27.05.2021

Leistungsfähige Ionenimplantation als Basis für innovative Halbleiter-Bauelemente

Flexibel einsetzbares System für Verbindungshalbleiter und Sondersubstrate.

Das Ferdinand-Braun-Institut in Berlin hat kürzlich einen leistungs­fähigen Ionen­implanter in Betrieb genommen. Das sehr variable System erweitert die techno­logischen Möglich­keiten des FBH bei eigenen Forschungs­arbeiten und Kunden­prozessen. Mit drei verschiedenen Ionen­quellen und der Fähigkeit Substrate zu heizen, eignet sich der Implanter ideal für die Entwicklung innovativer Halb­leiter­bau­elemente. Unter anderem macht die Anlage Dotierungs­implantationen von breit­lückigen Halbleitern – Wide-Bandgap Semiconductors – möglich, deren heraus­ragende Material­eigen­schaften in künftigen leistungs­elektronischen Anwendungen genutzt werden sollen.

Abb.: Bediener­terminal und Strahl­rohr des neuen Ionen­implanters – ein...
Abb.: Bediener­terminal und Strahl­rohr des neuen Ionen­implanters – ein zentrales Tool für innovative Halb­leiter­bau­elemente. (Bild: P. Immerz, FBH)

Die Ionenimplantation ist einer der zentralen Prozesse bei der Fertigung mikro­elektronischer Bauelemente, mit dem Fremdatome in Halbleiter­schichten eingebracht werden. Dabei werden Halbleiter­materialien mit Ionen beschossen, die auf diese Weise in eine Material­schicht eingebracht werden. Mit dieser Schlüssel­technologie der Halbleiter­industrie lassen sich Material­eigen­schaften gezielt verändern.

Der neue Ionenimplanter bietet hohe Implantations­ströme von bis zu zwei Milliampere und deckt Beschleunigungs­spannungen von 5 keV bis 500 keV ab. Damit lassen sich Materialien auch mit hohen Implantations­dosen in industrie­tauglichen Prozess­zeiten gezielt modifizieren. Durch eine Sputterquelle können zudem Materialien mit sehr hohen Schmelzpunkten implantiert werden, wie etwa die Sondermetalle Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob. Das eröffnet weitere technologische Möglichkeiten.

Darüber hinaus verfügt die Anlage neben einer Gasquelle über zwei Öfen, um niedrig­schmelzende Metalle zu implantieren. Der Implanter bietet eine weitere Besonderheit: Mit einem speziellen Probenhalter lassen sich Substrate auf bis zu 500 °C aufheizen, wodurch Dotierungs­implantationen in breitlückigen Halbleitern schon bei der Implantation aktiviert werden. Die Möglichkeiten zur selektiven Isolation und Dotierung machen den neuen Ionen­implanter zu einer wichtigen technischen Basis am FBH, um innovative planare Integrations­verfahren in Materialien wie Galliumnitrid, Aluminiumnitrid oder Galliumoxid zu entwickeln.

FBH

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