¿Qué es el proceso de dopaje?

En la fabricación de ultra alta pureza.obleas, las obleas deben alcanzar un estándar de pureza superior al 99,999999999% para garantizar las propiedades fundamentales de los semiconductores. Paradójicamente, para lograr la construcción funcional de los circuitos integrados, es necesario introducir localmente impurezas específicas en la superficie de las obleas mediante procesos de dopaje. Esto se debe a que el silicio monocristalino puro tiene una concentración extremadamente baja de portadores libres a temperatura ambiente. Su conductividad es cercana a la de un aislante, lo que hace imposible formar una corriente efectiva. El proceso de dopaje resuelve esto ajustando los elementos dopantes y la concentración de dopaje.

Las dos técnicas de dopaje convencionales:

1. La difusión a alta temperatura es un método convencional para el dopaje de semiconductores. La idea es tratar el semiconductor a alta temperatura, lo que hace que los átomos de impureza se difundan desde la superficie del semiconductor hacia su interior. Dado que los átomos de las impurezas suelen ser más grandes que los átomos de los semiconductores, se requiere el movimiento térmico de los átomos en la red cristalina para ayudar a que estas impurezas ocupen los huecos intersticiales. Al controlar cuidadosamente los parámetros de temperatura y tiempo durante el proceso de difusión, es posible controlar eficazmente la distribución de impurezas en función de esta característica. Este método se puede utilizar para crear uniones dopadas profundas, como la estructura de doble pozo en la tecnología CMOS.

2. La implantación de iones es la principal técnica de dopaje en la fabricación de semiconductores, que tiene varias ventajas, como una alta precisión de dopaje, bajas temperaturas de proceso y poco daño al material del sustrato. Específicamente, el proceso de implantación de iones implica ionizar átomos de impurezas para crear iones cargados y luego acelerar estos iones a través de un campo eléctrico de alta intensidad para formar un haz de iones de alta energía. Luego, estos iones de rápido movimiento golpean la superficie del semiconductor, lo que permite una implantación precisa con una profundidad de dopaje ajustable. Esta técnica es particularmente útil para crear estructuras de unión poco profundas, como las regiones de origen y drenaje de MOSFET, y permite un control de alta precisión sobre la distribución y concentración de impurezas.

Factores relacionados con el dopaje:

1. Elementos de dopaje

1. La difusión a alta temperatura es un método convencional para el dopaje de semiconductores. La idea es tratar el semiconductor a alta temperatura, lo que hace que los átomos de impureza se difundan desde la superficie del semiconductor hacia su interior. Dado que los átomos de las impurezas suelen ser más grandes que los átomos de los semiconductores, se requiere el movimiento térmico de los átomos en la red cristalina para ayudar a que estas impurezas ocupen los huecos intersticiales. Al controlar cuidadosamente los parámetros de temperatura y tiempo durante el proceso de difusión, es posible controlar eficazmente la distribución de impurezas en función de esta característica. Este método se puede utilizar para crear uniones dopadas profundas, como la estructura de doble pozo en la tecnología CMOS.

2. Concentración de dopaje

Si bien la baja concentración no puede aumentar significativamente la conductividad, la alta concentración tiende a dañar la red y aumentar el riesgo de fugas.

Las dos técnicas de dopaje convencionales:

El efecto de difusión de los átomos de impurezas está influenciado por la temperatura, el tiempo y las condiciones atmosféricas. En la implantación de iones, la profundidad y la uniformidad del dopaje están determinadas por la energía, la dosis y el ángulo de incidencia de los iones.

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