Ionenimplantation

Ionenimplantation
Ziel: homogener und reproduzierbarer Einbau von Dotanten ins Si Halbleiter dotieren
weitere Anwendungen:
- Herstellung leitfähiger Schichten in Metallen, Herstellung leitfähiger Silizide
- Implantation von Sauerstoff (oder Stickstoff) zur Bildung dielektrischer Schichten
- Implantation von Si zur Bildung amorpher Schichten im einkristallinen Si
- Durchmischen von Metall-Si-Grenzflächen in Kontaktfenstern
Beschleunigungsenergie: 10-200keV
Prinzipien:
Strahlstromstärken: 1-2mA
Ultrahochvakuum
- Beschleunigung ionisierter Atome/Moleküle im elektr. Feld
- elektrostatische Strahlformung
- Massentrennung im magnetischen Feld erreichen extrem hoher Reinheitsgrade
- Beschleunigung Ionen
- Auslenkung von Ionenstrahl (elektrisch) und Substrat (mechanisch)
Ionen erleiden nach Eindringen in den Festkörper Energieverluste, durch elastische
Stöße an Festkörperatomen (Kernbremsung) und unelastische Stöße an
gebundenen/freie Elektronen (elektronische Bremsung)
Eindringtiefe abhängig von: Ionenart, Substrat, Streuoxiddicke, Energie
Einbau der Ionen auf Gitterplätzen (elektr. aktiv) und Zwischengitterplätzen (elektr. inaktiv)
Gauß-Verteilung (idealisiert): - max. Konzentraion: 10 10 ä
- Implantierte Dosis: 10 10 √2! ∙ ∆$%
…implantierte Dosis, ∆$% …proj. Reichweite (mittlere Eindringtiefe)
- Ausheilen von Strahlenschäden
durch Ionenbeschuss wird Kristallstruktur zerstört, aufgrund der Stoßprozesse
der implantierten Ionen mit den Si-Gitteratomen
da Ionenenergie >> Si-Si-Bindungsenergie
Tempern im Diffusionsofen (1/2h bei 900 °C) oder Rapid Thermal Annealing (1000°C, 10min)
Thermische Aktivierung: Si-Atome ordnen sich wieder neu (Dotanten
bewegen sich durch Diffusion zu ihrer bestimmten Stelle)
Zusammenfassung Mikrotechnologien, Ionenimplantation
- www.BHP.isdrin.de -
Seite 1
Vorteile: - sehr hohe Präzision und Reinheit durch Hochvakuumprozesse + Massenseparation
- Dotantenmenge einstellbar über Strom- und Zeitänderung
- sehr gute Homogenität auf der Si-Scheibe (v.a. wichtig bei niedrigen Konzentrationen)
Probleme: - nur oberflächennaher Einbau der Dotanten (max. 2µm) (sehr hohe Spannungen notw.!)
- Zerstörung d. Kristallstruktur durch Ionenbeschuss
- durch Channeling treten Ionen tief ein (aufgrund Kristallstruktur stoßen die Ionen nicht
mit den Kristallgitteratomen zusammen) Oxidschicht auf Wafer aufbringen oder
Wafer neigen (um 7°)
Oxid erzeugen: CVD, Therm. Oxidation, Beschuss Si mit Sauerstoff (Ionenimplantation)
5-wertig Elektronenerzeugend As, P Donator n-leitend
3-wertig Elektronenannehmend B Akzeptor p-leitend
Vergleich zur Diffusion
Diffusion
- flache Konzentrationsübergänge (pn-Überg.)
- Dotiertiefen über Diffusionszeit und
Temperatur einstellbar (bis 100µm)
- schlechte Reproduzierbarkeit (exponentielle
Temperaturabhängigkeit – Dotantenkonzentration
- einfaches, wirtschaftliches Verfahren
Ionenimplantation
- steile pn-Übergänge
- geringe Dotiertiefen
- sehr gute Reproduzierbarkeit der
Dotantenkonzentration (über
Implantationsenergie und –dosis)
- hoher gerätetechnischer Aufwand
- lange Prozesszeiten – strahlgebundenes
Verfahren
Zusammenfassung Mikrotechnologien, Ionenimplantation
- www.BHP.isdrin.de -
Seite 2