1

بسم الله ال�رحمن ال�رحیم

2

(1)کاشت یون (2پراکندگی) (3حکاکی) رسوبی

(4فیزیکی) (5,6شیمیایی)

3

کاشت یون

ی�ون در ion implantation )ب+ه انگلیس+ی: کاش�ت ک+ه  اس+ت در مهندس+ی فرآین+دی )آن یون ه+ای ب+رخی م+واد را می ت+وان در م+اده ای دیگ+ر کاش+ت و ویژگی ه+ای ف+یزیکی آن

ماده را تغییر داد.

کاربرد ها

صنایع الکترونیک :دوپینگ نیمه هادی ها•تولید آی سی ها•

عملیات های مکانیکی :افزایش سختی سطح•بهبود خواص سایشی•

کاشتنی های زیستی:مواد سازگار با بدن•

بک+اربردن ش+تاب دهنده ب+ه ب+ا ک+ه اس+ت ی+ون منب+ع ی+ک ب+ه نی+از ی+ون، کاش+ت برای ی+ون ه+ر نی+از کاش+ت. زی+اد روی س+طح م+ورد ب+ا س+رعت را می ت+وان ذره ای یون ه+ا براب+ر س+طح روی ش+ده انباش+ت ی+ون مق+دار بن+ابراین ی+ک اتم ی+ا مولک+ول اس+ت

 گفت+ه می ش+ود. از دزب+ا انتگ+رال جری+ان ب+ر حس+ب زم+ان خواه+د ب+ود و ب+ه این مق+دار ی+ون کاشته ش+ده مق+دار ی+ون جری+ان در ح+د میلی آم+پر اس+ت، دز آنجاک+ه در کاش+ت

کمی ست.

4

رسوب اکسید دوپ شده

Si Substrate

SiO2

اکسید رسوبی دوپ شده

5

اکسید شدن

Si Substrate

SiO2

6

ورود به داخل

Si Substrate

SiO2

اتصال دوپ شده

7

برهنه کردن و پاک کردن

Si Substrate

SiO2

اتصال دوپ شده

8

Poly Si

n+

P-type Silicon

n+

SiO2P+

9

}¿ ½ÂËd Z�

¹ÁÓZ]ÉZ»{sdz §Y� � d Ë Âe§ §Zv»Á¾ÌËZaÉZ»{� � � �

Ã| _ Á{{ ¿Z¼Å¶ËZ§Á a� � � � Ã| _ Á{{ ¿ZÌ£¶ËZ§Á�a� � � � �

µ fÀYµZ eY|uÁd £½YÂeʼ¿Ô¬f »� � � � �{¯�

µ fÀYµZ eY|uÁd £½YÂeʻԬf »� � � � �{¯�

ناحیه دوپ شده

PRSiO2

Si Si

نفوذیکاشت یون

عمق اتصال

تفاوت کاشت یون و دیفیوژن

10

دو مکانیزم ایستادن:

توقف هسته ایبرخورد با هسته های اتم های شبکهبه طور قابل توجه پراکنده می شود.موجب آسیب شبکه بلوری می شود

توقف الکترونیبرخورد با الکترون های اتم های شبکهمسیر یون برخوردی عموما تغییر نمی کندانتقال انرژی کم استآسیب شبکه بلوری ناچیز استش

11

: قدرت ایستادگی)ترمز کردن(

:قدرت ایستادگی کل برابر است باStotal = Sn + Se

ایستادگی هسته ای Sn ایستادگی الکترونی , :Se:

برخورد تصادفی(S=Sn+Se)

زنی کانال (SSe)

پراکندگی بازگشتی (SSn)

Ion

12

توقف هسته ای

توقف الکترونی

I II III

سرعت یون

یدگ

تاس

ایت

درق

قدرت ایستادگی و سرعت یون ها

13

فرایند کاشت یون: کانال زنی

اگر زاویه برخورد درست باشد،یون بدون برخورد با شبکه مسیر •خود را می رود

موجب پروفیل کاشت غیر قابل کنترل می گردد•

برخورد خیلی کمتر

برخورد خیلی بیشتر

14

اثرات کانال زنی

یون های کانال زنی

یون های برخوردی

اتم های شبکه

q

سطح ویفر

15

برخوردی

q

سطح ویفر

کانال زنی برخوردی

16

راه هایی که کانال زنی میسر می شود:•ویفر مستقیم و راست؛ هفت درجه عموما –

استفاده می شودغربال کردن اکسید–کاشت پیش آمورف،ژرمانیوم–

اثرات سایه:•یون ها توسط ساختار بازمیگردند–

17

چرا از اثر کانال زنی استفاده نمی شود تا یک اتصال عمیق بدون نیاز به یون های پر انرژی داشته باشیم؟!

باریکه یونی دقیقا در راستای مستقیم نیست.•بسیاری از یون ها شروع می کنند به برخوردهای هسته ای با •

اتم های شبکه بعد از اینکه به زیرالیه نفوذ کرد.بعضی از یون ها میتوانند به صورت عمیق به زیرالیه نفوذ می •

کنند؛ در حالی که بسیاری از آن ها توسط توزیع نرمال گاوسی می ایستند.

18

آسیب شبکه با یک یون

یون سنگین

تک کریستال سیلیکون

ناحیه آسیب دیده

یون سبک

19

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

20

اثرات سایه

Polysilicon

زیرالیهمنطقه دوپ شده

منطقه سایه دیده

باریکه یونی

21

ورود نمونه به محفظهورود پالسمااعمال ولتاژ منفی باال یون ها به سمت نمونه

می روند و کاشته می شوند

+ + + + + + +

Silicon

-5 kV

22

فرایند کاشت یون

-5 kV

+ + + +

-10 kV-20 kV

ماده نمونه

نگهدارنده نمونه

23

انرژی جنبشی به گرماتبدیل می شود

در صورت کاشت متوالینمونه ذوب می گردد

به ولتاژ پالسی نیازمنداست

+ + + + + + +

ولتاژ پالسی

انرژی در لبه هاافزایش و کاهش میابد

Time

Voltage

Implanting Cooling

+ + + + + + + + +

24

25

سیستم نهایی

+ -

منبع ولتاژ باال

مودالتور

محفظه خال

27

آنیل حرارتی

شده دوپ شبکه اتم های اتم

28

آنیل حرارتی

اتم های شبکهاتم دوپ شده

29

آنیل حرارتی

اتم های شبکهاتم دوپ شده

30

آنیل حرارتی

اتم های شبکهاتم دوپ شده

31

فرایند کاشت:آنیل کردن

Before Annealing After Annealing

32

Polysilicon

زیرالیه منطقه دوپ شده

بعد از آنیل کردن و نفوذ

33

فرایند کاشت یون:

بخارها و ها :گاز

P, B, BF3, PH3, and AsH3

:انتخاب یون B, P, As

انتخاب انرژی یون

انتخاب جریان باریکه

مرحله بعدی

کاشتنده

پالسما ایجاد می شود•یون ها از پالسما •

استخراج می شوندیون ها به انرژی باال •

شتاب داده می شوندیون ها غیر انتخابی •

کاشته می شود

34

پالسما ایجاد می شود یون ها از پالسما استخراج

می شوند یون ها به انرژی های باال

شتاب داده می شوند به صورت مغناطیسی تفکیک

جرمی می شوند یون های انتخابی کاشته می

شوند.

35

36

منبع یون

~ منبع متناوب120 V

-0, منبع فیلمانت5V, up to 200A

+

فیلمانت ضد کاتدتنگستن

منبع مغناطیس

ی

منبع گاز و بخار

-

Plasma

خطوط میدان مغناطیسی

37

RFمنبع

RF

RF Coils

Plasma

Dopant Gas

-

+

Extraction Electrode

Ion Beam

38

کاشتنده یون

Gas Cabin

Ion Source

Vacuum Pump

Vacuum Pump

Electrical System

Electrical System

Analyzer Magnet

Beam Line

End Analyzer

WafersPlasma Flooding System

39

سیستم خنثی گر بار

یون های کاشته شده ویفر را دارای بار مثبت می کنندموجب میشود ویفر دارای اثرات باری شود به دلیل مثبت شدن ویفر موجب میشود توزیع یکنواخت

کاشتن از بین برودقوس تخلیه الکتریکی موجب صدمه دیدن ویفر می شودنیاز به حذف یا کم کردن این اثر دارد

40

اثر باردار بودن

+ + + +

مسیر یون ها

ویفر

41

نیاز به است تا یونها را خنثی کنداز یک تفنگ الکترونی استفاده می شود

سیستم پالسما فلودینگ

DC منبع

جریلن فیلمانت

+

فیلمانت تنگستن

پالسما

Arباریکه یون

ویفر

الکترون ها

42

تفنگ الکترونی

Ion Beam

تفنگ الکترون

ی

الکترون های ثانویه

فیلمانت حرارتی

الکترون ها

ویفر

الکترون ثانویه هدف

43

جابه جایی ویفر

:25 ~ قطر باریکه الکترون mm )~1”( :200قطر ویفر mm )8”(یا بزرگتر برای پویش تمام ویفر نیاز به جابه جایی باریکه یا ویفر یا

هردو دارد:دوران چرخیدوران دیسکیروبش تک ویفر

44

دوران چرخی

سرعت دوران :

2400 rpm

~ 10دوره چرخشثانیه

باریکه یون

نوار کاشته شده

ویفر ها

بازوی دوران

45

دوران دیسکی

باریکه ویفرهایون

46

سیستم روبش تک کریستال

باریکه یون

الکترود های پویشگر

پویش کردن باریکه یون

جابه جایی ویفر

47

آنالیز کننده

باریکه یون

m/q نرخ کمتر

بیشتر m/q نرخ

نرخ مورد نیازm/q

میدان مغناطیسی برون سو

لوله خروج

48

BF3یون های پالسمای

Ions Atomic or molecule weight10B 1011B 1110BF 2911BF 30

F2 3810BF2 4811BF2 49

49

Applications Doping Pre-amorphous Buried oxide Poly barrier Ions n-type: P, As, Sb

p-type: B Si or Ge O N

کاربرد های کاشت یون