Proceso de difusión e implante de iones

La implantación de iones es un método de dopaje de semiconductores y uno de los principales procesos en la fabricación de semiconductores.

¿Por qué dopaje?

El silicio puro/silicio intrínseco no tiene portadores libres (electrones o huecos) en su interior y tiene mala conductividad. En la tecnología de semiconductores, el dopaje consiste en agregar intencionalmente una cantidad muy pequeña de átomos de impureza al silicio intrínseco para cambiar las propiedades eléctricas del silicio, haciéndolo más conductor y, por lo tanto, capaz de usarse para fabricar diversos dispositivos semiconductores. El dopaje puede ser de tipo n o de tipo p. dopaje de tipo n: logrado dopando elementos pentavalentes (como fósforo, arsénico, etc.) en silicio; Dopaje tipo p: se logra dopando elementos trivalentes (como boro, aluminio, etc.) en silicio. Los métodos de dopaje suelen incluir difusión térmica e implantación de iones.

Método de difusión térmica

La difusión térmica consiste en migrar elementos impuros al silicio mediante calentamiento. La migración de esta sustancia es causada por un gas impuro de alta concentración hacia un sustrato de silicio de baja concentración, y su modo de migración está determinado por la diferencia de concentración, la temperatura y el coeficiente de difusión. Su principio de dopaje es que a alta temperatura, los átomos de la oblea de silicio y los átomos de la fuente de dopaje obtendrán suficiente energía para moverse. Los átomos de la fuente de dopaje primero se adsorben en la superficie de la oblea de silicio y luego estos átomos se disuelven en la capa superficial de la oblea de silicio. A altas temperaturas, los átomos dopantes se difunden hacia el interior a través de los huecos de la red de la oblea de silicio o reemplazan las posiciones de los átomos de silicio. Finalmente, los átomos dopantes alcanzan un cierto equilibrio de distribución dentro de la oblea. El método de difusión térmica tiene bajos costos y procesos maduros. Sin embargo, también tiene algunas limitaciones, como que el control de la profundidad y la concentración del dopaje no es tan preciso como la implantación de iones, y el proceso de alta temperatura puede introducir daños en la red, etc.

Implantación de iones:

Se refiere a ionizar los elementos dopantes y formar un haz de iones, que se acelera hasta una cierta energía (nivel keV ~ MeV) a través de alto voltaje para colisionar con el sustrato de silicio. Los iones dopantes se implantan físicamente en el silicio para cambiar las propiedades físicas del área dopada del material.

Ventajas de la implantación de iones:

Es un proceso de baja temperatura, la cantidad de implantación/cantidad de dopaje se puede monitorear y el contenido de impurezas se puede controlar con precisión; la profundidad de implantación de las impurezas se puede controlar con precisión; la uniformidad de las impurezas es buena; además de la máscara dura, el fotorresistente también se puede utilizar como máscara; no está limitado por la compatibilidad (la disolución de átomos de impureza en cristales de silicio debido al dopaje por difusión térmica está limitada por la concentración máxima y existe un límite de disolución equilibrado, mientras que la implantación de iones es un proceso físico sin equilibrio. Se inyectan átomos de impureza en cristales de silicio con alta energía, que pueden exceder el límite de disolución natural de las impurezas en los cristales de silicio. Uno es humedecer las cosas en silencio y el otro es forzar el arco).

Principio de implantación de iones:

En primer lugar, los electrones de la fuente de iones golpean los átomos del gas impuro para generar iones. Los iones ionizados son extraídos por el componente de succión para formar un haz de iones. Después del análisis magnético, los iones con diferentes relaciones masa-carga se desvían (porque el haz de iones formado en la parte delantera contiene no sólo el haz de iones de la impureza objetivo, sino también el haz de iones de otros elementos materiales, que deben filtrarse). afuera), y el haz de iones del elemento de impureza pura que cumple con los requisitos se separa, y luego se acelera con alto voltaje, se aumenta la energía, se enfoca y escanea electrónicamente, y finalmente golpea la posición objetivo para lograr la implantación.

Las impurezas implantadas por iones son eléctricamente inactivas sin tratamiento, por lo que después de la implantación de iones, generalmente se someten a recocido a alta temperatura para activar los iones de impureza, y la alta temperatura puede reparar el daño de la red causado por la implantación de iones.

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