Aufbau einer Anlage zur Ionenimplantation

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  • Aufbau einer Anlage zur Ionenimplantation

    Abb. 24: Der Aufbau einer Ionenimplantationsanlage

    In einer Anlage zur Ionenimplantation, wie in Abb. 24 dargestellt, wird der Ionenstrahl mit folgenden Bestandteilen erzeugt, die sich alle in einer Vakuumanlage befinden, die mittels Turbomolekular- oder Kryopumpen evakuiert wird:

    Ionenquelle: Hier werden positiv geladene Ionen des Dotierstoffs erzeugt. Dazu wird durch eine Entladung zwischen zwei Elektroden ein Gas wie Diboran (B2H6), Phosphin (PH3) oder Arsin (AsH3) in den Plasmazustand versetzt. In diesem Zustand können sich durch Stöße getrennte Elektronen frei von den verbleibenden positiv geladenen Ionen des Dotierstoffs bewegen.

    Vorbeschleunigungs- und Magnetfeld zur Massenselektion: Die aus der Quelle austretenden Ionen durchlaufen danach eine erste Beschleunigungsspannung, mit dem Zweck, sie massenspektrographisch zu trennen. Dazu trifft der beschleunigte Strahl nach einer Ablenkung im Magnetfeld um 90° auf eine Blende, die nur die Teilchen mit der gewünschten Masse (also nur den reinen Dotierstoff) selektiert. Teilchen mit abweichender Masse werden vom Feld anders abgelenkt, so dass diese ausgeblendet werden.

    Endbeschleunigung: Beim Durchlaufen eines weiteren elektrischen Feldes mit Spannungen einiger 100 kV werden die Ionen auf die gewünschte Energie zur Implantation gebracht.

    Quadrupol: Diese Einheit bestehend aus einigen zueinander im 90° Winkel angeordneten Elektroden dient der Strahlfokussierung.

    Ablenkungsfelder: Die Ionen durchlaufen nun nacheinander zwei zueinander senkrecht stehende Kondensatorfelder. Dadurch erfolgt eine variable Ablenkung, durch die der Strahl über die Oberfläche der Wafer gelenkt wird.

    Waferhalter: Zur Bestrahlung werden die Wafer oft automatisiert auf großen Drehscheiben positioniert, auf denen sie dann in den Strahlbereich gebracht werden können.