आयन प्रत्यारोपण और प्रसार प्रक्रिया

आयन प्रत्यारोपण सेमीकंडक्टर डोपिंग की एक विधि है और सेमीकंडक्टर निर्माण में मुख्य प्रक्रियाओं में से एक है।

डोपिंग क्यों?

शुद्ध सिलिकॉन/आंतरिक सिलिकॉन के अंदर कोई मुक्त वाहक (इलेक्ट्रॉन या छेद) नहीं होता है और इसकी चालकता खराब होती है। सेमीकंडक्टर तकनीक में, डोपिंग में सिलिकॉन के विद्युत गुणों को बदलने के लिए जानबूझकर आंतरिक सिलिकॉन में बहुत कम मात्रा में अशुद्धता परमाणुओं को जोड़ना होता है, जिससे यह अधिक प्रवाहकीय हो जाता है और इस प्रकार विभिन्न सेमीकंडक्टर उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग करने में सक्षम हो जाता है। डोपिंग एन-टाइप डोपिंग या पी-टाइप डोपिंग हो सकती है। एन-प्रकार डोपिंग: सिलिकॉन में पेंटावेलेंट तत्वों (जैसे फॉस्फोरस, आर्सेनिक, आदि) को डोपिंग द्वारा प्राप्त किया गया; पी-प्रकार डोपिंग: त्रिसंयोजक तत्वों (जैसे बोरान, एल्यूमीनियम, आदि) को सिलिकॉन में डोपिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है। डोपिंग विधियों में आमतौर पर थर्मल प्रसार और आयन आरोपण शामिल होते हैं।

थर्मल प्रसार विधि

थर्मल प्रसार अशुद्धता तत्वों को गर्म करके सिलिकॉन में स्थानांतरित करना है। इस पदार्थ का प्रवासन उच्च-सांद्रता अशुद्धता गैस के कारण कम-सांद्रता वाले सिलिकॉन सब्सट्रेट की ओर होता है, और इसका प्रवासन मोड एकाग्रता अंतर, तापमान और प्रसार गुणांक द्वारा निर्धारित होता है। इसका डोपिंग सिद्धांत यह है कि उच्च तापमान पर, सिलिकॉन वेफर में परमाणु और डोपिंग स्रोत में परमाणु चलने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करेंगे। डोपिंग स्रोत के परमाणुओं को पहले सिलिकॉन वेफर की सतह पर अधिशोषित किया जाता है, और फिर ये परमाणु सिलिकॉन वेफर की सतह परत में घुल जाते हैं। उच्च तापमान पर, डोपिंग परमाणु सिलिकॉन वेफर के जाली अंतराल के माध्यम से अंदर की ओर फैल जाते हैं या सिलिकॉन परमाणुओं की स्थिति को बदल देते हैं। अंततः, डोपिंग परमाणु वेफर के अंदर एक निश्चित वितरण संतुलन तक पहुँच जाते हैं। थर्मल प्रसार विधि में कम लागत और परिपक्व प्रक्रियाएं होती हैं। हालाँकि, इसकी कुछ सीमाएँ भी हैं, जैसे डोपिंग गहराई और एकाग्रता का नियंत्रण आयन आरोपण जितना सटीक नहीं है, और उच्च तापमान प्रक्रिया से जाली क्षति हो सकती है, आदि।

आयन आरोपण:

यह डोपिंग तत्वों को आयनित करने और एक आयन बीम बनाने को संदर्भित करता है, जो सिलिकॉन सब्सट्रेट से टकराने के लिए उच्च वोल्टेज के माध्यम से एक निश्चित ऊर्जा (keV~MeV स्तर) तक त्वरित होता है। सामग्री के डोप किए गए क्षेत्र के भौतिक गुणों को बदलने के लिए डोपिंग आयनों को भौतिक रूप से सिलिकॉन में प्रत्यारोपित किया जाता है।

आयन आरोपण के लाभ:

यह एक कम तापमान वाली प्रक्रिया है, आरोपण मात्रा/डोपिंग मात्रा की निगरानी की जा सकती है, और अशुद्धता सामग्री को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है; अशुद्धियों की आरोपण गहराई को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है; अशुद्धता एकरूपता अच्छी है; हार्ड मास्क के अलावा, फोटोरेसिस्ट को मास्क के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है; यह अनुकूलता द्वारा सीमित नहीं है (थर्मल प्रसार डोपिंग के कारण सिलिकॉन क्रिस्टल में अशुद्धता परमाणुओं का विघटन अधिकतम एकाग्रता द्वारा सीमित है, और एक संतुलित विघटन सीमा है, जबकि आयन आरोपण एक गैर-संतुलन भौतिक प्रक्रिया है। अशुद्धता परमाणुओं को इंजेक्ट किया जाता है उच्च ऊर्जा वाले सिलिकॉन क्रिस्टल में, जो सिलिकॉन क्रिस्टल में अशुद्धियों की प्राकृतिक विघटन सीमा को पार कर सकता है, एक है चुपचाप चीजों को गीला करना, और दूसरा है धनुष को बल देना।)

आयन आरोपण का सिद्धांत:

सबसे पहले, आयन उत्पन्न करने के लिए अशुद्ध गैस परमाणुओं को आयन स्रोत में इलेक्ट्रॉनों द्वारा मारा जाता है। आयन किरण बनाने के लिए आयनीकृत आयनों को सक्शन घटक द्वारा निकाला जाता है। चुंबकीय विश्लेषण के बाद, विभिन्न द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात वाले आयनों को विक्षेपित किया जाता है (क्योंकि सामने बने आयन बीम में न केवल लक्ष्य अशुद्धता का आयन बीम होता है, बल्कि अन्य भौतिक तत्वों के आयन बीम भी होते हैं, जिन्हें फ़िल्टर किया जाना चाहिए बाहर), और आवश्यकताओं को पूरा करने वाले शुद्ध अशुद्धता तत्व आयन बीम को अलग किया जाता है, और फिर इसे उच्च वोल्टेज द्वारा त्वरित किया जाता है, ऊर्जा बढ़ाई जाती है, और इसे केंद्रित किया जाता है और इलेक्ट्रॉनिक रूप से स्कैन किया जाता है, और अंत में आरोपण प्राप्त करने के लिए लक्ष्य स्थिति पर हिट किया जाता है।

आयनों द्वारा प्रत्यारोपित अशुद्धियाँ उपचार के बिना विद्युत रूप से निष्क्रिय होती हैं, इसलिए आयन आरोपण के बाद, उन्हें आम तौर पर अशुद्धता आयनों को सक्रिय करने के लिए उच्च तापमान एनीलिंग के अधीन किया जाता है, और उच्च तापमान आयन आरोपण के कारण होने वाली जाली क्षति की मरम्मत कर सकता है।

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