Processo di impianto e diffusione di ioni

L'impianto ionico è un metodo di drogaggio dei semiconduttori e uno dei processi principali nella produzione di semiconduttori.

Perché il doping?

Il silicio puro/silicio intrinseco non ha portatori liberi (elettroni o lacune) al suo interno e ha scarsa conduttività. Nella tecnologia dei semiconduttori, il drogaggio consiste nell'aggiungere intenzionalmente una quantità molto piccola di atomi di impurità al silicio intrinseco per modificare le proprietà elettriche del silicio, rendendolo più conduttivo e quindi in grado di essere utilizzato per produrre vari dispositivi a semiconduttore. Il doping può essere di tipo n o di tipo p. drogaggio di tipo n: ottenuto drogando elementi pentavalenti (come fosforo, arsenico, ecc.) in silicio; Doping di tipo p: ottenuto drogando elementi trivalenti (come boro, alluminio, ecc.) in silicio. I metodi di drogaggio solitamente includono la diffusione termica e l'impianto ionico.

Metodo della diffusione termica

La diffusione termica consiste nel migrare gli elementi impuri nel silicio mediante riscaldamento. La migrazione di questa sostanza è causata da impurità gassose ad alta concentrazione verso un substrato di silicio a bassa concentrazione e la sua modalità di migrazione è determinata dalla differenza di concentrazione, dalla temperatura e dal coefficiente di diffusione. Il suo principio di drogaggio è che ad alta temperatura, gli atomi nel wafer di silicio e gli atomi nella fonte di drogaggio ottengono energia sufficiente per muoversi. Gli atomi della fonte di drogaggio vengono prima adsorbiti sulla superficie del wafer di silicio, quindi questi atomi si dissolvono nello strato superficiale del wafer di silicio. A temperature elevate, gli atomi droganti si diffondono verso l'interno attraverso gli spazi reticolari del wafer di silicio o sostituiscono le posizioni degli atomi di silicio. Alla fine, gli atomi droganti raggiungono un certo equilibrio di distribuzione all'interno del wafer. Il metodo della diffusione termica ha costi bassi e processi maturi. Tuttavia, presenta anche alcune limitazioni, ad esempio il controllo della profondità e della concentrazione del drogaggio non è preciso come l'impianto ionico e il processo ad alta temperatura può introdurre danni al reticolo, ecc.

Impianto ionico:

Si riferisce alla ionizzazione degli elementi droganti e alla formazione di un fascio ionico, che viene accelerato fino a una certa energia (livello keV~MeV) attraverso l'alta tensione per entrare in collisione con il substrato di silicio. Gli ioni droganti vengono impiantati fisicamente nel silicio per modificare le proprietà fisiche dell'area drogata del materiale.

Vantaggi dell'impianto ionico:

È un processo a bassa temperatura, la quantità di impianto/quantità di drogaggio può essere monitorata e il contenuto di impurità può essere controllato con precisione; la profondità di impianto delle impurità può essere controllata con precisione; l'uniformità delle impurità è buona; oltre alla maschera rigida il fotoresist può essere utilizzato anche come maschera; non è limitato dalla compatibilità (la dissoluzione degli atomi di impurità nei cristalli di silicio dovuta al drogaggio per diffusione termica è limitata dalla concentrazione massima ed esiste un limite di dissoluzione bilanciato, mentre l'impianto ionico è un processo fisico di non equilibrio. Gli atomi di impurità vengono iniettati in cristalli di silicio ad alta energia, che possono superare il limite naturale di dissoluzione delle impurità nei cristalli di silicio Uno è inumidire le cose silenziosamente e l'altro è forzare l'arco.)

Principio dell'impianto ionico:

Innanzitutto, gli atomi del gas impuro vengono colpiti dagli elettroni nella sorgente ionica per generare ioni. Gli ioni ionizzati vengono estratti dal componente di aspirazione per formare un fascio ionico. Dopo l'analisi magnetica, gli ioni con diversi rapporti massa/carica vengono deviati (perché il fascio ionico formato nella parte anteriore contiene non solo il fascio ionico dell'impurità bersaglio, ma anche il fascio ionico di altri elementi materiali, che devono essere filtrati fuori) e il fascio ionico dell'elemento di impurità pura che soddisfa i requisiti viene separato, quindi viene accelerato dall'alta tensione, l'energia viene aumentata, viene focalizzato e scansionato elettronicamente e infine colpito nella posizione target per ottenere l'impianto.

Le impurità impiantate dagli ioni sono elettricamente inattive senza trattamento, quindi dopo l'impianto di ioni, sono generalmente sottoposte a ricottura ad alta temperatura per attivare gli ioni di impurità e l'alta temperatura può riparare il danno al reticolo causato dall'impianto di ioni.

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