ドーピングとは、半導体（Si）に微量の不純物（ドーパント）を注入して電気特性を制御する工程。

これにより、以下のような性質を作り出せる：

• n型（電子が多い層）
• p型（正孔が多い層）
• PN接合（ダイオードの基礎）
• トランジスタのソース/ドレイン形成
• 閾値電圧（Vth）の調整

半導体が半導体として動作する理由の中心は、このドーピングにある。

代表的なドーパントは以下の通り。

• n型形成

• リン（P）
• ヒ素（As）
• アンチモン（Sb）

• p型形成

• ホウ素（B）
• ガリウム（Ga）
• アルミニウム（Al）

特に現代ロジックでは B（p型）、As・P（n型） が主流。

ドーピングは大きく2つに分類される。

• （1）イオン注入（Ion Implantation）

電場で加速したイオンをウェハに衝突させ、内部に打ち込む方式。

特徴：

• 極めて精密に量（ドーズ）を制御可能
• 深さをエネルギーで調整できる
• 温度が低い（熱影響が小さい）
• ほぼ全プロセスで標準技術

• （2）熱拡散（Diffusion）

高温でドーパントがSi中に自然に広がる現象を利用。

特徴：

• 均一に深く拡散
• かつて主流 → 今はイオン注入に置き換え
• 一部センサーやパワーデバイスで使用

イオン注入は2つの数値で決まる。

• Dose（ドーズ量）

＝どれだけ濃く混ぜるか（/cm²）

• 低濃度：ウェル形成、チャネル調整
• 高濃度：ソース/ドレイン形成（LDD/HDD）

• Energy（加速エネルギー）

＝どの深さまで打ち込むか（keV〜MeV）

深く → 高エネルギー（ウェルやパワーデバイス）
浅く → 低エネルギー（微細ロジック）

特に先端ロジックでは
極浅注入（USJ：Ultra Shallow Junction） が必須。

イオン注入直後のSiは構造が乱れているため、
アニール（急速加熱）で結晶を修復する。

目的：

• 半導体結晶のダメージ回復
• ドーパントの活性化（導電性を発揮させる）
• PN接合の深さ調整

代表的な技術：

• RTA（Rapid Thermal Anneal）
• SPA（Spike Anneal）
• Laser Anneal（局所加熱）

微細化のため、
横に広がらず、縦だけ活性化 できる方法が求められている。

デバイスが微細化するほど、次の課題が顕在化する。

• ショートチャネル効果 により電圧制御が難しくなる
• 極浅接合の形成が困難
• イオン注入によるダメージが深刻化
• LDD/HDDの寸法バラつきが増える
• GAA（ナノシート）構造は側面に均一注入が必要

そのため、ドーピングは年々難易度の高い技術となっている。

現代の先端ロジックでは、以下のトレンドが中心。

• プラズマドーピング（PLAD）

レジストマスクへのダメージが少ない。

• レーザーアニール

局所的に瞬間加熱し、横方向の拡散を抑制。

• モノレイヤードーピング（MLD）

原子1層レベルの制御を目指す研究技術。

• GAA向けラップアラウンド注入

3D構造の側面へ均一に注入する技術。

微細化＝縦だけ活性化して横を拡散させない技術 の追求。

• ソース/ドレイン形成
• ウェル形成
• 閾値電圧（Vth）調整
• SRAM安定化
• パワーデバイスの耐圧構造
• センサーの抵抗層形成

半導体の性格づけに欠かせない工程。

• ドーピングは半導体に電気的性質を与える中心工程
• イオン注入が主流、深さと濃度はDoseとEnergyで制御
• アニールで結晶修復＋ドーパント活性化
• 微細化により極浅接合形成が激しく困難に
• 3D構造（GAA・FinFET）では新手法が必要

１．ドーピングの目的を一言で説明してください。

２．イオン注入におけるDoseとEnergyは何を決める？

３．アニールが必要なのはなぜ？

余談ですが、私の卒論テーマは、導電性超高分子中におけるδドーピングの電解分布だったはずです。

それをプログラミングして、グラフ化したはずですが、今振り返るとなぜそんなことができたのか不思議です。

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。