主な違い – イオン注入と拡散の違い
半導体に関連する用語として、イオン注入と拡散があります。
この2つは、半導体の製造に関わるプロセスです。
イオン注入は、マイクロチップの製造に用いられる基本的なプロセスです。
低温で、特定の元素のイオンをターゲットに向けて加速し、ターゲットの化学的・物理的特性を変化させるプロセスです。
拡散とは、物質中の不純物の移動と定義できる。
半導体に不純物を導入する際の主な手法です。
イオン注入と拡散の主な違いは、イオン注入が等方的で非常に方向性があるのに対し、拡散は等方的で横方向の拡散を伴うことである。
イオン注入とは
イオン注入とは、低温で物質の化学的・物理的性質を変化させる加工法です。
このプロセスでは、特定の元素のイオンをターゲットに向けて加速し、ターゲットの化学的および物理的特性を変化させる。
この技術は、主に半導体デバイスの製造に使用されています。
加速されたイオンは、ターゲットの組成を変化させることができます（これらのイオンがターゲット内で停止し、残留する場合）。
ターゲットの物理的・化学的変化は、高エネルギーでイオンを衝突させた結果生じるものです。
イオン注入技術
イオン注入装置には、イオン源が必要である。
このイオン源から目的の元素のイオンを発生させる。
このイオンを加速器で静電的に高エネルギーに加速します。
このイオンは、植え込まれる物質であるターゲットに当たります。
各イオンは原子または分子です。
ターゲットに注入されるイオンの量を線量という。
しかし、注入のために供給される電流は小さいので、一定時間に注入できる線量も小さくなる。
そのため、より小さな化学変化が必要な場合に使用される。
イオン注入の主な用途のひとつに、半導体のドーピングがあります。
ドーピングとは、半導体の電気的特性を変化させるために、不純物を導入することである。
：図1 イオン注入装置
イオン注入技術の優位性
イオン注入の利点は、プロファイル/注入の用量と深さを正確に制御できることです。
また、低温プロセスであるため、耐熱性のある装置が不要です。
また、マスキング材料（イオンを生成する材料）の選択肢が多く、横方向の線量の均一性に優れていることも利点です。
拡散とは
拡散とは、物質内部で不純物が移動することと定義することができます。
ここでは、その物質が半導体と呼ばれるものです。
この技術は、移動する物質の濃度勾配を利用したものです。
したがって、意図的なものではありません。
しかし、意図的に拡散を行うこともあります。
これは、拡散炉と呼ばれる装置で行われる。
ドーパントとは、半導体に所望の電気的特性を持たせるために用いられる物質です。
ドーパントには大きく分けて、気体、液体、固体の3つの形態があります。
しかし、拡散技術では気体状のドーパントが広く使用されている。
ガス源の例としては、AsH3、PH3、B2H6などがあります。
拡散過程
拡散には大きく分けて以下の2つのステップがあります。
これらのステップを経て、ドープ領域が形成される。
前置詞（投与量制御用）
気相拡散、固相拡散などの手法により、ドーパント原子をターゲットに制御可能に導入するステップです。
図2：ドーパントの導入
ドライブイン（プロファイル制御用）
このステップでは、導入したドーパントをさらにドーパント原子を導入することなく、物質の深部に追い込みます。
イオン注入と拡散の違い
定義
イオン注入。
イオン注入は、材料の化学的および物理的特性を変えるために使用される低温プロセスです。
拡散。
拡散とは、物質中の不純物が移動すること。
プロセスの性質
イオンの注入。
イオン注入は等方的で、非常に指向性が高い。
拡散。
拡散は等方的であり、主に横方向への拡散が含まれる。
温度条件
イオンを注入する。
イオン注入は低温で行われる。
拡散。
高温で拡散させる。
ドーパントの制御
イオン注入。
イオン注入では、ドーパントの量を制御することができる。
拡散。
拡散ではドーパントの量を制御できない。
被害状況
イオン注入。
イオン注入は、ターゲット表面にダメージを与えることがあります。
拡散。
拡散はターゲット表面にダメージを与えない。
コスト
イオン注入。
イオン注入は特殊な装置が必要なため、より高価になる。
拡散。
イオン注入に比べ安価。
結論
イオン注入と拡散は、半導体の製造に用いられる2つの技術であり、他のいくつかの材料にも用いられている。
イオン注入と拡散の主な違いは、イオン注入は等方的で非常に方向性があるのに対し、拡散は等方的で横方向の拡散があることである。
