Partie V : Dopage
V.1. Définition
Doper un semi-conducteur pure consiste à ajouter des impuretés en quantités contrôlées afin de modifier ses propriétés de conduction.
V.2. Procédé de dopage
L’opération de dopage d’une plaquette semi-conductrice se déroule en deux étapes.
V.2.1. Etape de pré-dépôt
Le but de cette 1ère étape est de faire pénétrer dans le silicium une quantité Qd d’atomes du dopant sur une épaisseur < 1µm. Le diffusant est déposé sur la surface en même temps qu’on crée une couche de SiO2 thermique sous un courant de N2 et O2 à des températures de 900 à 1100 °C pendant une durée de 5 à 10.
Cette phase de pré-dépôt est gouvernée par l’équation :
Ns: est la solubilité du dopant dans le semi-conducteur.
erfc : est la fonction complémentaire d’erreur
La quantité Qp d’atomes du dopant à la surface de la plaquette à la fin de la phase de pré-dépôt est donnée par:
Nsp: est la solubilité du dopant dans le semi-conducteur pendant la durée tp de la phase de prédépôt.
Dp : Coefficient de diffusion du dopant.
tp : durée de la phase de prédépôt
V.2.2. Etape de redistribution
Le but de cette 2ème étape est de faire pénétrer dans le semi-conducteur les atomes de diffusant qui ont été introduits dans une couche extrêmement mince du cristal sous un courant gazeux de N2 et O2 à des températures de 1000 à 1200°C pendant un durée de 40 à 60 mn.
C phase de redistribution est gouverné par l'équation:
tr: durée de la phase de redistribution.
Qp: est la quantité d’atomes introduits dans le cristal pendant la phase de pré-dépôt (atomes/cm2).
La quantité Qp est concentrée sur une épaisseur finie (quelques milliers d’Å) à la fin du pré-dépôt.
V.3. Procédure de dopage
Les étapes sont comme suit:
- Nettoyage standard et séchage sous un jet d’azote.
-
Verser quelques gouttes de siodop, attente de 10s et étaler selon conditions:
- V1= 300 rpm, t=5s V2= 2000 rpm, t=20 s
-
Séchage siodop sur plaque chauffante selon conditions:
- T=100 °C t=1 mn
- Phase pré-dépôt : 5 à 15 mn à T= 900 à 1000 °C sous N2/O2 (1:0.02 l/mn)
- Décapage couche SiO2 dopée avec Solution HF: NH4F (1:7) t » 1mn
- Rinçage à l’eau DI et séchage sous un jet d’azote.
- Phase redistribution : 40 à 60 mn à T= 1000 à 1200 °C (selon profondeur jonction) sous N2/O2 (1:0.02 l/mn).
- Refroidir sous atmosphère N2 (»1 l/mn)