熱擴散與離子佈植的差異:摻雜方法比較
兩者都是將雜質(摻雜物)原子導入矽中,以控制電氣特性的方法。熱擴散是在高溫下,讓摻雜物從原料擴散進去。離子佈植則是將摻雜物的離子加速,打入晶圓。佈植對於要放入多少量、放在哪裡,能控制得精確許多,因此在現代大部分IC的摻雜中取代了擴散。不過,需要退火(熱處理)來修復晶體。
| 項目 | 熱擴散 | 離子佈植 |
|---|---|---|
| 原理 | 在高溫的矽(約900〜1,100 ℃)中,摻雜物依濃度梯度,從氣體、固體或膜的原料擴散進去 | 以電場將摻雜物的離子加速(keV〜MeV),打入晶圓 |
| 劑量控制 | 困難。受表面濃度、溫度、時間影響 | 精確。劑量可用離子電流量測 |
| 深度方向分布 | 表面濃度最高,愈深愈低 | 峰值位於表面之下,深度由離子的能量決定 |
| 方向性 | 等向。也會橫向擴散到光罩下方 | 大致具方向性。光阻光罩就足夠 |
| 溫度 | 整個過程都是高溫 | 佈植期間接近室溫。但之後需要高溫退火 |
| 晶體損傷 | 少 | 晶格會受損。以退火修復,並使摻雜物活化 |
| 淺接面 | 微細尺寸下困難 | 適合。可用低能量將摻雜物放在靠近表面處 |
| 設備成本 | 便宜。簡單的爐管 | 高。離子佈植機龐大且昂貴 |
| 主要用途 | 深井的驅入、太陽能電池的射極、舊製程 | 源極、汲極、井、臨界電壓調整。現代幾乎所有IC |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。