熱拡散とイオン注入の違い：ドーピング方法を比較
どちらも、シリコンに不純物(ドーパント)の原子を入れて、電気的な性質を制御する方法です。熱拡散では、高温でドーパントを原料から拡散させます。イオン注入では、ドーパントのイオンを加速して、ウェハに打ち込みます。注入のほうが、どれだけの量をどこに入れるかを、はるかに正確に制御できます。そのため、現代のICのほとんどのドーピングで拡散に置き換わりました。ただし、結晶を修復するためのアニール(熱処理)が必要です。
| 項目 | 熱拡散 | イオン注入 |
|---|---|---|
| 原理 | 高温のシリコン(約900〜1,100 ℃)に、ガス、固体、膜の原料から、濃度の勾配によってドーパントが拡散する | ドーパントのイオンを電界で加速(keV〜MeV)し、ウェハに打ち込む |
| ドーズ量の制御 | 難しい。表面の濃度、温度、時間に左右される | 正確。ドーズ量をイオン電流として測れる |
| 深さ方向の分布 | 表面の濃度が最も高く、深くなるほど下がる | 表面より下にピークがあり、深さはイオンのエネルギーで決まる |
| 方向性 | 等方的。マスクの下にも横方向に広がる | ほぼ方向性がある。フォトレジストのマスクで足りる |
| 温度 | 全体を通して高温 | 注入中は室温に近い。ただし、そのあと高温のアニールが必要 |
| 結晶のダメージ | 少ない | 格子が傷つく。アニールで修復し、ドーパントを活性化する |
| 浅い接合 | 微細な寸法では難しい | 向いている。低いエネルギーで、表面近くにドーパントを入れられる |
| 装置のコスト | 安い。簡単な炉 | 高い。イオン注入装置は大きく高価 |
| 主な用途 | 深いウェルのドライブイン、太陽電池のエミッタ、古いプロセス | ソース・ドレイン、ウェル、しきい値電圧の調整。現代のほぼすべてのIC |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。