Qu’est-ce que le processus de dopage ?

Dans la fabrication d'ultra haute puretéplaquettes, les plaquettes doivent atteindre une norme de pureté supérieure à 99,999999999 % pour garantir les propriétés fondamentales des semi-conducteurs. Paradoxalement, pour réaliser la construction fonctionnelle des circuits intégrés, des impuretés spécifiques doivent être introduites localement à la surface des plaquettes par le biais de processus de dopage. En effet, le silicium monocristallin pur présente une concentration extrêmement faible de porteurs libres à température ambiante. Sa conductivité est proche de celle d'un isolant, ce qui rend impossible la formation d'un courant efficace. Le processus de dopage résout ce problème en ajustant les éléments dopants et la concentration du dopage.

Les deux principales techniques de dopage :

1. La diffusion à haute température est une méthode conventionnelle de dopage des semi-conducteurs. L'idée est de traiter le semi-conducteur à haute température, ce qui provoque la diffusion des atomes d'impuretés de la surface du semi-conducteur vers son intérieur. Étant donné que les atomes d’impuretés sont généralement plus gros que les atomes de semi-conducteurs, le mouvement thermique des atomes dans le réseau cristallin est nécessaire pour aider ces impuretés à occuper les vides interstitiels. En contrôlant soigneusement les paramètres de température et de temps pendant le processus de diffusion, il est possible de contrôler efficacement la répartition des impuretés sur la base de cette caractéristique. Cette méthode peut être utilisée pour créer des jonctions dopées profondes, telles que la structure à double puits de la technologie CMOS.

2. L'implantation ionique est la principale technique de dopage dans la fabrication de semi-conducteurs, qui présente plusieurs avantages, tels qu'une précision de dopage élevée, de faibles températures de processus et peu de dommages au matériau du substrat. Plus précisément, le processus d’implantation ionique consiste à ioniser des atomes d’impuretés pour créer des ions chargés, puis à accélérer ces ions via un champ électrique de haute intensité pour former un faisceau d’ions de haute énergie. La surface du semi-conducteur est ensuite frappée par ces ions en mouvement rapide, permettant une implantation précise avec une profondeur de dopage réglable. Cette technique est particulièrement utile pour créer des structures de jonction peu profondes, telles que les régions de source et de drain des MOSFET, et permet un contrôle de haute précision sur la distribution et la concentration des impuretés.

Facteurs liés au dopage :

1. Éléments dopants

Les semi-conducteurs de type N sont formés en introduisant des éléments du groupe V (tels que le phosphore et l'arsenic), tandis que les semi-conducteurs de type P sont formés en introduisant des éléments du groupe III (tels que le bore). Parallèlement, la pureté des éléments dopants a un impact direct sur la qualité du matériau dopé, les dopants de haute pureté contribuant à réduire les défauts supplémentaires.

2. Concentration dopante

Bien qu'une faible concentration ne puisse pas augmenter de manière significative la conductivité, une concentration élevée a tendance à endommager le réseau et à augmenter le risque de fuite.

3. Paramètres de contrôle de processus

L'effet de diffusion des atomes d'impuretés est influencé par la température, le temps et les conditions atmosphériques. Lors de l'implantation ionique, la profondeur et l'uniformité du dopage sont déterminées par l'énergie ionique, la dose et l'angle d'incidence.

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