Ionenimplanter

Ionenimplanter sind Maschinen, die Werkstoffe mit geladenen Teilchen (Ionen) beschießen (Ionenimplantation), um die Materialeigenschaften zu ändern.

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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 Halbleiter.

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:

• Bor: Trifluorboran (BF₃, gasförmig)
• Phosphor: Phosphan (PH₃, gasförmig)
• Arsen: Arsin (AsH₃, gasförmig)
• Indium: Indium(III)chlorid (InCl₃, fest)

Einteilung

nach Einsatz

Bei der Halbleiterherstellung unterscheidet man drei Grundtypen von Implantern:

• Mittelstromimplanter mit Implantströmen von 10 µA bis 5 mA bei Energien von 5 bis 900 keV
• Hochstromimplanter mit Implantströmen von 100 µA bis 30 mA bei Energien von 0,5 bis 220 keV
• Hochenergieimplanter mit Implantströmen von 10 µA bis 1 mA bei Energien von 200 bis 3.000 keV

nach Aufbau

Weiterhin kann man Implanter nach ihrem Handlingssystem einteilen:

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