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<!DOCTYPE html>

<title>Ionenimplanter</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Ionenimplanter</span></h1>

</header>

</div>

<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p><b>Ionenimplanter</b> sind Maschinen, die Werkstoffe mit geladenen Teilchen (<a href="Ion" title="Ion">Ionen</a>) beschießen und diese in ein Substrat einbringen (<a href="Ionenimplantation" title="Ionenimplantation">Ionenimplantation</a>), um die Materialeigenschaften zu ändern.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_&_Funktionsweise"><span id="Aufbau_.26_Funktionsweise"></span>Aufbau & Funktionsweise</h2></div>

<p>Alle Ionenimplanter bestehen aus einer <a href="Ionenquelle" title="Ionenquelle">Ionenquelle</a>, einem Beschleunigungssystem (Ionenbeschleuniger), einer Extraktionsblende, einer Masse- und Energietrennung der Ionen, einem Abtastsystem, sowie einer Kammer zur Bearbeitung der <a href="Wafer" title="Wafer">Wafer</a>.

</p><p>Implantiert wird in <a href="Silizium" class="mw-redirect" title="Silizium">Silizium</a> und andere <a href="Halbleiter" title="Halbleiter">Halbleiter</a> wie z. B. Gallium-Arsenid (GaAs), einem <a href="III-V-Verbindungshalbleiter" title="III-V-Verbindungshalbleiter">III-V-Verbindungshalbleiter</a>.

</p><p>In der Ionenquelle wird das Gas <a href="Ionisation" title="Ionisation">ionisiert</a>. 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 <a href="Magnet" title="Magnet">Magnet</a> zur Massen-/Energietrennung erreicht. Nach dem Selektionsmagnet findet eine Nachbeschleunigung mit bis zu einigen Megavolt statt. Der gesamte Prozess findet im <a href="Ultrahochvakuum" class="mw-redirect" title="Ultrahochvakuum">Ultrahochvakuum</a> statt, das meist mit <a href="Turbomolekularpumpe" title="Turbomolekularpumpe">Turbomolekularpumpen</a> oder <a href="Vakuumpumpe#Kryopumpe" title="Vakuumpumpe">Kryopumpen</a> erzeugt wird.

</p><p>Als Dotanten dienen <a href="Chemisches_Element" title="Chemisches Element">Elemente</a>, die als Akzeptoren, wie <a href="Bor" title="Bor">Bor</a> und <a href="Indium" title="Indium">Indium</a>, oder Donatoren, wie <a href="Phosphor" title="Phosphor">Phosphor</a> und <a href="Arsen" title="Arsen">Arsen</a>, 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:

</p>

<ul><li>Bor: <a href="Bortrifluorid" title="Bortrifluorid">Bortrifluorid</a> (BF<sub>3</sub>, gasförmig)</li>

<li>Phosphor: <a href="Monophosphan" title="Monophosphan">Phosphin</a> (PH<sub>3</sub>, gasförmig)</li>

<li>Arsen: <a href="Arsenwasserstoff" title="Arsenwasserstoff">Arsin</a> (AsH<sub>3</sub>, gasförmig)</li>

<li>Indium: <a href="Indium(III)-chlorid" title="Indium(III)-chlorid">Indium(III)-chlorid</a> (InCl<sub>3</sub>, fest)</li>

<li><a href="Kohlenstoff" title="Kohlenstoff">Kohlenstoff</a></li>

<li><a href="Germanium" title="Germanium">Germanium</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einteilung">Einteilung</h2></div>

<p>Bei der Halbleiterherstellung unterscheidet man folgende Grundtypen von Implantern:<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<ul><li><i>Mittelstromimplanter</i> mit Implantströmen von 1 µA bis 5 mA bei Energien von 10 keV bis 200 keV</li>

<li><i>Hochstromimplanter</i> mit Implantströmen von 100 µA bis 30 mA bei Energien von 80 keV bis 200 keV</li>

<li><i>Niedrigenergieimplanter</i> mit Implantströmen von 1 mA bis 20 mA bei Energien von 0,2 keV bis 80 keV</li>

<li><i>Hochenergieimplanter</i> mit Implantströmen von 10 µA bis 1 mA bei Energien von 200 keV bis 5 MeV<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und höher (bis zu 10 MeV<sup id="cite_ref-WileyEEEE_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-WileyEEEE-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>)</li></ul>

<p>wobei die hier genannten Grenzen nur eine grobe Orientierung darstellen und die Angaben von Literatur zu Literatur schwanken, vgl.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Zudem verfügen moderne kommerziell erhältliche Anlagen über einen nutzbaren Strom- bzw. Energiebereich, der zwei oder drei der zuvor genannten Bereiche überstreicht. Für eine spezifische Anwendung – basierend auf den allgemeinen Anforderung einer gegebenen Energie und Dosis (Ionen pro Fläche) – kommt daher öfter mehr als ein Anlagentyp in Frage. Ausgehend von vergleichbaren Implantationsprofilen bekommen dann auch wirtschaftliche Aspekte einen höheren Stellenwert, so dass ein Prozess mit hoher Dosis (<span data-sort-value="5E14"><span style="white-space:nowrap">> <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r198372224">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .numericFormat-1000::after{content:"."}.mw-parser-output .numericFormat-minus>span,.mw-parser-output .numericFormat-dec>span{position:absolute;left:-10000px;top:auto;width:1px;height:1px;overflow:hidden}.mw-parser-output .numericFormat-minus::after{content:"−"}.mw-parser-output .numericFormat-dec::after{content:","}.mw-parser-output .numericFormat-fractpart{margin-right:0.2em}

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</style>5<span class="numericFormat-multiply" style="background-color:var(--color-base, #202122)">e</span><span class="numericFormat-10"><sup>14</sup></span></span></span> Ionen pro Quadratzentimeter) bevorzugt auf Hochstromimplanter durchgeführt wird, da hier im Vergleich zu Mittelstromimplantern eine deutlich geringe Prozesszeit benötigt wird (näherungsweise lineare Steigerung mit der Abnahme des Ionenstroms).

</p><p>Weiterhin kann man Implanter nach ihrem <a href="Handhabungseinrichtung" title="Handhabungseinrichtung">Handhabungseinrichtung</a> einteilen:

</p>

<ul><li><a href="Batch-Prozess" class="mw-redirect" title="Batch-Prozess">Batch</a>-Maschinen (es werden mehrere Wafer gleichzeitig bearbeitet)</li>

<li>Einzel-Wafer-Maschinen (die Wafer werden nacheinander bearbeitet)</li></ul>

<p>Batch-Maschinen waren lange Zeit der gängige Typ. Dabei werden mehrere Wafer (oft 13) auf einem rotierenden Träger platziert und mir hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten (bis zu 1200/min) durch den Ionenstrahl gefahren. Mit der Einführung von 200-mm-Wafern wurden Einzel-Wafer-Maschinen attraktiv, bei denen ein einzelner Wafer auf einem elektrostatischen Träger (engl. <span lang="en">chuck</span>) gehalten wird. Neben Prozesskostenersparnissen, ermöglichen Einzel-Wafer-Maschinen durch eine andere Führung durch den Ionenstrahl einen gleichmäßigere Dotierung über die Waferfläche und durch den geringeren Platzbedarf der Einzel-Wafer-Halterung höhere Verkippungen (bis zu 60°) sowie eine bessere Winkelgenauigkeit. Bei der Fertigung auf 300-mm-Wafern kommen fast keine Batch-Anlagen mehr zum Einsatz, da sie zum einen die notwendigen Toleranzanforderungen nur schwer erreichen können und die Anlagen auch schlicht zu groß (und zu teuer, Standfläche in einen Reinraum sind Kosten) wären.<sup id="cite_ref-WileyEEEE_3-1" class="reference"><a href="#cite_note-WileyEEEE-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Ionisator" title="Ionisator">Ionisator</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Bernd Schmidt, Klaus Wetzig: <cite style="font-style:italic">Ion Beams in Materials Processing and Analysis</cite>. Springer, 2012, ISBN 3-211-99355-X, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>74</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Ionenimplanter&rft.au=Bernd+Schmidt%2C+Klaus+Wetzig&rft.btitle=Ion+Beams+in+Materials+Processing+and+Analysis&rft.date=2012&rft.genre=book&rft.isbn=321199355X&rft.pages=74&rft.pub=Springer" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.globenewswire.com/news-release/2011/06/22/449843/224908/en/Axcelis-Celebrates-Shipment-of-300th-GSD-HE-Series-Implanter-Marking-Over-15-Years-of-Leadership-in-High-Energy-Implant.html"><i>Axcelis Celebrates Shipment of 300th GSD/HE Series Implanter Marking Over 15 Years.</i></a> Axcelis Technologies, 22. Juni 2011,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 22. Juli 2020</span> (Pressemeldung).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AIonenimplanter&rft.title=Axcelis+Celebrates+Shipment+of+300th+GSD%2FHE+Series+Implanter+Marking+Over+15+Years&rft.description=Axcelis+Celebrates+Shipment+of+300th+GSD%2FHE+Series+Implanter+Marking+Over+15+Years&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.globenewswire.com%2Fnews-release%2F2011%2F06%2F22%2F449843%2F224908%2Fen%2FAxcelis-Celebrates-Shipment-of-300th-GSD-HE-Series-Implanter-Marking-Over-15-Years-of-Leadership-in-High-Energy-Implant.html&rft.publisher=Axcelis+Technologies&rft.date=2011-06-22"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-WileyEEEE-3"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-WileyEEEE_3-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-WileyEEEE_3-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">Lis K. Nanver, Egbert J. G. Goudena: <cite style="font-style:italic">Ion Implantation</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering</cite>. American Cancer Society, 1999, ISBN 978-0-471-34608-1, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1002/047134608X.W7021">10.1002/047134608X.W7021</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Ionenimplanter&rft.atitle=Ion+Implantation&rft.au=Lis+K.+Nanver%2C+Egbert+J.+G.+Goudena&rft.btitle=Wiley+Encyclopedia+of+Electrical+and+Electronics+Engineering&rft.date=1999&rft.doi=10.1002%2F047134608X.W7021&rft.genre=book&rft.isbn=9780471346081&rft.pub=American+Cancer+Society" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text">Sami Franssila: <cite style="font-style:italic">Introduction to Microfabrication</cite>. John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-1-119-99189-2, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>177</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Ionenimplanter&rft.au=Sami+Franssila&rft.btitle=Introduction+to+Microfabrication&rft.date=2010&rft.genre=book&rft.isbn=9781119991892&rft.pages=177&rft.pub=John+Wiley+%26+Sons" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">Mel Schwartz: <cite style="font-style:italic">New Materials, Processes, and Methods Technology</cite>. CRC Press, 2010, ISBN 978-1-4200-3934-4, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>647–649</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Ionenimplanter&rft.au=Mel+Schwartz&rft.btitle=New+Materials%2C+Processes%2C+and+Methods+Technology&rft.date=2010&rft.genre=book&rft.isbn=9781420039344&rft.pages=647-649&rft.pub=CRC+Press" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Michael Nastasi, James W. Mayer: <cite style="font-style:italic">Ion Implantation and Synthesis of Materials</cite>. Springer, 2006, ISBN 978-3-540-45298-0, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>214</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Ionenimplanter&rft.au=Michael+Nastasi%2C+James+W.+Mayer&rft.btitle=Ion+Implantation+and+Synthesis+of+Materials&rft.date=2006&rft.genre=book&rft.isbn=9783540452980&rft.pages=214&rft.pub=Springer" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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