Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.3: Допінг

Починаючи з підготовленої, відшліфованої пластини, як ми потім отримаємо інтегральну схему? Ми зупинимося на процесі CMOS, описаному в останньому розділі. Припустимо, що у нас є пластина, яка була легована під час росту так, що вона має фонову концентрацію акцепторів в ній (тобто це р-тип). Повертаючись до CMOS Logic, ви можете побачити, що перше, що нам потрібно побудувати, - це n-танк або рів. Для того щоб це зробити, нам знадобиться якийсь спосіб, яким вводити додаткові домішки в напівпровідник.

Існує кілька способів зробити це, але сучасна технологія спирається майже виключно на техніку, яка називається іонною імплантацією. Схема іонного імплантера показана на малюнку в попередньому розділі. Іонний імплантер використовує доміруючий джерело газу, іонізує його та вганяє іони у пластину. Дофікуючий газ іонізується, а результуючі заряджені іони прискорюються через магнітне поле, де вони масово аналізуються. Вертикальне магнітне поле викликає розтікання пучка іонів відповідно до їх маси. Тонка апертура вибирає цікаві іони, і пропускає їх, блокуючи всі інші. Це гарантує, що ми тільки імплантуємо іон, який ми хочемо, і насправді, навіть вибирає для належного ізотопу! Потім іонізовані атоми прискорюються через кілька десятків до сотень кіловольт, а потім відхиляються електричним полем, подібно до осцилографа ЕПТ. Насправді, більшу частину часу іонний пучок «розтирається» по всій поверхні кремнієвої пластини. Іони вражають кремнієву пластину і проходять в її внутрішню частину. Вимірювання потоку струму в системі та його інтеграла - це міра того, скільки легуючої речовини було відкладено у пластину. Зазвичай це дається з точки зору кількості легуючої речовини, якійatomscm2 піддалася вафля.

Після того, як атоми потрапляють в кремній, вони взаємодіють з гратами, створюючи дефекти, і сповільнюються, поки остаточно не зупиняться. Типові атомні розподіли, як функція напруги імплантату, показані4.3.1 на малюнку для імплантації в аморфний кремній. Коли імплантація проводиться на монокристалічному матеріалі, направлення поліпшеної рухливості іона вниз по «коридору» заданого напрямку решітки може значно перекосити розподіл домішок. Просто незначні зміни менше ступеня можуть зробити великі відмінності в тому, як атоми домішок остаточно розподіляються у пластині. Зазвичай оператор імплантаційної машини навмисно нахиляє пластину на кілька градусів від норми до пучка, щоб досягти більш відтворюваних результатів.

Зі збільшенням енергії прискорення розташування максимальної концентрації домішок стає все більш глибоким у пластині. Показана максимальна енергія прискорення, 300 кВ, має концентрацію домішок, яка проникає максимум трохи менше 1 мікрометра.
Малюнок4.3.1: Розподіл імплантату з енергі

Як і слід було очікувати, зйомка100 kV іонів на кремнієвій пластині, ймовірно, завдає зовсім небагато шкоди кристалічній структурі. Мало того, але просто наявність, скажімо, бору у вашій вафлі не означає, що у вас будуть отвори. Щоб бор став «електрично активним» - тобто, діяти як акцептор - він повинен проживати на ділянці кремнієвої решітки. Навіть якщо атом бору так чи інакше опиниться на фактичному місці решітки, коли він перестає розбиватися в пластині, багато дефектів, які були створені, будуть діяти як глибокі пастки. Таким чином, отвір, яке утворилося, ймовірно, буде схоплено на місці пастки і не зможе сприяти електропровідності в пластині в будь-якому випадку. Як ми можемо виправити цю ситуацію? Якщо ми обережно нагріваємо вафлю, ми можемо змусити атоми кристала трястися, і якщо ми зробимо це правильно, всі вони повернуться туди, де вони належать. Мало того, але нещодавно додані домішки також потрапляють на решітки! Цей крок називається відпалом, і він робить саме те, що передбачається. Типові температури і час для такого відпалу -5001000 C від 10 до 30 хвилин.

Щось інше відбувається під час стадії відпалу, однак. Ми щойно додали нашим кроком імплантації домішки з досить щільним розподілом, як показано на малюнку4.3.1. Існує очевидний градієнт розподілу домішок, і якщо є градієнт, то речі можуть почати рухатися шляхом дифузії, особливо при підвищених температурах.