این اسلاید متعلق به درس فناوری پلاسما؛ رشته مهندسی پلاسما؛ دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته است. در این اسلاید به صورت ساده و مقدماتی کاشت یون که کاربرد بسیاری در مباحث الکترونیک و همچنین مواد کاشتی دارد پرداخته شده است.

1. ‫رحی‬
ّ
‫ال‬‫رحمن‬
ّ
‫ال‬‫هللا‬ ‫بسم‬‫م‬
1

2.  ‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬ (1)
 ‫اکندگی‬‫ر‬‫پ‬ (2)
 ‫حکاکی‬ (3)
 ‫سوبی‬‫ر‬
 ‫فیزیکی‬ (4)
 ‫شیمیایی‬ (5,6)
2

3. ‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬
‫کاشت‬‫ن‬‫یو‬(‫به‬‫ی‬ ‫انگلیس‬:ion implantation)‫آیندی‬‫ر‬‫ف‬‫در‬‫ی‬ ‫مهندس‬‫است‬‫که‬‫در‬‫آن‬‫های‬‫ن‬‫یو‬‫برخی‬‫مواد‬‫ا‬‫ر‬‫توان‬‫می‬‫در‬
‫ای‬‫ماده‬‫دیگر‬‫کاشت‬‫و‬‫های‬‫ویژگی‬‫فیزیکی‬‫آن‬‫ماده‬‫ا‬‫ر‬‫تغییر‬‫داد‬.
‫ها‬ ‫برد‬‫ر‬‫کا‬
‫صنایع‬‫الکترونیک‬:
•‫دوپینگ‬‫نیمه‬‫هادی‬‫ها‬
•‫تولید‬‫آی‬‫ی‬ ‫س‬‫ها‬
‫عملیات‬‫های‬‫مکانیکی‬:
•‫ایش‬‫ز‬‫اف‬‫سختی‬‫سطح‬
•‫بهبود‬‫خواص‬‫ی‬ ‫سایش‬
‫کاشتنی‬‫های‬‫یستی‬‫ز‬:
•‫مواد‬‫سازگار‬‫با‬‫بدن‬
‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫کاشت‬،‫ن‬‫یو‬‫نیاز‬‫به‬‫یک‬‫منبع‬‫ن‬‫یو‬‫است‬‫که‬‫با‬‫به‬‫بردن‬‫ر‬‫بکا‬‫دهنده‬‫شتاب‬‫ای‬‫ه‬‫ر‬‫ذ‬‫ها‬‫ن‬‫یو‬‫ا‬‫ر‬‫توان‬‫می‬‫با‬‫سرع‬‫ت‬‫یاد‬‫ز‬‫روی‬‫سطح‬
‫مورد‬‫نیاز‬‫کاشت‬.‫هر‬‫ن‬‫یو‬‫یک‬‫اتم‬‫یا‬‫ل‬‫مولکو‬‫است‬‫این‬‫ر‬‫بناب‬‫مقدار‬‫ن‬‫یو‬‫انباشت‬‫شده‬‫روی‬‫سطح‬‫ابر‬‫ر‬‫ب‬‫با‬‫ا‬‫ر‬‫انتگ‬‫ل‬‫جریان‬‫بر‬
‫حسب‬‫مان‬‫ز‬‫خواهد‬‫بود‬‫و‬‫به‬‫این‬‫مقدار‬‫دز‬‫گفته‬‫شود‬‫می‬.‫از‬‫آنجاکه‬‫در‬‫کاشت‬‫ن‬‫یو‬‫جریان‬‫در‬‫حد‬‫آمپر‬‫میلی‬،‫است‬‫دز‬‫ی‬‫ن‬‫و‬
‫شده‬‫کاشته‬‫مقدار‬‫ست‬‫کمی‬.
3

4. ‫شده‬ ‫دوپ‬‫اکسید‬‫سوب‬‫ر‬
Si Substrate
SiO2
‫شده‬‫دوپ‬ ‫سوبی‬‫ر‬‫اکسید‬
4

5. ‫شدن‬‫اکسید‬
Si Substrate
SiO2
5

6. ‫داخل‬ ‫به‬‫ود‬‫ر‬‫و‬
Si Substrate
SiO2
‫شده‬ ‫دوپ‬ ‫اتصال‬
6

7. ‫کردن‬ ‫پاک‬‫و‬ ‫کردن‬‫برهنه‬
Si Substrate
SiO2
7
‫شده‬ ‫دوپ‬ ‫اتصال‬

8. Poly Si
n+
P-type Silicon
n+
SiO2
P+
8

9. ‫شده‬ ‫دوپ‬ ‫ناحیه‬
PRSiO2
Si Si
‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬‫نفوذی‬
‫اتصال‬ ‫عمق‬
‫تفاوت‬‫کاشت‬‫ن‬‫یو‬‫و‬‫دیفیوژن‬
9

10. 10
‫ایستادن‬‫مکانیزم‬ ‫دو‬:
‫ای‬ ‫هسته‬ ‫توقف‬
‫شبکه‬‫های‬ ‫اتم‬‫های‬‫هسته‬ ‫با‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬
‫شود‬‫می‬‫اکنده‬‫ر‬‫پ‬ ‫توجه‬‫قابل‬ ‫ر‬‫طو‬ ‫به‬
‫شود‬‫می‬ ‫ی‬‫ر‬‫بلو‬‫شبکه‬‫آسیب‬ ‫موجب‬.
‫الکترونی‬ ‫توقف‬
‫شبکه‬‫های‬ ‫اتم‬‫های‬‫الکترون‬ ‫با‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬
‫کند‬‫نمی‬‫تغییر‬‫عموما‬ ‫دی‬‫ر‬‫برخو‬ ‫ن‬‫یو‬‫مسیر‬
‫است‬‫کم‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫انتقال‬
‫استش‬‫ناچیز‬ ‫ی‬‫ر‬‫بلو‬‫شبکه‬‫آسیب‬

11. 11
‫ایستادگی‬ ‫ت‬‫ر‬‫قد‬(‫کردن‬ ‫ترمز‬: )
‫با‬‫است‬ ‫ابر‬‫ر‬‫ب‬‫کل‬ ‫ایستادگی‬ ‫ت‬‫ر‬‫قد‬:
Stotal = Sn + Se
‫ای‬ ‫هسته‬ ‫ایستادگی‬Sn:,‫الکترونی‬ ‫ایستادگی‬Se:
‫تصادفی‬ ‫د‬‫ر‬‫(برخو‬S=Sn+Se)
‫کانال‬‫نی‬‫ز‬
(SSe)
‫بازگشتی‬ ‫اکندگی‬‫ر‬‫پ‬ (SSn)
Ion

12. 12
‫ای‬ ‫هسته‬ ‫توقف‬
‫الکترونی‬ ‫توقف‬
I II III
‫ن‬‫یو‬‫سرعت‬
‫ایستادگی‬‫ت‬‫ر‬‫قد‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬ ‫سرعت‬‫و‬ ‫ایستادگی‬‫ت‬‫ر‬‫قد‬

13. 13
‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬ ‫ایند‬‫ر‬‫ف‬:‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬
•‫د‬‫و‬‫ر‬ ‫می‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫خود‬‫مسیر‬ ‫شبکه‬ ‫با‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬ ‫ن‬‫بدو‬ ‫ن‬‫باشد،یو‬‫ست‬‫ر‬‫د‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬ ‫اویه‬‫ز‬ ‫اگر‬
•‫گردد‬ ‫می‬‫ل‬‫کنتر‬ ‫قابل‬‫غیر‬ ‫کاشت‬ ‫فیل‬‫و‬‫پر‬ ‫موجب‬
‫کمتر‬ ‫خیلی‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬
‫بیشتر‬ ‫خیلی‬ ‫د‬‫ر‬‫برخو‬

14. 14
‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬ ‫ات‬‫ر‬‫اث‬
‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬‫های‬ ‫ن‬‫یو‬
‫دی‬‫ر‬‫برخو‬‫های‬ ‫ن‬‫یو‬
‫شبکه‬ ‫های‬ ‫اتم‬
q
‫ویفر‬‫سطح‬

15. 15
‫دی‬‫ر‬‫برخو‬
q
‫ویفر‬‫سطح‬
‫دی‬‫ر‬‫برخو‬‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬

16. 16
•‫شود‬ ‫می‬ ‫میسر‬‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬‫که‬ ‫هایی‬ ‫اه‬‫ر‬:
–‫شود‬ ‫می‬‫استفاده‬ ‫عموما‬ ‫جه‬‫ر‬‫د‬ ‫هفت‬ ‫است؛‬‫ر‬ ‫و‬‫مستقیم‬ ‫ویفر‬
–‫اکسید‬ ‫کردن‬‫غربال‬
–‫مانیوم‬‫ر‬‫ف،ژ‬‫ر‬‫آمو‬‫پیش‬ ‫کاشت‬
•‫سایه‬ ‫ات‬‫ر‬‫اث‬:
–‫میگردند‬‫ز‬‫با‬‫ساختار‬ ‫توسط‬‫ها‬ ‫ن‬‫یو‬

17. 17
‫نیاز‬ ‫ن‬‫بدو‬ ‫عمیق‬ ‫اتصال‬ ‫یک‬ ‫تا‬ ‫شود‬ ‫نمی‬ ‫استفاده‬ ‫نی‬‫ز‬ ‫کانال‬ ‫اثر‬ ‫از‬ ‫ا‬‫ر‬‫چ‬‫ن‬‫یو‬ ‫به‬
‫باشیم؟‬ ‫داشته‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬ ‫پر‬ ‫های‬!
•‫نیست‬‫مستقیم‬‫استای‬‫ر‬ ‫در‬‫دقیقا‬ ‫یونی‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬.
•‫از‬ ‫بعد‬ ‫شبکه‬ ‫های‬ ‫اتم‬ ‫با‬‫ای‬ ‫هسته‬ ‫دهای‬‫ر‬‫برخو‬ ‫به‬ ‫کنند‬ ‫می‬ ‫ع‬‫و‬‫شر‬ ‫ها‬ ‫ن‬‫یو‬‫از‬ ‫ی‬‫بسیار‬‫به‬ ‫اینکه‬
‫کرد‬ ‫نفوذ‬ ‫یرالیه‬‫ز‬.
•‫که‬ ‫حالی‬‫در‬ ‫کنند؛‬ ‫می‬ ‫نفوذ‬ ‫یرالیه‬‫ز‬ ‫به‬‫عمیق‬ ‫ت‬‫ر‬‫صو‬ ‫به‬ ‫میتوانند‬ ‫ها‬ ‫ن‬‫یو‬‫از‬ ‫ی‬ ‫بعض‬‫از‬ ‫ی‬‫بسیار‬
‫ایستند‬ ‫می‬ ‫ی‬ ‫گاوس‬‫نرمال‬ ‫یع‬‫ز‬‫تو‬ ‫توسط‬‫ها‬ ‫آن‬.

18. ‫ن‬‫یو‬ ‫یک‬ ‫با‬ ‫شبکه‬ ‫آسیب‬
‫سنگین‬‫ن‬‫یو‬
‫ن‬‫سیلیکو‬‫کریستال‬ ‫تک‬
‫دیده‬‫آسیب‬‫ناحیه‬
‫سبک‬‫ن‬‫یو‬
18

19. 19
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si

20. ‫سایه‬ ‫ات‬‫ر‬‫اث‬
Polysilicon
‫یرالیه‬‫ز‬
‫شده‬ ‫دوپ‬‫منطقه‬
‫دیده‬ ‫سایه‬‫منطقه‬
‫یونی‬‫یکه‬‫ر‬‫با‬
20

21. ‫محفظه‬ ‫به‬ ‫نمونه‬‫ود‬‫ر‬‫و‬
‫پالسما‬‫ود‬‫ر‬‫و‬
‫باال‬ ‫منفی‬ ‫ولتاژ‬‫اعمال‬
‫و‬ ‫ند‬‫و‬‫ر‬ ‫می‬ ‫نمونه‬‫سمت‬ ‫به‬‫ها‬ ‫ن‬‫یو‬
‫شوند‬ ‫می‬ ‫کاشته‬ + + + + + + +
Silicon
-5 kV
21

22. ‫ن‬‫یو‬‫کاشت‬ ‫ایند‬‫ر‬‫ف‬
-5 kV
+ + + +
-10 kV-20 kV
‫نمونه‬ ‫ماده‬
‫نمونه‬‫نده‬‫ر‬‫نگهدا‬
22

23. ‫می‬ ‫تبدیل‬ ‫گرما‬‫به‬ ‫ی‬ ‫جنبش‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫شود‬
‫ذو‬ ‫نمونه‬ ‫متوالی‬‫کاشت‬ ‫ت‬‫ر‬‫صو‬ ‫در‬‫ب‬
‫گردد‬‫می‬
‫است‬ ‫مند‬‫ز‬‫نیا‬ ‫ی‬ ‫پالس‬ ‫ولتاژ‬‫به‬ + + + + + + +
23

24. ‫ی‬ ‫پالس‬‫ولتاژ‬
‫و‬‫ایش‬‫ز‬‫اف‬‫ها‬‫لبه‬ ‫در‬‫ی‬‫ژ‬‫انر‬
‫میابد‬ ‫کاهش‬
Time
Voltage
Implanting Cooling
+ + + + + + + + +
24

25. ‫نهایی‬ ‫سیستم‬
+ -
‫باال‬ ‫ولتاژ‬ ‫منبع‬
‫ر‬‫مودالتو‬
‫خال‬‫محفظه‬
25

26. ‫تی‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫ح‬‫آنیل‬
‫شده‬ ‫دوپ‬ ‫اتم‬‫شبکه‬ ‫های‬ ‫اتم‬
27

27. ‫تی‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫ح‬‫آنیل‬
‫شده‬ ‫دوپ‬‫اتم‬‫شبکه‬ ‫های‬‫اتم‬
28

28. ‫تی‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫ح‬‫آنیل‬
‫شده‬ ‫دوپ‬‫اتم‬‫شبکه‬ ‫های‬‫اتم‬
29

29. ‫تی‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫ح‬‫آنیل‬
‫شده‬ ‫دوپ‬‫اتم‬‫شبکه‬ ‫های‬‫اتم‬
30

30. ‫کاشت‬‫ایند‬‫ر‬‫ف‬:‫کردن‬‫آنیل‬
Before Annealing After Annealing
31

31. 32
Polysilicon
‫یرالیه‬‫ز‬ ‫شده‬ ‫دوپ‬ ‫منطقه‬
‫نفوذ‬ ‫و‬‫کردن‬ ‫آنیل‬‫از‬ ‫بعد‬

32. ‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬ ‫ایند‬‫ر‬‫ف‬:
‫بخارها‬ ‫و‬ ‫ها‬ ‫گاز‬:
P, B, BF3, PH3, and AsH3
‫ن‬‫یو‬‫انتخاب‬: B,
P, As
‫ن‬‫یو‬ ‫انرژی‬ ‫انتخاب‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬ ‫جریان‬ ‫انتخاب‬
‫بعدی‬‫مرحله‬
‫کاشتنده‬
33

33. •‫شود‬ ‫می‬‫ایجاد‬‫پالسما‬
•‫شوند‬‫می‬‫استخراج‬‫پالسما‬‫از‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬
•‫ش‬ ‫می‬‫داده‬ ‫شتاب‬‫باال‬‫ی‬‫ژ‬‫انر‬ ‫به‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬‫وند‬
•‫غیر‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬‫شود‬ ‫می‬ ‫کاشته‬ ‫انتخابی‬
34

34. ‫شود‬ ‫می‬‫ایجاد‬‫پالسما‬
‫شوند‬‫می‬‫استخراج‬‫پالسما‬‫از‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬
‫شوند‬ ‫می‬‫داده‬ ‫شتاب‬‫باال‬ ‫های‬‫ی‬‫ژ‬‫انر‬ ‫به‬ ‫ها‬‫ن‬‫یو‬
‫شون‬‫می‬‫جرمی‬‫تفکیک‬ ‫ی‬ ‫مغناطیس‬ ‫ت‬‫ر‬‫صو‬ ‫به‬‫د‬
‫شوند‬ ‫می‬ ‫کاشته‬‫انتخابی‬ ‫های‬‫ن‬‫یو‬.
35

35. 36
‫ن‬‫یو‬‫منبع‬
‫متناوب‬‫~منبع‬ 120
V
‫فیلمانت‬‫,منبع‬ 0-5V,
up to 200A
+
‫کاتد‬ ‫ضد‬‫تنگست‬‫فیلمانت‬‫ن‬
‫منبع‬
‫ی‬ ‫مغناطیس‬
‫بخار‬ ‫و‬ ‫گاز‬‫منبع‬
-
Plasma
‫ی‬ ‫مغناطیس‬‫میدان‬ ‫خطوط‬

36. 37
‫منبع‬RF
RF
RF Coils
Plasma
Dopant Gas
-
+
Extraction
Electrode
Ion Beam

37. ‫ن‬‫یو‬ ‫کاشتنده‬
Gas Cabin
Ion
Source
Vacuum
Pump
Vacuum
Pump
Electrical
System
Electrical
System
Analyzer
Magnet
Beam
Line
End Analyzer
WafersPlasma Flooding
System 38

38. 39
‫بار‬ ‫گر‬‫خنثی‬ ‫سیستم‬
‫کنند‬ ‫می‬ ‫مثبت‬ ‫بار‬‫ای‬‫ر‬‫دا‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫ویفر‬‫شده‬ ‫کاشته‬‫های‬ ‫ن‬‫یو‬
‫شود‬ ‫ی‬‫بار‬ ‫ات‬‫ر‬‫اث‬‫ای‬‫ر‬‫دا‬ ‫ویفر‬‫میشود‬ ‫موجب‬
‫د‬‫و‬‫بر‬‫بین‬‫از‬‫کاشتن‬ ‫یکنواخت‬ ‫یع‬‫ز‬‫تو‬‫میشود‬ ‫موجب‬ ‫ویفر‬‫شدن‬ ‫مثبت‬ ‫دلیل‬ ‫به‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫ویفر‬ ‫دیدن‬ ‫صدمه‬ ‫موجب‬ ‫الکتریکی‬ ‫تخلیه‬ ‫قوس‬
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫اثر‬ ‫این‬‫کردن‬‫کم‬ ‫یا‬ ‫حذف‬ ‫به‬ ‫نیاز‬

39. 40
‫بودن‬‫دار‬‫ر‬‫با‬ ‫اثر‬
+ + + +
‫ها‬ ‫ن‬‫یو‬‫مسیر‬
‫ویفر‬

40. 41
‫کند‬ ‫خنثی‬‫ا‬‫ر‬ ‫یونها‬ ‫تا‬‫است‬ ‫به‬ ‫نیاز‬
‫شود‬ ‫می‬‫استفاده‬ ‫الکترونی‬ ‫تفنگ‬ ‫یک‬‫از‬
‫فلودینگ‬‫پالسما‬ ‫سیستم‬
DC ‫منبع‬
‫فیلمانت‬‫جریلن‬
+

‫تنگست‬‫فیلمانت‬‫ن‬
‫پالسما‬
Ar
‫ن‬‫یو‬‫یکه‬‫ر‬‫با‬
‫ویفر‬
‫ها‬‫الکترون‬

41. 42
‫الکترونی‬‫تفنگ‬
Ion Beam
‫تفنگ‬
‫الکترونی‬
‫های‬ ‫الکترون‬
‫ثانویه‬
‫فیلمانت‬
‫تی‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫ح‬
‫ها‬ ‫الکترون‬
‫ویفر‬
‫هدف‬ ‫ثانویه‬ ‫الکترون‬

42. 43
‫ویفر‬ ‫جایی‬ ‫جابه‬
‫الکترون‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬‫قطر‬:~25 mm (~1”)
‫ویفر‬‫قطر‬:200 mm (8”)‫گتر‬‫ر‬‫بز‬ ‫یا‬
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫هردو‬ ‫یا‬ ‫ویفر‬ ‫یا‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬ ‫جایی‬ ‫جابه‬ ‫به‬‫نیاز‬ ‫ویفر‬ ‫تمام‬ ‫پویش‬ ‫ای‬‫ر‬‫ب‬:
‫چرخی‬‫ان‬‫ر‬‫دو‬
‫دیسکی‬ ‫ان‬‫ر‬‫دو‬
‫بش‬‫و‬‫ر‬‫ویفر‬ ‫تک‬

43. 44
‫چرخی‬‫ان‬‫ر‬‫دو‬
‫ان‬‫ر‬‫دو‬‫سرعت‬:
2400 rpm
‫چرخش‬‫ه‬‫ر‬‫دو‬10 ~‫ثانیه‬
‫ن‬‫یو‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬
‫شده‬ ‫کاشته‬ ‫نوار‬
‫ها‬ ‫ویفر‬
‫ان‬‫ر‬‫دو‬ ‫ی‬‫و‬‫باز‬

44. 45
‫دیسکی‬‫ان‬‫ر‬‫دو‬
‫ن‬‫یو‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬
‫ویفرها‬

45. 46
‫کریستال‬‫تک‬‫بش‬‫و‬‫ر‬ ‫سیستم‬
‫ن‬‫یو‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬
‫پویشگر‬ ‫های‬ ‫الکترود‬
‫یکه‬‫ر‬‫با‬‫کردن‬ ‫پویش‬
‫ن‬‫یو‬
‫ویفر‬ ‫جایی‬ ‫جابه‬

46. 47
‫کننده‬ ‫آنالیز‬
‫ن‬‫یو‬ ‫یکه‬‫ر‬‫با‬
‫کمتر‬ ‫نرخ‬ m/q
‫بیشتر‬ ‫نرخ‬ m/q
‫نیاز‬‫د‬‫ر‬‫مو‬ ‫نرخ‬ m/q
‫سو‬ ‫ن‬‫و‬‫بر‬ ‫ی‬ ‫مغناطیس‬ ‫میدان‬
‫ج‬‫و‬‫خر‬ ‫لوله‬

47. 48
‫پالسمای‬ ‫های‬‫ن‬‫یو‬BF3
Ions Atomic or molecule weight
10B 10
11B 11
10BF 29
11BF 30
F2 38
10BF2 48
11BF2 49

48. 49
Applications Doping Pre-amorphous Buried oxide Poly barrier
Ions n-type: P, As, Sb
p-type: B
Si or Ge O N
‫ن‬‫یو‬ ‫کاشت‬‫های‬‫برد‬‫ر‬‫کا‬