ドーピングプロセスとは何ですか?

超高純度の製造においてウエハース、半導体の基本特性を確保するには、ウェーハが99.999999999%を超える純度基準に達する必要があります。逆説的ですが、集積回路の機能的な構築を達成するには、ドーピングプロセスを通じて特定の不純物をウェーハ表面に局所的に導入する必要があります。これは、純粋な単結晶シリコンの自由キャリア濃度が周囲温度で非常に低いためです。導電率が絶縁体に近く、実効的な電流を流すことができません。ドーピングプロセスでは、ドーピング元素とドーピング濃度を調整することでこの問題を解決します。

2 つの主流のドーピング手法:

1.高温拡散は半導体ドーピングの従来の方法です。このアイデアは、半導体を高温で処理し、不純物原子を半導体の表面から内部に拡散させるというものです。不純物原子は通常、半導体原子よりも大きいため、これらの不純物が格子間空隙を占めるのを助けるために、結晶格子内の原子の熱運動が必要となります。拡散プロセス中の温度と時間のパラメータを慎重に制御することにより、この特性に基づいて不純物分布を効果的に制御することができます。この方法は、CMOS 技術のダブルウェル構造など、深いドープ接合の作成に使用できます。

2.イオン注入は、半導体製造における主要なドーピング技術であり、高いドーピング精度、低いプロセス温度、基板材料へのダメージが少ないなど、いくつかの利点があります。具体的には、イオン注入プロセスでは、不純物原子をイオン化して荷電イオンを生成し、高強度の電界によってこれらのイオンを加速して高エネルギーのイオンビームを形成します。半導体表面はこれらの高速移動イオンによって衝突され、調整可能なドーピング深さでの正確な注入が可能になります。この技術は、MOSFET のソースおよびドレイン領域などの浅い接合構造を作成するのに特に役立ち、不純物の分布と濃度を高精度に制御できます。

ドーピングに関連する要因:

1.元素のドーピング

N型半導体はV族元素（リンやヒ素など）を導入することで形成され、P型半導体はIII族元素（ホウ素など）を導入することで形成されます。一方、ドーピング元素の純度はドーピングされた材料の品質に直接影響し、高純度のドーパントは余分な欠陥の削減に役立ちます。

2. ドーピング濃度

低濃度では導電率を大幅に高めることはできませんが、高濃度では格子に損傷を与え、漏れのリスクが高まる傾向があります。

3. プロセス制御パラメータ

不純物原子の拡散効果は、温度、時間、雰囲気条件に影響されます。イオン注入では、ドーピングの深さと均一性は、イオンのエネルギー、ドーズ量、入射角によって決まります。

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