Ionenimplantation

 

Die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern lassen sich durch Einfügen von Dotieratomen in die Kristallstruktur in weiten Bereichen beeinflussen. Die Ionenimplantation spielt dabei eine zentrale Rolle, denn sie ermöglicht eine ausgezeichnete Kontrolle über die Verteilung und Konzentration des Dotierstoffes im Halbleiter (Dotierungsprofil) [Rys78, Tak83, Rys86a, Sim92].

• Der Dotierstoff wird zunächst als ionisiertes Gas (Plasma) bereitgestellt und mittels eines elektrischen Feldes zur Halbleiteroberfläche (,,Target``) hin beschleunigt. Dabei erreichen die geladenen Teilchen (Ionen) eine Energie von typischerweise 20 bis 100keV.
• Die Ionen dringen in das Material ein, verlieren auf Grund von energetischen Wechselwirkungen mit den ,,Target``-Atomen an Energie und kommen schlußendlich einige hundert Nanometer tief im Halbleiter zur Ruhe. Durch diese Energieüberträge werden Atome aus dem Kristallverband herausgeschlagen (Gitterdefekte) [Kin55, Sig69, Gib72].
• Anfangs befinden sich die Dotieratome an Zwischengitterplätzen. Erst während eines Hochtemperaturschrittes von bis zu 1100C werden die implantierten Teilchen durch Einbau in den Gitterverband elektrisch aktiviert und entstandene Gitterdefekte beseitigt ( Ausheilung , ,,Annealing``). Um die thermische Gesamtbelastung und damit die unerwünschte Diffusion des Dotierstoffes möglichst gering zu halten, versucht man, mit Ofenzeiten von einigen Sekunden bis Minuten auszukommen. Das Temperaturprofil spielt dabei eine wesentliche Rolle. Dieser Vorgang wird als ,,Rapid thermal annealing`` (RTA) bezeichnet [Sei85, Hei90].

Da eine elektrische Messung der wichtigsten Prozeßparameter, Implantationsenergie und Dosis, relativ genau möglich ist, können Profile sehr gut reproduziert werden.