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Energiefilter für Ionenimplantationsanlagen

Für die Herstellung von elektronischen Bauelementen, wie etwa ICs, Leistungstransistoren oder Dioden werden die Eigenschaften des Halbleiters durch das Einbringen von Dotierstoffen definiert eingestellt. Das Dotieren von Silizium findet durch die Bestrahlung mit hochenergetischen Ionen statt. Der Aufbau von Ionenimplantern bringt es mit sich, dass die Ionen mit einer festen kinetischen Energie auf den zu implantierenden Werkstoff auftreffen. Dies hat zur Folge, dass die Ionen im Material in einer defi nierten Tiefe und mit bekannter relativ schmaler Verteilung zum Liegen kommen. In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, in einem Ionenstrahl nicht nur Ionen einer Energie, sondern ein Kontinuum an Energien zur Verfügung zu haben und somit Dotierung in einem breiteren Tiefenfenster erzeugen zu können. Dieses Problem soll im Projekt „Energiefilter für Ionenimplantationsanlagen“ gelöst werden. Die Idee des Energiefilters ist in Abbildung 1 skizziert.

Der Filter [1] besteht aus einer dünnen Membran (0,5 – 1,0 μm dick), auf der mittels Lithographie und anisotropem Siliziumätzen die eigentlichen dreiecksförmigen Siliziumfilterstrukturen angeordnet sind. Beschleunigte Ionen treffen auf das Filterelement und werden - je nachdem ob sie eine große oder kleine Strecke im Material des Filters zurücklegen müssen - einen großen oder kleinen Energieverlust erleiden. Man erhält somit in einem durch die Filtergeometrie definierten Fenster eine kontinuierliche Energieverteilung der Ionen und somit die Verteilung der Ionen auf einen größeren Tiefenbereich. Das Tiefenprofi l (Konzentration über Tiefe) kann durch die Form des Filters eingestellt werden. Eine genaue Betrachtung der Situation in Abb.1 zeigt, dass die Anordnung die dreidimensionale Zackenstruktur des Filters in das Substrat abbildet, d.h. die Orte minimaler und maximaler Implantationstiefe liegen nicht aufeinander. Dies ist unerwünscht.

Zu den bisherigen Resultaten

In Abb. 3 sind die wesentlichen Arbeitspakete dargestellt. Dieser Projektstruktur folgend wurden im vergangen Jahr wichtige Resultate erzielt. Der erste Proben- und Filterhalter für Implantatonsversuche wurde hergestellt, siehe Abbildung 2. Er ist Voraussetzung dafür, am Tandetron JULIA der FSU Jena Versuche durchführen zu können. Primäres Ziel der bisherigen Simulationen war es, eine geeignete Dimensionierung des Filterelements zu realisieren und das Problem der lateralen Verteilung der Ionen zu verstehen. Es zeigt sich, dass die Backuplösung, nämlich eine mechanische Pendelbewegung des Filters zur Erreichung einer homogenen lateralen Verteilung der Ionen, nicht notwendig ist, sofern Filter-Probenabstände im Bereich von Millimetern realisiert werden (siehe Abb. 4).

Abbildung 5 zeigt ein Resultat der mikrotechnischen Siliziumprozessierung im Reinraum. Die weiteren Arbeiten sind darauf konzentriert, den Gesamtprozessablauf zur Herstellung des Filters zu optimieren und erste Funktionalitätstests am Ionenimplanter durchzuführen. Weiterhin werden die Applikationsmöglichkeiten zum Einsatz in der Halbleiterindustrie und der Medizin (Tumorschwerionentherapie) evaluiert.

Literatur

[1] M. Rüb: Deutsche Patentanmeldung Nr. 102011075350.8
[2] F. Schrempel, W. Witthuhn: Nuclear instruments and methods in physics research B, Bd.132, 1997, S.430 - 438.