拡散プロセスとは何ですか

2025-09-03

ドーピングでは、電気特性を変化させるために、半導体材料に不純物を導入することが含まれます。拡散とイオン移植は、ドーピングの2つの方法です。初期の不純物ドーピングは、主に高温拡散によって達成されました。


拡散堆積物質原子はaの表面に原子を堆積します基板ウェーハ蒸気源またはドープ酸化物から。不純物濃度は表面からバルクに単調に減少し、不純物の分布は主に拡散温度と時間によって決定されます。イオン移植には、イオンビームを使用してドーパントイオンを半導体に注入することが含まれます。不純物濃度は半導体内でピーク分布を持ち、不純物分布はイオン用量と移植エネルギーによって決定されます。


拡散プロセス中、ウェーハは通常、厳密に温度制御された石英高温炉チューブに配置され、目的のドーパントを含むガス混合物が導入されます。 SI拡散プロセスの場合、ホウ素は最も一般的に使用されるP型ドーパントであり、リンは最も一般的に使用されるN型ドーパントです。 (SICイオン移植の場合、p型ドーパントは通常、ホウ素またはアルミニウムであり、n型ドーパントは通常窒素です。)


半導体の拡散は、空室または間質原子を介した基質格子におけるドーパント原子の原子運動と見なすことができます。


高温では、格子原子が平衡位置の近くで振動します。格子サイトの原子は、平衡位置から移動し、間質性原子を作成するのに十分なエネルギーを獲得する確率があります。これにより、元のサイトで空席が作成されます。近くの不純物の原子が空いている場所を占める場合、これは空室拡散と呼ばれます。間質原子があるサイトから別のサイトに移動すると、それは間質性拡散と呼ばれます。原子半径が小さい原子は一般に、間質性拡散を経験します。別のタイプの拡散は、間質性原子が近くの格子部位から原子を変位させ、交換用の不純物原子を間質部位に押し込むと発生します。次に、この原子はこのプロセスを繰り返し、拡散速度を大幅に加速します。これはプッシュフィル拡散と呼ばれます。


SIにおけるPとBの主要な拡散メカニズムは、空孔拡散とプッシュフィル拡散です。


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