Was ist ein Dopingprozess?

Bei der Herstellung von ultrahoher ReinheitWaffelnUm die grundlegenden Eigenschaften von Halbleitern sicherzustellen, müssen Wafer einen Reinheitsstandard von über 99,999999999 % erreichen. Paradoxerweise müssen für den funktionsfähigen Aufbau integrierter Schaltkreise bestimmte Verunreinigungen durch Dotierungsprozesse lokal auf die Oberfläche von Wafern eingebracht werden. Dies liegt daran, dass reines einkristallines Silizium bei Umgebungstemperatur eine äußerst geringe Konzentration an freien Ladungsträgern aufweist. Seine Leitfähigkeit kommt der eines Isolators nahe und macht die Bildung eines effektiven Stroms unmöglich. Der Dotierungsprozess löst dieses Problem durch Anpassung der Dotierungselemente und der Dotierungskonzentration.

Die beiden gängigen Dopingtechniken:

Der Diffusionseffekt von Verunreinigungsatomen wird durch Temperatur, Zeit und atmosphärische Bedingungen beeinflusst. Bei der Ionenimplantation werden Dotierungstiefe und Gleichmäßigkeit durch Ionenenergie, Dosis und Einfallswinkel bestimmt.

2. Die Ionenimplantation ist die primäre Dotierungstechnik in der Halbleiterfertigung, die mehrere Vorteile bietet, wie z. B. eine hohe Dotierungsgenauigkeit, niedrige Prozesstemperaturen und eine geringe Beschädigung des Substratmaterials. Konkret geht es beim Ionenimplantationsprozess darum, Verunreinigungsatome zu ionisieren, um geladene Ionen zu erzeugen, und diese Ionen dann über ein hochintensives elektrisches Feld zu beschleunigen, um einen hochenergetischen Ionenstrahl zu bilden. Diese sich schnell bewegenden Ionen treffen dann auf die Halbleiteroberfläche und ermöglichen so eine präzise Implantation mit einstellbarer Dotierungstiefe. Diese Technik ist besonders nützlich für die Erstellung flacher Übergangsstrukturen, wie etwa der Source- und Drain-Bereiche von MOSFETs, und ermöglicht eine hochpräzise Steuerung der Verteilung und Konzentration von Verunreinigungen.

Dopingbedingte Faktoren:

1. Dotierungselemente

Halbleiter vom N-Typ werden durch Einführung von Elementen der Gruppe V (wie Phosphor und Arsen) gebildet, während Halbleiter vom P-Typ durch Einführung von Elementen der Gruppe III (wie Bor) gebildet werden. Unterdessen wirkt sich die Reinheit der Dotierungselemente direkt auf die Qualität des dotierten Materials aus, wobei hochreine Dotierstoffe dazu beitragen, zusätzliche Defekte zu reduzieren.

2. Dopingkonzentration

Während die niedrige Konzentration die Leitfähigkeit nicht wesentlich erhöhen kann, neigt die hohe Konzentration dazu, das Gitter zu beschädigen und das Risiko von Leckagen zu erhöhen.

3. Prozesskontrollparameter

Der Diffusionseffekt von Verunreinigungsatomen wird durch Temperatur, Zeit und atmosphärische Bedingungen beeinflusst. Bei der Ionenimplantation werden Dotierungstiefe und Gleichmäßigkeit durch Ionenenergie, Dosis und Einfallswinkel bestimmt.

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