Was ist Diffusionsprozess

Bei Doping werden eine Dosis von Unreinheiten in Halbleitermaterialien eingeführt, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verändern. Diffusion und Ionenimplantation sind zwei Methoden der Dotierung. Eine frühe Verunreinigungsdotierung wurde hauptsächlich durch Hochtemperaturdiffusion erreicht.

Diffusionsablagerungen Verunreinigungsatome auf die Oberfläche von aSubstratwaferaus einer Dampfquelle oder einem dotierten Oxid. Die Verunreinigungskonzentration nimmt monoton von der Oberfläche zur Masse ab, und die Verteilung der Verunreinigung wird hauptsächlich durch die Diffusionstemperatur und die Zeit bestimmt. Die Ionenimplantation beinhaltet die Injektion von Dopanzionen in den Halbleiter unter Verwendung eines Ionenstrahls. Die Verunreinigungskonzentration hat eine Spitzenverteilung innerhalb des Halbleiters, und die Verteilung der Verunreinigung wird durch die Ionendosis und die Implantationsenergie bestimmt.

Während des Diffusionsprozesses wird der Wafer typischerweise in einem streng temperaturgesteuerten Quarz-Hochtemperaturofenofenrohr platziert und ein Gasgemisch, das den gewünschten Dotiermittel enthält, eingeführt. Für Si-Diffusionsprozesse ist Bor der am häufigsten verwendete P-Typ-Dotiermittel, während Phosphor der am häufigsten verwendete N-Typ-Dotiermittel ist. (Für die SIC-Ionenimplantation ist der P-Typ-Dotiermittel typischerweise Bor oder Aluminium, und das N-Typ-Dotierstoff ist typischerweise Stickstoff.)

Die Diffusion in Halbleitern kann als Atombewegung von Dotierungatomen im Substratgitter durch Leerstellen oder interstitielle Atome angesehen werden.

Bei hohen Temperaturen vibrieren Gitteratome in der Nähe ihrer Gleichgewichtspositionen. Atome an Gitterstellen haben eine gewisse Wahrscheinlichkeit, genügend Energie zu gewinnen, um sich von ihren Gleichgewichtspositionen zu bewegen, wodurch interstitielle Atome erzeugt werden. Dies schafft eine freie Stelle an der ursprünglichen Stelle. Wenn ein nahe gelegenes Verunreinigungsatom einen freien Standort einnimmt, wird dies als Leerstandsdiffusion bezeichnet. Wenn sich ein interstitielles Atom von einer Stelle zum anderen bewegt, wird es interstitielle Diffusion genannt. Atome mit kleineren Atomradien haben im Allgemeinen interstitielle Diffusion. Eine andere Art von Diffusion tritt auf, wenn interstitielle Atome Atome von nahe gelegenen Gitterplätzen verdrängen und ein Ersatzunreinheitsatom in die interstitielle Stelle drücken. Dieses Atom wiederholt diesen Vorgang dann und beschleunigt die Diffusionsrate signifikant. Dies wird als Push-Fill-Diffusion bezeichnet.

Die primären Diffusionsmechanismen von P und B in SI sind Leerstandsdiffusion und Druckfehlerdiffusion.

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