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Ionenimplanter


Ionenimplanter sind Maschinen, die Werkstoffe mit geladenen Teilchen (Ionen) beschießen und diese in ein Substrat einbringen (Ionenimplantation), um die Materialeigenschaften zu ändern.

Aufbau & Funktionsweise

Alle Ionenimplanter bestehen aus einer Ionenquelle, einem Beschleunigungssystem (Ionenbeschleuniger), einer Extraktionsblende, einer Masse- und Energietrennung der Ionen, einem Abtastsystem, sowie einer Kammer zur Bearbeitung der Wafer.

Implantiert wird in Silizium und andere Halbleiter wie z. B. Gallium-Arsenid (GaAs), einem III-V-Verbindungshalbleiter.

In der Ionenquelle wird das Gas ionisiert. Die Ionenquelle besteht dabei aus einem Heizdraht der vom Dotantengas angeströmt wird. Zum Implantieren von Stoffen die als Festkörper vorkommen (z. B. Beryllium) kann in manchen Implantern auch ein sogenannter „Vaporizer“ eingesetzt werden, mit dem feste Dotanten verdampft werden können. Die ionisierten Dotanten werden dann vorbeschleunigt (meist einige 10 kV), bevor der Ionenstrahl den Magnet zur Massen-/Energietrennung erreicht. Nach dem Selektionsmagnet findet eine Nachbeschleunigung mit bis zu einigen Megavolt statt. Der gesamte Prozess findet im Ultrahochvakuum statt, das meist mit Turbomolekularpumpen oder Kryopumpen erzeugt wird.

Als Dotanten dienen Elemente, die als Akzeptoren, wie Bor und Indium, oder Donatoren, wie Phosphor und Arsen, wirken können. Die Beispiele beziehen sich dabei auf Silizium als zu dotierendes Material. Diese Elemente werden oft nicht in ihrer elementaren Form, sondern gebunden in gasförmiger oder fester Form (Pulver) eingesetzt:

Einteilung

Bei der Halbleiterherstellung unterscheidet man folgende Grundtypen von Implantern:[1]

  • Mittelstromimplanter mit Implantströmen von 1 µA bis 5 mA bei Energien von 10 bis 200 keV
  • Hochstromimplanter mit Implantströmen von 100 µA bis 30 mA bei Energien von 80 bis 200 keV
  • Niedrigenergieimplanter mit Implantströmen von 1 mA bis 20 mA bei Energien von 0,2 bis 80 keV
  • Hochenergieimplanter mit Implantströmen von 10 µA bis 1 mA bei Energien von 200 bis 3.000 keV und höher[2]

wobei die hier genannten Grenzen nur eine grobe Orientierung darstellen und die Angaben von Literatur zu Literatur schwanken, vgl. [3][4][5]. Zudem verfügen moderne kommerziell erhältliche Anlagen über einen nutzbaren Strom- bzw. Energiebereich, der zwei oder drei der zuvor genannten Bereiche überstreicht.

Weiterhin kann man Implanter nach ihrem Handhabungseinrichtung einteilen:

  • Batch-Maschinen (es werden mehrere Wafer gleichzeitig bearbeitet)
  • Einzel-Wafer-Maschinen (die Wafer werden nacheinander bearbeitet)

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Bernd Schmidt, Klaus Wetzig: Ion Beams in Materials Processing and Analysis. Springer, 2012, ISBN 3-211-99355-X, S. 74.
  2. Axcelis Celebrates Shipment of 300th GSD/HE Series Implanter Marking Over 15 Years...2. Reuters, 22. Juni 2008, abgerufen am 23. Februar 2013 (Pressemeldung).
  3. Sami Franssila: Introduction to Microfabrication. John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-1-119-99189-2, S. 177.
  4. Mel Schwartz: New Materials, Processes, and Methods Technology. CRC Press, 2010, ISBN 978-1-4200-3934-4, S. 647–649.
  5. Michael Nastasi, James W. Mayer: Ion Implantation and Synthesis of Materials. Springer, 2006, ISBN 978-3-540-45298-0, S. 214.

Kategorien: Halbleitertechnik

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Ionenimplanter (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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