به نام خدا

بررسی و تحلیل فرآیندهای دیفیوژن

جناب آقای دکتر محمدنژاد: استاد

1393بهار 1/23

مقدمه

تعریف :وارد کردن اتم های ناخالصی با استفاده از حرارت در نیمه هادی، به منظور-

تغییر هدایت الکتریکی آن

سط پفن ارائه روش های نفوذ ناخالصی در سیلیکن و ژرمانیوم برای اولین بار تو1952در سال

ارائه دو نظریه برای بررسی فرآیند نفوذ:

Fickنظریه پیوستگی بر اساس معادلات

بررسی نفوذ بر اساس نقص های نقطه ای، اتم های غیرپیوندی و مکان هایخالی موجود در شبکه بلور

2/23

مدل های نفوذ در جامدات

(یکننفوذ آرسنیک و آنتیموان در سیل)مکانیسم مکان های خالی

3/23

(ادامه)جامداتمدل های نفوذ در

مکانیسم پخش بینابینی

یسمانتشار اتم های ناخالصی کوچکتر از اتم های اصلی شبکه با این مکان

4/23

Fickمعادلات نفوذ یک بعدی

قانون اول نفوذ فیک

قانون بقای ماده

: شوددر صورتی پایین بودن تراکم ماده حل شده، ضریب نفوذ ثابت فرض می

نفوذ فیکدوم قانون

5/23

ضریب نفوذ وابسته به حرارت

Diffusion

coefficient

(also called

diffusivity) as a

function of the

reciprocal of

temperature

for (a) silicon

and (b)

gallium

arsenide 6/23

فرآیند نفوذ ناخالصی در سیلیکن

7/23

(امهاد)سیلیکنفرآیند نفوذ ناخالصی در

درجه سانتیگراد1200تا 900درجه حرارت

8/23

فرآیند نفوذ و پروفایل های دیفیوژناولیهنشست ( الف:

:شرط اولیه

:شرایط مرزی

9/23

(ادامه)فرآیند نفوذ و پروفایل های دیفیوژن

(:نفوذ عمیق)ثانویه نشست ( الف

:شرط اولیه

:شرایط مرزی

10/23

تابع مکمل خطا و منحنی گوس

11/23

روش های اندازه گیری

ارزیابی نتایج نفوذ با اندازه گیری سه پارامتر زیر:

عمق پیوند( الف

مقاومت سطحی( ب

پروفایل پخش ناخالصی( ج

12/23

اندازه گیری عمق پیوند سی سی اسید 100مخلوطHF و چند قطرهHNO3برای رنگ کردن

دقیقه20الی 1تابش به مدت

تیرگی ناحیهp نسبت بهn

13/23

(ادامه)پیوند اندازه گیری عمق

14/23

اندازه گیری مقاومت سطحیروش پروب چهار نقطه ای( الف

در صورتی که مقدارd/s 20از

بزرگتر باشد، ضریب تصحیح به

. نزدیک می شود4.54عدد

15/23

(ادامه)سطحی اندازه گیری مقاومت

16/23

(ادامه)اندازه گیری مقاومت سطحیروش ون در پو( ب

17/23

اندازه گیری نمودارهای ناخالصی

C-Vروش ( الف

خازن ناحیه تخلیه تابعی از ولتاژ بایاس معکوس می باشد.

ر طرف در صورتی که تراکم ناخالصی ها دریک طرف پیوند خیلی زیاد باشد و د

:دیگر به شدت کاهش پیدل کند

18/23

(ادامه)ناخالصیاندازه گیری نمودارهای

19/23

(ادامه)اندازه گیری نمودارهای ناخالصی:روش هدایت تفاضلی( ب

ی و سپسبرداشتن یک لایه نازک از سطح سیلیکن به روش اکسیداسیون آند

HFخوردن اکسید با محلول

اندازه گیری مقاومت سطحی با روش پروب چهار نقطه ای به صورت تناوبی

ثابت بودن دما و جابجا نشدن اتم های ناخالصی در طول فرآیند

ثابت بودن نمودار توزیع ناخالصی

وب ها مناسب نبودن این روش برای پیوندهای کم عمق به دلیل داخل شدن پردر داخل سیلیکن

20/23

خلاصه هنگامی 5و 3استفاده از قوانین نفوذ فیک با ضرایب ثابت برای عناصر گروه های

.که تراکم ناخالصی ها از تراکم ذاتی حامل ها کمتر باشد

بالاوابسته به تراکم در تراکم هاینفوذ فیک با ضرایب معادلات استفاده از

یل اگرچه روش های کاشت یون از دقت و ظرافت بالاتری برخوردارند، بنا بر دلا.اقتصادی، روش های نفوذ از اهمیت بالایی برخوردارند

21/23

مراجع1- S. M. Sze, “VLSI Technology”, 2’Ed, McGrow-Hill, (1988)

2- S. M. Sze, “VLSI Technology”, 1’Ed, McGrow-Hill, (1988)

3- J. Crank, “THE Mathematics of Difffusion”, (1991)

4- Grove, “Physycs & Technology of Semiconductor Devices”

5- Simon M. Sze, “Fundamentals Of Semiconductor Fabrication”, (2004)

22/23

با تشکر از توجه شما

23/23