. Khuếch tán là một quá trình nhiệt độ cao trong khi cấy ion là một quá trình nhiệt độ thấp. Nồng độ chất pha tạp và độ sâu tiếp giáp có thể được kiểm soát trong quá trình cấy ion, nhưng nó không thể được kiểm soát trong quá trình khuếch tán. Sự khuếch tán có cấu hình dopant đẳng hướng trong khi sự cấy ion có cấu hình dopant dị hướng.
