Technique consistant à ioniser des impuretés, à les accélérer et à les implanter dans la plaquette. La dose et la profondeur peuvent être contrôlées avec précision.
Nom japonais: イオン注入
« Implantation ionique » apparaît dans 36 questions d'entraînement réparties sur 11 thèmes, dont Implantation ionique, Oxydation et diffusion, Croissance épitaxiale.
Domaine: Implantation ionique
Les ions dopants sont extraits d'un plasma dans la source d'ions, un aimant analyseur ne sélectionne que la masse voulue, un accélérateur les porte à l'énergie requise, et le faisceau balaie la plaquette, ou la plaquette est déplacée à travers lui, pour une couverture uniforme. Des cages de Faraday mesurent le courant du faisceau, qui est intégré pour obtenir la dose avec une précision d'environ ±1 pour cent et une variation sur la plaquette descendant jusqu'à environ 0,5 pour cent. Comme les ions positifs chargent les grilles isolées et la résine, un canon à plasma (plasma flood gun) fournit des électrons de basse énergie pour les neutraliser. Atteindre plusieurs MeV nécessite des accélérateurs linéaires RF à plusieurs étages ou des accélérateurs tandem.
Le parcours projeté Rp, profondeur d'arrêt moyenne, augmente avec l'énergie : le bore dans le silicium s'arrête vers 30 à 40 nm à 10 keV et vers 0,3 µm à 100 keV, et les ions plus légers vont plus profond à énergie égale. La dose, comptée en ions par centimètre carré, s'étend d'environ 10¹¹ à 10¹⁶ cm⁻² et se règle indépendamment de la profondeur. La diffusion thermique, au contraire, lie la concentration de surface à la profondeur et exige des températures élevées. Comme l'implantation se fait près de la température ambiante, la résine photosensible peut servir de masque, à condition d'être plusieurs fois plus épaisse que le parcours des ions.
Les ions qui se déplacent le long des rangées cristallines peuvent se glisser dans les canaux ouverts et pénétrer bien plus profondément que prévu. Incliner la plaquette d'environ 7° avec une rotation (twist) décalée, implanter à travers un mince oxyde d'écran ou pré-amorphiser la surface supprime cette queue de canalisation. Toute implantation déplace en outre des atomes du réseau, et la plupart des dopants implantés aboutissent en sites interstitiels où ils sont électriquement inactifs. Un recuit post-implantation répare les dommages et active les dopants ; les recuits thermiques rapides de quelques secondes et les recuits flash ou laser de l'ordre de la milliseconde limitent la diffusion qui approfondirait sinon les jonctions peu profondes.
Les procédés CMOS utilisent de nombreuses implantations : caissons et caissons rétrogrades, ajustement de la tension de seuil, extensions de source/drain et contacts. Les implantations à l'échelle du MeV forment les photodiodes profondes et l'isolation des pixels dans les capteurs d'image, ainsi que les piliers de superjonction dans les composants de puissance. L'implantation d'hydrogène clive les plaquettes dans le procédé Smart Cut pour le SOI. Des alternatives apparaissent là où l'implantation par faisceau peine : le dopage par plasma pour de fortes doses à très basse énergie sur les ailettes 3D, et l'épitaxie dopée in situ pour les régions de source/drain proches de 10²¹ cm⁻³. Dans le SiC, où les dopants diffusent à peine, l'implantation est souvent effectuée à chaud et le profil implanté est utilisé tel quel.
Réponse : A. L'énergie d'accélération
La profondeur d'implantation est déterminée principalement par l'énergie d'accélération des ions : plus elle est élevée, plus les ions pénètrent profondément. À titre indicatif, du bore implanté dans le silicium à 10 keV atteint environ 30 à 40 nm, et environ 0,3 µm à 100 keV. À énergie égale, les ions légers pénètrent plus profondément ; l'espèce ionique influe donc aussi sur la profondeur. La dose, nombre d'ions par unité de surface, détermine la concentration ; pouvoir la régler indépendamment de la profondeur est un atout de l'implantation ionique.
Réponse : B. Réparer les défauts cristallins et placer les impuretés en sites substitutionnels pour les activer électriquement
Les ions implantés désorganisent le cristal de silicium, et la plupart restent en positions interstitielles où ils n'agissent ni comme donneurs ni comme accepteurs ; juste après l'implantation, ils sont donc presque inactifs électriquement. Le recuit répare les dommages cristallins et place les impuretés en sites substitutionnels pour les activer. Pour éviter une diffusion excessive des impuretés, on utilise le RTA, qui chauffe par lampes pendant quelques secondes, ou les recuits flash ou laser d'une milliseconde ou moins.
Principalement l'énergie d'accélération : une énergie plus élevée donne un parcours projeté plus profond. La masse de l'ion compte aussi, car les ions plus légers pénètrent plus loin à énergie égale, et la canalisation peut ajouter une queue profonde indésirable.
L'implantation projette des ions accélérés dans la plaquette près de la température ambiante, en contrôlant indépendamment la dose et la profondeur et en permettant des masques en résine. La diffusion fait pénétrer les dopants depuis la surface à haute température, ce qui couple concentration de surface et profondeur, et nécessite des masques en oxyde.
L'implantation endommage le cristal et laisse la plupart des dopants en sites interstitiels, où ils sont inactifs. Le recuit répare le réseau et place les dopants en sites substitutionnels, ce qui les active.
La dose, nombre d'ions par unité de surface, détermine la concentration ; pouvoir la régler indépendamment de la profondeur est un atout de l'implantation ionique.
En implantation ionique, quel paramètre détermine principal…L'implantation ionique se fait près de la température ambiante, ce qui permet d'utiliser une résine photosensible comme masque, et la quantité implantée est contrôlée avec une précision d'environ ±1 % par intégration du courant de faisceau.
Quel est le principal avantage de l'implantation ionique pa…L'implantation ionique haute énergie permet d'introduire des impuretés à une profondeur de quelques µm à environ 10 µm sous la surface.
Quel est un exemple correct d'application de l'implantation…En implantation ionique, des impuretés comme le bore ou le phosphore sont ionisées, sélectionnées par analyse de masse, puis accélérées par un champ électrique et projetées à grande vitesse dans le wafer.
Quel est le principe correct de l'implantation ionique ?Contrôler cette large gamme avec une précision d'environ ±1 % est un atout de l'implantation ionique.
Quelle est la gamme de doses la plus proche de celle utilis…Dose Diffusion thermique Résine photosensible (photorésine) CMOS Décapage plasma (ashing) Recuit Plasma Canalisation (channeling) Tension de seuil Rugosité de bord de ligne (LER)